1、第四章非金属元素及其重要化合物考纲解读1.了解常见非金属元素C、Si、Cl、S、N的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。第13讲碳、硅及其重要化合物一、碳、硅单质1单质的结构、存在形态、物理性质和用途碳硅存在形态游离态和化合态化合态结构金刚石：空间网状结构；石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间结构同素异形体金刚石、石墨、C60晶体硅、无定形硅物理性质金刚石：熔点高、硬度大；石墨：硬度小、电的良导体、有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点较高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯、高温润滑剂半导体材料
2、、硅芯片和硅太阳能电池2碳和硅的化学性质碳硅与单质反应氧气不足生成CO，氧气足量生成CO2与氧气、氟气、氯气反应生成SiO2、SiF4、SiCl4与氧化物反应与CuO反应：2CuOC2CuCO2；与CO2反应：CCO22CO；与水蒸气反应：CH2O(g)COH2与FeO反应：Si2FeOSiO22Fe与酸反应与浓硫酸反应C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O与浓HNO3反应C4HNO3(浓)CO24NO22H2O不能被浓硫酸、浓硝酸氧化，但可与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H23硅的工业制法及提纯石英砂粗硅SiCl4高纯硅反应：SiO2CSi2CO。反应：Si2Cl2SiCl4。反应：
3、SiCl42H2Si4HCl。二、碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性质无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质燃烧：2COO22CO2，淡蓝色火焰(空气中燃烧)。还原Fe2O3：Fe2O33CO2Fe3CO2(冶炼金属)。2二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间网状结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，可溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3与碱(NaOH)反应SiO22NaOH=Na
4、2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐三、硅酸、硅酸盐、无机非金属材料1硅酸(H2SiO3)2硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(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Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2OAl2O36SiO2。(3)硅酸钠白色、可溶于水的
5、粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。与酸性较硅酸强的酸反应与CO2水溶液反应的化学方程式Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料三种硅酸盐工业生产的比较水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石和石英黏土主要成分3CaOSiO2，2CaOSiO2，3CaOAl2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸盐生产条件高温主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，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
6、。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。1.判断正误，正确的画“”，错误的画“”，并指明错因。(1)硅在自然界中以游离态和化合态的形式存在。()错因：硅在自然界中只以化合态的形式存在。(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。()错因：晶体硅不是因为其熔点高、硬度大而作半导体材料，是因为其导电性介于导体和绝缘体之间。(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。()错因：Si不能用于制造光导纤维。(4)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。()错因：CaCl2与CO2不反应，通入CO2无明显现象。(5)SiO2是
7、酸性氧化物，可溶于强碱，不溶于任何酸。()错因：SiO2可溶于氢氟酸。(6)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。()错因：酸雨的pHH2SiO3B(2017江苏高考)SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维C(2016全国卷)HF能与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记D(2016海南高考)石英砂可用于生产单晶硅答案B解析B项，前后无因果关系。3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
8、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答案C解析不同的金属化合物颜色可能不同，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；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，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，陶瓷的主要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。4半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A2CSiO2Si2COBSiO22NaOH=Na2SiO3H2OCSi2Cl2SiCl4DSiCl42H
9、2Si4HCl答案B解析工业制取纯硅的工艺流程为：SiO2粗硅SiCl4纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。5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Si3N4B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SiO2D硅酸盐Na2Fe2Si3O10用氧化物的形式表示为Na2O2FeO3SiO2答案D解析正确的表示应该为Na2OFe2O33SiO2，故D错误。6硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()A硅是人类将太阳能转换为电
10、能的常用材料B粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C反应Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为氧化剂D硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应答案A解析由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4SiHCl，都是氧化还原反应，B错误；反应中Si的化合价升高，作还原剂，C错误；硅不能与盐酸反应，D错误。7(2019高考名校联考信息优化卷)二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，其相关转化关系如图所示，下列说法正确的是()ASiO2属于两性氧化物B盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞C硅胶吸水后不能重复再生D图中所示转化反应都是氧化还原反应答案B解析SiO2是酸性氧化物
11、，A项错误；硅胶吸水后可以再生，C项错误；SiO2与HF的反应、SiO2与NaOH的反应、Na2SiO3与HCl的反应、SiO2与Na2CO3的反应等均为非氧化还原反应，D项错误。8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()答案D解析CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样
12、可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。9(2019银川模拟)利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：容器中进行的反应为Si(粗)3HCl(g)=SiHCl3(l)H2(g)；容器中进行的反应为SiHCl3H2=Si(纯)3HCl。下列说法正确的是()A该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用B最好用分液的方法分离Si和SiHCl3C反应和中HCl均作氧化剂D反应和均属于可逆反应答案A解析从反应流程容易看出，HCl可循环使用，
13、A正确；Si为固体，SiHCl3为液体，用过滤法分离，B错误；反应中HCl作氧化剂，反应中HCl为氧化产物，C错误；反应和都不是可逆反应，D错误。10甲气体可发生如下变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为()ACO2、CO、O2、CaO BO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3 DCO、CO2、O2、Ca(OH)2答案C解析以丙气体为突破口，丙通过灼热的CuO后，生成的乙气体可与澄清石灰水反应生成固体，说明乙是CO2，则丙是CO，甲是O2，丁是CaCO3。11标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH溶液
14、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)()A11 B12 C21 D13答案B解析n(CO2)0.150 mol，n(NaOH)0.200 L1.00 molL10.200 mol，即12，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则解得所以。12(2019咸阳一模)美国化学会志报道了中国科学家以二氧化碳和钠在一定条件下反应制得金刚石，该反应的化学方程式为：3CO24Na=2XC(金刚石)。设NA为阿伏加德罗常数的值，下列有关此反应的叙述不正确的是()AX的化学式为Na2CO3B在该反应中Na发生氧化反应，金刚石为还原产物C当有0
15、.4 mol Na参加反应时，消耗的CO2的体积为6.72 LD当有3 mol CO2参加反应时，转移电子数目为4NA答案C解析根据原子守恒配平该化学方程式：3CO24Na=2Na2CO3C(金刚石)，X为Na2CO3，A正确；该反应中Na作还原剂，发生氧化反应，CO2作氧化剂，发生还原反应，金刚石为还原产物，B正确；当0.4 mol Na参加反应时，标准状况下消耗的CO2的体积为6.72 L，C错误；该反应中转移4e，当有3 mol CO2参加反应时，转移的电子数为4NA，D正确。二、非选择题(共28分)13(2019江西南昌一模)(16分)二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要
16、的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 。在铜催化作用下，HCl与硅在250260 反应可以制得SiH2Cl2。(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的_性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为_。(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a()()()()()()()(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为_，后面装置C的作用为_。(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和_、_等。(6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2，在300350
17、 反应生成SiCl4，然后再与HCl在250260 反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会_(用化学方程式表示)。答案(1)吸水(2)Si2HClSiH2Cl2(3)defgbcd(4)P2O5或CaCl2尾气处理和防止空气中的水进入B中(5)SiCl4SiHCl3(6)SiH2Cl22Cl2SiCl42HCl(或SiH2Cl2Cl2SiHCl3HCl)解析(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，
18、为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。14(12分)未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水冷发动机。这类材料中研究较多的是化合物G。(1)化合物G的相对分子质量为140，G中硅元素的质量分数为60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含两种元素)与NH3反应而生成，同时产生HCl气体。请推断：化合物G的化学式为_。1 mol NH3和0.75 mol E恰
19、好完全反应生成G和HCl，则化合物E的分子式为_。(2)粉末状G能够与空气中的氧气和水作用，所得产物中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与氧气反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成的另一种产物是该种单质元素的氢化物。请写出化合物G与水反应的化学方程式_。(3)为了使化合物G能成为新一代汽车发动机材料，现采用常压下在G中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品叫“赛伦”，化学通式可表示为Si6xAlxOxY8x。在接近于1700 时x的极限值约为4.0，在1400 时x为2.0，以保持整个化合物呈电中性。试问：赛伦中Y元素的化合价为_。答案(1)Si3N4SiCl4(2)Si3N46H2O=3SiO24NH3(3)3解析(1)1个G分子中Si的原子数为3，另一种元素不可能是氢，而是氮，氮的原子数为4，故G的化学式为Si3N4。根据原子守恒可知E的分子式为SiCl4。(2)由题意知Si3N4与H2O反应生成SiO2和NH3。(3)Si为4价，Al为3价，O为2价，当x4时代入得Y的化合价a：2443(2)4a40，a3。
