2015版高考复习讲义《专题七碳和硅及其化合物》

1、专题七 无机非金属材料的主角碳和硅及其化合物山东省安丘市实验中学 周月明考点全通关11考点一、碳、硅单质的性质1存在形态自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。2常见单质的比较碳的同素异形体主要有金刚石、石墨、C60等，硅的同素异形体主要有晶体硅和无定形硅。碳硅结构金刚石：正四面体向空间延伸的网状结构石墨：每层为正六边形的层状结构晶体硅：正四面体向空间延伸的网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大；石墨呈灰黑色，熔点高、质软、能导电晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬度大、熔点高，半导体化学性质与非金属单质反应CO2CO2(完全燃烧)，2CO22CO(不完全燃烧)Si+O2SiO2，S

2、i + 2F2 SiF4与氧化物反应C2CuO2CuCO22C+SiO2Si+2CO与酸反应C2H2SO4(浓) CO22SO22H2O，C4HNO3(浓) CO24NO22H2O不与浓H2SO4、浓HNO3反应，但与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2与碱反应Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2制备SiO22CSi2CO通关秘籍：（1）同素异形体是指由同种元素形成的不同单质；（2）导电的单质不一定是金属，如石墨、晶体硅；（3）有金属光泽的单质不一定是金属，如晶体硅；（4）在常温下，碳、硅的化学性质不活泼，与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等均不反应。（5）碳、硅的特殊性一般情况，

3、非金属单质熔沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔沸点高，硬度大；一般情况，非金属单质为电的绝缘体，但硅为半导体，石墨为良导体；一般情况，较强氧化剂较强还原剂=较弱氧化剂较弱还原剂，而C却能还原出比它更强的还原剂Si；Si为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2；一般情况，较活泼金属酸=盐氢气，而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si4HF=SiF42H2；一般情况，非常活泼的金属（Na、K等）才能够置换出H2O中的氢，但CH2O(g) CO+ H2。考点二、CO2和SiO2的比较物质二氧化硅二氧化碳化学式SiO2没有分子，只表示组成及其原子比例CO2

4、表示一个分子的组成晶体类型原子晶体分子晶体主要物理性质硬度大，熔、沸点高，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SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)CO22NaOH=Na2CO3H2O（少量CO2），CO2NaOH=NaHCO3（过量CO2）与盐反应SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO，CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3，CO2SiO32-=H2SiO3CO32-与碱性氧化物反应SiO2C

5、aOCaSiO3CO2Na2O=Na2CO3制备工业制法：CaCO3 CaO +CO2；实验室制法：CaCO32HCl= CaCl2+H2O+CO2通关秘籍：（1）非金属氧化物一般不与酸反应，而SiO2能与氢氟酸反应，但SiO2属于酸性氧化物；（2）非金属氧化物的熔沸点一般较低、硬度较小，但SiO2的熔沸点很高，硬度很大；（3）酸酐一般能与水反应生成相应的酸，如CO2H2O= H2CO3，但SiO2不溶于水，也不与水反应。（4）由于酸性：H2CO3H2SiO3，因而向Na2SiO3水溶液通入CO2生成H2SiO3，而高温下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2。（5）SiO2晶体俗称水晶，石

6、英的主要成分也是SiO2；固态CO2称作干冰。考点三、酸及其盐物质主要内容酸（碳酸、硅酸）水溶性H2CO3微溶于水，H2SiO3难溶于水不稳定性 H2CO3 =CO2H2O，H2SiO3 SiO2H2O酸性H2CO3H2SiO3制备CO2H2O =H2CO3，SiO32-2H+=H2SiO3盐碳酸的盐水溶性正盐（碳酸盐）除K2CO3、Na2CO3和（NH4）2CO3外，其余均不溶于水；酸式盐（碳酸氢盐）全溶于水。热稳定性部分碳酸盐高温分解，如CaCO3；碳酸氢盐受热分解：Ca（HCO3）2 CaCO3+H2O+CO2与酸反应CaCO32HCl= CaCl2+H2O+CO2，Ca（HCO3）22

7、HCl= CaCl2+2H2O+2CO2与碱反应Ca(OH)2Na2CO3=CaCO32NaOH，NaOHNaHCO3= Na2CO3+H2O与盐反应Ca2+CO32-=CaCO3，碳酸氢盐不与盐溶液反应硅酸的盐含义由硅、氧以及金属元素组成的化合物的总称表示方法通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式来表示硅酸盐的组成，如Na2SiO3可表示为 Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为：K2OAl2O36SiO2 。主要性质（1）除K2SiO3、Na2SiO3和（NH4）2SiO3外，其余硅酸盐均不溶于水；（2）Na2SiO3+ H2O+CO2=H2SiO3+ Na2CO3，SiO32-

8、+ 2H+ =H2SiO3通关秘籍：（1）硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是一种粘合剂。（2）用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的注意事项：氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数；氧化物之间以“”隔开；系数配置出现分数时应化为整数。如长石（KAlSi3O8）不能写成 K2OAl2O33SiO2。（3）可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存时不能使用玻璃塞，应用橡胶塞。考点四、传统无机非金属材料产品玻璃水泥主要原料纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）和石英（SiO2 ）石灰石（CaCO3）、黏

9、土主要设备玻璃熔炉水泥回转窑主要反应CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 ， Na2CO3 + SiO2Na2SiO3 + CO2 主要成分Na2SiO3CaSiO3SiO2 =1:1:4硅酸三钙(3CaOSiO2)、硅酸二钙(2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)特性玻璃态物质，介于晶体和非晶体之间水硬性（添加CaSO4调节硬化速度）通关秘籍：（1）光导纤维，简称“光纤”，主要成分为SiO2，不属于硅酸盐。（2）生产玻璃和水泥的共同原料是石灰石（CaCO3）。（3）混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，即钢筋混凝土。（4）新型无机非金属材料主要有

10、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等。题型大突破题型一、同素异形体1、含义：由同种元素形成的结构不同的单质。2、形成方式有三种：(1)组成分子的原子数目不同，例如： O2和O3。(2)原子的排列方式不同，例如：金刚石、石墨、C60等。 (3)分子排列的方式不同，例如：正交硫和单斜硫(高中不做要求)。3、四同比较：同位素同素异形体同系物同分异构体定义质子数相同，中子数不同的原子，又称核素由同一种元素组成的不同单质结构相似，分子组成相差一个或若干个“CH2”基团的物质分子式相同，结构不同的化合物对象原子单质化合物化合物化学式元素符号表示不同，如、元素符号表示相同，如金刚石和石墨均用C表示；分子式可以

11、不同，如O2和O3不同相同结构电子层结构相同，原子核结构不同单质的组成或结构不同相似不同性质物理性质不同，化学性质相同物理性质不同，化学性质很相似物理性质不同，化学性质相似物理性质不同，化学性质可能相同，也可能不同特别注意：互为同素异形体的单质首先结构不同，如H2和D2的结构相同，因而不属于同素异形体。典例1：下列说法不正确的是（ ）A石墨熔点高于金刚石，但可用于制润滑剂B含有同种元素的物质一定是纯净物C晶体硅和无定形硅属于同素异形体D同素异形体之间的转化属于化学变化【解析】石墨晶体为层状结构，可滑动而做润滑剂，但内部的碳碳共价键比金刚石的还强，因而熔点高于后者，A对；含有同种元素的物质不一定

12、是同种物质（如金刚石和石墨等同素异形体），不同物质组成混合物，B错；晶体硅和无定形硅属于硅元素的同素异形体，C对；同素异形体属于不同物质，它们之间的转化属于化学变化，D对。【答案】B【题后点评】该题主要考查对同素异形体含义的透彻理解，难点在B项，正确解决的关键在于吃透概念。典例2：请设计一个实验证明金刚石、石墨互为同素异形体。【解析】欲证明金刚石、石墨互为同素异形体，应根据同素异形体的概念及性质，证明二者均含有碳元素，再证明二者结构不同。欲证明二者均含有碳元素，可以通过化学反应（如燃烧）来实现；欲证明二者结构不同，可以通过二者的物理性质不同来证明，因为结构决定性质。 【答案】分别取少量金刚石、

13、石墨在足量O2中点燃，然后将生成的气体通入到足量澄清石灰水中，发现均变浑浊，则证明它们都是由碳元素组成的；通过验证金刚石、石墨的硬度，可知前者硬度很大，可以制造钻头，而后者质软，可以做铅笔芯，足见二者是不同的单质。综上所述，金刚石、石墨互为同素异形体。（其他合理答案也可）【题后点评】处理概念性的问题，关键是吃透概念的内涵与外延，据此确定思路来制定答案。题型二、碳的氧化物之间的转化碳三角CO、CO2是碳的重要氧化物，常见的考查点有性质和相互转化。1、主要性质（1）CO毒性：毒性原理同NO，与人体血液血红蛋白结合使人窒息而亡，即常说的煤气中毒。还原性：加热条件下具有还原性，利用该性质常用CO还原某

14、些金属氧化物（如CuO、Fe2O3）来冶炼金属。友情提示：CO在常温下没有还原性，因而可以用浓H2SO4来干燥CO。（2）CO2水溶性：可溶，不能用排水法收集CO2，但可用排饱和NaHCO3溶液法收集。弱酸性气体：碳酸的酸酐，由于碳酸易分解不好保存而常以CO2通入到溶液中代替碳酸；不能用碱石灰等碱性干燥剂来干燥CO2。弱氧化性：与Mg、Na等活泼金属在点燃时反应，因而这些金属着火时不可用CO2灭火。2、常见转化碳三角：，（1）2C + O2（不足） 2CO ，2C + SiO2 2CO+ Si，C + H2O(g)CO+H2； C + O2（足量） CO2 ， C+2CuO CO2 +2Cu

15、CO + CuO Cu + CO2，3CO + Fe2O32Fe + 3CO2 C + CO2 2CO CO2 + 2Mg 2MgO + C 典例3： 某混合气体G可能含有CO、CO2、SO2、H2O等气体，用a.无水CuSO4，b.澄清石灰水，c.灼热CuO，d.碱石灰，e.品红溶液，f.酸性高锰酸钾溶液等药品（均足量）可将其一一检出，正确的检验顺序是()AGaebfdc BGcdbefaCGaefbdc DGbefadc【解析】首先用无水CuSO4检验水，然后用品红溶液检验SO2，因为SO2和CO2均使澄清石灰水变浑浊，因此再用酸性KMnO4溶液除去SO2，再用澄清石灰水检验CO2，最后用

16、碱石灰干燥剩余气体后，再用灼热CuO检验CO的存在。【答案】C【题后点评】检验物质要特别注意只有顺序正确才能排除有关气体之间的干扰，如通过溶液后会带入H2O蒸汽对原有H2O蒸汽的检验造成干扰；再如CO2、SO2会相互干扰，根据二者性质的不同点确定检验SO2除去SO2检验CO2的正确顺序。典例4：将过量的CO2分别通入CaCl2溶液Na2SiO3溶液Ca(ClO)2溶液饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）A B C D【解析】由于H2SiO3H2CO3HCl，根据强酸制弱酸的规律，可知CaCl2溶液不反应、和Na2SiO3溶液反应生成白色沉淀H2SiO3、和Ca(ClO)2溶

17、液反应生成HClO和Ca(HCO3)2（因为CO2过量）；由于CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3，原溶液饱和且NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，因而析出白色NaHCO3晶体。【答案】B【题后点评】很多题目以通入CO2的形式来考查H2CO3的性质。题型三、CO2的实验室制法1、原理：CaCO3 + 2HCl=CaCl2+H2O+CO2。2、装置：固体+液体气体（启普发生器简易装置，如图）。3、药品：碳酸钙、盐酸。4、实验步骤：查装加除干集验，即检查装置的气密性从锥形瓶口装入大理石从长颈漏斗（或分液漏斗）加入稀盐酸除去杂质HCl（通过饱和NaHCO3溶液）干燥CO2（通过浓H2SO4）收

18、集气体（用向上排空气法收集）用燃着的木条放在集气瓶口检验。注意：（1）如果用稀硫酸和大理石或石灰石反应：CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2，会生成微溶性固体硫酸钙，它覆盖在大理石或石灰石表面，使酸与大理石或石灰石脱离接触，导致反应太慢或者停止。（2）若用长颈漏斗加入稀盐酸，长颈漏斗的下端管口要伸入液面以下，以防止反应生成的气体从长颈漏斗逸出。典例5：根据已掌握知识回答下列问题：（1）在没有现成CO2气体发生器的情况下，请你选用下图中的部分仪器，装配成一个简易的、能随开随用、随关随停的CO2气体发生装置，应选用仪器是_(填编号)。若用上述装置制取CO2气体，而实验室只有稀H2SO

19、4、浓HNO3、水、纯碱、石灰石，则合理的方案中：应选用的药品是，产生CO2气体的离子反应方程式为 ，为得到纯净的CO2气体，可将制得的气体依次通过盛有、的洗气瓶，检验所得气体为CO2的方法是 。【解析】（1）能随开随用、随关随停的气体发生装置应符合启普发生器原理，因此可利用干燥管、烧杯和单孔塞组合，来取代启普发生器中的“球形漏斗”和“容器”这两个核心部分，从而达到随开随用、随关随停的目的。(2)选用试剂时要注意，题目没有提供学生熟悉的盐酸，而硫酸与大理石生成CaSO4沉淀，覆盖在其表面阻止CaCO3继续和酸作用产生CO2；块状Na2CO3遇酸会溶解，使制气装置起不到随关随停的作用，可先将浓H

20、NO3用水稀释制得稀HNO3，用稀HNO3代替稀盐酸和石灰石反应制取CO2，因而选用石灰石、浓HNO3和水。制得的中混有HNO3蒸汽和水蒸气，可依次通过饱和NaHCO3溶液和浓H2SO4除去。检验CO2应选择澄清石灰水。【答案】（1）a c d e 石灰石、浓HNO3、水CaCO3 +2H +=Ca 2+ + CO2+ H2O饱和NaHCO3溶液 浓H2SO4 将生成的气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则证明生成的气体为二氧化碳。【题后点评】本题的实质是考查启普发生器的反应原理，特别注意实验中使用的CO2气体发生器，只适用于块状难溶固体和液体反应，而Na2CO3是易溶于水的粉末状固体。 题型

21、四、硅、二氧化硅的性质1、硅晶体和二氧化硅晶体都是由原子直接构成的，熔点高，硬度大，难溶于水。2、常温下能与硅、二氧化硅反应的物质只有强碱溶液和氢氟酸，这是考查的重点：Si+2OH-+H2O=SiO32-+2H2、SiO22OH-= SiO32-H2O、Si4HF=SiF42H2、SiO24HF=SiF42H2O。3、硅的制取也是常考查的知识点，以此为载体可以考查硅在加热条件下的重要反应。典例6：下列说法中，正确的是（ ）A硅是目前人类将太阳能转变为电能的重要材料B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C为保证试剂不被污染，应选择带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

22、【解析】硅是重要的半导体材料，A对；石英的主要成分是SiO2，不与盐酸反应，应用氢氟酸来刻蚀，B错；玻璃成分含有SiO2，能与NaOH溶液反应生成粘合剂Na2SiO3而导致瓶塞与瓶体粘在一起，C错；粗硅制备单晶硅的流程为，D错。【答案】A【题后点评】对硅、二氧化硅的考查，重在识记能力，注意掌握二者性质的相似性，也得深刻体会二者的不同。典例7：常温下，下列各组物质不能发生反应的是（ ） 硅与NaOH溶液 硅与盐酸 硅与氢氟酸 二氧化硅与碳酸钠 二氧化硅与NaOH溶液 二氧化硅与浓硝酸A B C D【解析】硅的化学性质稳定，常温下除了与氟气、氢氟酸、强碱溶液外，不与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应

23、。【答案】D【题后点评】二氧化硅与碳酸盐的反应需要在高温下，这也是考查玻璃工业的知识。题型五、硅酸盐材料、无机非金属材料无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。对于硅酸盐材料的考查重在其成分以及生产原理。典例8：过量的泥沙、纯碱、生石灰在高温下熔化后生成：水泥 玻璃 瓷器 混凝土 一种硅酸盐产品（ ）A和 B和C D【解析】水泥的主要成分是2CaOSiO2、3CaOSiO2和3CaOAl2O3，其生产原料为粘土、石灰石。陶瓷属

24、于硅酸盐产品，其主要原料是粘土。混凝土是水泥、碎石和砂子的混合物。泥沙的主要成分是SiO2，与纯碱（Na2CO3）、生石灰（CaO）熔化后发生如下反应：SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2，SiO2CaOCaSiO3。而Na2SiO3、CaSiO3与SiO2的熔合物即玻璃，且玻璃是一种硅酸盐产品。【答案】B【题后点评】该题的实质在于考查玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料的成分及其生产原理。典例9：下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是（ ） A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料 B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差 C.高温结构材料具有耐高

25、温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点 D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同【解析】新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。【答案】B方法全归纳一、有关CO2与强碱溶液反应产物的判断方法数轴法当产物随几种反应物的比例不同而发生变化时，可以采取数轴法，根据恰好发生不同反应时的比例确定定值，分开区间，据此讨论在不同区间内的产物成分。CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关：当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者

26、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与碱之间量的比例。以CO2与NaOH溶液的反应为例：先发生反应CO22NaOH=Na2CO3H2O，CO2过量时进一步与Na2CO3反应：Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，将式、式相加可得CO2NaOH=NaHCO3。故当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：。典例1：在标准状况下，将3.36 L CO2气体通入到200 mL 1.00 molL-1的NaOH溶液中，充分反应后，判断所得溶液的成分及其比值 (不考虑水解)。【解析】n(CO2)0.150 mol，n(NaOH)0.200 L1.00 molL-10.200 mol，n(OH)n(CO2)=43，因而溶液中既有Na2CO3、又有NaHCO3。再根据Na原子守恒，可知2n(Na2CO3)+ n(NaHCO3)= 0.200 mo