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1、第12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制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响。考点一碳及其重要化合物1碳单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。2碳的氧化物(CO和CO2)(1)一氧化碳的性质及应用物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。化学性质及应用(写出有关化学方程式)a可燃性：2COO22CO2，可作燃料。b还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O32Fe3CO2，可用于冶炼金属。(2)CO2在自然界中的循环CO2的主
2、要来源：大量含碳燃料的燃烧。自然界消耗CO2的主要反应：a溶于江水、海水中：CO2H2OH2CO3；b光合作用将CO2转化为O2；c岩石的风化：CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2。3碳酸(H2CO3)弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2H2O当碳酸用。4碳酸的酸式盐和正盐的比较(1)在水中的溶解性含K、Na、NH的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度：Na2CO3NaHCO3
3、。(2)热稳定性一般来说，热稳定性顺序为正盐酸式盐碳酸，如稳定性：Na2CO3NaHCO3H2CO3。可溶性正盐难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。(3)水溶液酸碱性物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐溶液，如pH：Na2CO3溶液NaHCO3溶液。(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体()(2)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质()(3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应()(4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨()(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)氨化的饱和食盐水中通入足量
4、的CO2气体，会析出晶体()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)解析(1)12C、13C、14C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。(5)由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法。按要求回答下列问题：(1)写出下列装置的作用：A：除去混合气体中的CO2气体。B：检验混合气体中的CO2是否除尽。E：除去尾气中的CO2气体。F：除去尾气中的CO气体、防止污染环境。(2)写出C中的化学方程式：COCuOCuCO2。(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色
5、，D中的澄清石灰水变浑浊。题组一碳及其化合物对环境的影响1(2018武汉模拟)碳循环(如图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是()A碳是构成有机物的主要元素B光合作用是将太阳能转化为化学能的过程C化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一D石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志答案D2(2018莆田模拟)化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法不正确的是()AT碳是一种新型三维碳结构晶体，与C60互为同素异形体B推广利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳经济理念C将金属钛、铝混合后在空气中熔化可制得强度较大的钛铝合金材料D为汽车安装尾气催化转化装置，可将尾气中的部分
6、CO和NO转化为无毒气体答案C解析B项，利用CO2合成聚碳酸酯类可降解塑料，实现“碳”的循环利用，减少二氧化碳的排放，故B正确；C项，在空气中加热熔化，金属易与氧气发生反应，所以不能直接在空气中制备钛铝合金，故C错误。3碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：(1)下列有关说法正确的是_(填字母)。a利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响b金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异c木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜d大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用(2)吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体
7、，它是_(填化学式)。(3)影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是_(填物质名称)。(4)为减少二氧化碳对环境影响，可将二氧化碳与氢气在300、200kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇(CH3OH)和水，其反应的化学方程式为_。答案(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO23H2CH3OHH2O题组二CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析4(2018吉林模拟)将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()答案D解析CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先
8、与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。5标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00molL1NaOH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)(
9、)A11B12C21D13答案B解析n(CO2)0.150mol，n(NaOH)0.200L1.00molL10.200mol，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。考点二硅无机非金属材料一、硅单质1存在硅单质主要有晶体和无定形两大类。2物理性质带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，有脆性。3化学性质(1)常温下不活泼，一般不与其他物质反应，但可以与氟、氢氟酸、碱反应。反应的化学方程式分别为：与氟：Si2F2=SiF4；与氢氟酸：Si4HF=SiF42H2；与碱：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(2)在加热或者点燃的条件下可以与
10、氢气、氧气、氯气等反应，与氧气反应的化学方程式为SiO2SiO2。二、二氧化硅1存在自然界中，碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。天然SiO2有晶体和无定形两种，统称硅石。2物理性质熔点高，硬度大，难溶于水。3结构SiO2晶体有多种晶型，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的网状结构(如下图乙所示)。每个硅原子与4个氧原子相连，而每个氧原子与2个硅原子相连，故SiO2晶体中Si和O的比例为12。4化学性质SiO2为酸性氧化物，是硅酸的酸酐。(1)SiO2可以与碱反应，生成硅酸盐，如与氢氧化钠反应的化学方程式
11、为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。(2)在高温条件下可以与碳酸盐反应，如与碳酸钙反应的化学方程式为SiO2CaCO3CaSiO3CO2。(3)在高温条件下，能够与碱性氧化物反应，如与氧化钙反应的化学方程式为SiO2CaOCaSiO3。(4)常温下与氢氟酸反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O。三、硅酸、硅酸盐1硅酸(1)物理性质硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。(2)化学性质弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3Si
12、O2H2O。(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)。(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、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)硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。四、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。(1)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转窑玻璃窑陶瓷窑(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2Na2
13、SiO3CO2；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。五、复合材料(1)概念：将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的一种新型材料。(2)组成基体：在复合材料中起黏结作用。增强体：在复合材料中起骨架作用。(3)分类按基体按增强体形状(4)性能：既保持或发展了原来材料的长处，又能弥补原材料的不足(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在()(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料()(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维()(4)非金属性：CSi，则热稳定性：CH4SiH4()(5)硅的化学性质不活泼，常温下不
14、与任何物质反应()(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸()(7)玻璃是一种晶体，有较高的熔点()(8)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱()(9)玻璃钢是以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)解析(3)Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。(6)SiO2可溶于氢氟酸：SiO24HF=SiF42H2O。(7)玻璃是非晶体，没有固定的熔点。(8)水玻璃是Na2SiO3的水溶液。1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)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
