1、第四章非金属及其化合物教师用书第14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，掌握其主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。考点一碳及其重要化合物1碳单质(1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、木炭、足球烯，它们互为同素异形体。(2)结构金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边形层状结构。(3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感。(4)主要化学性质还原性可燃性CC2一氧化碳(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质还原性燃烧：2COO22CO2，淡蓝色火焰；还原CuO：CuOCOC
2、uCO2(冶炼金属)。3二氧化碳(CO2)(1)一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。(2)与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反应的方程式分别为CO2H2OH2CO3，Na2OCO2=Na2CO3，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，2MgCO22MgOC。(3)CO2在自然界中的循环CO2的主要来源：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。4碳酸(H2CO3)弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2C
3、O3在水中与CO2共存，因此常把CO2H2O当碳酸用。5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。(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)水溶液酸碱性强弱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N
4、aHCO3溶液。1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(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的CO2气体，会析出晶体()2写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(HCl)：_。答案：(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放
5、灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶题组一CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析1标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH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)()A11B12C21 D13Bn(CO2)0.15 mol，n(NaOH)0.2 L1.00 molL10.2 mol由于12，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液设n(Na2CO3)x，n(NaHCO3)y则有解得x0.05 mol，y0.1 mol。2向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的
6、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？解析：(1)可能发生的反应有：CO2不足时，CO22KOH=K2CO3H2OCO2过量时，CO2KOH=KHCO3其中分别为、1。所以可确定、1为临界点。画数轴：根据数轴、列表得出结果。(2)根据题意：n(CO2)0.1 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则
7、其质量为0.1 mol138 gmol113.8 g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.1 mol100 gmol110 g。现固体质量为11.9 g。所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物。设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为a mol、b mol，则有：解得ab0.05白色固体中m(K2CO3)0.05 mol138 gmol16.9 g；m(KHCO3)0.05 mol100 gmol15 g，反应中消耗n(KOH)2a molb mol0.15 mol。故c(KOH)0.5 molL1。答案：(1)固体组成0比值KOH、K2CO3K2CO3比值Si，则热稳定性：CH
8、4SiH4()(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应()(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()2写出除去下列固体粉末中混有杂质(括号内为杂质)可采取的方法，写出有关反应的方程式。(1)CaCO3(SiO2)_。(2)SiO2(CaCO3)_。(3)SiO2(NH4Cl)_。答案：(1)在固体混合物中加入足量氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)在固体混合物中加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤。CaCO32HCl=CaCl
9、2CO2H2O(3)方法一：在固体中加入适量水溶解、过滤。方法二：将固体混合物在坩埚中充分灼烧，除去NH4Cl。NH4ClNH3HCl3实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为选哪一种？简述选择的依据。_。答案：选择铁坩埚。依据：铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应使得坩埚受损题组一硅和二氧化硅的特性1下列说法正确的是()A在粗硅的制取中发生2CSiO22COSi，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性B盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶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Na2CO
10、3SiO2Na2SiO3CO2可知，硅酸的酸性强于碳酸C选项A、D的反应在高温下均生成了气体，使平衡正移，致使反应能顺利进行，但不能说明C、Si的还原性强弱，也不能说明H2SiO3与H2CO3酸性的强弱，故错误；NaOH能与玻璃成分中的SiO2反应生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起。 由SiO2制取H2SiO3的过程为：SiO2Na2SiO3H2SiO3。2指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案：填入括号内。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()(3)SiO22CSi2CO()(4)SiO23CSiC
11、2CO()(5)SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应答案：(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A题组二硅的工业制法3制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为_。(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式_；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。解析：(1)H
12、2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1 357 K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。答案：(1)SiHCl3H2Si3HCl(2)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3提纯粗硅的两种方法方法一Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。方法二Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl 题组三硅酸盐的成分及表示方法4(
13、2019福建龙岩调研)宋代五大名窑分别为：钧窑、汝窑、官窑、定窑、哥窑。其中钧窑以“入窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。下列关于陶瓷的说法不正确的是()A窑变是高温下釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化B氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料C高品质的瓷器晶莹剔透，属于纯净物D陶瓷属于硅酸盐材料，耐酸碱腐蚀，但是不能用来盛装氢氟酸C不同的金属氧化物颜色可能不同，在高温下，釉料中的金属化合物发生氧化还原反应导致的颜色变化称为窑变，故A正确；新型无机非金属材料主要有先进陶瓷、非晶体材料、人工晶体、无机涂层，无机纤维等，氧化铝陶瓷属于新型无机非金属材料，故B正确；瓷器的原料主要是黏土烧结而成，
14、瓷器中含有多种硅酸盐和二氧化硅，是混合物，故C错误；HF能与二氧化硅反应，陶瓷的成分是硅酸盐和二氧化硅，所以陶瓷不能用来盛装氢氟酸，故D正确。5硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为_。长石是铝硅酸盐的，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石的化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为_。解析：根据不同类长石其氧原子的物质的量分数相同，结合化合价代数和是0可写出钙长石的化学式。答案：SiO22NaOH=N
15、a2SiO3H2OCaAl2Si2O8硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水，不同氧化物间以“”隔开。(2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。 1(2019全国卷，7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C
16、陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点A本题考查物质组成、性质与用途，考查的核心素养是科学态度与社会责任。“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。2(2019北京，6)下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是()A.4.03米大口径碳化硅反
17、射镜B.2022年冬奥会聚氨酯速滑服C.能屏蔽电磁波的碳包覆银纳米线D.“玉兔二号”钛合金筛网轮AB项，2022年冬奥会的速滑服是由有机合成材料制成的；C项，碳包覆银纳米线是金属材料；D项，钛合金筛网轮是金属材料。3(2018江苏，1)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是()A光合作用 B自然降雨C化石燃料的燃烧 D碳酸盐的沉积CA项，光合作用会吸收CO2放出O2；B项，自然降雨对大气中的CO2含量影响不大；D项，碳酸盐的沉积对大气中的CO2含量影响不大。4下列有关硅及其化合物的叙述错误的是()A汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土(2018
18、天津，1C)BSO2通入Na2SiO3溶液产生胶状沉淀，证明酸性H2SO3H2SiO3(2017北京，10D)CSiO2硬度大，故可用于制造光导纤维(2017江苏，3C)DHF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2016全国卷，7D)C52017全国卷，26(1)(2)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_，还可使用_代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是_，其不溶于强酸但可
19、与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。解析：(1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节pH45，目的是除去Al元素和Fe元素，而在此pH范围内，Fe元素只有转化为Fe3才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2氧化为Fe3；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。(2)水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有SiO2(或反应生成的H2SiO3)不溶于盐酸，所以沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)。SiO2(或H2SiO3)不与强酸反应，但可溶于氢氟酸中，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O(或H2SiO34HF=SiF43H2O)。答案：(1)将样品中可能存在的Fe2氧化为Fe3H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO24HF=SiF42H2O(或H2SiO34HF=SiF43H2O)