精修版高考化学大一轮讲义:第四章-第1讲-碳、硅及无机非金属材料(20页,含答案解析).doc
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1、精品文档高考化学第1讲碳、硅及无机非金属材料考纲要求1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。考点一碳、硅单质及重要化合物的性质1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中碳元素既有游离态,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。(2)单质的结构、物理性质与用途比较碳硅来源:数理化网结构金刚石: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
2、理性质来源:数理化网金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软,有滑腻感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、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时,一般表现还原性。(2)Si3.二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构,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 质来源:与水反应来源:来源:不反应来源:CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应:SiO24HF=SiF42H2O不反应与
3、碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量:CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量:CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应:SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应:Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应:SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应:Na2OCO2=Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐4.硅酸和硅酸钠(1)硅酸硅酸不溶于水,其酸性比碳酸弱,硅酸不能
4、(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。硅酸不稳定,受热易分解:H2SiO3SiO2H2O。硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。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。(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。它能与酸性较硅酸强的酸反应,化学方程式分别为与盐酸反应:Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与CO2水溶液反应:Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。深度思考1.从元素周期表的
5、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?答案没有,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,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。2.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(O2):_。(4)CO2(SO2):_。(5)CO2(HCl):_。答案(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液(5)通过饱和NaHCO3溶液3.如何用所提供
6、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内相应的空格内(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(1)CaCO3(SiO2)(2)NaCl(SiO2)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(CaCO3)(5)SiO2(NH4Cl)答案(1)B(2)D(3)A(4)A(5)解析可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物;它可跟强碱反应,不跟酸(氢氟酸除外)反应;它受热不分解等性质选择。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应;硅酸
7、、氯化铵能受热分解。通过一定操作,除去杂质。除杂过程中所发生反应的化学方程式如下:(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(3)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O(4)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(5)NH4ClNH3HCl题组一CO2、SiO2结构与性质的考查1.下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A.CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C.CO2是酸性氧化性,SiO2是两性氧化物D.CO2和SiO2都是由相应的分子组成的答案A解析SiO2不能与水反应,B项错;SiO2也是酸性氧化物,C项错;SiO2中不存在分子
8、,其化学式仅代表Si、O原子个数比为12。2.下列说法正确的是()A.反应:SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2,说明H2SiO3的酸性大于H2CO3的酸性B.可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应C.二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料D.CO2、CH4、N2是温室气体答案C解析强酸制弱酸都是在溶液中进行的反应,而SiO2与Na2CO3是高温下的反应,生成CO2气体逸出,有利于反应的进行,A项错;在高温下试管会熔化,甚至玻璃试管中的SiO2会与焦炭反应,B项错;N2不是温室气体,D项错。熟记硅及其化合物的特殊性质1.硅单质的特殊性(1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还
9、原出Si:SiO22CSi2CO;(2)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出,但Si与碱液作用却放出H2:Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2;(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si4HF=SiF42H2;(4)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(1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3;(2)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:SiO24HF=SiF42H2O;(3)无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水;(4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入
10、CO2能发生下列反应:Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3,但在高温下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能发生。题组二CO2与盐或碱溶液反应的规律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()选项操作及现象溶液A通入CO2,溶液变浑浊饱和Na2CO3溶液B通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去Ca(ClO)2溶液D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,又变浑浊澄清石灰水答案B解析由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3,N
11、a2CO3CO2H2O=2NaHCO3,因而会析出NaHCO3晶体,A项正确;B项,CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3,CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3,H2SiO3与CO2不反应,浑浊不会消失;C项,CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO,溶液变浑浊后加入品红溶液,被HClO氧化褪色;D项,首先CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O,继续通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,则:2NaOHCa(HCO3)2=CaCO3Na2CO32H2O,溶液又变浑浊。4.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mo
12、lL1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A.11B.12C.21D.13答案B解析n(CO2)0.150 moln(NaOH)0.200 L1.00 molL10.200 mol即12,反应产物为Na2CO3、NaHCO3,设其物质的量分别为x、y,则解得,所以。CO2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CO
13、2与NaOH溶液反应为例:CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下:考点二硅酸盐及无机非金属材料1.硅酸盐(1)概念:由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法:硅酸盐矿物的成分复杂,多用氧化物的形式表示它们的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2OSiO2,钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O3Al2O36SiO22H2O。2.无机非金属材料(1)传统无机非金属材料,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
14、转窑玻璃熔窑陶瓷窑玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2;CaCO3SiO2CaSiO3CO2。(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。1.有报道称,2013年太阳能晶体硅供不应求情况恐持续,其价格可望持稳。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()A.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B.反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3,反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2,两反应是相互矛盾的,不可能都能发生 C.普通玻璃、石英玻璃,水泥等均属于硅酸盐材料D.祖母绿的主要成分为Be3Al2
15、Si6O18,用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2答案D解析A项,硅酸钠本身是一种粘合剂,易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结;B项,两反应条件不同,反应是在溶液中进行,强酸可以制弱酸,而高温条件下,CO2是气体,逸出促使反应发生;C项,石英玻璃的成分为SiO2,SiO2是氧化物不是盐;D项正确。2.青石棉是一种致癌物质,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 ()A.青石棉是一种硅酸盐材料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Na2O3FeOFe2O38SiO2
16、H2OD.1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原答案B解析硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称,故青石棉是一种硅酸盐产品;青石棉是一种纯净物,不可能含有一定量的石英晶体;1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟硝酸反应时,失去3 mol电子,故能使1 mol HNO3被还原。(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2;珍珠的主要成分是CaCO3;钻石是金刚石;宝石的主要成分是Al2O3。考点三碳、硅及化合物的相互关系
17、及应用1.碳及其化合物的转化关系图2.硅及化合物转化关系图题组一碳、硅及其化合物的综合推断1.已知甲、乙、丙、X是4种中学化学中常见的物质,其转化关系符合下图。则甲和X(要求甲和X能互换)不可能是()A.C和O2B.CO2和NaOH溶液C.Cl2和FeD.AlCl3溶液和NaOH溶液答案C解析A项正确,既可以实现CCOCO2CO的转化,也可以实现O2CO2COCO2的转化;B项正确,既可以实现CO2NaHCO3Na2CO3NaHCO3的转化,也可以实现NaOHNa2CO3NaHCO3Na2CO3的转化;C项错误,可以实现Cl2FeCl3FeCl2FeCl3的转化,但不能实现FeFeCl3FeC
18、l2的转化;D项正确,既可以实现AlCl3Al(OH)3NaAlO2Al(OH)3的转化,也可以实现NaOHNaAlO2Al(OH)3NaAlO2的转化。2.A、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_;B_;C_;D_;E_。(2)写出反应的化学方程式:_,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(3)写出反应的离子方程式:_。(4)写出反应的离子方程式:_。(5)H2CO3的酸性强于E的,请用离子方程式予以证明:_。答案(1)SiO
19、2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3(2)SiO22CSi2CO12(3)Si2OHH2O=SiO2H2(4)SiOCa2=CaSiO3(5)SiOCO2H2O=H2SiO3CO解析解答本题的“突破口(1)”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。“突破口(2)”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。从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3,D为Si,E为H2SiO3。(1)解答无机推断题的思维模型(2)解答硅及其化合物的推断题,高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生
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