2023届新教材高考化学一轮复习无机非金属材料学案

第13讲无机非金属材料复习目标1．了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用；2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响；3.了解无机非金属材料的性质和用途。考点一碳及其化合物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____________。①②③(2)主要化学性质——还原性可燃性2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2与氧化物反应CuO：____________________(冶炼金属)；SiO2：____________________(制取粗硅)；H2O：____________________(制取水煤气)与强氧化性酸反应浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)≜CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；浓HNO3：C＋4HNO3(浓)≜CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2.CO、CO2的性质对比COCO2物理性质____色____味气体，密度比空气小，____溶于水____色____味气体，密度比空气____，可溶于水(溶解度小)毒性________毒(易结合__________)____毒(温室效应)化学性质还原性可燃性还原氧化铁无(灭火)氧化性①与炽热炭反应②Mg在CO2中燃烧与水反应无CO2＋H2O⇌H2CO3与碱反应(石灰水)无__________=CaCO3↓＋H2O(检验CO2)相互转化用途燃料、冶炼金属灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等特别提醒溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。碳酸和碳酸盐(1)碳酸二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3。(2)碳酸的正盐和酸式盐的比较正盐(CO酸式盐(HCO溶解性只有钾、钠、铵盐可溶一般都可溶热稳定性正盐>酸式盐溶液pH同浓度：正盐>酸式盐相互转化[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)金刚石和石墨由相同的元素组成，它们物理性质不同，化学性质相似()错因：_________________________________________________________________。(2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应()错因：__________________________________________________________________。(3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨()错因：__________________________________________________________________。(4)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()错因：__________________________________________________________________。(5)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体()错因：__________________________________________________________________。[深度思考]写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法。(1)CO(CO2)：_________________________________________________________；(2)CO2(CO)：_________________________________________________________；(3)CO2(O2)：__________________________________________________________；(4)CO2(SO2)：_________________________________________________________；(5)CO2(HCl)：_________________________________________________________；视野拓展草酸、草酸盐的性质(1)草酸的性质草酸的化学式为H2C2O4，草酸晶体的化学式为H2C2O4·2H2O。①弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2②还原性：H2C2O4中C元素的化合价为＋3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。③不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O4·2H2O≜CO↑＋CO2↑＋3H2O。(2)草酸盐的性质①(NH4)2C2O4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。②CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。题组强化训练·形成关键能力1.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。下列有关说法正确的是()A．石墨烯是一种新型化合物B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素异形体D．氧化石墨烯具有一定的亲水性2．碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：(1)下列有关说法正确的是________(填字母)。a.利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响b．金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异c．木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜d.大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用(2)吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是________(填化学式)。(3)影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是________(填物质俗称)。(4)为减少二氧化碳对环境的影响，可将二氧化碳与氢气在300℃、200kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇(CH3OH)和水，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。考点二硅、无机非金属材料必备知识梳理·夯实学科基础1.硅(1)硅的结构与物理性质(2)化学性质(3)硅的工业制法(4)用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片。2．二氧化硅3．硅酸4．硅酸盐(1)硅酸钠：硅酸钠的溶液俗称________，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。(2)硅酸盐的氧化物表示法：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。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为________________________________________________，长石(KAlSi3O8)可表示为____________________________________________________。5．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。①常见硅酸盐材料比较水泥玻璃陶瓷生产原料________________________主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑②玻璃生产中的两个重要反应：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。(2)新型无机非金属材料①以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。②以二氧化硅为主体的光导纤维。③新型陶瓷：高温结构陶瓷(碳化硅、氮化硅)；压电陶瓷(钛酸盐和锆酸盐)；透明陶瓷(氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙)；超导陶瓷等。④碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管、石墨烯。[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。()错因：__________________________________________________________________。(2)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱，不溶于任何酸。()错因：__________________________________________________________________。(3)SiO2具有导电性，故可用于制备光导纤维。()错因：__________________________________________________________________。(4)Na2CO3溶液贮存在带有玻璃塞的玻璃试剂瓶中。()错因：__________________________________________________________________。(5)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2＋C高温Si＋CO2↑()错因：__________________________________________________________________。(6)Si和SiO2都可用于制造光导纤维()错因：__________________________________________________________________。(7)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4()错因：__________________________________________________________________。[深度思考](1)工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式：反应①：________________________________________________________________；反应②：________________________________________________________________；反应③：________________________________________________________________。(2)能否依据反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？________________________________________________________________________。题组强化训练·形成关键能力题组一无机非金属材料的性质及应用1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是()A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐2．下列说法不正确的是()A．SiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C．氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D．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题组二高纯硅的工业上制备3．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：容器①中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)≜SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中进行的反应为②SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl。下列说法不正确的是()A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用B．①和②互为可逆反应C．该流程中需要隔绝空气D．粗硅制备不能通过SiO2HClaqSiCl4Si4．晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：①粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；②经过纯化的SiHCl3与过量H2在1000～1100℃下反应制得纯硅。回答相关问题：(1)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到SiHCl3(沸点为36.5℃)，只含有少量SiCl4(沸点为57.6℃)和HCl(沸点为－84.7℃)，提纯SiHCl3的方法为________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去)：①在加热D装置前应先打开A装置中分液漏斗的活塞，目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②C装置中烧瓶需要加热，采用的方法是________________________________________________________________________。高考真题演练·明确考查方向1．[2021·山东卷]有利于实现“碳达峰、碳中和”的是()A．风能发电B．粮食酿酒C．燃煤脱硫D．石油裂化2．[2021·全国乙卷]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3．[2019·全国卷Ⅰ]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4．[2019·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”钛合金筛网轮随堂过关训练·提升学科素养1．下列关于碳及其氧化物的说法不正确的是()A．过度排放CO2会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”B．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，物理性质也不同D．CO、CO2、葡萄糖都属于有机物2．碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，下列说法正确的是()A．由碳酸转化成X一定要在加热条件下进行B.由碳转化为X一定发生的是化合反应C．物质X一定是二氧化碳D．若使一氧化碳转化成X，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得3．常温下，下列各组物质不发生反应的是()①硅与NaOH溶液②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与碳酸钠⑤二氧化硅与NaOH溶液⑥二氧化硅与浓硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥4．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO。下列说法不正确的是()A.青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使稀硝酸中的1molHNO3被还原5．某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应；③金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4；④Si和SiO2均不与稀H2SO4反应；⑤SiH4在空气中自燃。他们在研究报告中记载着：“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右。”(1)该小组“实验室制Si”的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是(用文字和化学方程式解释)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第13讲无机非金属材料考点一必备知识梳理·夯实学科基础1．(1)同素异形体①正四面体高大②正六边形高小能③正五正六(2)C＋2CuO≜2Cu＋CO2↑2．无无难无无大有血红蛋白无Ca(OH)2＋CO2易错易混辨析答案：(1)√(2)×同素异形体之间的转化，化合价不变，不是氧化还原反应(3)×pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨(4)×由于盐酸的酸性比碳酸强，CO2与CaCl2溶液不反应(5)√深度思考答案：(1)通过盛有NaOH浓溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶题组强化训练·形成关键能力1．解析：石墨烯是碳的单质，A错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，B、C错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，D正确。答案：D2．答案：(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O考点二必备知识梳理·夯实学科基础1．(1)(2)Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(3)2．高大Na2SiO3＋H2OCaSiO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O3．难Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3SiO2＋H2ONa2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl干燥剂4．(1)水玻璃(2)Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO25．(1)①石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑易错易混辨析答案：(1)×晶体硅能作半导体材料的原因是具有一定的导电性而不是因为其熔点高、硬度大(2)×SiO2可以与氢氟酸反应而溶解(3)×不具有导电性，可制备光导纤维的原因是对光具有反射作用(4)×Na2CO3溶液应贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中(5)×在高温条件下生成CO而不是CO2(6)×Si是半导体材料，SiO2用于制造光导纤维(7)√深度思考答案：(1)Si(粗)＋2Cl2≜SiCl4(2)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。题组强化训练·形成关键能力1．解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。答案：C2．解析：氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蚀玻璃，故A正确；盐酸的酸性强于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故B正确；根据N的非金属性强于Si及化合物中正负化合价的代数和为0的原则，得氮化硅的化学式为Si3N4，故C正确；晶体硅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，而不是二氧化硅，故D错误。答案：D3．解析：A项，反应②中生成的HCl在反应①中循环利用，正确；B项，反应①与反应②对应的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；C项，高温条件下，Si、SiHCl3、H2都与O2反应，故需隔绝空气，正确；D项，SiO2不与HCl反