全国版2021高考化学一轮复习第11讲碳硅及其化合物无机非金属材料课件

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非金属及其化合物 第四章 第 11 讲　碳、硅及其化合物　无机非 金属材料 　 1. 了解碳、硅及其重要化合物的制备方法。　 2. 掌握碳、硅及其重要化合物的主要性质及其应用。　 3. 了解碳、硅及其重要化合物对环境的影响。 栏 目 导 航 考点一　碳及其重要化合物 考点二　硅及其化合物　无机非金属材料 微专题 11 　 CO 2 与碱溶液反应产物的分类判断 　 探究高考 · 明确考向 1 ． 碳单质 (1) 存在 碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (2) 结构 金刚石： ____________ 空间网状结构；石墨： ________________ 层状结构。 (3) 物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感。 考点一　碳及其重要化合物 正四面体　 平面正六边形　 (4) 化学性质 —— 还原性 2 ． 一氧化碳 (1) 物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。 (2) 化学性质 —— 还原性 ①燃烧： ____________________ ( ________ 色火焰 ) 。 ②还原金属氧化物：如与氧化铜反应 _ ____________________________ _( 应用于 ____________ ) 。 淡蓝 　 冶炼金属　 3 ． 二氧化碳 (CO 2 ) (1) 物理性质：一种无色、无味的气体，能溶于水，固态 CO 2 俗称干冰。 (2) 化学性质： ①是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，能够与水、碱性氧化物和碱发生反应，写出 CO 2 与 H 2 O 、 Na 2 O 、 Ca(OH) 2 ( 足量、澄清 ) 反应的方程式： ________________________ 。 ______________________________ 。 __________________________________________ 。 ② Mg 在 CO 2 中燃烧的化学方程式为： _____________ __ ___________ __ 。 Na 2 O ＋ CO 2 ===Na 2 CO 3 　 CO 2 ＋ Ca(OH) 2 ===CaCO 3 ↓ ＋ H 2 O 　 (2) 热稳定性 一般来说，热稳定性顺序为正盐 > 酸式盐 > 碳酸，如稳定性 Na 2 CO 3 >NaHCO 3 > H 2 CO 3 。可溶性正盐 > 难溶性正盐，如 CaCO 3 高温分解，而 K 2 CO 3 不易分解。 (3) 水溶液显弱碱性 物质的量浓度相同时，正盐溶液的 pH 大于其酸式盐溶液，如 pH ： Na 2 CO 3 溶液 >NaHCO 3 溶液。 题组一　碳的单质及其化合物的性质 1 ．碳单质及其氧化物性质用途的判断 (1) 12 C 、 13 C 、 14 C 是碳的三种同素异形体 ( 　　 ) (2) 金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质 ( 　　 ) (3) 石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 ( 　　 ) (4) 向空气中排放二氧化碳会形成酸雨 ( 　　 ) (5) 木炭、一氧化碳在一定条件下都能与氧化铜反应 ( 　　 ) × 　 × 　 × 　 × 　 √ 　 2 ．二氧化碳与盐溶液反应的判断 (1) 向 Na 2 SiO 3 溶液中通入 CO 2 ，溶液变浑浊，继续通入 CO 2 至过量，浑浊消失 ( 　　 ) (2) 向 Ca(ClO) 2 溶液中通入 CO 2 气体，溶液变浑浊，继续通入 CO 2 至过量，浑浊消失 ( 　　 ) (3) 向 CaCl 2 溶液中通入 CO 2 ，无明显现象，若先通入 NH 3 再通 CO 2 ，溶液会变浑浊 ( 　　 ) (4) 向饱和 Na 2 CO 3 溶液中通入过量的 CO 2 气体，有晶体析出 ( 　　 ) (5) 向 NaAlO 2 溶液中通入 CO 2 气体，一开始有白色沉淀生成， CO 2 过量，沉淀溶解 ( 　　 ) (6) 向饱和 NaCl 的氨溶液中通入过量 CO 2 气体，有晶体析出 ( 　　 ) × 　 √ 　 √ 　 √ 　 × 　 √ 　 题组二　 CO 2 的综合利用 3 ． (2019 · 广东佛山质检 ) “ 碳捕捉技术 ” 是指通过一定的方法将工业生产中产生的 CO 2 分离出来并利用。如可利用 NaOH 溶液来 “ 捕捉 ” CO 2 ，其基本过程如下图所示 ( 部分条件及物质未标出 ) 。 下列有关该方法的叙述中正确的是 ( 　　 ) ① 能耗大是该方法的一大缺点　②整个过程中，只有一种物质可以循环利用　③ “ 反应分离 ” 环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤　④该方法可减少碳排放，捕捉到的 CO 2 还可用来制备甲醇等产品 A ．①②　 B ．②③　 C ．③④　 D ．①④ D 　 (2) 在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。 x CO 2 　 (3) 海水中溶解无机碳占海水总碳的 95% 以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法： ①气提、吸收 CO 2 。用 N 2 从酸化后的海水中吹出 CO 2 并用碱液吸收 ( 装置示意图如下 ) 。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 ② 滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为 NaHCO 3 ，再用 x mol · L － 1 HCl 溶液滴定，消耗 y mL HCl 溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝ ________ mol · L － 1 。 1 ． 单质硅 (1) 硅的存在：硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。 (2) 物理性质：灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。 (3) 化学性质： 考点二　硅及其化合物　无机非金属材料 Si ＋ 2F 2 ===SiF 4 　 Si ＋ 4HF===SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 ↑ 　 Si ＋ 2NaOH ＋ H 2 O===Na 2 SiO 3 ＋ 2H 2 ↑ 　 2 ． 二氧化硅 (1) 存在与构成：存在于沙子、石英、水晶、玛瑙 ( 含杂质的石英 ) 等中； SiO 2 是由 Si 和 O 按原子个数比 1∶2 直接构成的 ____________ 结构。 (Si 、 SiC 、 Si 3 N 4 、 BN 等也是直接由原子构成的 ) 立体网状　 (2) 性质及用途 主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 化学性质 ① 与水反应 不反应 ② 与酸反应 只与氢氟酸反应： _____________________________________ ③ 与碱反应 如与 NaOH 溶液反应： ___________________________________ (Na 2 SiO 3 是一种粘合剂，盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞 ) ④ 与盐反应 如与 Na 2 CO 3 反应： ________________ __ ________________ __ ⑤ 与碱性氧 化物反应 如与 CaO 反应： ________________ __ ____________ 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 SiO 2 ＋ 4HF===SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 O 　 SiO 2 ＋ 2NaOH===Na 2 SiO 3 ＋ H 2 O 　 [ 想一想 ] 　设计实验除去下列固体粉末中混有的杂质 ( 括号内为杂质 ) ，并写出有关反应的方程式。 (1)CaCO 3 (SiO 2 ) _______________________________________________________________________________________________________ 。 (2)SiO 2 (CaCO 3 ) _____________________________________________________________________________________________ __ ________ 。 在固体混合物中加入足量氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤。 SiO 2 ＋ 2NaOH===Na 2 SiO 3 ＋ H 2 O 　 在固体混合物中加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤。 CaCO 3 ＋ 2HCl===CaCl 2 ＋ CO 2 ↑ ＋ H 2 O 　 不能 　 H 2 SiO 3 ＋ 2NaOH===Na 2 SiO 3 ＋ 2H 2 O 　 Na 2 SiO 3 ＋ 2HCl===H 2 SiO 3 ↓ ＋ 2NaCl 　 (2) 硅酸钠 ①物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称 __________ ，有黏性，水溶液显碱性。 ②化学性质：它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式： 与盐酸反应 __________________________________________________ 。 与 CO 2 反应 ____________________________________________________ 。 ③用途：黏合剂 ( 矿物胶 ) ，耐火阻燃材料。 (3) 硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠 (Na 2 SiO 3 ) 中表示为 _______________ ，石棉 (CaMg 3 Si 4 O 12 ) 可表示为 _______________________ 。 水玻璃 　 Na 2 SiO 3 ＋ 2HCl===2NaCl ＋ H 2 SiO 3 ↓ 　 Na 2 SiO 3 ＋ CO 2 ＋ H 2 O===H 2 SiO 3 ↓ ＋ Na 2 CO 3 　 Na 2 O · SiO 2 　 CaO · 3MgO · 4SiO 2 　 4 ． 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 石灰石、黏土 纯碱、石灰石和石英 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 Na 2 SiO 3 ＋ CO 2 ↑ 　 CaSiO 3 ＋ CO 2 ↑ 　 题组一　硅及其化合物的性质及应用 1 ． (2019 · 河南三门峡一模 ) 硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．陶瓷、水晶、水泥、玻璃的主要成分都属于硅酸盐 B ．水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂 C ．某硅酸盐的化学式为 KAlSi 3 O 8 ，可用 K 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2 表示 D ．高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池 C 　 解析　 A ．水晶主要成分是二氧化硅，是氧化物，不是硅酸盐，故 A 错误； B ．水玻璃为硅酸钠的水溶液，属于混合物，故 B 错误； C ．某硅酸盐的化学式为 KAlSi 3 O 8 ，可用 K 2 O · Al 2 O 3 · 6SiO 2 表示，故 C 正确； D ．二氧化硅可用于制造光导纤维，高纯硅可用于制造太阳能电池，故 D 错误。 2 ． (2019 · 河北邢台质检 ) 下列说法中，正确的是 ( 　　 ) A ． SiO 2 是硅酸的酸酐，可与水化合生成硅酸 B ． CO 2 通入水玻璃中可以得到硅酸 C ．在高温下 SiO 2 与 Na 2 CO 3 反应放出 CO 2 ，所以硅酸的酸性比碳酸强 D ． SiO 2 是酸性氧化物，它不溶于任何酸 解析　 A ． SiO 2 是硅酸的酸酐，但是二氧化硅难溶于水，不能与水反应生成硅酸，故 A 错误； B ．二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸酸性强于硅酸，所以 CO 2 通入水玻璃中可以得到硅酸，故 B 正确； C ．在高温下 SiO 2 与 Na 2 CO 3 反应放出 CO 2 ，反应能发生不是因为硅酸的酸性比碳酸强，而是由于二氧化碳为气体，逸出，促进反应向正方向进行，故 C 错误； D ． SiO 2 能与氢氟酸发生反应生成四氟化硅，故 D 错误。 B 　 题组二　无机非金属材料 3 ．下列材料中不属于无机非金属材料的是 ( 　　 ) A ．水泥　 B ．钢化玻璃　 C ．尼龙　 D ．结构陶瓷 解析　 A 项，水泥是传统无机非金属材料； B 项，钢化玻璃是传统无机非金属材料； C 项，尼龙是有机材料； D 项，结构陶瓷具有耐高温、耐氧化、耐磨蚀等优良性能，属于新型无机非金属材料。 C 　 4 ． ( 多选 ) (2019 · 江苏南京模拟 ) 硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是 ( 　　 ) A ．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为 Si 3 N 4 B ．碳化硅 (SiC) 的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承 C ．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO 2 D ．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为 1∶2 BD 　 解析　 A 项，在氮化硅中 N 元素为－ 3 价， Si 元素为＋ 4 价，则化学式为 Si 3 N 4 ，正确； B 项， SiC 为原子晶体，熔点高，但是碳化硅容易和氧气反应，不适于做耐高温材料， B 错误； C 项，光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料， C 正确； D 项，在 SiO 2 晶体中，一个硅原子与周围 4 个氧原子形成 4 个硅氧单键，错误。 题组三　高纯硅的制取 5 ． (2019 · 山东德州统考 ) 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①为 Si( 粗 ) ＋ 3HCl(g)===SiHCl 3 (l) ＋ H 2 (g) ；容器②中进行的反应②为 SiHCl 3 ＋ H 2 ===Si( 纯 ) ＋ 3HCl 。下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B ．最好用分液的方法分离 Si 和 SiHCl 3 C ．反应①和②中 HCl 均作氧化剂 D ．反应①和②均属于可逆反应 解析　 从反应流程容易看出， HCl 可循环使用， A 项正确； Si 为固体， SiHCl 3 为液体，用过滤法分离， B 项错误；反应①中 HCl 作氧化剂，反应②中 HCl 为氧化产物， C 项错误；反应①和②都不是可逆反应， D 项错误。 A 　 SiHCl 3 ＋ 3H 2 O===H 2 SiO 3 ↓ 　 ＋ H 2 ↑ ＋ 3HCl 　 高温下， H 2 遇 O 2 发生爆炸　 (2) 化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息： Ⅰ.Mg 在高温条件下可与 SiO 2 反应； Ⅱ. 金属硅化物与稀 H 2 SO 4 反应生成硫酸盐和 SiH 4 ； Ⅲ.SiH 4 在空气中自燃。 他们根据信息进行实验，当用足量稀 H 2 SO 4 溶解第 Ⅰ 步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的 63% 左右。 ① 第 Ⅰ 步实验发生反应的化学方程式是 __________________________________ ___________________________ 。 ②用稀 H 2 SO 4 溶解第 Ⅰ 步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是 ______________________________________________________________________________________________________________________________________________ 。 解析　 (1) 在 SiHCl 3 中，把硅考虑为＋ 4 价，则氢为－ 1 价，氯为－ 1 价， SiHCl 3 水解时，－ 1 价氢还原水中＋ 1 价的氢，生成氢气。 硅化镁与稀硫酸反应生成的 SiH 4 可自燃，即发生反应 Mg 2 Si ＋ 2H 2 SO 4 ===2MgSO 4 ＋ SiH 4 ↑ ， SiH 4 ＋ 2O 2 ===SiO 2 ＋ 2H 2 O 　　　　　　　 CO 2 与碱溶液反应产物的分类判断 用数轴可表示为： 2 ． CO 2 与两种碱混合溶液反应产物的判断：如 CO 2 通入 NaOH 和 Ca(OH) 2 的混合溶液中，其反应顺序为： ① Ca(OH) 2 ＋ CO 2 ===CaCO 3 ↓ ＋ H 2 O ②2NaOH ＋ CO 2 ===Na 2 CO 3 ＋ H 2 O ③Na 2 CO 3 ＋ CO 2 ＋ H 2 O===2NaHCO 3 ④CaCO 3 ＋ CO 2 ＋ H 2 O===Ca(HCO 3 ) 2 B 　 2 ．将足量 CO 2 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 CO 2 体积 ( V ) 的关系正确的是 ( 　　 ) D 　 3 ．向 300 mL KOH 溶液中缓慢通入一定量的 CO 2 气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，若通入 CO 2 气体 2.24 L( 标准状况 ) ，得到 11.9 g 白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由 ____________________________________ 组成的，其质量分别为 ________________________________________ ， KOH 的物质的量浓度为 ____________________________ 。 白色固体为 K 2 CO 3 和 KHCO 3 的混合物　 质量分别为 K 2 CO 3 6.9 g 和 KHCO 3 5 g 　 c (KOH) ＝ 0.5 mol·L － 1 1 ．判断正误，正确的划 “ √ ” ，错误的划 “ × ” 。 (1) (2018 · 天津卷， 1C) 汉代烧制出 “ 明如镜、声如磬 ” 的瓷器，其主要原料为黏土 ( 　　 ) (2) (2018 · 江苏卷， 3B) SiO 2 熔点高硬度大，可用于制光导纤维 ( 　　 ) (3) (2018 · 海南卷， 5B) SiO 2 具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池 ( 　　 ) 探究高考 · 明确考向 √ 　 × 　 × 　 √ 　 √ 　 × 　 2 ． (2018 · 江苏卷， 1) CO 2 是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中 CO 2 含量上升的是 ( 　　 ) A ．光合作用 B ．自然降雨 C ．化石燃料的燃烧 　 D ．碳酸盐的沉积 解析　 化石燃料燃烧产生大量 CO 2 ，会引起大气中 CO 2 含量上升。 C 　 3 ． (1) [2018 · 全国卷 Ⅲ ， 28(1)] SiHCl 3 在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成 (HSiO) 2 O 等，写出该反应的化学方程式 ___________________ ________________________ 。 2SiHCl 3 ＋ 3H 2 O=== 　 写出 SiCl 4 的电子式： ____ _ __ _ __ __ __ ；在上述由 SiCl 4 制纯硅的反应中，测得每生成 1.12 kg 纯硅需吸收 a kJ 热量，写出该反应的热化学方程式： _____________ ________ __ _____________________________________ 。 (HSiO) 2 O ＋ 6HCl 　 SiCl 4 (g) ＋ 2H 2 (g) 　 4 ． (2017 · 全国卷 Ⅱ ， 26) 水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO 、 SiO 2 ，并含有一定量的铁、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如图所示： 回答下列问题： (1) 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 __________ 代替硝酸。 (2) 沉淀 A 的主要成分是 _________________ ，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为 ______________________________________________ ____________________ 。 (3) 加氨水过程中加热的目的是 _______________________________ 。 沉淀 B 的主要成分为 __________ 、 __________( 写化学式 ) 。 将样品中可能存在的 Fe 2 ＋ 氧化为 Fe 3 ＋ 　 H 2 O 2 　 SiO 2 ( 或 H 2 SiO 3 ) 　 SiO 2 ＋ 4HF===SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 O( 或 H 2 SiO 3 ＋ 4HF=== 　 SiF 4 ↑ ＋ 3H 2 O) 　 防止胶体生成，易沉淀分离　 Al(OH) 3 　 Fe(OH) 3 　 解析　 (1) 由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节 pH ＝ 4 ～ 5 ，目的是除去 Al 元素和 Fe 元素，而在此 pH 范围内， Fe 元素只有转化为 Fe 3 ＋ 才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的 Fe 2 ＋ 氧化为 Fe 3 ＋ ；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。 (2) 水泥样品中的 SiO 2 、 CaO 及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有 SiO 2 ( 或反应生成的 H 2 SiO 3 ) 不溶于盐酸，所以沉淀 A 的主要成分是 SiO 2 ( 或 H 2 SiO 3 ) 。 SiO 2 ( 或 H 2 SiO 3 ) 不与强酸反应，但可溶于氢氟酸中，反应的化学方程式为 SiO 2 ＋ 4HF===SiF 4 ↑ ＋ 2H 2 O( 或 H 2 SiO 3 ＋ 4HF===SiF 4 ↑ ＋ 3H 2 O) 。 (3) 盐类水解是吸热反应，升高温度，促进溶液中的 Al 3 ＋ 、 Fe 3 ＋ 水解程度增大而生成沉淀，防止生成胶体，易于除去，加热的同时还可以加快反应速率；生成的沉淀主要为 Al(OH) 3 、 Fe(OH) 3 。