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1、第第1 1讲碳、硅及无机非金属材料讲碳、硅及无机非金属材料第四章第四章内容索引0102强强基础基础 固本增分固本增分探考点探考点 精精准突破准突破强强基础基础 固本增分固本增分一、碳及其化合物1.碳单质(1)存在形式:碳单质有金刚石、石墨、C60等,它们互为。富勒烯、碳纳米管、石墨烯等也是碳的单质 同素异形体(2)三种重要的碳单质物质金刚石石墨C60立体构型碳原子的排列方式空间网状结构,碳原子形成正四面体结构片层状结构,层内碳原子形成正六边形“足球”形状分子,碳原子形成正五边形和正六边形物理性质熔点高,硬度大,不导电熔点,硬度,导电不导电高小能(3)化学性质反应相关反应的化学方程式与O2反应2
2、C+O2(不足)2CO、C+O2(足量)CO2与氧化物反应CuO:(冶炼金属)SiO2:(制取粗硅)H2O:(制取水煤气)与强氧化性酸反应浓硫酸:浓硝酸:CuO+CCu+COSiO2+2CSi+2COC+H2O(g)CO+H2C+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2OC+4HNO3(浓)CO2+4NO2+2H2O2.碳的两种氧化物(1)一氧化碳(CO)无色无味气体,有毒性,难溶于水 可燃性。可作燃料:2CO+O22CO2。还原性。可用于冶炼金属,CO还原Fe2O3:。3CO+Fe2O32Fe+3CO2(2)二氧化碳(CO2)固态二氧化碳俗称干冰CO2具有酸性氧化物的通性,能与碱、碱性氧化
3、物、某些盐等反应。Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2,化学方程式为。CO2具有氧化性,点燃时能与金属Mg等反应,如2Mg+CO22MgO+C。Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO3.碳酸(H2CO3)二元弱酸、不稳定,其酸性比盐酸弱,常将CO2+H2O代替H2CO3。应用提升CO2在自然界中的循环(1)CO2的主要来源:大量含碳燃料的燃烧,人和动植物的呼吸。(2)自然界消耗CO2的主要反应:光合作用将CO2转化为O2;CO2+H2OH2CO3(溶于江水、海水中);CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2(岩石的风化)。易错辨析(1)12g石墨和12g金刚石均含有NA
4、个碳原子。()(2)活性炭具有吸附性,故可用于去除异味和杀菌消毒。()(3)碳酸钡难溶于水,故可用于胃肠X射线造影检查。()(4)向BaCl2溶液中通入少量CO2:Ba2+H2O+CO2=BaCO3+2H+。()二、硅及其重要化合物1.硅和二氧化硅(1)硅的位置及存在硅位于元素周期表第三周期族,处于金属与非金属过渡位置,是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界中主要以和(如水晶、玛瑙)的形式存在。硅具有亲氧性,自然界中不存在硅单质 A硅酸盐氧化物(2)硅的性质和用途Si+O2SiO2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2(3)二氧化硅的性质和用途高大Na2SiO3+H2OCaSiO3N
5、a2SiO3+CO2SiO2+4HF=SiF4+2H2O2.硅酸和硅酸盐(1)硅酸(H2SiO3)难Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3SiO2+H2ONa2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl干燥剂(2)硅酸盐(如Na2SiO3)Na2SiO3的水溶液俗称,有黏性,水溶液显碱性。与较强的酸反应与盐酸的反应:。用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。水玻璃Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO33.硅酸盐材料(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,其结构如图所示:硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度、熔点、难溶于水、化学性质
6、稳定、耐腐蚀等特点。高高(2)常见传统硅酸盐产品比较名称水泥玻璃陶瓷生产原料、黏土、石灰石、主要设备 水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分 Na2SiO3、CaSiO3和SiO2玻璃生产中的两个重要反应:;。石灰石纯碱石英黏土Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2(3)特殊功能的含硅材料SiC(俗称)具有类似于金刚石的结构,硬度大,可用作砂纸、砂轮的磨料。含硅4%硅钢具有很高的导磁性,可用作的铁芯。硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。金刚砂变压器(4)新型无机非金属材料材料类型主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温,强度高 氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性
7、模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷 集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通信、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉应用提升1.硅的工业制法 2.新教材关于硅的制备流程及原理:涉及的主要反应为易错辨析(1)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2+CSi+CO2。()(2)SiO2既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,因此SiO2是两性氧化物。()(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维、集成电路板。()(4)将SO2通入Na2SiO3溶液,产生胶状沉淀,则酸性:H2SO3H2SiO3。()探考点探考点 精精准突破准突破考点一考点
8、一碳及其化合物的性碳及其化合物的性质与与应用用命题解读新教材变化增加“碳纳米材料”,介绍了富勒烯、碳纳米管、石墨烯等结构、性能及用途考情透析高频考点从近几年高考试题来看,碳及其化合物的性质与应用、碳纳米材料的用途等仍是高考命题的考查点。预测考向新的一年高考可能会在选择题中考查碳及其化合物的性质、转化及应用1.草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其K1=5.410-2,K2=5.410-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色,熔点为101,易溶于水,受热脱水、升华,170以上分解。回答下列问题:(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的
9、分解产物。装置C中可观察到的现象是,由此可知草酸晶体分解的产物中有。装置B的主要作用是。(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、。装置H反应管中盛有的物质是。能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是。答案(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验(2)F、D、G、H、D、ICuOH中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊解析(1)乙二酸的分解产物中含有二氧化碳,装置C中产生气泡,澄
10、清石灰水变浑浊;由于草酸易升华,在澄清石灰水中会生成白色沉淀草酸钙,故在检验CO2之前必须将草酸蒸气除去,以免对二氧化碳的检验产生干扰,而装置B中的冰水冷凝即可除去草酸蒸气。(2)检验CO可用灼热的氧化铜,由于实验中需检验生成物的二氧化碳,所以在CO还原氧化铜之前必须预先将草酸分解生成的二氧化碳除去。因此装置的连接顺序是:首先使B中逸出的气体通过浓氢氧化钠溶液将二氧化碳除去,并用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽;然后将气体先进行干燥以免玻璃管H炸裂,再通入玻璃管H使CO还原氧化铜。检验生成的二氧化碳仍需使用澄清石灰水。最后,用排水法收集未反应完的CO,以免污染空气,故装置的连接顺序是F、D、G、
11、H、D、I。若分解产物中含有CO,则玻璃管中黑色的氧化铜变为红色,其后的澄清石灰水会变浑浊。2.灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2。某校化学研究小组利用下图实验装置检验产物中的H2和CO(设气体均被充分吸收)。下列有关说法正确的是()A.、中依次盛装澄清石灰水、浓硫酸和氢氧化钠溶液B.为了实验安全性,应先点燃处酒精灯,后点燃处酒精灯C.当黑色氧化铜变红色,即可证明产物中一定含有H2和COD.若用碱石灰替换无水硫酸铜,也可达到检验H2和CO的目的答案B解析灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2,要检验产物中的H2和CO,需要除去产物中的少量二氧化碳,通入装置的
12、气体需要干燥,因此中盛放氢氧化钠溶液,中盛放浓硫酸,中反应后的气体中含有水蒸气和二氧化碳,因此无水硫酸铜变成蓝色,说明含有氢气,中澄清石灰水变浑浊,说明含有一氧化碳。除去二氧化碳不能选用澄清石灰水,因为其浓度太小,A错误;生成的氢气和一氧化碳容易燃烧,可能发生爆炸,为了实验安全性,应先点燃处酒精灯,用生成的气体排尽装置内的空气,经验纯后点燃处酒精灯,B正确;当黑色氧化铜变红色,即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种,C错误;若用碱石灰替换无水硫酸铜,不能检验H2和CO,只能说明生成了H2和CO中的一种或两种,D错误。3.某科研小组探究用非贵金属催化剂对汽车尾气进行催化转化,实验装置如下
13、:已知用草酸制备CO反应的化学方程式为H2C2O42H2OCO+CO2+3H2O。下列说法错误的是()A.可用铜与稀硝酸反应制取NO并经无水CaCl2干燥B.制取并纯化CO时,将草酸分解产生的气体依次通过足量NaOH浓溶液、碱石灰C.设计装置b是为了收集生成的N2D.装置c中盛放的试剂可以是澄清石灰水答案C解析CO、NO经干燥后在催化剂作用下发生反应,转化为无毒的CO2、N2,利用该原理可将汽车尾气处理后排放。通入装置a反应管前,气体必须干燥,铜与稀硝酸反应生成NO,可用无水CaCl2干燥,A正确;草酸受热分解产生的气体通过足量NaOH浓溶液可以除去CO2,通过碱石灰干燥,还可除去可能存在的极
14、少量CO2,最终只剩下干燥的CO气体,B正确;装置b为安全瓶,用于防倒吸,C错误;装置c用于检验是否有CO2生成,故可以用澄清石灰水,D正确。归纳总结CO2和CO气体的除杂及检验方法(1)除杂方法情形方法CO中混有CO2通过盛有NaOH溶液的洗气瓶,然后干燥气体CO2中混有CO通过盛有灼热CuO的硬质试管CO2中混有少量SO2或HCl通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,然后干燥气体(2)检验CO气体:先通过灼热氧化铜,固体由黑色变为红色,再将产生的气体通过澄清石灰水,溶液变浑浊。注意澄清石灰水只用于检验CO2,不能用于除去混合气体中的CO2,应用NaOH溶液除去。CO2、SO2通入CaCl2
15、或BaCl2溶液均无沉淀产生。考点二考点二硅及其化合物、硅酸硅及其化合物、硅酸盐材料材料命题解读新教材变化将硅及其化合物放在新型无机非金属材料中,正文中增加了硅的制备,且粗硅精制原理有所变化,同时删去了硅酸,“练习与应用”中涉及SiO2的性质。考情透析高频考点从近几年高考试题来看,硅及其化合物的性质与应用、硅酸盐材料仍是高考命题的考查点。预测考向新的一年高考可能会在选择题中考查硅及其化合物的性质及应用、硅酸盐材料等考向1 传统硅酸盐材料 1.(2022河北卷,1)定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是()A.传统陶瓷是典型的绝缘材料B.陶瓷主要成分为SiO2和MgOC.
16、陶瓷烧制的过程为物理变化D.白瓷的白色是因铁含量较高答案A解析陶瓷是良好的绝缘体,传统陶瓷是典型的绝缘材料,常用于高压变压器的开关外包装和器件,A正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,B错误;陶瓷烧制过程中发生复杂的化学反应,有新物质生成,属于化学变化,C错误;由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,故陶瓷中含铁量越多,陶瓷的颜色越深,白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含,D错误。2.(2022广东卷,3)广东一直是我国对外交流的重要窗口,馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是()答案C解析鎏金饰品是用金汞合金制成的金泥涂饰器物的表面,经过烘烤,汞蒸发而金固结于器物上的一种传统工艺,其中不含硅酸盐;蒜头纹银盒的主要成分为金属银,其中不含硅酸盐;广彩瓷咖啡杯是由黏土等硅酸盐产品烧制而成,其主要成分为硅酸盐;铜镀金钟座是由铜和金等制成,其中不含硅酸盐;答案为C。考向2 新型无机非金属材料3.科技发展改变生活,近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下列说法不正确的是()A.神舟飞船航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作,碳纤维属于新型无机
