专题4.1 碳、硅及无机非金属材料.doc

1、- 1 -专题 4.1 碳、硅及无机非金属材料1.了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。热点题型一 碳、硅单质及其重要化合物的性质例 1、二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。ae 是对反应中 SiO2所 表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是( )SiO 22NaOH=Na 2SiO3H 2OSiO 22C Si2CO= = = = =高 温 SiO 24HF=SiF 42H 2ONa 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2=

2、 = = = =高 温 SiO 23C SiC2CO= = = = =高 温 a反应中 SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b反应中 SiO2表现出氧化性c反应中 SiO2表现了酸性氧化物的通性d反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道 理e反应中 SiO2未参加氧化还原反应Aace Bbde Ccde Dab 【答案】B 【解析】通常用氢氟酸来刻蚀玻璃， 与之对应的反应是，因此 a判断错误；c 判断也不正确，因为酸性氧化物是指能与碱反应生成盐和水的氧化物，这正好与反应对应；反应是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b 判断正确；反应是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制

3、取易挥发的二氧化碳，d 判断正确；反应中碳的化合价由 0价变为4 和2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，- 2 -e判断也正确。故 B项正确。 【提分秘籍】碳、硅单质的特殊性(1)Si的还原性强于 C，但 C能还原 SiO2生成 Si，且氧化产物为 CO：2CSiO 2Si2CO，其原因是产物 CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使= = = = =高 温 反应向正反应方向进行。 (2)非金属单质跟碱溶液作用一般无 H2产生，但 Si能跟碱液作用放出 H2，如Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2。 (3)CO2是温室气体，但 CO2不是污染性气

4、体。 (4)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，但 SiO2不与水反应。 (5)SiO2是酸性氧化物，SiO 2却既能与酸(氢氟酸)反应又能与 NaOH溶液反应。 (6)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但 Si却能与 HF反应。 【举一反三】 下列说法正确的是( )A所有非金属单 质的熔点都很低B所有非金属单质都是绝缘体C硅是计算机芯片的重要材料，二氧化硅是光导纤维的主要成分D粗硅的制备：SiO 2C SiCO 2 = = = = =高 温 【答案】C 热点题型二 硅酸盐及无机非金属材料 例 2、 硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )A氮化硅陶瓷是一种

5、新型无机非金属材料，其化学式为 Si3N4 B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO2 D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为 12 【答案】D【解析】A 项，在氮化硅中 N元素为3 价，Si 元素为4 价，则化学式为 Si3N4，正确；D- 3 -项，在 SiO2晶体中，一个硅原子与周围 4个氧原子形成 4个硅氧单键，错误。 【提分秘籍】 (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)熟悉几种常见饰品的主要成分。 水晶、石英

6、、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。 (3)了解用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。 书写顺序：较活泼的金属氧化物较不活泼的金属氧化物SiO 2水。 各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。 【举一反三】 下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是( )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：Na 2SiO3H 2OCO 2=Na2CO3H 2SiO3；反应：Na 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2，两反应是相互矛盾的，不可能都能= = = = =高 温 发生C普通玻璃、石英玻

7、璃，水泥等均属于硅酸盐材料D祖母绿的主要成分为 Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为 3BeOAl2O36SiO2 【答案】D热点题型三 无机非金属材料的制备及应用例 3 (2015海南卷)单质 Z是一种常见的半导体材料，可由 X通过如下图所示的路线制备。其中 X为 Z的氧化物；Y 为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题：X Mg 加 热 Mg2Z 盐 酸 Y 加 热 Z(1)能与 X发生化学反应的酸是_；由 X制备 Mg2Z的化学方程式为_。(2)由 Mg2Z生成 Y的化学反应方程式为_，Y 分子的电子式为_。- 4 -(3)Z、X 中共价键的类型分别是_、_。 【答案】(1)氢

8、氟酸 SiO 22Mg O2Mg 2Si= = = = = (2)Mg2Si4HCl=2MgCl 2SiH 4 (3)非极性键 极性键 【解析】由单质 Z是一种常见的半导体材料可知 Z为 Si，则 X为 SiO2，Y 为 SiH4，然后按其性质解题。 【提分秘籍】(1)传统无机非金属材料。三种硅酸盐工业生产的比较。主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也广泛应用于生活中。 (2)新型无机非金属材料。高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。 【举一反三】 在工业中利用镁制取硅：

9、2MgSiO 2 2MgOSi，同时有副反应发生：2MgSi= = = = = Mg2Si，Mg 2Si遇盐酸迅速反应生成 SiH4(硅烷)，SiH 4在常温下是一种不稳= = = = = 定、易分解的气体。如图是进行 Mg与 SiO2反应的实验装置：- 5 -(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体 X作为保护气，试管中的固体药品可选用_(填字母)。a石灰石 b锌粒 c纯碱(2)实验开始时，必须先通入 X气体，再加热反应物，其理由是_，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是_。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此

10、现象的原因用化学方程式表示为_。 【答案】(1)b (2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响 该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行 (3)Mg2Si4HCl=2MgCl 2SiH 4、SiH 42O 2=SiO22H 2O 1 【2016 年高考海南卷】下列叙述错误的是（ ）A氦气可用于填充飞艇 B氯化铁可用于硬水的软化C石英砂可用于生产单晶硅 D聚四乙烯可用于厨具表面涂层【答案】B【解析】氦气性质稳定，故可用于填充飞艇，A 正确；硬水的软化指的是除去水中的Ca2+、Mg 2+，加入氯化铁只能水解产生氢氧化铁胶体吸附悬浮物，用于水的净化，B 错误；石英砂主要成分

11、为 SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅，C 正确；聚四乙烯具有抗酸- 6 -抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂，故可用于不粘锅的涂层，D 正确。2 【2016 年高考江苏卷】在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是（ ）ASiO 2 HCl(aq) SiCl4 2H 高 温 Si BFeS 2 O 煅 烧 SO2 O H2SO4 CN 2 H 高 温 、 高 压 、 催 化 剂 NH3 Cl(aq) NH4Cl(aq)DMgCO 3 Cl(aq) MgCl2(aq) 电 解 Mg【答案】C1 【2015 新课标卷理综化学】食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环

12、境友好。下列说法错误的是（ ）A硅胶可用作食品干燥剂BP 2O5不可用作食品干燥剂C六水合氯化钙可用作食品干燥剂D加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂【答案】C【解析】A硅胶多孔，吸附水分能力强，且没有毒，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，A 正确；BP 2O5是酸性氧化物吸水生成磷酸或偏硫酸，酸有腐蚀性，而偏磷酸有毒，因此不可用作食品干燥剂，B 正确；C氯化钙检验吸水性，而六水合氯化钙不具有吸水性，不能用作食品干燥剂，C 错误；D加工后具有吸水性的植物纤维没有毒，没有腐蚀性，因此可用作食品干燥剂，D 正确，答案选 C。2 【2015 安徽理综化学】下列有关说法正确的是（ ）A

13、在酒精灯加热条件下，Na 2CO3、NaHCO 3固体都能发生分解BFe(OH) 3胶体无色、透明，能发 生丁达尔现象CH 2、SO 2、CO 2三种气体都可用浓硫酸干燥- 7 -DSiO 2既能和氢氧化钠溶液反应也能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物【答案】C3 【2015 江苏化学】给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( )A粗硅 SiCl4 SiBMg(OH) 2 MgCl2(aq) MgCFe 2O3 FeCl3(aq) 无水 FeCl3DAgNO 3(aq) OH(aq) Ag【答案】A【解析】A、Si2Cl 2=高 温 SiCl4，SiCl 42H 2=高 温 Si4

14、HCl，故正确；B、工业上制备 Mg，是电解熔融状态下的氯化镁，故 B错误；C、FeCl 3是强酸弱碱盐，直接加热蒸发最终得到的是氧化铁，故 C错误；D、蔗糖是非还原性糖，不能与银氨溶液反应，故 D错误。1 （2014海南卷）下列关于物质应用和组成的说法正确的是( )AP 2O5可用于干燥 Cl2和 NH3B “可燃冰”主要成分是甲烷和水CCCl 4可用于鉴别溴水和碘水DSi 和 SiO2都用于制造光导纤维【答案】BC 【解析】NH 3是碱性气体而 P2O5是酸性氧化物，A 项错误；CCl 4可以从溴水和碘水中分别萃取出 Br2和 I2，且二者在 CCl4中的颜色不同，C 项正确；光导纤维的主

15、要成分是 SiO2，D 项错误。2 （2014四川卷） 化学与生活密切相关。下列说法不正确的是( )A乙烯可作水果的催熟剂B硅胶可作袋装食品的干燥剂C福尔马林可作食品的保鲜剂D氢氧化铝可作胃酸的中和剂蔗糖NH3H2O蒸发盐酸电解盐酸H2高温Cl2高温- 8 -【答案】C【解析】乙烯可以作生物调节剂，催熟果实，A 正确；硅胶具有吸水性，可以作干燥剂，B正确；福尔马林中含有的甲醛具有毒性，不能作为食品的保鲜剂，C 错误；氢氧化铝具有两性，可以中和胃酸，作胃酸中和剂，D 正确。3 （2014天津卷）运用相关化学知识进行判断，下列结论错误的是( )A某吸热反应能自发进行， 因此该反应是熵增反应BNH

16、4F水溶液中含有 HF，因此 NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中C可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底D增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成 H2的速率【答案】D 4 （2014福建卷）常温下，下列各组物质中，Y 既能与 X反应又能与 Z反应的是( )X Y Z NaOH溶液 Al(OH)3 稀硫酸 KOH溶液 SiO2 浓盐酸 O2 N2 H2 FeCl3溶液 Cu 浓硝酸A. B C D【答案】B 【解析】 中 Y是两性氢氧化物，常温下既能与 NaOH溶液反应又能与稀硫酸反应；中SiO2不能与浓盐酸反应；中 N2与 O2在高温或者放电的

17、条件下反应生成 NO；N 2与 H2在高温高压、催化剂的条件下反应生成 NH3；中在常温下，2FeCl3Cu=2FeCl 2CuCl 2，4HNO 3(浓)Cu=Cu(NO 3)22NO 22H 2O，B 项正确。1下列说法正确的是( )A光导纤维的主要成分是硅B常用氢氟酸(HF)来刻蚀玻璃- 9 -C制普通玻璃的主要原料是烧碱、石灰石、石英砂D实验室用带玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液【答案】B2下列关于硅的说法不正确的是( )A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化 学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D加热到一定温度

18、时，硅能与氯气、氧气等非金属单质反应【答案】C【解析】硅的化学性质不活泼，但常温下仍能与氟气、氢氟酸、NaOH 溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应。3将足量 CO2气体通入水玻璃(Na 2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )ANa 2SiO3 BNa 2CO3、Na 2SiO3CNa 2CO3、SiO 2 DSiO 2【答案】A【解析】CO 2与水玻璃反应生成 Na2CO3和 H2SiO3，在高温条件下 H2SiO3变为 SiO2，Na 2CO3与SiO2反应又生成 Na2SiO3和 CO2，所以最后得到的固体物质是 Na2S

19、iO3，故 A正确。4下列说法正确的是( )A在粗硅的制取中发生 2CSiO 2 2COSi，硅被还原，所以碳的还原性= = = = =高 温 大于硅的还原性B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C用 SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入 CO2D由 Na2CO3SiO 2 CO2Na 2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸= = = = =高 温 【答案】C【解析】依据元素周期律可知，硅的还原性大于碳，上述反应能发生是因为产物中有 CO气体生成，使平衡向右移动，A 错误；硅酸钠是一种黏合剂，不能保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中，B 错误；D 选项中的

20、反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，D 错误。- 10 -5用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是( )选项 操作及现象 溶液A 通入 CO2，溶液变浑浊，继续通入 CO2至过量，浑浊消失 饱和 Na2CO3溶液B 通入 CO2，溶液变浑浊，继续通入 CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液C通入 CO2，溶液变浑浊，继续通入 CO2至过量，浑浊不消失，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，继续通入 CO2至过量，浑浊消失，再加入足量 NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液【答案】D6将 2.8 g硅粉

21、与 2.3 g钠同时放入足量水中，采用恰当的方法收集反应过程中产生的气体(全部收集)，这些气体在标准状况下的体积为( )A1.12 L B4.48 L【答案】D【解析】本题重点考查钠与水、硅与碱溶液反应的有关计算。2Na 2H 2O = 2NaOH H 2223 g 2 mol 22.4 L2.3 g 0.1 mol 1.12 LSi 2NaOHH 2O=Na2SiO32H 228 g 2 mol 222.4 L14 g 0.1 mol 2.24 L反应后硅剩余 1.4 g， V(H2)1.12 L2.24 L3.36 L。7某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物跟足量的稀盐酸反应，消耗 H

22、和生成 CO2物质的量之比为 65，则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比是( )A11 B12C13 D14【答案】B【解析】设碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量分别为 x mol、 y mol，则：- 11 -RCO32H CO 2，R(HCO 3)22H 2CO 21 2 1 1 2 2x mol 2x mol x mol y mol 2y mol 2y mol则有(2 x mol2 y mol)( x mol2 y mol)65。解得 x y12。8化合物 A、B、C、D 各由两种元素组成，甲、乙、丙是由三种短周期元素组成的单质。这些常见的化合物与单质之间存在如下图所示关系(已知 C是

23、一种有机物)，以下结论不正确的是( )A上述转化关系所涉及的化合物中有一种是酸性氧化物B甲、乙、丙三种单质的晶体一定是分子晶体C上图所示的五个转化关系中，有三个涉及化合反应D上图所示的五个转化关系均涉及氧化还原反应【答案】B9下列物质的反应过程符合图示过程的是( )A向 CaCl2溶液中通入过量 CO2B向水玻璃溶液中通入过量 CO2C向澄清石灰水中通入过量 CO2D向水玻璃溶液中加入过量盐酸【答案】C【解析】A 项不反应，违背了强酸制备弱酸的原理；B 项中沉淀为硅酸，硅酸不能溶解于过量的碳酸中；C 项先生成 CaCO3，然后 CaCO3与 CO2、H 2O反应生成 Ca(HCO3)2，符合题

24、意；D 项中生成的沉淀为硅酸，硅酸不溶解于过量的盐酸。H 2SiO3不溶于水，也不溶于酸，但可以溶解在 NaOH溶液中。10下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是( )硅酸盐 Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为 Na2O2FeO3SiO2 水泥、玻璃、水晶饰物- 12 -都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料A BC D【答案】D11某矿石可能是由 FeCO3、SiO 2、Al 2O3中的一种或几种组成，欲探究其组成，设计探究过程如图所示。已知：碳酸不能溶解 Al(OH)3沉淀。(1)Si在元素周期表中的位置是_。(2)下列说法正确的

25、是_。a酸性：H 2CO3H2SiO3b原子半径：OCH4SiH4d离子半径：O 2 Al3(3)该矿石的组成是_，滤渣和 NaOH溶液反应的离子方程式是：_。(4)该矿石和 1 molL1 HNO3溶液反应的离子方程式为：_。(5)工业上依据上述实验原理处理该矿石，将反应池逸出的气体与一定量的 O2混合循环通入反应池中，目的是_；若处理该矿石 2.36103 kg，得到滤渣 1.2103 kg，理论上至少需要 1 molL1 HNO3溶液的体积为_L。【答案】(1)第三周期A 族 (2)abc (3)FeCO 3和 SiO2 SiO 22OH =SiO H 2O (4)233FeCO310H

26、 NO =3Fe3 3CO 2NO5H 2O (5)NO 循环使用减少环境污染，NO 跟3H2O、O 2反应后又得到硝酸，可以提高原料利用率 310 4【解析】(4)SiO 2与硝酸不反应。FeCO 3与硝酸反应时，要注意生成 Fe3 ，同时硝酸被还原为NO。(5)NO、H 2O、O 2可发生反应：4NO2H 2O3O 2=4HNO3，生成的硝酸可循环使用，减少污染。结合第(4)题的反应方程式可知，每溶解 3 mol FeCO3，消耗 10 mol HNO3，如 果由 NO回收的 1 mol HNO3再利用，则理论上只需要 9 mol HNO3。即：FeCO 33HNO 3。根据矿石2.361

27、03 kg、滤渣 1.2103 kg，可知其中含有 1.16103 kg FeCO3，需要硝酸 3104 - 13 -mol，故需 1 mol/L的硝酸溶液 3104 L。12已知 AI 有如下所示的转化关系：已知：单质 E可作为半导体材料；化合物 F是不能生成盐的氧化物；化合物 I能溶于水，呈酸性，它能够跟氧化物 A发生反应。据此，请填空：(1)化合物 F是_；(2)化合物 I是_；(3)反应的化学方程式是_；(4)反应的化学方程式是_；(5)写出 I的水溶液与 A反应的化学方程式：_。【答案】(1)CO (2)HF (3)2H 2O 2 2H2O (4)2F 22H 2O=4HFO 2 =

28、 = = = =点 燃 (5)4HFSiO 2=SiF42H 2O13硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题。(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属” 。这种“金属”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普 通玻璃的主要原料有_。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线。其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：- 14 -发生的主要反应电弧炉 SiO22C Si2CO= = = = =1 600 1 800 流化床反应器 Si3HCl S

29、iHCl3H 2= = = = =250 300 还原炉 SiHCl3H 2 Si3HCl= = = = =1 100 1 200 用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_；碳化硅又称_，其晶体结构与_相似。在流化床反应的产物中，SiHCl 3大约占 85%，还有 SiCl4、SiH 2Cl2、SiH 3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯 SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_。物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4沸点/ 2 355 57.6 31.8 8.2 30.4 84.9 111.9SiHCl 3极易水解，其完全水解的产物为_。(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是_。【答案】(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁) (2)石英砂、纯碱和石灰石 (3)SiO 23CSiC2CO 金刚砂 金刚石(或单晶硅) 精馏(或蒸馏) H 4SiO4(或= = = = =高 温 H2SiO3)、H 2、HCl (4)H 2、HCl- 15 -