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1、第11课时无机非金属材料的主角碳和硅,课标版 化学,一、碳及碳的氧化物 1.碳单质 (1)存在:在自然界中碳元素既有 态,又有 态。 (2)碳的三种常见同素异形体: 、 、 。 (3)碳的化学性质: C,游离,化合,金刚石,石墨,C60,2.碳的氧化物 自测1判断下列说法是否正确。 (1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的化合物。() (2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应。() (3)C60、金刚石、石墨互为同位素。(),答案(1)(2)(3) 自测2由甲气体开始,可发生如下四个变化: 甲气体乙气体丙气体乙 气体丁澄清溶液戊白色沉淀,则甲、乙、丙、丁、
2、戊分别 为() A.CO2、CO、O2、CaCO3、CaO B.O2、CO、CO2、Ca(HCO3)2、CaCO3 C.O2、CO2、CO、Ca(HCO3)2、CaCO3 D.CO、CO2、O2、CaO、Ca(OH)2,答案C以丙气体作为突破口,丙通过灼热的CuO后生成的乙气体可与 石灰水反应,说明乙是CO2,丙是CO,则甲是O2,丁是Ca(HCO3)2,戊是CaCO3。 二、硅及其化合物 1.硅单质 (1)结构及物理性质,(2)化学性质 硅的化学性质不活泼,常温下只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应;在加热条件下,能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。 (3)工业制备 a.制粗硅:SiO2+2C
3、 Si+2CO b.粗硅的提纯:Si+2Cl2 SiCl4、SiCl4+2H2 Si+4HCl (4)用途,晶体硅是良好的半导体材料,可用作计算机芯片;硅也可用作太阳能电池等。 2.硅的重要化合物 (1)二氧化硅 SiO2 (2)硅酸,H2SiO3 (3)硅酸盐 a.Na2SiO3 Na2SiO3的水溶液俗称 。 贮存:盛Na2SiO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。 变质:Na2SiO3水溶液在空气中易变质,反应的离子方程式为Si+CO2+H2O H2SiO3(胶体)+C。,水玻璃,b.硅酸盐的氧化物表示方法 书写顺序:低价金属氧化物写在前,高价金属氧化物写在后;活泼金属氧化物写在前,不活泼金属氧
4、化物写在后。 书写原则:分子中各原子数目比不变,各元素化合价不变且代数和为零;若系数配置出现分数时应化为正整数。如长石(KAlSi3O8)可表示为 。 自测3下列关于硅的化合物的叙述,错误的是() A.二氧化硅可用于制光导纤维 B.二氧化硅能与石灰石反应:SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2,K2OAl2O36SiO2,C.可以用焦炭还原二氧化硅生产硅:SiO2+2CSi+2CO D.玻璃的主要成分是石灰石、纯碱、石英砂,答案D生产玻璃的主要原料是石灰石、纯碱、石英砂,玻璃的主要成 分为二氧化硅、硅酸钠、硅酸钙,D错误。 自测4判断下列说法是否正确。 (1)SiO2不与水反应生成硅酸,因此
5、SiO2不是酸性氧化物。() (2)SiO2不与任何酸反应。() (3)2C+SiO2 Si+2CO,说明C的还原性比Si强。() (4)根据反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,可知SiO2水化物的酸性比H2 CO3强。(),(5)光导纤维的主要成分是Si。() 答案(1)(2)(3)(4)(5),三、无机非金属材料 1.材料的分类 材料 2.传统无机非金属材料,石灰石,纯碱,CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2,3.新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。 主要特性:能承受高温、高强度;具有电学、光学特性;具有生物功能。 自测5判断下列说法是否正确。 (1)水
6、晶、玻璃、陶瓷、水泥都属于硅酸盐。() (2)水晶可制太阳能电池。() (3)陶瓷、水泥、金刚砂及所有的玻璃都是硅酸盐产品。() (4)合成纤维和光导纤维都是有机高分子材料。() (5)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 自测6(2015浙江宁波模拟)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)下列物质不属于硅酸盐的是。 A.陶瓷B.玻璃C.水泥D.水晶 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为,工艺师常用(填物质名称)来雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明
7、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.铁坩埚,(4)工业上常利用反应2C+SiO2 Si+2CO制备硅单质,该反应中所含元 素化合价升高的物质是(填化学式,下同),氧化剂是。 答案(1)D (2)SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O氢氟酸 (3)防火剂D (4)CSiO2,解析(1)水晶的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐。(2)SiO2与NaOH溶 液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O。由于SiO2能溶于 氢氟酸,因此工艺师常用氢氟
8、酸来雕刻玻璃。(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中硅元素化合价降低,因此SiO2作氧化剂。,考点一硅及其化合物的特性,典例1(2015山东聊城模拟)下列说法正确的是() 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 盛放NaOH溶液时,使用带磨口玻璃塞的玻璃瓶 Mg2+、H+、Si 、S 在水溶液中能大量共存 向含K+、Na+、Br-、Si 的溶液中通入CO2后仍
9、能大量共存 SiO2与酸、碱均不反应 SiO2不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器 SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应,SiSiO2H2SiO3均能一步转化 水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂 A.B. C. D. 答案B单质硅常用于制太阳能电池,正确;合成纤维是有机材料, 错误;NaOH能与玻璃中的SiO2反应:2NaOH+SiO2 Na2SiO3+H2O,错误; H+、Si可结合生成难溶于水的硅酸,错误;溶液中通入CO2后,发生反 应:CO2+H2O+Si H2SiO3(胶体)+C ,错误;SiO2与强碱、氢氟酸均 可反应,错误、错误、正确;SiO2不能一步转化为H2SiO3,因SiO
10、2与H2O不反应,错误;水玻璃俗称“泡花碱”,可作黏合剂与防火剂,正确。,1-1(2015河北邯郸模拟)下列不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的是() A.甲烷比甲硅烷稳定 B.硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性强 C.碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸 D.高温下SiO2和Na2CO3反应 答案DA项,甲烷比甲硅烷稳定,说明与氢原子结合的能力碳比硅强, 碳元素的非金属性比硅元素强;B项,说明硅酸的酸性比碳酸的酸性弱,硅元素的非金属性比碳元素弱;C项,说明碳酸的酸性比硅酸强,碳元素的非金属性比硅元素强;D项,SiO2和Na2CO3在高温下反应生成CO2并不能说明碳元素的非金属性比硅元素强。,1-2下
11、列物质:氢氟酸;浓硫酸;烧碱溶液;Na2CO3固体;氧化钙;浓硝酸。其中在一定条件下能与SiO2反应的有() A.B.C.D.全部 答案CSiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。,1.碳和硅的性质比较,2.二氧化碳与二氧化硅的比较,考点二CO2与碱、盐的反应 1.CO2与碱溶液的反应 (1)反应原理 NaOH Na2CO3 NaHCO3 (2)反应后溶质成分的判断,也可用数轴来表示: 2.CO2与盐溶液的反应 (1)往NaAlO2溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为: 2Al+CO2(少量)+3H2O 2Al(OH)3+C Al+CO2(过量)+2H2O Al(OH)3+HC (2)往Na2Si
12、O3溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为: Si+CO2+H2O H2SiO3(胶体)+C,Si+2CO2+2H2O H2SiO3(胶体)+2HC (3)往饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体,反应为: Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 (4)往漂白粉溶液中不断通入CO2气体的反应为: Ca(ClO)2+CO2+H2O CaCO3+2HClO CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 典例2(2015山东潍坊模拟)向100 mL NaOH溶液中,通入一定量CO2,然后向该溶液中逐滴加入1 molL-1硫酸,所加入硫酸溶液体积与产生CO2体积关系如图所示:,(1)通入一定量
13、CO2后,溶液中溶质为(填化学式)。 (2)AB段反应的离子方程式为。 (3)当加入45 mL硫酸时,产生CO2的物质的量为。 (4)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为。,的物质的量为AB段消耗的硫酸物质的量的2倍,因此n(CO2)=21 molL-1(0.045 L-0.025 L)=0.04 mol。(4)B点时为Na2SO4溶液,此时共消耗硫酸1 molL-10.045 L=0.045 mol,则n(NaOH)=0.09 mol,c(NaOH)=0.9 molL-1。,答案(1)NaOH、Na2CO3 (2)HC+H+ CO2+H2O (3)0.04 mol(4)0.9 molL-1 解析(
14、1)根据图像分析,从开始到A点消耗硫酸25 mL,AB段消耗硫酸20 mL,说明通入一定量CO2后溶液中溶质为NaOH和Na2CO3。(2)AB段为NaHCO3与硫酸反应,离子方程式为HC+H+ CO2+H2O。(3)AB段的 化学方程式为2NaHCO3+H2SO4 Na2SO4+2H2O+2CO2,反应生成的CO2,2-1标准状况下将4.48 L CO2通入1 L 0.3 molL-1NaOH溶液中,当CO2与NaOH完全反应时,下列说法正确的是() A.溶液中只有一种阴离子(OH-除外) B.溶液中溶质的物质的量之比为12 C.反应后有CO2逸出 D.反应后的溶液还可以吸收部分CO2,答案D因=1,故反应后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3, 则还可以吸收部分CO2,所以A、C错,D正确。由碳原子守恒和钠原子守恒有: 解得,B错。,C、HC的检验,特别提示(1)不能用Ca(OH)2溶液或Ba(OH)2溶液检验C和HC,原因 是OH-能将HC转化为C,因此,均有白色沉淀生成。 (2)加酸后可根据气体是否有气味排除S、HS的干扰。,
