高三化学一轮复习讲义 26　第一篇　第二部分　第四章　第18讲　碳、硅及其重要化合物　无机非金属材料(基础课)

第18讲碳、硅及其重要化合物无机非金属材料(基础课)1．了解碳及其化合物的性质与应用。2．了解硅及其重要化合物的性质与应用。3．了解无机非金属材料。碳的单质与氧化物1．碳单质(1)结构类型与物理性质存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。①②③(2)重要化学性质(用化学方程式表示)①②2．碳的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内________相结合，使人因缺氧而中毒。②化学性质及应用(写出有关化学方程式)a．可燃性：___________，可作燃料。b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为___________________，可用于冶炼金属。(2)CO2的制备、性质、用途及检验①实验室制备：CaCO3＋2HCl=_________________。②化学性质a.③用途：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。④检验带火星的木条熄灭判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)金刚石、石墨、C60互称同位素。 ()(2)水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼。 ()(3)石墨转化为金刚石的反应为氧化还原反应。 ()(4)化石燃料燃烧产物CO2排入大气中会形成酸雨。 ()(5)向CaCl2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。 ()(6)实验室可以用大理石与稀硫酸反应制取CO2。 ()(7)Na、Mg着火可以用CO2灭火。 ()CO、CO2的检验及探究1．草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐为沉淀。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解。甲组、乙组两名同学对草酸分解产物进行探究。甲组同学认为草酸分解产物中有CO2；乙组同学认为草酸分解产物中还有CO。回答下列问题：(1)甲组同学按照上图所示的装置连接，通过实验检验草酸晶体的分解产物。加热装置A前需要进行的操作是_________________________________________；装置C中可观察到的现象是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，装置C中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；由此可知草酸晶体分解的产物中有________(填化学式)。(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、F、D、G________(按合理顺序补全装置，填大写字母)。装置H反应管中盛有的物质是____________，此反应管中发生反应的化学方程式是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。CO、CO2的检验方案模型混合气体→①澄清石灰水→NaOH溶液→②澄清石灰水→灼热CuO→③澄清石灰水→尾气处理现象结论：当①澄清石灰水变浑浊说明混合气中含CO2；当②澄清石灰水不变浑浊，③澄清石灰水变浑浊且CuO变红说明混合气中含CO。“碳达峰”与“碳中和”2．(2025年1月·河南高考适应性考试)CO2的资源化利用有利于实现“碳中和”。一种功能性聚碳酸酯高分子材料G可由如下反应制备。下列说法错误的是()A．x＝m＋nB．反应的原子利用率为100%C．G在酸性或碱性条件下均能降解D．E与F均能使溴的四氯化碳溶液褪色3．(2025·深圳模拟)中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是()A．捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2B．环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶C．反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2硅及其重要化合物1．硅单质2．二氧化硅(1)晶体类型：共价晶体。SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如图乙所示)。晶体中Si和O的比例为1∶2。(2)酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=____________。(3)高温下，与Na2CO3、CaCO3反应制玻璃：Na2CO3＋SiO2高温______________、CaCO3＋SiO2(4)与氢氟酸反应(特殊)：_______________________(写化学方程式)。①SiO2不溶于水，与水不反应。②SiO2与氢氟酸反应，故氢氟酸不能用玻璃瓶盛装，可以用塑料瓶盛装或铅皿盛装。③SiO2与碱反应生成黏性强的硅酸盐，故碱性溶液不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。3．硅酸及其盐(1)硅酸①硅酸(H2SiO3)是一种难溶于水的弱酸，比H2CO3弱。②与强碱反应：H2SiO3＋2OH－=______。(2)硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱①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___性。②与较强的酸反应生成硅酸(写化学方程式)：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：________________________________；与CO2水溶液反应：___________________________________。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)硅在自然界中既有游离态又有化合态。 ()(2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。 ()(3)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。 ()(4)硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”，是一种建筑行业常用的黏合剂。 ()(5)向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶。 ()(6)用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化。 ()(7)因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强。 ()1．下列有关硅及其化合物的说法正确的是()A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2高温2CO↑B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入CO2D．SiO2与氢氟酸、NaOH溶液均反应，可证明SiO2为两性氧化物2．用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：已知SiHCl3的沸点为36.5℃。(1)在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是______________。(3)D中反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________。制备高纯硅过程中的3个易错点(1)用焦炭还原SiO2，反应产物是CO而不是CO2。(2)整个过程中不能混入水蒸气，SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑、SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl。(3)粗硅中含碳单质等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，即可得到高纯硅。无机非金属材料1．硅酸盐材料——传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料________________________________黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件____主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2含水的铝硅酸盐(1)生产水泥时加入适量石膏调节水泥________。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。(2)玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。2．新型无机非金属材料(1)晶体硅：广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，制硅芯片、硅太阳能电池等。(2)光导纤维：主要成分为____，传输光信号，制作光缆。(3)新型陶瓷①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨蚀性等。再如碳化硅(SiC)俗称金刚砂，SiC具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料。②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。③压电陶瓷：具有压电效应。(4)碳纳米材料①富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称，其中的C60是富勒烯的代表物。②石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层____，具有独特的电阻率__、热导率__的特点和很高的强度。应用于光电器件，超级电容器、电池等。③碳纳米管可以看成是由____片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。用于生产复合材料、电池和传感器等。1．(2025年1月·四川高考适应性考试)化学是新材料发展的基础，下列生产或应用中所用到的主要物质不属于无机非金属材料的是()A．芯片制造所用的硅晶片B．潜艇降噪所用的橡胶消声瓦C．耐高温陶瓷生产所用的碳化硅D．通信信号传输所用的光导纤维2．(2024·江西九校联考)材料是人类赖以生存和发展的物质基础。下列说法错误的是()A．《墨经》中载有松木可用于制备炭黑，炭黑与金刚石互为同素异形体B．高纯度的单晶硅、二氧化硅属于新型无机非金属材料C．“问天”实验舱采用了砷化镓太阳电池片，砷化镓具有良好的导电性D．氮化硅是一种新型陶瓷，可用于火箭发动机3．石墨烯、氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。下列有关说法正确的是()A．石墨烯是一种新型化合物，属于新型无机非金属材料B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素异形体D．氧化石墨烯具有一定的亲水性，结构中的碳原子存在sp2和sp3杂化1．(2022·广东卷，T3改编)广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是()A．南宋鎏金饰品 B．蒜头纹银盒C．广彩瓷咖啡杯 D．铜镀金钟座2．(2024·广东卷，T3)嘀嗒嘀嗒，时间都去哪儿了！计时器的发展史铭刻着化学的贡献。下列说法不正确的是()A．制作日晷圆盘的石材，属于无机非金属材料B．机械表中由钼、钴、镍、铬等元素组成的发条，其材质属于合金C．基于石英晶体振荡特性计时的石英表，其中石英的成分为SiCD．目前“北京时间”授时以铯原子钟为基准，55133石英与NaOH溶液、氢氟酸反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________、____________________________________________________________________。3．(2024·黑吉辽卷