2019版高考化学大一轮复习 第13讲 碳、硅及无机非金属材料优选学案

1、第13讲碳、硅及无机非金属材料考纲要求考情分析命题趋势1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及其应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法。3.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。2017，全国卷，26T2016，全国卷甲，7T2016，全国卷乙，37T2016，天津卷，1T2016，浙江卷，13T高考对本部分的考查主要以碳、硅单质及其重要化合物的性质、应用为主，题型延续选择题或非选择题的形式，中等难度。预计2019年高考将以碳族元素新型材料为主线考查相关知识，也可能以实验设计为中心来命题，复习备考时注重Si、SiO2的用途。分值：25分考点一碳、硅单质及其重要化合物1碳、硅单

2、质的结构、物理性质及用途碳硅在元素周期表中的位置第二周期！_A_#族第三周期！_A_#族元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有！_化合_#态结构金刚石：！空间网状#结构，石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的！_空间网状_#结构物理性质金刚石熔点高、硬度大，石墨熔点高、质！_软_#，有滑腻感，能导电晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点！_高_#用途金刚石用作切割刀具，！_石墨_#用作电极、铅笔芯晶体硅用作！_半导体_#材料、硅芯片和硅太阳能电池2碳、硅的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。3硅的工业制法(1)制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质

3、的粗硅：！_SiO22CSi2CO_#。(2)粗硅提纯Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。(3)注意问题用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过蒸馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。4二氧化碳和二氧化硅二氧化碳二氧化硅类别均为！_酸性_#氧化物结构特点由！_二氧化碳分子_#构成，属于！_分子_#晶体由氧原子与硅原子构成！_立体网状_#结构，属于！_原子_#晶体主要物理性质熔、沸点！_低_#，常温下为气体，能溶于水硬度！_大_#，熔、沸点！_高_#，常温下为固体，不溶于水化学性质与水反应CO

4、2H2OH2CO3不反应与酸反应不反应只与氢氟酸反应：！SiO24HF=SiF42H2O#与碱反应CO2少量：！CO22OH=COH2O#CO2过量：！CO2OH=HCO#！_SiO22NaOH=Na2SiO3H2O_#(盛碱性溶液的试剂瓶用！_橡胶_#塞)与盐反应如与Na2SiO3反应：！_CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3_#或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3如与Na2CO3反应：！_SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2_# 与碱性氧化物反应如与Na2O反应：！_CO2Na2O=Na2CO3_#如与CaO反应：！_SiO2CaOCaS

5、iO3_#用途制饮料、制碳酸盐光导纤维、光学仪器、电子部件硅及其化合物的特殊性质(1)硅单质的特殊性Si的还原性强于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22CSi2CO；非金属单质一般不与非氧化性酸反应，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能与HF反应：SiO24HF=SiF42H2O；无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水；因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量的CO

6、2能发生下列反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能发生。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。0(1)(2016全国卷乙)燃料的燃烧产物CO2是温室气体之一。()(2)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(3)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体。()(4)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体。()2用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)，将所选答案的编号填入下表相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。可供选择的试剂：A盐酸B氢氧化钠溶液C氧气D水E二氧化碳可选用的

7、操作：水洗加热高温灼烧过滤结晶粉末状混合物选择的试剂选用的操作.CaCO3(SiO2)！_B_#！_#.NaCl(SiO2)！_D_#！_#.SiO2(Fe2O3)！_A_#！_#.SiO2(CaCO3)！_A_#！_#.SiO2(NH4Cl)！_/_#！_#CO2与碱、盐溶液的反应规律1CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量的CO2时生成碳酸盐，当通入过量的CO2时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例，将C

8、O2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：2碳酸的“强酸性”碳酸虽然是一种弱酸，但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。如CO2(少量)Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3CO2(少量)Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3例1 将足量的CO2不断通入KOH、Ba(

9、OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入的CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是(B)AOa段反应的化学方程式是Ba(OH)2CO2=BaCO3H2OBab段与cd段所发生的反应相同Cde段沉淀减少是由于BaCO3固体消失Dbc段反应的离子方程式是2AlO3H2OCO2=2Al(OH)3CO解析 CO2首先与Ba(OH)2反应：Ba(OH)2CO2=BaCO3H2O(Oa段)，接着与KOH反应生成K2CO3(ab段)，最后再与KAlO2反应生成Al(OH)3沉淀和K2CO3(bc段)，K2CO3与CO2反应生成KHCO3(cd段)，BaCO3 与C

10、O2反应转化为可溶的Ba(HCO3)2(de段)。例1 研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。写出CO2溶于水产生HCO的方程式：！_#。(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：！_#。同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：！_#！_# (CH2O)xx18O2xH2O(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：气提、吸收CO2。用N2

11、从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x molL1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度！_#molL1。(4)利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。结合方程式简述提取CO2的原理：_。用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是！_#。答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分(2)审题不够仔细，没弄清光合作用的反应物之一为HO2(4)电解原理不够熟练，且文字表述题抓不住叙述的顺序和关键点3解析 (1)

12、CO2溶于水生成H2CO3、H2CO3电离生成H和HCO。(2)钙化作用为Ca2和HCO反应生成CaCO3。该反应为CO2和HO发生反应，利用原子守恒可配平该化学方程式。(3)用N2从酸化后的海水中吹出CO2，则气体从长管进、从短管出，由于溶液没有酸化，则需要用分液漏斗滴入稀硫酸。海水中溶解无机碳的浓度x mol/Ly103L/(z103L) mol/L。(4)阳极区H2O放电产生H，H通过阳离子膜进入b室，与HCO反应产生CO2。b室排出的海水pH6，而海水的pH8，因此需要加入碱溶液中和，可以用c室产物调节pH。 答案 (1)CO2H2OH2CO3、H2CO3HHCO(2)2HCOCa2=

13、CaCO3CO2H2OxCO22xHO(3)(4)a室：2H2O4e=4HO2，H通过阳离子膜进入b室，发生反应：HHCO=CO2H2Oc室的反应：2H2O2e=2OHH2，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH1(2018广西南宁调研)硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：！_SiHCl3H2Si3HCl_#。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和

14、另一种物质，写出配平的化学反应方程式：！_SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2_#；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是！_氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3_#。(2)下列有关硅材料的说法正确的是！_ABC_# (填字母)。A碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维D普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡

15、。写出实验现象并给予解释：！_现象：试管中有白色胶状沉淀生成，并且有刺激性气味气体生成。解释：Na2SiO3和NH4Cl均能够水解，两者相互促进，Na2SiO3水解生成H2SiO3，NH4Cl水解产生NH3_#。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)(2017全国卷)将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶，集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生，说明CO2具有氧化性。()(2)(2017江苏卷)SiO2硬度大，可用于制造光导纤维。()(3)(2016江苏卷)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si。()(4)硅胶可用作食品干燥剂。()(5)SiO2既能和NaO

16、H溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。()(6)NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。()(7)如图：中为浓硝酸，中为Na2CO3，中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸碳酸硅酸。()(8)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应。()考点二硅酸盐与无机非金属材料1硅酸2硅酸盐(1)概念：！_由硅、氧和金属元素组成的化合物_#的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称！_水玻璃_#，有黏性，水溶液显碱性。它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：！_Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3_#；

17、与CO2水溶液反应：！_Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3_#。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(3)硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为！_K2OAl2O36SiO2_#。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料水泥普通玻璃陶瓷生产原料！_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熔炉陶瓷窑(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。(3)特殊功能的含硅物质碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。含硅

18、元素4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有耐高温和耐低温的性质。含硅物质的用途(1)晶体硅：半导体材料、计算机芯片。(2)SiO2：光导纤维、水晶、石英、玛瑙等的主要成分为SiO2。(3)硅胶：干燥剂、催化剂的载体。(4)Na2SiO3：黏合剂、防火剂等。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)水玻璃俗称泡花碱，是一种纯净物。()(2)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，通入过量CO2，白色沉淀消失。()(3)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。()(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH

19、等碱性溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞。一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。2氧化物前计量数的配置原则除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。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K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。4实例高岭土(Al2Si2O72H2O)Al2O32SiO22H2O石棉(CaMg3Si4O12)CaO3MgO4SiO2沸石(Na2Al2Si3O102H2O)Na2OAl2O33SiO22H2O云母(KAl3Si3O17H

20、2O)K2O3Al2O36SiO22H2O例1 (2018云南昆明质检)青石棉(crocidolite)是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是 (B)A青石棉是一种硅酸盐产品B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原二碳、硅及其化合物的相互转化1碳及其化合物的转化关系图2硅及其化合物的转化关系图例2A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示

21、的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。请回答下列问题：(1)写出各物质的化学式：A！_SiO2_#；B！_CaSiO3_#；C！_Na2SiO3_#；D！_Si_#；E！_H2SiO3_#。(2)写出反应的化学方程式：！_SiO22CSi2CO_#，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为！_12_#。(3)写出反应的离子方程式：！_Si2OHH2O=SiO2H2_#。(4)写出反应的离子方程式：！_SiOCa2=CaSiO3_#。(5)H2CO3的酸性强于E，请用离子方程式予以证明：！_SiOCO2H2O=H2SiO3CO_#。解析 解答本题的第

22、一个“突破口”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。第二个“突破口”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。例1 单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物；Y为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题： (1)能与X发生化学反应的酸是！_# ；由X制备Mg2Z的化学方程式为！_#。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为！_#，Y分子的电子式为！_#。(3)Z、X中共价键的类型分别是！_#、！_#。答题送

23、检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分(1)以为SiO2与Mg的反应为置换反应2(2)不能有效地将CH4与SiH4进行类比1(3)不清楚SiO2晶体中的共价键类型1解析 (1)根据题中信息可确定Z为Si，其氧化物X的化学式为SiO2，能与SiO2反应的酸只有氢氟酸；由SiO2制备Mg2Si的化学方程式为SiO24Mg2MgOMg2Si。(2)Y为SiH4，结合图示可写出Mg2Si与盐酸的反应为Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4；C、Si为同主族元素，根据CH4的电子式可写出SiH4的电子式。(3)Si和SiO2中分别含有非极性共价键和极性共价键。答案 (1)氢氟酸SiO24MgMg2Si2M

24、gO(2)Mg2Si4HCl=SiH42MgCl2(3)非极性共价键极性共价键1SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为！_SiO22NaOH=Na2SiO3H2O_#。长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为！_CaAl2Si2O8_#。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)(2016浙江卷)Ge(32号元素)的单晶可以作为充电转换材料用于太阳能电池。()

25、(2)(2016四川卷)pH2的溶液中可能大量存在Na、NH、SiO。()(3)(2016江苏卷)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO32H=H2SiO32Na。()2金刚石、SiC具有优良的耐磨、耐腐蚀性，应用广泛。(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子，碳元素在周期表中的位置是！_第二周期第A族_#，Q是！_氧(或O)_#，R的电子式为！_#。(2)一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收其中的CCl4的实验操作名称为！_过滤_#，除去粗产品中少量钠的试剂为！_水(或乙醇)_#。(3)碳还原

26、SiO2制SiC，其粗产品中杂质为Si和SiO2。现将20.0 g SiC粗产品加入到过量的NaOH溶液中充分反应，收集到0.1 mol氢气，过滤得SiC固体11.4 g，滤液稀释到1 L，生成氢气的离子方程式为！_Si2OHH2O=SiO2H2_#，硅酸盐的物质的量浓度为！_0.17_molL1_#。课时达标第14讲1下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(D)硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为：Na2O2FeO3SiO2水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料ABCD解析 从化合价代数和为0可知Na2Fe2Si

27、3O10中铁的化合价是3价，错误；水晶的主要成分是SiO2，错误；光导纤维的主要成分是SiO2，错误。2二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(见下图)。下列说法正确的是(C)ASiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物BSiO2和Si都是光导纤维材料C在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效D图中所示转化反应都是非氧化还原反应解析 两性氧化物的定义为与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过

28、程中涉及了氧化还原反应，D项错误。3用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(A)选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失饱和Na2CO3溶液B通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液C通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，再加入稀硝酸，沉淀不溶解Na2SiO3溶液解析 CO2通入饱和Na2CO3溶液会生成溶解度小的NaHCO3，继续通CO2，浑浊不消失，A项错误；CO2与Ca(ClO)2溶液反应生成CaCO3白色沉淀

29、和具有漂白性的HClO，B项正确；CO2与Ca(OH)2溶液反应生成CaCO3沉淀，继续通入CO2，生成Ca(HCO3)2，沉淀消失，加入NaOH溶液，又生成CaCO3沉淀，C项正确；CO2与Na2SiO3溶液反应生成硅酸，硅酸不溶于稀硝酸，D项正确。4下列除杂方法正确的是(B)ASiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去BCO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热CCO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶DNa2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤解析 A项，SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应；C项，Na2CO3溶液会吸收CO2生成NaHCO3，应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗