2019年高考化学一轮课件：第15讲-碳硅及无机非金属材料(含答案)

1、第15讲 碳硅及无机非金属材料化学 2019年高考一轮复习考试说明1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。考点一碳、硅单质及氧化物考点二硅酸盐及无机非金属材料专题三CO2与盐或碱溶液反应产物的判断考点一碳、硅单质及氧化物1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。知识梳理(2)单质的结构、物理性质与用途比较 碳硅结构金刚石： 结构，石墨：层状结构晶

2、体硅：与金刚石类似的_ 结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质 ，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点_用途金刚石用作切割刀具， 用作电极、铅笔芯晶体硅用作 材料、 硅芯片和硅太阳能电池空间网状空间网状软高石墨半导体2.碳、硅单质的化学性质还原性碳、硅的最外层都是 个电子，位于元素周期表的第 族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。4A(1)碳的还原性碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、 制取粗硅、 生产水煤气等， 完成下图转化关系中的化学方程式。 ； ； ；

3、。碳的还原性还表现为可将强氧化性的浓硫酸、浓硝酸分别还原为 和 ，本身被氧化为 。SO2NO2CO2(2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、 _、 _反应，不能与氢气、氧气、氯气、 、 反应，加热时能与氧气、氯气反应。完成右图转化关系中的化学方程式。 ； ； 。Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2氢氟酸(HF)强碱硫酸硝酸Si2F2=SiF43.二氧化硅和二氧化碳的比较物质二氧化硅二氧化碳结构 结构， 不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度大，熔、沸点 ，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2O H2CO3与酸反应

4、只与氢氟酸反应：_不反应立体网状高SiO24HF=SiF42H2O化学性质与碱(NaOH)反应_(盛碱液的试剂瓶用 塞)CO2少量：_；CO2过量：_与盐反应如与Na2CO3反应：_如与Na2SiO3反应：_或Na2SiO32H2O2CO2(足量)= H2SiO32NaHCO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2O橡胶CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3化学性质与碱性氧化物反应如与CaO反应：_如与Na2O反应：_用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐CO

5、2=Na2CO3SiO2CaOCaSiO3Na2O例1.正误判断，正确的打“”，错误的打“”(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体( )(2)硅在自然界中只以化合态的形式存在( )(3)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料( )(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维( )(5)非金属性：CSi，则热稳定性：CH4SiH4( )(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸( )例2.从元素周期表的位置看，碳和硅均为A族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中

6、主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。例3.写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(HCl)：_。通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶例4.写出除去下列固体粉末中混有杂质(括号内为杂质)可采取的方法，写出有关反应的方程式。(1)CaCO3(SiO2)_。可根据SiO2可溶于NaOH溶液除去。 在固体混合物中加入足量氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)SiO2(CaCO3)_。可根据CaCO3可溶于盐酸除去。 在

7、固体混合物中加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤。CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(3)SiO2(NH4Cl)_。可根据NH4Cl的热稳定性，或NH4Cl易溶于水的性质除去。 方法一：在固体中加入适量水溶解、过滤。方法二：将固体混合物在坩埚中充分灼烧，除去NH4Cl。NH4Cl NH3HCl归纳总结熟记硅及其化合物的特殊性质(1)硅单质的特殊性Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22C Si2CO；非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si4HF=SiF42H2；非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。(2)含硅化合物的特殊性SiO2是H2SiO3

8、的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3；酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能跟HF反应：SiO24HF= SiF42H2O；无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水；因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO2H2O = H2SiO3Na2CO3，但在高温下SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2也能发生。反思归纳在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点有：(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO22C Si(粗)2CO(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HCl SiHCl3H2(3

9、)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：Si(粗)2Cl2 SiCl4(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3H2 Si(纯)3HCl(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiCl42H2 Si(纯)4HCl(6)SiO22Mg 2MgOSi(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2SiCl43H2O=H2SiO34HCl(8)SiH4在空气中易自燃：SiH42O2=SiO22H2O考点二硅酸盐及无机非金属材料1.硅酸和硅酸钠(1)硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸 (填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。

10、硅酸不稳定，受热易分解： 。硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为_ 。硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。不能H2SiO3 SiO2H2OH2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O(2)硅酸钠(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 ，有黏性，水溶液显碱性。它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：与盐酸反应： 。与CO2水溶液反应： 。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3水玻璃Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO32.无机非金属材料(1)传统无机非金属材料，

11、如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料比较 水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2 ；CaCO3SiO2 。(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。CaSiO3CO2Na2SiO3CO2例1.正误判断，正确的打“”，错误的打“”(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点( )(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱( )(3)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料( )(4)光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料( )(5)高温结构材料

12、具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点( )(6)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品( )例2.玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2 CaSiO3CO2。由上述两个反应能说明H2SiO3的酸性比碳酸强吗？为什么？不能；此反应中生成的CO2气体脱离反应体系有利于反应向右进行，与其氧化物对应酸的强弱无关；强酸制弱酸的规律一般适用于在溶液中发生的反应。例3.实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为选哪一种？简述选择的依据。选择铁坩埚。依据：铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2

13、，能与NaOH反应使得坩埚受损。方法技巧硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水，不同氧化物间以“”隔开。(2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成 ，应写成K2OAl2O36SiO2。考点三 CO2与盐或碱溶液反应产物的判断1.CO2与盐溶液反应产物或现象的判断一般从强酸制弱酸的角度去分析。由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(偏铝酸)的酸性强，能用CO2制取上述弱酸，常涉及的变化如下：CO2CO2Na2SiO3H2

14、O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2 ONaH2O OHNaHCO3CO2(过量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO32.CO2与碱反应产物的判断(1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)产物的分析反应原理反应后溶质成分的判断 x溶质成分x11NaHCO311x21Na2CO3、NaHCO3x21Na2CO3x21NaOH、Na2CO3用数轴来表示(2)CO2与多组分如CO2通入NaOH、Ca(OH

15、)2的混合溶液，反应的顺序是Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O2NaOHCO2=Na2CO3H2ONa2CO3CO2H2O=2NaHCO3CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2例1.正误判断，正确的打“”，错误的打“”。(1)向C6H5ONa溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊( )解析生成苯酚浊液。(2)向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( )解析H2SiO3不溶于CO2。(3)向Ca(ClO)2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( )解析开始生成CaCO3沉淀，CO2过量时，CaCO3又与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2。(4)向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通CO2，溶液会变浑浊( )解析CO2在C