1、第12讲 碳、硅及无机非金属材料 考纲要求 1.掌握碳、硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.了解常见无机非金属材料的性质和用途。,高频考点一 碳、硅单质及其氧化物1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。 (1)金刚石和石墨物理性质有较大差别的原因是碳原子的排列不同。() (2)碳燃烧可生成CO或CO2，但硅与氧气反应只能生成SiO2。(),(3)非金属性：CSi，则热稳定性：CH4SiH4。() (4)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料。() (5)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。() (6)硅的导电性能介于
2、导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。() (7)1 mol Si和1 mol SiO2晶体中均有4 NA个共价键。(),2(1)从元素周期表的位置看，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的形式存在。,(2)从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。,【答案】 不能；此反应中生成的CO2气体脱离反应体系有利于反应的向右进行，与其氧化物对应酸的强弱无关；而强酸制弱酸的规律一般适用
3、于在溶液中发生的反应。,【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 (6)通过CuSO4溶液,一、碳、硅单质的结构与性质 1碳、硅元素的原子结构与存在,2.碳、硅单质的物理性质,【注意】 (1)碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。 (2)同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。,3碳、硅单质的化学性质还原性 碳、硅的最外层都是_个电子，位于元素周期表的第_族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定
4、条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。,A,4,【注意】 工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅，但反应需隔绝空气(或O2)，生成的是CO而不是CO2。,2二氧化碳和二氧化硅的比较,2(2017信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置： 根据装置回答问题：,(1)A装置的作用是_。 (2)实验后怎样处理尾气_，发生反应的化学方程式为 _。 (3)若实验时观察到_，则证明原气体中一定含有一氧化碳。,【解析】 (1)除去混合气体的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排
5、除对下面实验的干扰。 (2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。 (3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。,【方法总结】 确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法,考点2 硅及其氧化物的性质与制备,4(2018南宁联考)已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。,(1)写出B、C两物质的名称：B_，C_。 (2)写出DB的化学方程式：_ _。 (3)写出BC的离子方程式：_ _。,5(2017南昌模拟改编)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧
6、化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。,相关信息如下： a四氯化硅遇水极易水解； b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；,c有关物质的物理常数见下表：,请回答下列问题： (1)写出装置A中发生反应的离子方程式 _。 (2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。 (3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外还可能含有的元素是_(填写元素符号)。
7、,【解析】 制四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。 (1)书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置中用浓硫酸除水以制得干燥纯净的Cl2；(2)A中g管作用为平衡压强，使液体顺利流下；h瓶用冷却液冷却的主要目的是得到SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7 ，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在瓶中，所以残留的元素是Fe、Al、P、Cl。,高频考点二 硅酸、硅酸盐及无机非金属材料1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。 (
8、1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点() (2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱() (3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强(),2(1)填写下列材料主要成分的化学式。 刚玉_； 大理石、石灰石_； 普通玻璃_； 石英、水晶_。 【答案】 Al2O3 CaCO3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 SiO2,(2)硅酸盐可用氧化物的形式表示其组成，能说明硅酸盐是由氧化物组成的吗？ 【答案】 氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。,1硅酸,【思考】 如何通过实验证明硅酸的酸性比碳
9、酸的弱？ 【提示】 向硅酸钠溶液中通入CO2气体，若溶液变浑浊，说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。,(2)硅酸盐组成的表示方法 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为_，长石(KAlSi3O8)可表示为_。 【注意】 (1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。 (2)硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。硅胶(mSiO2nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。,Na2OSiO2,K2OAl2O36SiO2,3无机非金属材料 (1)传统无机非金属材料，如
10、水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 常见硅酸盐材料比较,石灰石,纯碱,石英,(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。 【注意】 (1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 (2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞而使用橡胶塞。,2(2018新疆伊犁质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O34SiO2H2O，下列观点不正确的是( ) A寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触 B寿山石颜色丰富多彩
11、是因为含有不同形态的金属氧化物 C潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质 D久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质,【解析】 根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A正确；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C项错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D正确。 【答案】 C,3(2017洛阳模拟)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。 (1)三硅酸镁的氧化物形式为_。 (2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原
12、因是_。 aAl2O3、MgO和SiO2都是白色固体 bAl2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物 cAl2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点,【解析】 (1)Mg2Si3O8nH2O改写成氧化物的形式为2MgO3SiO2nH2O。 (2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点，故可作为耐火材料。 【答案】 (1)2MgO3SiO2nH2O (2)c,考点2 无机非金属材料 4(2016孝感统考)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
13、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,【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。 【答案】 D,5(2018湖北八校联考)钢化玻璃俗称普通玻璃的化身，是普通玻璃经一定物理方法处理后得到的。钢化玻璃一般不会发生自爆现象，但当钢化玻璃中含有硫化镍结核时就有可能发生自爆现象。下列有关说法中错误的是( ) A制取钢化玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英 B钢化玻璃是一种新型无机非金属材料 C制取钢
14、化玻璃的主要反应都是非氧化还原反应 D在碳素钢中加入镍等合金元素可以制得不锈钢及各种特种钢,难点专攻(十) CO2与盐或碱反应产物的判断考点1 CO2与盐溶液的反应 1向下列溶液中通入足量的CO2，最终无沉淀生成的是 ( ) Ca(OH)2溶液 Na2SiO3溶液 饱和Na2CO3溶液 CaCl2溶液 漂白粉溶液 NaAlO2溶液 A B C D,【解析】 最终有H2SiO3沉淀，有NaHCO3晶体， 有Al(OH)3沉淀且不溶解。 【答案】 B,2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( ),【解析】 Na2SiO3溶液与过量CO2反应生成H2SiO3和NaHCO
15、3，H2SiO3不溶于水。 【答案】 B,考点2 CO2与混合液的反应 3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 ( ),4将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀与通入CO2的量的关系可表示为( ),【方法总结】 CO2与多组分混合液反应顺序的判断 当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。 如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续
16、反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。,【方法规律】 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。,(2)反应后溶质成分的判断,1(2017浙江杭州重点中学模拟)将CO2气体缓缓地通入到含KOH、Ba(OH)2和KAlO2的混合溶液中直至过量，生成沉淀的物质的量与所通CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应进程中的各种描述不正确的是( ),2
17、向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2，当通入气体8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止。则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2的体积关系正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)( ),3向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题： (1)由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。 (2)若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的物质的量浓度为多少？,【答案】 (1),
