2020版高考化学一轮复习第四章第1节碳硅无机非金属材料教师用书

第1节

碳、硅及无机非金属资料[考试说明]1.认识碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。2.认识碳、硅及其化合物对环境质量的影响。3.认识常有无机非金属资料的性质和用途。[命题规律]碳、硅及其化合物的性质是高考的常考点，其考察方式有：联合原子构造、元素周期律以选择题型考察碳、硅及其化合物的性质及应用；以新资料、新技术为背景联合工艺流程图以填空题型考察碳、硅的化合物的性质及应用等。考点1碳、硅单质及其氧化物的性质知识梳理碳单质的存在、性质和用途2．硅单质的存在、性质和制备存在、构造及物理性质化学性质硅的化学性质不开朗，常温下不可以被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化，只好与F2、氢氟酸、强碱溶液反响；在加热条件下，能与O2、Cl2等少量非金属单质化合。写出以下有关反响的化学方程式：工业制备高温反响原理：①制粗硅□20SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，高温高温2122②粗硅的提纯□Si＋2Cl2=====SiCl4、□SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl。3．碳和硅的氧化物一氧化碳232425复原剂。CO是无色无味的□有毒气体，□不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的□二氧化碳和二氧化硅(1)硅与碱溶液反响时，硅为复原剂，H2O为氧化剂。高温不可以依照反响2C＋SiO2=====Si＋2CO↑来说明C的复原性比Si强，也不可以依照反响高温SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。(3)用于半导体资料的是高纯的晶体硅，用作光导纤维资料的是

SiO2。(4)SiO

2是酸性氧化物，但能与

HF反响，所以盛放氢氟酸不可以用玻璃瓶，

要用特制的塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不可以用玻璃塞，因为

SiO2

与碱溶液反响生成拥有黏性的Na2SiO3。判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。硅单质宽泛存在于自然界中，天然存在的单质硅叫硅石。(×)错因：硅在自然界中只以化合态存在。(2)SiO2既能够和氢氟酸反响，又能够和NaOH溶液反响，是两性氧化物。(×)错因：SiO2仅与氢氟酸反响，没有盐生成，与其余酸均不反响，故SiO2不属于两性氧化物。碳和硅的氧化物都能与NaOH溶液反响。(×)错因：一氧化碳与NaOH溶液不反响。光导纤维拥有很强的导电能力，所以大批用于制造通讯光缆。(×)错因：光导纤维拥有很强的导光能力，所以大批用于制造通讯光缆。单质硅是半导体资料，常用于制造光导纤维。(×)错因：单质硅常用于制造硅芯片和硅太阳能电池，SiO2用于制造光导纤维。题组训练题组一碳、硅及其氧化物的性质和应用1．碳及其化合物与科学、技术、社会、环境亲密有关。以下有关说法中正确的选项是( )A．12C、13C、14C、C60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途宽泛B．用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，能够实现“碳”的循环利用C．石墨烯和碳纤维都是新式有机高分子资料D．碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新式储氢资料答案B分析12C、13C、14C是碳元素的三种核素，不是同素异形体，A错误；用CO2合成可降解的聚碳酸酯塑料，能够实现“碳”的循环利用，B正确；石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的单质，是无机非金属资料，不是有机资料，C、D错误。2．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主假如因为作为半导体资料的硅在太阳能发电过程中拥有重要的作用。以下有关硅的说法中，不正确的选项是( )A．高纯度的硅宽泛用于制作计算机中的芯片B．硅可由二氧化硅复原制得C．低温时，硅与水、空气和酸不反响，但能与氢氟酸反响D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大批的单质硅答案D高温分析

硅是重要的半导体资料，可用于生产制造计算机中的芯片，

A正确；2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，

B正确；常温下，

Si

的性质稳固，但能够与

F2、HF、强碱溶液反响，

C正确；自然界中不存在单质硅，

D错误。题组二硅的制备3．半导体工业中，有一句行话：“从沙岸到用户”，即由

SiO2制取

Si。制取过程中不波及的化学反响是

(

)高温A．2C＋SiO2=====Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===NaSiO3＋H2O△C．Si＋2Cl2=====SiCl4高温D．SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl答案

BC

Cl2

H2分析工业制取纯硅的工艺流程为SiO2――→粗硅――→SiCl4――→纯硅，该工艺流程中不波及SiO2与NaOH溶液的反响。4．高纯度晶体硅是典型的无机非金属资料，又称“半导体”资料，它的发现和使用曾惹起计算机的一场“革命”。它能够按以下方法制备：①C②HCl③过度H2SiO2――→Si(粗)――→SiHCl3――→高温300℃1000～1100℃以下说法正确的选项是( )

Si(

纯)高温A．步骤①的化学方程式为

SiO2＋C=====Si＋CO2↑B．步骤①②③中每生成或反响

1molSi

，转移

4mol

电子C．二氧化硅能与氢氟酸反响，而硅不可以与氢氟酸反响D．SiHCl3(沸点为

33.0

℃)中含有少许的

SiCl

4(沸点为

67.6

℃)，经过蒸馏

(或分馏

)可提纯SiHCl3答案D高温分析A项，步骤①的化学方程式为SiO2＋2C=====Si＋2CO↑；B项，步骤②③中每生成或反响1molSi，转移2mol电子；C项，硅能与氢氟酸反响生成SiF4和氢气；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可经过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3。考点

2

硅酸、硅酸盐和无机非金属资料知识梳理1.硅酸0102弱，不可以使指示剂变色，能与强碱(如23NaOH)反响，反响的化学方程式为□032NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。△不稳固性：H2SiO3不稳固，受热易分解，反响的化学方程式为□04H2SiO3=====SiO2＋H2O。硅酸的制备及硅胶①制备原理：可溶性硅酸盐

(如

Na2SiO3)与其余酸

(如盐酸

)反响的化学方程式为□

05Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。②硅胶(化学式：mSiO2·nH2O)：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，

经干燥脱水后即得硅胶，常用作□06干燥剂和作为□07催化剂的载体。2．硅酸盐观点：由硅、氧和金属元素构成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。硅酸盐构成的表示：往常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的构成，08如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为□K2O·Al2O3·6SiO2。书写规律：化合价不变，原子个数比不变。(3)硅酸钠(Na2SiO3)①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称□09水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。10②它能与酸反响，如与盐酸反响：□Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2水溶液反11应：□Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃资料。3．无机非金属资料传统无机非金属资料如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐资料。新式无机非金属资料，指的是一类新式的拥有特别构造和特别功能的非硅酸盐资料，如高温构造陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。特别功能的含硅物质①碳化硅拥有金刚石构造，硬度大，可用作磨料。②含硅4%的硅钢拥有导磁性，用作变压器铁芯。③硅橡胶拥有既耐高温又耐低温的性质。(1)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃的成分不同样；水玻璃又称为泡花碱，但它倒是盐溶液(寄存的试剂瓶不可以用玻璃塞)，而不是碱溶液。硅酸盐改写成氧化物形式的方法①氧化物的书写次序：开朗金属氧化物―→较开朗金属氧化物―→二氧化硅―→水。②氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其余元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不一样氧化物间以“·”分开。③当计量数配置出现分数时应化为整数。如长石：KAlSiO不可以写成11。222382232223判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(×)错因：玻璃是非晶体，没有固定的熔点。(2)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转变。(×)错因：SiO2与H2O不反响，不可以一步生成H2SiO3。水玻璃是一种特别的玻璃，泡花碱属于碱。(×)错因：水玻璃是硅酸钠的水溶液，又称泡花碱，属于盐类。玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用资料均为硅酸盐。(×)错因：玛瑙、水晶主要成分是二氧化硅。(5)2MgO·SiO2中的酸根阴离子为错因：2MgO·SiO2写成盐的形式为题组一无机非金属资料

2－SiO3。(×)4－Mg2SiO4，故酸根阴离子为SiO4。题组训练1．以下我国古代优异艺术作品中，所用资料不属于无机非金属资料的是( )答案A分析青铜器属于金属资料，陶瓷是无机非金属资料。2．硅是构成无机非金属资料的一种主要元素，以下有关硅的化合物的表达正确的选项是( )A．SiO2熔点高，硬度大，不与任何无机酸反响B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温构造陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新式无机非金属资料，其主要成分为SiO2，是一种高质量传导光的纤维，耐酸碱腐化D．二氧化硅分子中硅原子与氧原子个数之比为1∶2答案B分析二氧化硅能与氢氟酸反响，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2，是酸性氧化物，可与强碱溶液反响，C错误；二氧化硅中不存在分子，D错误。题组二硅酸盐的构造和性质3．将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，而后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后获得的固体物质是( )A．NaSiOB．NaCO、NaSiO323232C．Na2CO3、SiO2D．SiO2答案A分析将足量CO气体通入水玻璃中，发生反响：2CO＋NaSiO＋2HO===HSiO↓＋223223△△2NaHCO；加热蒸干高温灼烧时发生反响：HSiO=====HO＋SiO；2NaHCO=====NaCO＋CO↑323223232高温＋H2O；SiO2＋Na2CO=====NaSiO＋CO↑，最后所得固体物质是NaSiO，应选A。3232234．青石棉是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹条约》中受限制的46种化学品之一。青石棉的化学式为NaFeSiO(OH)。青石棉用稀硝酸办理时，复原产物只有NO。258222以下说法中正确的选项是( )A．青石棉是一种易燃品且易溶于水B．青石棉的化学构成用氧化物的形式可表示为Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2O258222与足量的硝酸作用，起码需耗费6L3mol－13C．1molNaFeSiO(OH)·LHNO溶液D．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，起码需耗费5.5L2mol·L－1HF溶液答案C分析依据青石棉的构成可知，该物质属于硅酸盐，不是一种易燃品且难溶于水，A错误；依据氧原子守恒可知应当是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B错误；依据构成可知和硝酸作用生成2mol硝酸钠、5mol硝酸铁和1molNO，所以需要硝酸的物质的量是18mol，C正确；和氢氟酸反响生成SiF4、NaF的物质的量分别是8mol和2mol，所以需要HF的物质的量是34mol，D错误。高考真题实战1．(高考集萃)判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)(2018·天津高考)商朝后期锻造出工艺精深的后(司)母戊鼎，该鼎属于铜合金制品。( )(2)(2017·天津高考)硅太阳能电池工作时，光能转变为电能。( )(3)(2017·江苏高考)SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维。()高温SiO2(4)(2017·江苏高考)利用：CaCO――→CaO――→CaSiO可实现物质间的转变。()33高温(5)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂，没有发生化学变化。()(6)(2016·江苏高考)向NaSiO溶液中滴加稀盐酸离子方程式：NaSiO＋2323===H2SiO3↓＋2Na＋。()(7)(2016·全国卷Ⅲ)HF与SiO2反响，所以可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标志。()H2(8)(2016·江苏高考)下述变化能够实现：SiO2HCl(aq),SiCl4――→Si。()高温答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×分析(3)SiO2用于制造光导纤维是其导光性能好。硅胶汲取H2O(g)是物理吸附，所以正确。2－离子方程式中Na2SiO3可拆为Na和SiO3。(8)SiO

2不与

HCl(aq)

反响。2．(2018·江苏高考

)CO2是自然界碳循环中的重要物质。以下过程会惹起大气中

CO2含量上涨的是

(

)A．光合作用

B．自然降雨C．化石燃料的焚烧

D．碳酸盐的堆积答案

C分析A项，光合作用耗费CO2，会惹起大气中CO2含量降落；B项，自然降雨时H2O会与少许CO2反响生成H2CO3，不会惹起CO2含量的上涨；C项，化石燃料指煤、石油、天然气，它们都含C元素，焚烧后生成CO2，会惹起大气中CO2含量上涨；D项，碳酸盐堆积不会惹起大气中CO2含量上涨。3．(2017·全国卷Ⅱ节选)水泥是重要的建筑资料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有必定量的铁、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以下图：回答以下问题：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________取代硝酸。积淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反响，该反响的化学方程式为_____________________________________________________________________。答案(1)将样品中可能存在的2＋3＋HOFe氧化为Fe22(2)SiO2(或H2SiO3)SiO＋4HF===SiF↑＋2HO(或HSiO＋4HF===SiF↑＋3HO)2422342分析(1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后边操作有加入氨水调理pH＝4～5，目的是除掉Al元素和Fe元素，而在此pH范围内，Fe元素只有转变为Fe3＋才能完整生成积淀，所以加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；还可以使用双氧水等其余氧化剂取代硝酸。水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有SiO2(或反响生成的H2SiO3)不溶于盐酸，所以积淀A的主要成分是Si