2017年高考一轮总复习同步课件考点6第11课时无机非金属材料主角碳和硅

第11课时无机非金属材料的主角——碳和硅课标版化学考试要点命题规律备考策略1.了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si单质及其化合物对环境质量的影响。1.本课时的主要考查内容有:(1)Si、SiO2、Na2SiO3、H2SiO3的性质和用途;(2)SiO2的结构。2.题型以选择题、推断题为主。如2015年江苏单科,8T;2014年安徽理综,27T等。对本课时有关知识的复习,要特别关

注硅的特性以及用途,关注二氧化硅

与氢氧化钠溶液的反应。考纲导学一、碳及碳的氧化物1.碳单质(1)存在:在自然界中碳元素既有①

态,又有②

态。(2)碳的三种常见同素异形体:③

、④

、⑤

。(3)碳的化学性质:C—

教材研读游离化合金刚石石墨C602.碳的氧化物

自测1判断下列说法是否正确。(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的

化合物。

(

)(2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应。(

)(3)C60、金刚石、石墨互为同位素。

(

)

答案

(1)√

(2)✕

(3)✕自测2由甲气体开始,可发生如下四个变化:甲气体

乙气体

丙气体

乙气体

丁澄清溶液

戊白色沉淀,则甲、乙、丙、丁、戊分别为

(

)A.CO2、CO、O2、CaCO3、CaOB.O2、CO、CO2、Ca(HCO3)2、CaCO3C.O2、CO2、CO、Ca(HCO3)2、CaCO3D.CO、CO2、O2、CaO、Ca(OH)2

答案

C以丙气体作为突破口,丙通过灼热的CuO后生成的乙气体可与石灰水反应,说明乙是CO2,丙是CO,则甲是O2,丁是Ca(HCO3)2,戊是CaCO3。二、硅及其化合物1.硅单质(1)结构及物理性质

(2)化学性质硅的化学性质不活泼,常温下只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应;在加热条

件下,能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。

(3)工业制备a.制粗硅:SiO2+2C

Si+2CO↑b.粗硅的提纯:Si+2Cl2

SiCl4、SiCl4+2H2

Si+4HCl(4)用途晶体硅是良好的半导体材料,可用作计算机芯片;硅也可用作太阳能电池

等。2.硅的重要化合物(1)二氧化硅SiO2

(2)硅酸H2SiO3

(3)硅酸盐a.Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称⑦

。贮存:盛Na2SiO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。变质:Na2SiO3水溶液在空气中易变质,反应的离子方程式为Si

+CO2+H2O

H2SiO3(胶体)+C

。水玻璃b.硅酸盐的氧化物表示方法书写顺序:低价金属氧化物写在前,高价金属氧化物写在后;活泼金属氧化

物写在前,不活泼金属氧化物写在后。书写原则:分子中各原子数目比不变,各元素化合价不变且代数和为零;若

系数配置出现分数时应化为正整数。如长石(KAlSi3O8)可表示为⑧

。自测3下列关于硅的化合物的叙述,错误的是

(

)A.二氧化硅可用于制光导纤维B.二氧化硅能与石灰石反应:SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑K2O·Al2O3·6SiO2C.可以用焦炭还原二氧化硅生产硅:SiO2+2C

Si+2CO↑D.玻璃的主要成分是石灰石、纯碱、石英砂

答案

D生产玻璃的主要原料是石灰石、纯碱、石英砂,玻璃的主要成分为二氧化硅、硅酸钠、硅酸钙,D错误。自测4判断下列说法是否正确。(1)SiO2不与水反应生成硅酸,因此SiO2不是酸性氧化物。

(

)(2)SiO2不与任何酸反应。

(

)(3)2C+SiO2

Si+2CO↑,说明C的还原性比Si强。(

)(4)根据反应:SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑,可知SiO2水化物的酸性比H2CO3强。

(

)(5)光导纤维的主要成分是Si。

(

)

答案

(1)✕

(2)✕

(3)✕

(4)✕

(5)✕三、无机非金属材料1.材料的分类材料

2.传统无机非金属材料

水泥玻璃陶瓷主要原料黏土、①

、石

膏石灰石、石英砂、②

黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑变化复杂的物理、化学变化过

程主要反应:Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

加水混合→成型→干燥→

烧结→冷却组成硅酸三钙(3CaO·SiO2)硅酸二钙(2CaO·SiO2)铝酸三钙(3CaO·Al2O3)硅酸钠、硅酸钙和二氧化

硅硅酸盐用途重要的建筑材料玻璃瓶、化学实验用的玻

璃仪器等在工农业、生活、实验室

中使用广泛石灰石纯碱CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

3.新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。主要特性:能承受高温、高强度;具有电学、光学特性;具有生物功能。自测5判断下列说法是否正确。(1)水晶、玻璃、陶瓷、水泥都属于硅酸盐。

(

)(2)水晶可制太阳能电池。

(

)(3)陶瓷、水泥、金刚砂及所有的玻璃都是硅酸盐产品。(

)(4)合成纤维和光导纤维都是有机高分子材料。

(

)(5)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。

(

)

答案

(1)✕

(2)✕

(3)✕

(4)✕

(5)√自测6

(2015浙江宁波模拟)硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅

酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是

。A.陶瓷B.玻璃C.水泥D.水晶(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为

,工艺师常用

(填物质名称)来雕

刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作

。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱

时下列坩埚可选用的是

。A.普通玻璃坩埚B.石英玻璃坩埚C.氧化铝坩埚D.铁坩埚(4)工业上常利用反应2C+SiO2

Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是

(填化学式,下同),氧化剂是

。

答案

(1)D(2)SiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O氢氟酸(3)防火剂D(4)CSiO2解析

(1)水晶的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻

璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。含SiO2的材料(普通玻璃、石英

玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚

熔融纯碱。(4)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中硅元素化合价降低,因此SiO2

作氧化剂。考点一硅及其化合物的特性

考点突破一般规律硅及其化合物的特性硅的还原性大于碳C可以还原SiO22C+SiO2

Si+2CO↑非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si可以和氢氟酸反应Si+4HF

SiF4↑+2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体,常用作电子部件酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水,不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2可以和氢氟酸反应SiO2+4HF

SiF4↑+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律,H2CO3酸

性强于H2SiO3高温时SiO2可以和碳酸盐反应生成CO2Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑典例1

(2015山东聊城模拟)下列说法正确的是

(

)①单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料②合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料③盛放NaOH溶液时,使用带磨口玻璃塞的玻璃瓶④Mg2+、H+、Si

、S

在水溶液中能大量共存⑤向含K+、Na+、Br-、Si

的溶液中通入CO2后仍能大量共存⑥SiO2与酸、碱均不反应⑦SiO2不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器⑧SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应⑨Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化⑩水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂A.①②⑥⑦⑩B.①⑧⑩C.②③⑧⑨D.①④⑤⑧

答案

B①单质硅常用于制太阳能电池,正确;②合成纤维是有机材料,错误;③NaOH能与玻璃中的SiO2反应:2NaOH+SiO2

Na2SiO3+H2O,错误;④H+、Si

可结合生成难溶于水的硅酸,错误;⑤溶液中通入CO2后,发生反应:CO2+H2O+Si

H2SiO3(胶体)+C

,错误;SiO2与强碱、氢氟酸均可反应,⑥错误、⑦错误、⑧正确;⑨SiO2不能一步转化为H2SiO3,因SiO2与

H2O不反应,错误;⑩水玻璃俗称“泡花碱”,可作黏合剂与防火剂,正确。1-1

(2015河北邯郸模拟)下列不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的

是

(

)A.甲烷比甲硅烷稳定B.硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性强C.碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸D.高温下SiO2和Na2CO3反应

答案

DA项,甲烷比甲硅烷稳定,说明与氢原子结合的能力碳比硅强,碳元素的非金属性比硅元素强;B项,说明硅酸的酸性比碳酸的酸性弱,硅元

素的非金属性比碳元素弱;C项,说明碳酸的酸性比硅酸强,碳元素的非金属

性比硅元素强;D项,SiO2和Na2CO3在高温下反应生成CO2并不能说明碳元

素的非金属性比硅元素强。1-2下列物质:①氢氟酸;②浓硫酸;③烧碱溶液;④Na2CO3固体;⑤氧化钙;

⑥浓硝酸。其中在一定条件下能与SiO2反应的有

(

)A.①②⑥B.②③⑥C.①③④⑤D.全部

答案

CSiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。1.碳和硅的性质比较化学性质碳硅与单质反应C+O2

CO22C+O2

2COC+2S(气)

CS2Si+O2

SiO2Si+2F2

SiF4Si+2Cl2

SiCl4与氧化物反应C+2CuO

CO2↑+2Cu3C+Fe2O3

3CO↑+2Fe2C+SiO2

2CO↑+Si3C+SiO2

2CO↑+SiC——与氧化性酸反应C+4HNO3(浓)

CO2↑+4NO2↑+2H2OC+2H2SO4(浓)

CO2↑+2SO2↑+2H2O不与HNO3、H2SO4等反应,但有:Si+4HF

SiF4↑+2H2↑与水或碱溶液反应C+H2O(气)

CO+H2Si+2NaOH+H2O

Na2SiO3+2H2↑2.二氧化碳与二氧化硅的比较比较项目二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)存在空气,燃料的燃烧产物存在于岩石中,沙子、石

英、水晶、硅藻土都含SiO2物理性质常温时是无色无味、比空

气重的气体,微溶于水坚硬难熔的固体,不溶于水

①与水CO2+H2O

H2CO3不反应②与酸不反应只与氢氟酸反应③与NaOH溶液CO2(少量)+2NaOH

Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH

Na2SiO3+H2O④与碱性氧化物CO2+CaO

CaCO3SiO2+CaO

CaSiO3⑤与过氧化物2CO2+2Na2O2

2Na2CO3+O2不反应比较项目二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)组成和结构1个C原子和2个O原子构成1个CO2分

子。晶体由CO2分子组成不存在“SiO2”分子,1个Si原子与4个

O原子结合,每个O原子与2个Si原子结

合。晶体由Si、O原子构成与环境相关问题温室效应粉尘污染,硅肺病用途制(碳酸型)饮料;制碱;干冰作制冷剂,

用于人工降雨光导纤维、化学仪器、光学仪器、饰

品、电子部件考点二CO2与碱、盐的反应

1.CO2与碱溶液的反应(1)反应原理NaOH

Na2CO3

NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断x=

溶质成分x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x=2∶1Na2CO3x>2∶1NaOH、Na2CO3也可用数轴来表示:

2.CO2与盐溶液的反应(1)往NaAlO2溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为:2Al

+CO2(少量)+3H2O

2Al(OH)3↓+C

Al

+CO2(过量)+2H2O

Al(OH)3↓+HC

(2)往Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为:Si

+CO2+H2O

H2SiO3(胶体)+C

Si

+2CO2+2H2O

H2SiO3(胶体)+2HC

(3)往饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体,反应为:Na2CO3+CO2+H2O

2NaHCO3↓(4)往漂白粉溶液中不断通入CO2气体的反应为:Ca(ClO)2+CO2+H2O

CaCO3↓+2HClOCaCO3+CO2+H2O

Ca(HCO3)2

典例2

(2015山东潍坊模拟)向100mLNaOH溶液中,通入一定量CO2,然后

向该溶液中逐滴加入1mol·L-1硫酸,所加入硫酸溶液体积与产生CO2体积关

系如图所示:

(1)通入一定量CO2后,溶液中溶质为

(填化学式)。(2)AB段反应的离子方程式为

。(3)当加入45mL硫酸时,产生CO2的物质的量为

。(4)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为

。的物质的量为AB段消耗的硫酸物质的量的2倍,因此n(CO2)=2×1mol·L-1×

(0.045L-0.025L)=0.04mol。(4)B点时为Na2SO4溶液,此时共消耗硫酸1mol

·L-1×0.045L=0.045mol,则n(NaOH)=0.09mol,c(NaOH)=

=0.9mol·L-1。

答案

(1)NaOH、Na2CO3(2)HC

+H+

CO2↑+H2O(3)0.04mol

(4)0.9mol·L-1

解析

(1)根据图像分析,从开始到A点消耗硫酸25mL,AB段消耗硫酸20mL,说明通入一定量CO2后溶液中溶质为NaOH和Na2CO3。