第10讲无机非金属材料的主角——碳和硅

1、栏目索引第10讲无机非金属材料的主角碳和硅课标版课标版 化学化学栏目索引题组一碳、硅元素的存在及单质的性质和用途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,所以仅有教材研读教材研读化合态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体,硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。栏目索引碳硅结构金刚石:空间网状结构;石墨:层状结构晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大;石墨熔点高、质软,有滑腻感晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.单质的结构、物理性质与用

2、途比较栏目索引3.主要化学性质C栏目索引Si栏目索引题组二二氧化硅、硅酸、硅酸盐1.二氧化硅SiO2栏目索引H2SiO33.硅酸盐(1)Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃。a.贮存:盛Na2SiO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。2.硅酸栏目索引b.变质:Na2SiO3水溶液在空气中易变质,反应的离子方程式为Si+CO2+H2OH2SiO3(胶体)+C。(2)硅酸盐的氧化物表示法a.书写顺序:低价金属氧化物写在前,高价金属氧化物写在后;活泼金属氧化物写在前,不活泼金属氧化物写在后。b.书写原则:分子中各原子数目比不变,各元素化合价不变且代数和为零;若系数配置出现分数时应化为正整数。如长石

3、(KAlSi3O8)可表示为K2OAl2O36SiO2。23O23O栏目索引题组三无机非金属材料1.材料的分类材料纯金属金属材料合金传统无机非金属材料无机非金属材料新型无机非金属材料塑料有机合成高分子材料 合成橡胶合成纤维复合材料栏目索引水泥玻璃陶瓷主要原料 黏土、石灰石、石膏 石灰石、石英砂、纯碱黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑2.传统无机非金属材料变化复杂的物理、化学变化过程主要反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2复杂的物理、化学变化过程栏目索引组成硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOAl2O3)

4、硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅硅酸盐用途重要的建筑材料制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛3.新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。主要特性:能承受高温、高强度;具有电学、光学特性;具有生物功能。栏目索引1.判断下列说法是否正确。(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的化合物。()(2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应。()(3)C60、金刚石、石墨互为同位素。()答案(1)(2)(3)题组一碳、硅元素的存在及单质的性质和用途栏目索引2.将2.8g硅粉与2.3g钠同时放入足量水中,采用恰当的方法收集反应过程中产生的气

5、体(全部收集),这些气体在标准状况下的体积为()A.1.12LB.4.48LC.5.6LD.3.36L答案D本题重点考查钠与水、硅与碱溶液反应的有关计算。2Na+2H2O2NaOH+H2223g2mol22.4L2.3g0.1mol1.12LSi+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H228g2mol222.4L1.4g0.1mol2.24L反应后硅有剩余,V(H2)=1.12L+2.24L=3.36L。栏目索引3.将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来。金刚石a.质软、能导电。可制电极石墨b.作吸附剂、脱色剂C60c.熔点高、硬度大。制饰品和切削工具活性炭d.熔点高。半导体材料和制光电池

6、的材料晶体硅e.具有特殊结构。可能成为新型催化剂或催化剂载体答案c,a,e,b,d。解析略。栏目索引4.判断下列说法是否正确。(1)SiO2不与水反应生成硅酸,因此SiO2不是酸性氧化物。()(2)SiO2不与任何酸反应。()(3)2C+SiO2Si+2CO,说明C的还原性比Si强。()(4)根据反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2,可知SiO2水化物的酸性比H2CO3强。()(5)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。()(6)光导纤维的主要成分是Si。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)题组二二氧化硅、硅酸、硅酸盐栏目索引5.硅及其化合物的应用范围很广,下列说法正

7、确的是()A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C.石英玻璃和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅答案A粗硅制备单晶硅涉及两个反应:Si+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si+4HCl,两个反应都是氧化还原反应,B错;石英玻璃的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐制品,C错;硅与盐酸不反应,D错。栏目索引6.在一定条件下,不能与SiO2反应的是()焦炭SO2CaO氢氟酸高氯酸KOH溶液Na2CO3N2A.B.C.D.答案CSiO2+2CSi+2CO、SiO2+CaOCaSiO3、SiO2+4HFSiF4+2H2O、

8、SiO2+2KOHK2SiO3+H2O、SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2。栏目索引7.判断下列说法是否正确。(1)水晶、玻璃、陶瓷、水泥都属于硅酸盐。()(2)水晶可制太阳能电池。()(3)陶瓷、水泥、金刚砂及所有的玻璃都是硅酸盐产品。()(4)合成纤维和光导纤维都是有机高分子材料。()(5)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。()答案(1)(2)(3)(4)(5)题组三无机非金属材料栏目索引8.“飞天”舱外航天服是我国自行研制的,使用了多种新材料。下列对材料的说法错误的是()A.新材料的开发和应用,是社会发展和人类进步的一种标志B.水泥、玻璃、陶瓷属于新型无机非金属材料C.传统的无机

9、非金属材料虽有不少优点,但质脆、经不起热冲击D.新型结构陶瓷具有能承受高温、抗氧化、耐磨损、密度小等特点,可应用于宇航事业答案B水泥、玻璃、陶瓷属于传统无机非金属材料。栏目索引9.下列叙述正确的是()久置于空气中的氢氧化钠溶液,加盐酸时有气体产生浓硫酸可用于干燥氢气、碘化氢等气体,但不能干燥氨气、二氧化氮气体SiO2和CO2都是酸性氧化物,都能与强碱溶液反应,但不能与任何酸反应玻璃、水泥、水晶项链都是硅酸盐制品蔗糖炭化的演示实验中,浓硫酸既体现了其强氧化性又体现了其脱水性氢氧化铁胶体与氯化铁溶液分别蒸干灼烧得到相同的物质A.B.C.D.栏目索引形成碳酸钠,加盐酸时有气体产生;浓硫酸具有强氧化性

10、,所以不能干燥具有强还原性的气体,如碘化氢;SiO2能与氢氟酸反应;水晶的主要成分是SiO2,不是硅酸盐;蔗糖炭化的演示实验中,浓硫酸既体现了其强氧化性又体现了其脱水性;氢氧化铁胶体与氯化铁溶液分别蒸干灼烧都得到Fe2O3。答案B久置于空气中的氢氧化钠溶液能够吸收空气中的二氧化碳栏目索引重难一硅及其化合物的性质典例1(2014山东莱州一中月考)下列说法正确的是()A.二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反应,但不能与任何酸反应B.根据反应SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2,可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强C.碳酸比硅酸的酸性强,且硅酸不溶于水D.CO2与SiO2均可溶于水生成对应的酸考查内容S

11、iO2的性质。重难突破重难突破栏目索引解题关键解答本题的关键是注意SiO2的特性。解析SiO2可与氢氟酸反应:SiO2+4HFSiF4+2H2O,A项错误;由于反应条件是高温,生成的CO2脱离反应体系,使反应进行,与碳酸、硅酸的酸性强弱无关,B项错误;SiO2不溶于水,与水不反应,D项错误。答案C栏目索引1-1(2014北京海淀模拟)下列叙述正确的是()A.高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维B.硅酸钠的水溶液俗名为水玻璃,可用于制备硅胶和木材防火剂C.制造玻璃是复杂的物理变化,玻璃的组成不同,性能不同D.SiO2属于酸性氧化物,可用SiO2与H2O在高温下反应制H2SiO3答案B解析高纯度的硅

12、单质主要用于制造半导体芯片,制作光导纤维的是SiO2,A项错误;制造玻璃包含复杂的物理变化和化学变化,C项错误;SiO2与H2O不反应,D项错误。栏目索引1-2(2014江西赣州于都一模)下列是中学化学中常见物质间的反应转化关系图,其中部分产物已略去。已知:A、D是单质,且C、E、G中均含有A单质中的元素,B、F、H中均含有D单质中的元素;常温下,除C、E外其他物质均为固体。试回答下列问题:(1)写出下列物质的化学式:A,H;栏目索引EA;(3)B的用途(至少说出一种):。答案(1)CH2SiO3(2)2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H22M

13、g+CO2C+2MgO(3)制造光导纤维解析单质A与B高温下反应生成单质D与气态化合物C,C可与氧气反应生成E,推测E一定为非金属氧化物,而E又能与Mg反应生成单质A,推测E为CO2,则A为单质碳。CO2与Na2O2反应生成Na2CO3,因为单质D能与NaOH反应,而固态单质能与NaOH反应的在中学阶段只有Al与Si,Al不能由碳单质(2)写出下列反应的化学方程式:EG,DF,与化合物反应制得,所以推断D为Si,则B为SiO2,F为Na2SiO3。而Na2SiO3能与E(CO2)、H2O反应生成Na2CO3与H2SiO3,H2SiO3受热分解生成B(SiO2)。栏目索引一般规律硅及其化合物的特

14、性硅的还原性大于碳C可以还原SiO22C+SiO2Si+2CO非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si可以和氢氟酸反应Si+4HFSiF4+2H2一般非金属单质为绝缘体硅为半导体,常用作电子部件酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水,不与水反应硅及其化合物的特性栏目索引酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 SiO2可以和氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律,H2CO3酸性强于H2SiO3高温时SiO2可以和碳酸盐反应生成CO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO

15、3+SiO2CaSiO3+CO2无机酸一般易溶于水硅酸和原硅酸均难溶于水大多数硅酸盐难溶于水常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3,水溶液俗称水玻璃、泡花碱栏目索引化学性质碳硅与单质反应C+O2CO22C+O22COC+2S(气)CS2Si+O2SiO2Si+2F2SiF4Si+2Cl2SiCl4与氧化物反应C+2CuOCO2+2Cu3C+Fe2O33CO+2Fe2C+SiO22CO+Si3C+SiO22CO+SiC栏目索引与氧化性酸反应C+4HNO3(浓)CO2+4NO2+2H2OC+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2O不与HNO3、H2SO4等反应,但有:Si+4HFSiF4+2H2与

16、水或碱溶液反应C+H2O(气)CO+H2Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2栏目索引比较项目二氧化碳(CO2)二氧化硅(SiO2)存在空气,燃料的燃烧产物存在于岩石中,沙子、石英、水晶、硅藻土都含SiO2物理性质常温时是无色无味、比空气重的气体,微溶于水坚硬难熔的固体,不溶于水2.二氧化碳与二氧化硅的比较栏目索引与水CO2+H2OH2CO3不反应与酸不反应只与氢氟酸反应与NaOH溶液CO2(少量)+2NaOHNa2CO3+H2OSiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O与碱性氧化物CO2+CaOCa-CO3SiO2+CaOCa-SiO3与过氧化物2CO2+2Na2O22Na2CO3+

17、O2不反应栏目索引组成和结构1个C原子和2个O原子构成1个CO2分子。晶体由CO2分子组成不存在“SiO2”分子,1个Si原子与4个O原子结合,每个O原子与2个Si原子结合。晶体由Si、O原子构成与环境相关问题温室效应粉尘污染,硅肺病用途制(碳酸型)饮料;制碱;干冰作制冷剂,用于人工降雨光导纤维、化学仪器、光学仪器、饰品、电子部件栏目索引重难二CO2与碱、盐的反应典例2如下图所示,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气体的体积(V)的关系正确的是()栏目索引考查内容CO2与碱反应的有关图像。解题关键解答本题的关键是判断各物质与CO2反应的先

18、后顺序。解析从化学原理分析,反应可分为三个阶段:第一阶段是CO2+Ca2+2OH-CaCO3+H2O;第二阶段是CO2+OH-HC;第三阶段是碳酸钙的溶解过程,发生的反应是CaCO3+H2O+CO2Ca2+2HC,可以看出使Ca2+完全变为CaCO3沉淀所需CO2的量与使全部的CaCO3溶解所需CO2的量相3O3O等。因此只有选项D符合。答案D栏目索引2-1(2014宁夏银川贺兰一中期末)下列物质的反应过程符合图示过程的是()A.向CaCl2溶液中通入过量CO2B.向水玻璃溶液中通入过量CO2C.向澄清石灰水中通入过量CO2D.向水玻璃溶液中加入过量盐酸答案C解析A项不反应;B、D项中沉淀不溶

19、解;C项先生成CaCO3,然后CaCO3与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2,符合题意。栏目索引2-2将一定体积的CO2通入到一定浓度的NaOH溶液中,为了测定所得溶液的成分,向该溶液中逐滴加入1molL-1盐酸。所加入盐酸的体积与产生CO2气体体积(标准状况)的关系如下图所示:(1)写出OA段所发生反应的离子方程式:。(2)当加入35mL盐酸时,所产生的CO2的体积(标准状况)是mL。(3)CO2与NaOH溶液反应所得溶液中所含的溶质有,其物质的量之比为。栏目索引答案(1)H+OH-H2O、C+H+HC(2)224(3)NaOH、Na2CO31 4解析由图像可知,此溶液中的溶质是NaO

20、H、Na2CO3。(1)OA段:H+先与OH-反应生成H2O,再与C反应生成HC。相关反应的离子方程式为H+OH-H2O、H+CHC。(2)AB段:发生反应H+HCCO2+H2O,当加入35mL盐酸时,产生的n(CO2)=n(H+)=(35-25)10-3L1molL-123O3O23O3O23O3O3O=0.01mol,则V(CO2)=224mL。(3)H+CHC,HC+H+H2O+CO2,则n(C)=nAB(H+)=(45-25)10-3L1molL-1=0.02mol,n(OH-)=25-(45-25)10-3L1molL-1=0.005mol,所以n(NaOH) n(Na2CO3)=n(OH-) n(C)=0.005mol 0.02mol=1 4。23O3O3O23O23O栏目索引1.CO2与碱溶液的反应(1)反应原理NaOHNa2CO3NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断x=溶质成分x1 1NaHCO31 1x2 1NaOH、Na2