2023版高三一轮总复习化学鲁科版教案：第4章 第23讲 元素周期表的应用-无机非金属材料(基础课)

1、PAGE PAGE 17第23讲元素周期表的应用无机非金属材料(基础课)1.了解碳、硅及其重要化合物的性质及应用。2.了解硅的工业制备。3.了解无机非金属材料的性质及用途。4.了解环境污染及保护与绿色化学。碳、硅及其氧化物1碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途碳硅存在形式游离态和化合态化合态单质的结构 金刚石：立体网状结构；石墨：层状结构；C60：足球形分子晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石：熔点很高、硬度很大；石墨：硬度较小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性用途金刚石用于制造切割刀具，_石墨用于制造电极、铅笔芯。C60可作催化剂或催化剂载体

2、晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池硅为亲氧元素，在自然界中无游离态，地壳中含量仅次于氧。2碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)(1)碳的化学性质(2)硅的主要化学性质与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。与O2反应：SiO2eq o(=,sup9()SiO2。与Cl2反应：Si2Cl2eq o(=,sup9()SiCl4。3碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，使人因缺氧而中毒。化学性质及应用(写出有关化学方程式)a可燃性：2COO

3、2eq o(=,sup9(点燃)2CO2，可作燃料。b还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O3eq o(=,sup9(高温)2Fe3CO2，可用于冶炼金属。(2)CO2与SiO2性质的比较共性均属于_酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO22OH=COeq oal(2,3)H2O、SiO22OH=SiOeq oal(2,3)H2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2CaO=CaCO3、SiO2CaOeq o(=,sup9(高温)CaSiO3。SiO2的两个特性aSiO2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO24HF=SiF42H2O。b

4、SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应工业制玻璃SiO2Na2CO3eq o(=,sup9(高温)Na2SiO3CO2；SiO2CaCO3eq o(=,sup9(高温)CaSiO3CO2。(3)SiO2与CO2的用途CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。4高纯硅的制备(1)一般流程石英砂eq o(,sup9(1 8002 000 ),sdo9(焦炭)粗硅eq o(,sup9(300 ),sdo9(HCl)SiHCl3eq o(,sup9(1 100 ),sdo9(H2)高纯硅(2)上述流程涉及的主要化学反

5、应为SiO22Ceq o(=,sup9(1 8002 000 )Si2CO，Si3HCleq o(=,sup9(300 )SiHCl3H2，SiHCl3H2eq o(=,sup9(1 100 )Si3HCl。碳、硅及其氧化物的性质与应用1判一判(正确的打“”，错误的打“”)。(1)碳、硅在自然界中均存在游离态和化合态。()(2)硅单质的导电性介于导体和绝缘体之间，是应用广泛的半导体材料。()(3)SiO2与NaOH、HF均反应，故SiO2为两性氧化物。()(4)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可说明非金属性CSi。()(5)NaOH溶液不能保存在带玻璃塞的试剂瓶中。()(6

6、)C与H2O(g)反应生成CO2和H2。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅是酸性氧化物，故与H2O反应生成H2SiO3B二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D对于2CSiO2eq o(=,sup9(高温)Si2CO中，氧化剂与还原剂的质量之比为12CA项，SiO2与H2O不反应；B项，光导纤维传导光不导电；D项，反应中氧化剂(SiO2)与还原剂(C)的物质的量之比为12，质量之比为6024。3(2021湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、

7、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：下列说法错误的是()AY、Z分别为H2、Cl2B制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为11CSiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为4DY与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应BB项中的反应为3CSiO2eq o(=,sup9()SiC2CO，氧化剂与还原剂均为C，其物质的量之比为12，B项错误。硅及其氧化物的性质理解(1)一般情况，碱性氧化物酸盐水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：Si

8、O24HF=SiF42H2O。但SiO2不是两性氧化物。(2)一般情况，较强酸较弱酸盐较弱酸较强酸盐。虽然酸性：H2CO3H2SiO3，却能发生反应：Na2CO3SiO2eq o(=,sup9(高温)Na2SiO3CO2。其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。(3)一般情况，非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但却能发生反应：CH2O(g)eq o(=,sup9(高温)COH2。(4)一般情况，非金属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。(5)Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2CSiO2eq o(=

9、,sup9(高温)Si2CO，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。CO、CO2的检验实验探究4确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法如图所示。请回答下列问题：(1)填写下列指定装置的作用。A：_。B：_。E：_。F：_。(2)写出C中的化学方程式：_。(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：_。(4)该装置存在一定的安全隐患，改进方法为_。解析注意：CO的检验一般是用氧化剂氧化为CO2，检验CO2的生成进而说明含CO，但要注意原气体中CO2的干扰。答案(1)除去混合气体中的CO2气体 检验混合气体中CO2是否除尽除去尾气中的CO2气

10、体除去尾气中的CO气体，防止污染环境(2)COCuOeq o(=,sup9()CuCO2(3)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(4)在装置C、D之间加一防倒吸装置检验CO2中CO是否存在的实验装置确定混合气体中含有CO的实验现象是D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。无机非金属材料1硅酸盐(1)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，即每个Si结合4个O，Si在四面体中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接。(2)硅酸盐的性质：硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等。(3)硅酸钠(Na2SiO

11、3)俗称泡花碱白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3SO2H2O=H2SiO3Na2SO3。2硅酸盐材料传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温主要成分3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2硅酸盐(1)生产水泥时加入适量石膏的目的是调节水泥硬化速率。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。(

12、2)玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。玻璃种类用含有铅的原料制造光学玻璃；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃。砖瓦砖瓦是一类陶器，分为红色砖瓦和青色砖瓦，红色砖瓦是泥坯直接烧制而成，青色砖瓦是烧制后期再浇水处理。3新型无机非金属材料(1)晶体硅：广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，制硅芯片，硅太阳能电池等。(2)光导纤维：主要成分为SiO2，传输光信号，制作光缆。(3)新型陶瓷高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨蚀等。再如碳化硅(SiC)俗称金刚砂，SiC具有优

13、异的耐高温、抗氧化性能，可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料。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。(4)碳纳米材料：主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，具有独特的电阻率低、热导率高的特点和很高的强度。碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。1判一判(正确的打“”，错误的打“”)。(1)硅酸盐材料属于传统无机非金属材料，光导纤维属于新型无机非金属材料。()(2)水泥、玻璃、陶瓷的生产原料均有石灰石

14、。()(3)光导纤维与石墨均易导电。()(4)氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4。()(5)石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能。()(6)富勒烯、石墨烯属于新型无机非金属材料。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2天工开物记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂黏土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是 ()A黏土是制砖瓦和水泥的主要原料B“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化C沙子的主要成分为硅酸盐D泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦CA项，“择取无砂黏土而为之”

15、，说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料，正确；B项，“燃薪举火”是提供高温的环境，使黏土发生复杂的物理、化学变化，正确；C项，沙子的主要成分为二氧化硅，错误；D项，黏土中有一定量的铁元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时碳与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价铁，形成青瓦，正确。3下列转化不能一步完成的是()ASiO2Na2SiO3BNa2SiO3H2SiO3CSiO2H2SiO3 DSiO2Si答案C4下列物品或设施：陶瓷餐具砖瓦混凝土桥墩门窗玻璃水晶镜片石英钟水晶项链硅太阳能电池光导纤维计算机芯片(1)使用了硅单质的是_(填序号，下同)。(2)使用了二氧化硅的是_。(3)使

16、用了硅酸盐材料的是_。答案(1)(2)(3)化学材料的一般分类环境保护与绿色化学1常见环境污染(1)环境问题主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。一般说的“三废”：主要是指废气、废水和废渣。(2)污染物的来源大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。这些污染物在太阳辐射等因素的作用下形成次生污染物。如下图：(3)常见环境污染及其成因酸雨有关的物质为SO2和氮氧化合物。eq avs4al(a.硫酸,型酸雨)eq blcrc (avs4alco1(途径1：SO2o(,sup9(空气O2),sdo9(

17、飘尘)SO3o(,sup9(H2O)H2SO4,途径2：SO2o(,sup9(H2O),sdo9()H2SO3o(,sup9(空气O2)H2SO4)b硝酸型酸雨：NOx排入大气中后，与空气(O2)、水反应生成HNO3随雨雪降到地面。即NOxeq o(,sup9(O2H2O)HNO3。光化学烟雾主要是氮氧化合物和碳氢化合物造成的。臭氧层空洞主要是氟氯代烃、氮氧化合物等的排放引起的。温室效应主要是由于大气中CO2等的含量的不断增加造成的。CH4等烃类也能引起温室效应。白色污染聚乙烯等难降解塑料的大量使用。水华、赤潮含大量氮、磷的生活污水及工农业废污水的任意排放造成水体富营养化。PM2.5大气中直径

18、小于或等于2.5106 m的颗粒物，它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤等)。雾霾雾和霾的统称。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物(PM)这三项是雾霾主要污染物，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。居室污染甲醛、苯、甲苯、氡对空气的污染。来源于建筑、装修材料等。2SO2、NOx的消除方法(1)SO2的消除方法钙基固硫法：将生石灰和含硫的煤混合燃烧，S转化为CaSO4。反应原理为CaOSO2eq o(=,sup9()CaSO3,2CaSO3O2=2CaSO4，总反应方程式为2CaO2SO2O2eq o(

19、=,sup9()2CaSO4。氨水脱硫法：将SO2通过氨水并氧化生成氮肥(NH4)2SO4。反应原理为2NH3H2OSO2=(NH4)2SO3H2O，2(NH4)2SO3O2=2(NH4)2SO4。(2)NOx的消除碱液吸收法 工业尾气中NOx常用碱液吸收处理，NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)n(NO)。催化转化法在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。3污水的处理(1)污水处理常用方法有物理法、化学法和生物法等。(2)污水的三级处理一级处理：采用物理法

20、除去污水中不溶解的污染物；二级处理：采用生物法及某些化学法除去水中可降解有机物等污染物；三级处理：采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。4固体废物处理：应遵循无害化、减量化和资源化原则，达到减少环境污染和资源回收利用两个目的。5绿色化学环境友好化学(1)核心：其核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。(2)特征采用无毒、无害的原料；在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；产品应该是环境友好的；具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物

21、，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。(3)原子经济性原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义式可表示为原子利用率eq f(期望产物的总质量,生成物的总质量)100%。示例请计算下列制备环氧乙烷()的原子利用率。aCH2=CH2(过氧乙酸)CH3COOH：42.3%。bCH2=CH2Cl2Ca(OH)2CaCl2H2O：25.4%。c2CH2=CH2O2eq o(,sup9(催化剂) ：100%。经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。最高目标：原子利用率为100%，如化合反应和加成反应。环境污染与保护1(2021濮阳模拟)

22、化学与生产、生活、环境等社会实际密切相关。下列相关叙述正确的是()ASO2、CO2、NO2都是可形成酸雨的气体B用于新型冠状病毒消毒的75%酒精消毒原理和84消毒液(主要成分NaClO)消毒的原理相同C纳米铁粉通过物理吸附去除污水中Hg2、Pb2等重金属离子D汽车尾气中含有的氮氧化物，会加剧酸雨的形成答案D2(双选)化学与资源、环境、生活关系密切，下列说法正确的是()A雾霾天气会对人体健康造成危害，“雾”和“霾”的分散质粒子相同B煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放C将造纸废水通过高压水井压到地下，节约生产成本D过度使用化肥，易造成水体富营养化答案BD3工业上常采用生物硝化法将

23、NHeq oal(,4)转化为NOeq oal(,3)来处理氨氮废水，工作流程如图所示，下列说法错误的是()A生物硝化法处理废水，会导致水体pH逐渐下降：NHeq oal(,4)2O2=NOeq oal(,3)2HH2OB长期过量使用NH4Cl等铵态化肥，易导致土壤酸化，水体富营养化C检验NHeq oal(,4)所需的试剂是浓NaOH溶液、湿润的蓝色石蕊试纸D微生物保持活性的pH范围为79，可以加入石灰石来调节水体的pHC生物硝化法处理废水会使水体呈酸性，可以加入石灰石与H反应来调节水体的pH，A、D项正确；NH4Cl水解呈酸性，长期过量使用会导致土壤酸化，也会导致水体富营养化，B项正确；检验

24、NHeq oal(,4)应使用湿润的红色石蕊试纸，C项错误。绿色化学4“绿色化学”的核心是实现污染物“零排放”。下列最符合“绿色化学”理念的是 ()A在厂区大量植树绿化，净化污染的空气B利用太阳能分解水制氢气C将煤液化后使用以提高煤的利用率D汽车尾气污染是城市空气污染的重要来源，如果将汽油标准由“国”提到“国”这意味着汽车不再排放氮氧化物答案B1(2021全国乙卷，T7)我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是()A将重质油裂解为轻质油作为燃料B大规模开

25、采可燃冰作为新能源C通过清洁煤技术减少煤燃烧污染D研发催化剂将CO2还原为甲醇D“碳中和”实际上就是通过植树造林、节能减排等方法实现二氧化碳的“零排放”。重质油裂解为轻质油，只是将长链烃变为短链烃，燃烧产生的二氧化碳的量不会改变，A错误；可燃冰作为新能源，其主要成分为甲烷，燃烧依旧会产生二氧化碳，B错误；清洁煤技术主要是减少二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物等污染物的排放，但不能减少二氧化碳的排放，C错误；将二氧化碳转化为其他能源是实现“碳中和”最直接有效的一种方法，D正确。2(2021湖南选择性考试，T1)下列有关湘江流域的治理和生态修复的措施中，没有涉及化学变化的是()A定期清淤，疏通河道

26、B化工企业“三废”处理后，达标排放C利用微生物降解水域中的有毒有害物质D河道中的垃圾回收分类后，进行无害化处理A清理江河淤泥，没有新物质生成，不涉及化学变化，A符合题意；化工企业“三废”指的是废水、废气、废渣，“三废”处理是指将有害固体、液体、气体转化为无害物质或可回收利用的物质，此过程涉及化学变化，B不符合题意；微生物降解使有毒有害物质转化为无毒无害物质，有新物质生成，涉及化学变化，C不符合题意；垃圾无害化处理，是指通过物理、化学、生物热处理等方式处理垃圾，此过程涉及化学变化，D不符合题意。3(2021广东选择性考试，T1改编)2021年五一假期，人文考古游持续成为热点。很多珍贵文物都记载着

27、中华文明的灿烂成就，具有深邃的文化寓意和极高的学术价值。下列国宝级文物主要由合金材料制成的是()选项 AB C D文物名称铸客大铜鼎河姆渡出土陶灶兽首玛瑙杯角形玉杯A铸客大铜鼎由青铜材料制成，青铜属于合金材料，A符合题意；河姆渡出土陶灶是陶瓷制品，陶瓷属于硅酸盐材料，B不符合题意；兽首玛瑙杯的主要成分是二氧化硅，C不符合题意；角形玉杯的主要成分是硅酸盐材料，D不符合题意。4(2021海南选择性考试，T1)2020年9月22日，中国向全世界宣布，努力争取2060年前实现碳中和。下列措施不利于大气中CO2减少的是()A用氨水捕集废气中的CO2，将其转化为氮肥B大力推广使用风能、水能、氢能等清洁能源C大力推广使用干冰实现人工增