1、第12讲含硅矿物与信息材料【课标要求】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。考点1碳及其重要化合物1碳单质(1)存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、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与O2反应O2足量：CO2CO2；O2不足：2CO22CO。与氧化物反应CuO：2CuOC2CuCO2(冶炼金属)；SiO2：SiO22CSi2CO(制取粗硅)
2、；H2O：CH2O(g)COH2(制取水煤气)。2一氧化碳(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：CuOCOCuCO2(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的主要反应溶于江水、海水中：CO2H2OH
3、2CO3；光合作用将CO2转化为O2；岩石的风化：CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)24.碳酸(H2CO3)弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2H2O当碳酸用。5碳酸的酸式盐与正盐的比较(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：正盐酸式盐碳酸，如稳定性Na2CO3NaHCO3H2C
4、O3；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NaHCO3溶液。(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。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)确定混合气
5、体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法按要求回答下列问题(1)填写下列指定装置的作用A：_。B：_。E：_。F：_。(2)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：_。答案：(1)A：除去混合气体中的CO2气体B：检验混合气体中CO2是否除尽E：除去尾气中的CO2气体F：除去尾气中的CO气体、防止污染环境(2)B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊1近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是()石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、
6、储氢材料A.石墨烯具有良好的导电性B上述三种物质与金刚石互为同素异形体C石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同解析：石墨烯和铜有着一样出色的导电性，因此具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。答案：D2下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是()A过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”B
7、.一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合C金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大D石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应答案：D3研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%。写出CO2溶于水产生HCO的方程式：_。(2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：_。同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：_(CH2O)xx18O2xH2O答案：(1)CO2H2OH2CO3、H2CO3HHCO(2)2HC
8、OCa2=CaCO3CO2H2OxCO22xHOCO2与盐或碱溶液反应产物的判断1CO2与盐溶液反应产物的判断一般从强酸制弱酸的角度去分析，同时注意生成碳酸盐的类型。 (1)CO2的用量不同产物不同，如：CO2(过量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3；CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3；(2)与CO2用量无关。NaHCO3、CO2NaClOH2O=HClONaHCO3、CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO。2CO2与碱反应产物的判断(1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)产物的分析反应原理NaOHNa2CO3NaHCO
9、3反应后溶质成分的判断x溶质成分x11NaHCO311x21NaOH、Na2CO3用数轴来表示(2)CO2与多组分如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液，反应的顺序是Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O；2NaOHCO2=Na2CO3H2O；Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3；CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。考能突破练1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()选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊饱和Na2CO3溶液B通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色
10、褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊澄清石灰水答案：B2将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的关系可表示为()ABCD解析：将CO2通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，依次发生如下反应：Ba(OH)2CO2=BaCO3H2O2KOHCO2=K2CO3H2O2KAlO23H2OCO2=2Al(OH)3K2CO3K2CO3CO2H2O=2KHCO3BaCO3H2OCO2=Ba(HCO3)2根据沉淀生成和溶解的情况，对照图像可知，C正确。答
11、案：C3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？_。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：
12、n(CO2)0.1 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为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，所以，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)
13、固体组成0比值KOH、K2CO3K2CO3比值Si，则热稳定性：CH4SiH4。()(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。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)1硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_(填字母)
14、。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚(2)工业上常利用反应2CSiO2Si2CO制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。答案：(1)防火剂D(2)CSiO22能否依据反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？_。答案：不能。强酸弱酸盐=强酸盐弱酸，该规律仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因CO2为气体，能及时分离出反应体系，使化学反应向右进行题组一硅和二氧化硅的特性1由下列实验事实得出的结论正确的是()A由SiO2不能与水反
15、应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B由SiO22CSi2CO，可知碳的非金属性大于硅C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3H2SiO3DSiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物答案：C2二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的判断，其中正确的是()SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO22CSi2COSiO24HF=SiF42H2ONa2CO3SiO2Na2SiO3CO2SiO23CSiC2COa.反应中SiO2作为玻
16、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的酸酐的道理e反应中SiO2未参加氧化还原反应AaceBbdeCcdeDab解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是，因此a、c判断错误；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价，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，e判断也正确。答案：B题组二高纯硅的提取3从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下
17、：SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl关于上述反应的叙述不正确的是 ()A是置换反应，是化合反应B高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子D高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅解析：在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同的反应器中发生的，D错误。答案：D4硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必
18、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：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：_。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，写出配平的化学反应方程式：_；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_。(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：.Mg在高温条件下可与SiO2反应；.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；.SiH4在空气中自燃。他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火
19、花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。第步实验发生反应的化学方程式是_。用稀H2SO4溶解第步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是_。答案：(1)SiHCl3H2Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl高温下，H2遇O2发生爆炸(2)2MgSiO22MgOSi、2MgSiMg2Si硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si2H2SO4=2MgSO4SiH4，SiH42O2=SiO22H2O题组三无机非金属材料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
20、属材料，其化学式为Si3N4B碳化硅(SiC)的硬度大，其硬度大于金刚石的硬度C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D.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14答案：B6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，其原因是_(填字母)。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(3)三硅酸镁与胃中过多盐酸反应的离子方程式是_。解析：(1)Mg2Si3
21、O8nH2O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。(3)酸性：HClH2SiO3，故Mg2Si3O8nH2O与HCl反应生成MgCl2、H2SiO3和水。答案：(1)2MgO3SiO2nH2O(2)c(3)Mg2Si3O8nH2O4H=2Mg23H2SiO3(n1)H2O归纳提升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
22、：KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。授1(2020高考全国卷)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响，其原理如图所示。下列叙述错误的是()A海水酸化能引起HCO浓度增大、CO浓度减小B海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少CCO2能引起海水酸化，其原理为HCOHCOD.使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境解析：二氧化碳能引起海水酸化，其原理为CO2H2OH2CO3HHCO，C错误。答案：C2(2019高考全国卷)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
23、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.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、抗氧化等优点解析：A错，氧化铁的颜色为红棕色，不是青色。B、C、D对，秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成，陶瓷的主要成分是硅酸盐，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点。答案：A3(2019高考北京卷)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”二号钛合金筛网轮解析：A对，碳化硅材料属
24、于无机非金属材料，且碳、硅元素属于同主族元素；B错，聚氨酯属于合成高分子材料；C错，碳包覆银纳米线不属于无机非金属材料；D错，钛合金属于金属材料。答案：A4(2017高考全国卷)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_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。解析：(1)水泥熟料中的CaO和铁、铝、镁等金属的氧化物均能溶于盐酸，加入硝酸能将水泥样品中可能含有的Fe2氧化为Fe3，为了不引入新杂质，还可用H2O2代替硝酸。(2)根据图示流程可知，不溶于盐酸和硝酸的沉淀A为SiO2(或H2SiO3)，SiO2(或H2SiO3)能溶于弱酸氢氟酸，生成SiF4和H2O。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)