高考化学分类解析(十八)——碳族元素无机非金属材料

1、-作者xxxx-日期xxxx高考化学分类解析(十八)碳族元素 无机非金属材料【精品文档】高考化学分类解析(十八)碳族元素 无机非金属材料考点阐释1.了解常见碳单质的主要物理性质，掌握其重要的化学性质。掌握碳的氧化物的性质及主要用途和碳酸盐的性质及碳酸根的检验方法。了解碳的氧化物对大气的污染。2.了解硅单质的晶体类型及主要性质，理解二氧化碳与二氧化硅物理性质差异的主要原因。了解硅酸盐工业和新型无机非金属材料的特性及应用。命题趋向与应试策略（一）重视基础 形成知识规律1.碳及其化合物间的转化关系（1）会运用氧化还原反应知识规律分析理解碳、一氧化碳、二氧化碳之间的相互转化及应用。运用酸碱反应规律分析

2、理解二氧化碳、碳酸正盐、碳酸氢盐（酸式盐）之间的相互转化及应用。（2）碳酸盐性质规律溶解性规律：如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度小如：Na2CO3NaHCO3；如果碳酸的正盐溶解度小，则对应酸式盐的溶解度较大如：CaCO3Ca(HCO3)2稳定性：难溶性的碳酸盐，(NH4)2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断。如：在Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液：Ca(HCO3)2+NaOH=CaCO3+NaHCO3+H2O(NaOH少量）Ca(HCO3)2+2NaOH=CaCO3+Na2CO3+2H2O（NaOH过量）CO

3、和HCO的检验：利用正盐和酸式盐的溶解性可区别CO和HCO，如BaCl2溶液。利用CO与H反应产生CO2的方法，检验CO或HCO。2.碳族元素的主要特征在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属(A族)向活泼非金属(A族)过渡的中间位置，其最外层电子数为4，既不容易得到电子，又不易失去电子，所以碳族元素的成键特征是易形成共价键，难形成离子键，特别是单个原子不能形成离子；单质以还原性为主，表现为难与H2生成气态氢化物，制取单质通常为还原法，如以C还原SiO2以制单质硅；碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大；碳元素形成的化合物种类最多；在所有非金属形成的气态氢化物中，甲烷中氢元素的质量分数最大；C是元素相

4、对原子质量的标准原子；硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。3.硅及其化合物的特殊性(1)硅的还原性比碳强，而碳在高温下能从二氧化硅中还原出硅。(2)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢氧化钠等强碱溶液反应产生氢气。(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但与氢氟酸反应，而且有氢气生成。(4)酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应，而二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。(5)无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。(6)在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，二氧化碳与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。在高温下碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，其

5、原因是在高温条件下，生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。4.新型无机非金属材料的特性（1）能承受高温，强度高。例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下，仍具有很高的硬度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久模具等。（2）具有电学特性。一些新型无机非金属材料可以作绝缘体，有的可作半导体、导体、超导体等。一些绝缘性材料常被用于做集成电路的基板。（3）具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出单色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。（4）具有生物功能。一些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被

6、应用在医学上。（二）分析热点 把握命题趋向碳、硅等元素知识在历年高考中有较多的涉及，其主要热点是：金刚石、石墨、晶体硅、二氧化硅的结构和性质比较，C60的空间结构及计算；碳和一氧化碳的还原性，一氧化碳和二氧化碳的制取、收集、检验与鉴别；二氧化碳与氢氧化钠、二氧化硅与碳等反应产物的确定及计算；典型碳酸盐的性质及应用；化工理论在硅酸盐工业实际中的应用；推测新型无机非金属材料的结构特点或分析其用途。题目类型既有考查目的比较明确具体的选择题，又有与基本理论、其他元素化合物知识糅合在一起的推断题、实验题或计算题。从高考命题的变化趋势来看，与碳的化合物知识有关的温室效应、生物化学将成为综合科目高考命题的焦

7、点问题。(1)温室效应与环境科学太阳光的照射使海洋、陆地变暖，然后变暖的地面又把热辐射回天空。地面的热在向外辐射的过程中，部分红外辐射能被CO2、CH4、N2O和H2O(g)等温室气体吸收。当大气中的这类温室气体的浓度过高时，会使地面接收到太阳辐射热大于地面向太空反射回去的辐射热，从而使地面气温逐渐升高，这种现象称为“温室效应”。“温室效应”的积极作用是控制地球表面的温度适合于动、植物的生存、繁衍。但是由于地球上人口激增带来人类需求物质数量的猛增，如现代大工业大量燃烧矿物燃料，使大气中的二氧化碳不断增加；同时由于人口的激增导致人类以惊人的速度和规模砍伐森林，森林大面积被毁，使得它原有的涵养水源

8、、防止水土流失、调节气温等方面作用减弱，森林吸收二氧化碳及送入大气中的氧气的量均显著下降，因而造成“温室效应”加剧。“温室效应”加剧导致地球表面温度上升，因而地球两极冰山和冰川开始融化，会使海平面上升，最终上涨的海洋可能会淹没沿海城市和农田。气候变暖也会引起海洋温度升高，将促使强烈的热带风暴形成。全球气候的变化，必将破坏生态平衡，给人类带来灾难。为了人类更好地生存，必须控制“温室效应”的加剧。为此必须采取的措施是：控制矿物燃料的燃烧，合理开发、利用燃料，寻找新能源如太阳能、生物能、地热等以减少CO2的排放。保护森林、保护植被、禁止乱砍滥伐，植树造林，利用森林涵养水源调节气温。控制人口激增，尽快

9、恢复正常循环。以上几条措施的根本在于人类必须控制在生育上的无政府主义，切实做到减少人口数量，提高人口素质，只有这样才能从根本上做到控制“温室效应”的加剧。(2)光合作用与生物化学地球上所有生命形式的存在都要依赖于太阳能。绿色植物、藻类以及一些细菌可以借助光合作用将太阳能转换成化学能，并将化学能以糖分形式储存起来。每年大约有1500亿吨以上的糖通过光合作用产生出来，进入大气层中的氧正是光合作用这一过程产生的副产品。据估计，全世界生物的呼吸和燃料的燃烧所消耗的O2量平均每秒为一万吨，按此速度计算，大气中的O2在3000年左右将会用完，然而，绿色植物广泛地分布在地球上，不断地进行着光合作用，吸收CO

10、2和放出O2，为生物的呼吸提供O2，也使得大气中的O2和CO2的含量基本上保持稳定。叶绿素光合作用的机理是：叶绿素吸收光能进行光化学反应，把水分解成O和2H，释放出O2，氢则经光磷酸化反应形成ATP(三磷酸腺苷)，再用ATP的能量固定CO2，还原后合成糖，其中，需要光的过程叫“光反应”，总反应式为：2X2H2O2XH2O2（X代表氧化剂，即电子受体），不需要光的过程叫“暗反应”，总反应式为：2XH2CO2CH2OH2O2X植物的光合作用并非是很有效的使太阳能量转变为营养的途径，因为照射到叶子上的阳光只有13被吸收，而在这被吸收的阳光中也只有一部分转变成植物能。例题（1）图瓦卢是由多个珊瑚礁形成

11、的岛国。由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）： 。（2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是： 。（3）为了控制温室效应。各国科学家提出了不少方法和设想。有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底。以减小大气中CO2的浓度。为使CO2液化，可采用的措施是A.减压、升温 B.增压、升温 C.减压、降温 D.增压、降温（4）科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能加强呼吸作用加强光合作用改良碱性土壤、调节pH加强植物蒸腾作用A. B.C

12、. D.（5）快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是A.使用天然气等燃料B.控制全球人口增长C.植树造林，保护森林D.立即减少煤和石油的燃烧解析：本题以二氧化碳的性质为载体，综合考查学生的环保意识，引导学生关注社会，关注未来。题目选材新颖，涉及面广，起点高，落点低，具有很强的时代性。二氧化碳微溶于水，溶于水后会与碳酸钙反应，导致碳酸钙溶解。增大压强、降低温度会使气体的溶解度增大。植物的呼吸作用放出CO2，植物蒸腾作用与外界温度及水分有关，与CO2的浓度无关；植物的光合作用需要吸收CO2，且CO2溶于土壤的水生成的碳酸电离的H可以改良碱性土壤、调节pH，促进植物对Ca2、Mg2的吸收

13、。所以“汽水”浇灌植物能促进植物的生长。随着社会的进步，对能源的消耗也将进一步增多，所以不可能立即减少煤和石油的燃烧，使用天然气等燃料也会产生CO2，只有绿色植物的光合作用会吸收大量的CO2，且见效快。答案：（1）CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2（2）大量燃烧煤、石油等矿物燃料。（3）D （4）B （5）C试题类编(一)选择题1.以下说法正确的是A.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品C.生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的2.将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成

14、沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是3.当下列物质：大理石、钟乳石、锅垢、贝壳、蛋壳，分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是A.只有 B.只有 C.只有 D.4.已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体。等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源；等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的A.是、B.只有C.是和D.只有5.下列氧化物按其形成的含氧酸酸性递增顺序排列的是2CO2SO3P2O52CO2P2O5SO32SiO2P2O5SO32P2O5SO3

15、SiO26.迄今为止，以下各族元素中生成化合物的种类最多的是A.A族B.A族C.A族D.A族7.取2.8 g某元素的单质X在一定条件下与氧气充分作用，得到6 g 化合物XO2。该元素在周期表中的位置属于A.第三周期B.第二周期C.第主族D.第主族8.某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O(水蒸气)、H2中的一种或几种，依次进行如下连续处理(假定每步处理均反应完全)：通过碱石灰时，气体体积变小；通过赤热的氧化铜时，固体变为红色；通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；通过澄清的石灰水时，溶液变得浑浊。由此可以确定原混合气体中A.一定含有CO2、H2O，至少含有H2、CO中的一种B.一定含有H2O

16、、CO，至少含有CO2、H2中的一种C.一定含有CO、CO2，至少含有H2O、H2中的一种D.一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种9.石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨A.有放射性B.易燃、易爆C.能导电D.有剧毒10.下列物质属于原子晶体的化合物是A.金刚石B.刚玉C.二氧化硅D.干冰11.请据图回答，经数小时后，U型管A、B两处的液面会出现下列哪种情况(实验装置足以维持实验期间小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响)处上升，B处下降、B两处都下降处下降，B处上升、B两处都不变12.近年来，我国许

17、多城市禁止汽车使用含铅汽油，其主要原因是A.提高汽油燃烧效率B.降低汽油成本C.避免铅污染大气D.铅资源短缺13.向下列溶液中滴加稀H2SO4，生成白色沉淀，继续滴加稀H2SO4，沉淀溶解的是2SiO323214.某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应，消耗H和产生CO2的物质的量之比为65，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为415.固体熔化时必须破坏非极性共价键的是A.冰B.晶体硅C.溴D.二氧化硅16. CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是A.氯化钙溶液 B.石灰水C.饱和碳酸钠溶液D.硅酸钠溶液17.下列物质的晶体中，不存在分子的是A.二氧化硅B.二氧化硫C.二氧

18、化碳D.二硫化碳（二）笔答题18.爆炸后，环境内CO气体含量达10以上，引起人体CO中毒。现场抢救CO中毒者，应立即采取什么措施？ 19.碳元素有多种同位素，其中14C具有放射性，它能自发放出某种射线，而衰变成其他元素。考古对出土生物遗骸的年代断定可以使用多种方法，其中较精确的一种是基于14C放射性的方法，但被断定的年代一般不超过5万年。C与C结构上的差别在于其 的不同，如14CO2与碳在高温条件下发生反应：14CO2C2CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的微粒有A.14CO2 B.14CO2，14CO C.14CO2，14CO，14C D.14CO20.自然界存在的碳酸盐类铜矿(如孔

19、雀石、石青等)的化学组成为：aCuCO3·bCu（OH）2 （a、b为正整数，且a2，b2）(1)将孔雀石、石青矿样分别加盐酸至完全溶解，耗用HCl物质的量与产生CO2物质的量之比：孔雀石为41；石青为31。则它们的化学组成为：孔雀石： ，石青： 。(2)今有一份碳酸盐类铜矿样品，将其等分为A、B两份。然后，加盐酸使A样品完全溶解，产生CO2 336 L（标准状况)；加热B样品使其完全分解，得到20 g CuO。试计算并确定该矿石的化学组成。(3)某碳酸盐类铜矿样加酸完全溶解后，产生CO2 672 L(标准状况)，这份矿样中CuO含量不低于 克。(4)设某碳酸盐类铜矿样的质量为A克，

20、所含CuO质量为G克。加酸完全溶解后，产生的CO2体积(标准状况)为V升，则含铜矿样的A、V、G之间的关系式为：A_。21. 1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体(如右图)，该结构的建立基于以下考虑：C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数棱边数=2据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，C60分子所含的双键数为30。请回答下列问题：(1)固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是 ，理由是 。(2)试估计C60跟F2在

21、一定条件下，能否发生反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”) ，并简述其理由： 。(3)通过计算，确定C60分子所含单键数。C60分子所含单键数为 。(4)C70分子也已制得，它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。C70分子中所含五边形数为 ，六边形数为 。22.上图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体网状结构，其中硅、氧原子数之比为_，原硅酸根离子SiO的结构可表示为二聚硅酸根离子Si2O中，只有硅氧键，它的结构可表示为：_。答案解析(一）选择题1.答案：D解析：此题考查了常见化学用语的含义。纳米材料是指构成物质的微粒直径在107 m

22、109 m之间的一类物质的总称，并不是一种新的物质。任何食品从化学组成上分析，都是由化学物质构成的，如面包的主要成分就是淀粉。生物固氮就是某些植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为可被植物吸收的化合态氮的过程，并不是植物直接吸收氮气。2.答案：D解析：起始时反应的离子方程式为：CO22OH+Ca2=CaCO3+H2O，当Ca2完全沉淀时，溶液中还剩余OH，再通CO2，反应的离子方程式为：CO2OH=COH2O，继续通CO2，反应式为：COCO2H2O=2HCO，再通CO2，反应式为：CaCO3+CO2+H2O=2Ca(HCO3)2。反映在图象上即为D。3.答案：D解析：本题以碳酸钙的各种俗称为素材，

23、旨在考查学生对常识性知识的了解情况。由于大理石、钟乳石、锅垢、贝壳和蛋壳的主要成分皆含有碳酸钙，分别滴入醋酸后，都会有CO2气体产生。因此选D项。4.答案：C解析：天然气相比于煤、柴油而言是比较清洁的能源，目前部分城市代替汽油加以推广；SO2、NOx的过度排放是引起酸雨的原因，而CO2的过度排放则是引起温室效应的原因，这些都是中学生必须了解的常识。从题给信息看，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应是前者大，因此等质量的CH4和CO2产生的温室效应当然也是前者大，故应选C项。但有许多考生选择了A选项，错误地认为CO2是酸性气体，则燃烧天然气也会引起酸雨。5.答案：B解析：元素的非金属性由强到

24、弱的顺序是：SPCSi，其氧化物对应水化物的酸性则是依次减弱的，故答案为B。6.答案：C解析：A族多形成共价化合物，且含有碳元素，形成的化合物种类最多。7.答案：AC解析：X的物质的量与O2的相等，为0.1 mol，所以X的相对原子质量为28，该元素为硅，处于第三周期，A族。8.答案：D解析：通过碱石灰时，CO2和H2O都能被其吸收，体积变小，说明至少含其中一种；通过碱石灰后的气体只能为H2、CO中的一种或两种，通过热的氧化铜后的气体能使无水硫酸铜变蓝说明原气体中一定有H2，能使石灰水变浑浊，说明一定有CO。9.答案：C解析：石墨的放射性极弱，虽易燃，但不易爆，无毒，这些性质都不能使输电线、电

25、厂设备损坏。惟一能使输电线、电厂设备损坏的因素是因为石墨具有导电性，引起输电线，电厂短路，造成设备损坏，因此答案为C选项。10.答案：C解析：此题主要是考查学生的审题能力，该物质既是原子晶体，又是化合物。11.答案：C解析：小白鼠消耗氧气，产生CO2，CO2被NaOH溶液吸收，装置内压强下降，在外界大气压作用下，U型管内A处液面下降，B处上升。12.答案：C13.答案：D解析：向Na2SiO3溶液中加入H2SO4，有白色沉淀或凝胶生成，但此生成物不能在过量的H2SO4中溶解；BaCl2溶液与H2SO4反应可生成白色沉淀BaSO4，它也不能在过量的H2SO4中溶解，FeCl3溶液遇H2SO4不会

26、生成白色沉淀；由于有Al3+Al(OH)3 AlO，从中推知：AlOAl(OH)3Al3+，这就是选项D所涉及的反应。14.答案：B解析：设二价金属为M，正盐的物质的量为x mol，酸式盐的物质的量为y mol，则有：MCO32HCl=MCl2CO2+H2Ox2x xM(HCO3)22HCl=MCl22CO2+2H2Oy2y 2y由题意得：,解得。15.答案：B解析：冰、溴熔化时破坏分子间作用力；二氧化硅为原子晶体，熔化时破坏极性共价键，只有B项合题意。16.答案：A解析：CO2通入CaCl2溶液中产生的CaCO3能溶于反应生成的盐酸中，故此反应不能发生，也无沉淀生成，故选A。17.答案：A解

27、析：“SiO2”不是由单个的“SiO2”的分子所组成的，它是一种原子晶体。1个Si原子跟4个O原子形成了4个共价键，这样，每1个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子跟两个Si原子相结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按12的比例所组成的立体网状的原子晶体，通常用“SiO2”表示二氧化硅的组成。而SO2、CO2、CS2皆为分子晶体。故存在分子。（二）笔答题18.答案：将CO中毒者移至新鲜空气处，并设法改善中毒者缺氧的状态（例如人工呼吸等）。解析：人体血液中的血红蛋白既能与O2结合，也能与CO结合，且更易结合CO，使血液失去运输氧气的功能，使人缺氧而中毒。从平衡移动的观点，应让中毒者离开CO的环境，移至新鲜空气处，并设法改善中毒者缺氧的状态。19.答案：核内中子数（或“14C中子数多2个”，或：“原子质量数”） C20.答案：(1)CuCO3·Cu（OH）2 2CuCO3·Cu（OH）2(2