1、第一节 无机非金属材料的主角硅、碳点面导图考向分析 本节高考重点考查：(1)C、Si及其化合物主要性质、应用；(2)有关环境污染问题。题型以选择题、推断题为主，难度为低中档题。预测2013年会以新材料、新科技为背景在C、Si及其主要化合物性质应用方面进行命题。因此平时复习注意关注与C、Si有关的新材料、新科技。一、碳和硅的存在和性质1存在形态及常见单质自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有_态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有_和_两大类。化合晶体无定形2单质的结构、物理性质与用途比较碳硅结构金刚石：_结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网
2、状结构物理性质金刚石熔点_、硬度大石墨熔点高、质_，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点_用途金刚石用作切割刀具，_用作电极、铅笔芯晶体硅用作_材料、硅芯片和硅太阳能电池空间网状高软石墨高半导体3.化学性质(一般表现为还原性)写出下列反应的化学方程式1(判一判)在一定条件下，C 与 SiO2反应为 3CSiO2=高温 SiC2CO，对于此反应，下列判断是否正确。(填“”或“”)(1)C 既表现氧化性又表现还原性()(2)SiO2是氧化剂，C 为还原剂()(3)被氧化的物质与被还原的物质的质量比为 21()(4)1 mol C 完全反应转移的电子数为 2NA()【答案】(1)(2
3、)(3)(4)二、二氧化硅、硅酸、硅酸盐及非金属材料1SiO2(1)结构 二 氧 化 硅晶 体 为 _结 构，每 个 Si原 子 周 围 有_个氧原子，每个氧原子周围有2个硅原子，二氧化硅晶体熔点_，硬度大。二 氧 化 硅 晶 体 称 作 _，根 据 晶 形 和 色 彩 又 分 为_和玛瑙。空间网状4石英水晶高2硅酸及硅酸盐(1)硅酸弱酸性比碳酸_(填“强”或“弱”)与 NaOH 溶液反应的化学方程式为：_，向 Na2SiO3溶液中通入少量 CO2的反应方程式为_。不稳定性受热分解，化学方程式为_。用途：硅胶可用作_的载体等。制备：Na2SiO3与盐酸反应，离子方程式为_。弱H2SiO32Na
4、OH=Na2SiO32H2ONa2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3H2SiO3=H2OSiO2SiO23 2H=H2SiO3(胶体)干燥剂、催化剂(2)硅酸盐由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称硅酸盐的表示氧化物组合表示法如Na2SiO3：_，CaMg3Si4O12：_。硅酸钠硅酸钠水溶液俗称_，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2水玻璃3无机非金属材料(1)常见硅酸盐材料产品水泥玻璃陶瓷设备水泥回转窑玻璃窑原料_黏土石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英(2)特殊含硅材料SiC(俗称_)具有金刚石结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨
5、料。含硅4%的硅钢具有很高的_性，可用作变压器的铁芯。硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。分子筛用作_和催化剂。金刚砂导磁吸附剂2(判一判)下列说法是否正确(填“”或“”)(1)SiO2是沙子、石英、玛瑙的主要成分()(2)玻璃、石英玻璃、水泥均是硅酸盐材料()(3)SiO2是酸性氧化物，不能与任何酸反应()(4)SiO2与CO2是同族元素的氧化物，化学性质相同()(5)CO2 通 入 硅 酸 钠 溶 液 中，有 白 色 沉 淀 生 成，说 明 酸 性H2CO3H2SiO3()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)1.熔沸点一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中
6、金刚石为自然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头和切割工具。2导电性一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨是电的良导体，所以晶体硅可作半导体材料，石墨可作电极。碳、硅及其化合物的特性与应用3SiO2作为酸性氧化物的特性(1)一般情况下，只有碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物只与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，而用氢氟酸刻蚀玻璃。(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，
7、如Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而 SiO2与 Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：Na2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2=高温 CaSiO3CO24碳与水反应、硅与强碱溶液反应一般情况下，只有活泼金属(K、Na、Fe 等)才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：CH2O(g)=高温 COH2，所以工业用焦炭制取水煤气或氢气。而 Si 与 NaOH 溶液也生成H2，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5硅酸和硅酸盐的溶解性一般情况下，大多数酸溶于水，如盐酸、醋酸、碳酸，但硅酸却不
8、溶于水。硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是Na2SiO3，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。(2012南昌高三模拟)A、B同主族且都是短周期元素，含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通迅材料光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。请回答下列问题：(1)C、D的化学式分别为_、_。(2)易与C发生化学反应的酸是_，反应的化学方程式是_。(3)将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D，同时还生成B的最高价氧化物E；将全部的E与全部的D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含A的化合物F。写出生成D和F的化学反应方程式
9、：_。要将纯碱高温熔化，下列可选用的仪器是_。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C试管D铁坩埚(4)下列关于C和E的性质比较正确的是_。AC和E均与生石灰反应生成盐BC和E的熔点和硬度相似CC和E均与水反应生成相应的酸DC和E均能与烧碱溶液反应，与任何酸均不反应【破题技巧】首先根据A元素的单质及其化合物的性质推断出A为Si，然后依据A、B在元素周期表中的位置关系得出B为碳，之后结合SiO2的特性解答。【精讲精析】(1)A元素的单质可作半导体材料，含A元素的化合物C是制造光导纤维的原料，可知A为硅元素，C为SiO2，D为Na2SiO3。由A、B同主族且都是短周期元素可知B为碳。(2)C 为 SiO2
10、，能 与 SiO2 反 应 的 酸 只 有 氢 氟 酸。(3)SiO2 与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3。(4)C为SiO2、E为CO2。A项，二者均为酸性氧化物，与碱性氧化物CaO均生成盐；B项，SiO2熔点、硬度大，CO2为气体，熔点、硬度小；C项，SiO2与H2O不反应；D项，SiO2与HF反应。【答案】(1)SiO2 Na2SiO3(2)氢氟酸 SiO24HF=SiF42H2O(3)SiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2，Na2Si
11、O3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3D(4)A1下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()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Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2=高温 Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生CSiO2既能与氢氟酸反应又能与 NaOH 溶液反应，故 SiO2属于两性氧化物D祖母绿的主要成分为 Be3Al2Si6O18 用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2【解析】A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应是溶液中反应，强酸可制弱酸，
12、而高温条件下，CO2是气体，逸出促使反应发生；C项，SiO2只与氢氟酸这一种酸反应且生成的不是盐；D项正确。【答案】D从沙滩走到用户的过程探究(2012湛江徐闻一中质检)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用过量的碳与二氧化硅反应制得粗硅；粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si3HCl=SiHCl3H2)；SiHCl3与过量的H2在1 0001 100 反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。请回答：(1)第一步，制备粗硅的化学方程式为_，氧化剂是_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl
13、4(沸点57.6)和HCl(沸点84.7)，提纯SiHCl3可采用_的方法。(3)已知SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和H2，其化学方程式为_。(4)H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。(5)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅的装置如图所示(加热器和夹持装置略去)：装置B中的试剂是_，装置C需水浴加热，目的是_。反应一段时间后，装置D中可观察到有晶体硅生成，D中发生的反应的化学方程式是_。为保证实验的成功，操作的关键除题中已告知的以外，你认为最重要的还有：_(说出三点)。【精讲精析】(1)根据化合价升降，可确定SiO2为氧化剂；(2)因为题设中给
14、出的信息为SiHCl3、SiCl4、HCl的沸点不同，应用沸点差异进行分离，采用分馏法；(3)根据题中产物，利用化合价升降和观察法不难配平方程式为SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2；(4)因为H2与O2混合加热易爆炸，同时O2氧化SiHCl3；(5)因为SiHCl3与H2O反应，所以B中应放浓H2SO4干燥剂。依据题设信息(SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃)可知加热前要先排尽装置中的空气及C、D装置中的水蒸气。【答案】(1)2CSiO2=高温 Si2CO SiO2(2)蒸馏或分馏(3)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2(4)引起爆炸，O2氧化 SiHCl3(5
15、)浓 硫 酸 使 SiHCl3 挥 发，且能 较 好地 控 制温度 SiHCl3H2Si3HCl a.实验前要检查气密性；b.加热前要先排尽装置中的空气和 H2O(g)；c.加热温度控制要适当2(双选)(2012梅州培英中学检测)下列实验方案叙述正确的是()A利用SiO2与水反应制备H2SiO3C同浓度的Na2CO3溶液的碱性比Na2SiO3溶液的强，说明酸性H2CO3H2SiO3D 将 CO2 通 入 Na2SiO3 溶 液 中，根 据 现 象 可 说 明 酸 性H2CO3H2SiO3【解析】A项，SiO2与水不反应；C项，事实上Na2CO3比Na2SiO3的水解程度小，碱性弱。【答案】BD
16、误区警示碳、硅及其化合物性质的类推误区考题实录 下列类推关系正确的是()AC与NaOH溶液不反应，则Si与NaOH溶液也不反应BCO2与碱液反应生成盐和水，则SiO2与碱液反应生成盐和水C金刚石不导电，则晶体硅也不导电DCO2与Na2CO3溶液反应，则SiO2与Na2SiO3溶液也反应易错剖析错选项错原因A不清楚Si与NaOH溶液反应原理C不清楚晶体硅是良好的半导体DCO2与Na2CO3反应生成NaHCO3而不知道SiO2与Na2SiO3不反应常见错误正确答案 (1)不清楚Si与NaOH溶液反应放出H2；(2)认为Si不与任何酸反应；(3)认为C、Si为非金属，只能作氧化剂；(4)SiO2既能
17、与碱反应又能与氢氟酸反应，认为SiO2为两性氧化物；(5)H2SO4、H2SO3、HClO等酸溶于水，认为H2SiO3溶于水。选B。C、Si均是非金属元素，CO2、SiO2均为酸性氧化物，故均与碱溶液反应生成盐和水。高考题组一 碳、硅及其化合物的性质与应用1(高考组合题)下列说法正确的是()A用催化法处理汽车尾气中的 CO 和 NO 的化学方程式为CONO催化剂 CNO2(2011北京高考)B对滴有酚酞试液的小苏打溶液中加入少量的 NaCl 固体，颜色变深(2011重庆高考)C除去干燥 CO2 中混有的少量 SO2，可将混合气体依次通过盛有酸性 KMnO4溶液，浓硫酸的洗气瓶(2011浙江高考
18、)D二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器(2011江苏高考)【解析】A项，生成的NO2仍具污染性，且NO具有氧化性，氧化CO生成N2和CO2；B项，NaCl对溶液的碱性无影响，不变色；C项，酸性KMnO4氧化SO2被吸收而CO2不被吸收，浓H2SO4作干燥剂；D项，SiO2与氢氟酸反应。【答案】C2(2011全国大纲高考改编)将足量 CO2通入下列各溶液中，所含离子还能大量共存的是()AK、SiO23、Cl、NO3 BH、NH4、Al3、SO24CNa、S2、OH、SO24DNa、CO23、CH3COO、HCO3【解析】A 项，SiO23 生成 H2SiO3；C 项，OH与 CO2反应
19、；D 项，CO23 与 CO2生成 HCO3。【答案】B3(2011山东高考)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素()A在自然界中只以化合态的形式存在B单质常用作半导体材料和光导纤维C最高价氧化物不与酸反应D气态氢化物比甲烷稳定【答案】A4 (2011 上 海 高 考)从 光 合 作 用 的 反 应 原 理 6CO2 6H2O叶绿素光C6H12O66O2可知碳是农作物生长的必需元素之一。关于用二氧化碳生产肥料的评价正确的是()A缓解地球温室效应，抑制农作物营养平衡B加剧地球温室效应，促进农作物营养平衡C缓解地球温室效应，促进农作物营养平衡D加剧地球温室效应，抑制
20、农作物营养平衡【解析】减少CO2生成糖类。【答案】C高考题组二 碳、硅及其化合物的实验探究5(2011福建高考)牙膏样品中碳酸钙的定量测定利用下图所示装置(图中夹持仪器略去)进行实验，充分反应后，测定C中生成的BaCO3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。依据实验过程回答下列问题：(1)实验过程中需持续缓缓通入空气。其作用除了可搅拌B、C中的反应物外，还有：_；(2)C中反应生成BaCO3的化学方程式是_。(3)下列各项措施中，不能提高测定准确度的是_(填标号)。a在加入盐酸之前，应排净装置内的CO2气体b滴加盐酸不宜过快c在AB之间增添盛有浓硫酸的洗气装置d在BC之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的
21、洗气装置(4)实验中准确称取8.00 g样品三份，进行三次测定，测得BaCO3平均质量为3.94 g。则样品中碳酸钙的质量分数为_。(5)有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量，只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差，一样可以确定碳酸钙的质量分数。实验证明按此方法测定的结果明显偏高，原因是_。【解析】B中生成的CO2气体，在除去了CO2的空气作用下，可全部排入到C中与Ba(OH)2反应，提高实验的准确性。B中反应发生前，装置内若残留有CO2，会影响测量的准确度；滴加盐酸过快，有可能导致CO2不能被C中Ba(OH)2全部吸收；因水对BaCO3质量不产生影响，Ba(OH)2又是足量的，故挥发出的HCl不会影响CO2的吸收，答案为c、d。3.94 g BaCO3的物质的量是0.02 mol，由碳守恒知样品中含有0.02 mol CaCO3，质量为2 g，其质量分数为25%。直接测量C装置实验前后的质量，可求出生成的CO2的质量，但因从B中出来的还有水蒸气、HCl气体等，会导致测量结果偏高。【答 案】(1)把 生 成 的 CO2全 部 排 入 C中，使 之 完 全 被Ba(OH)2溶液吸收(2)Ba(OH)2CO2=BaCO3H2O(3)c、d(4)25%(5)B中的水蒸气、HCl气体等进入装置C中(或其他合理答案)课时知能训练
