2022高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)講義-第4章第8講碳及無機非金屬材料

常見非金屬及其化合物第8講碳及無機非金屬材料考點一碳及其重要化合物1．碳單質(zhì)存在形式有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。2．碳的氧化物(CO和CO2)(1)一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用①物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒的原因是與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，因缺氧而中毒。②化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)a．可燃性：2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點燃))2CO2，可作燃料。b．還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。(2)CO2在自然界中的循環(huán)①CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。②自然界消耗CO2的主要反應(yīng)：a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；b．光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2；c．巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2=Ca(HCO3)2。3．碳酸(H2CO3)弱酸、不穩(wěn)定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中與CO2共存，因此常把CO2＋H2O當(dāng)碳酸用。4．碳酸的酸式鹽和正鹽的比較(1)在水中的溶解性①含K＋、Na＋、NHeq\o\al(＋,4)的正鹽易溶于水，其余一般不溶于水；酸式鹽均能溶于水。②一般來說，在相同溫度下，難溶性正鹽溶解度小于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正鹽溶解度大于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。(2)熱穩(wěn)定性一般來說，熱穩(wěn)定性順序為正鹽>酸式鹽>碳酸，如穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3?？扇苄哉}>難溶性正鹽，如CaCO3高溫分解，而K2CO3不易分解。(3)水溶液酸堿性物質(zhì)的量濃度相同時，正鹽溶液的pH大于其酸式鹽溶液，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。(1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體()(2)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)()(3)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)()(4)向空氣中排放二氧化碳會形成酸雨()(5)向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失()(6)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會析出晶體()答案(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√解析(1)12C、13C、14C互稱同位素，碳元素的三種常見的同素異形體為金剛石、石墨和C60。(5)由于鹽酸的酸性比碳酸的強，CO2與CaCl2溶液不反應(yīng)。確定混合氣體(CO、CO2)中含有CO氣體的實驗設(shè)計方法。按要求回答下列問題：(1)寫出下列裝置的作用：A：除去混合氣體中的CO2氣體。B：檢驗混合氣體中的CO2是否除盡。E：除去尾氣中的CO2氣體。F：除去尾氣中的CO氣體、防止污染環(huán)境。(2)寫出C中的化學(xué)方程式：CO＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2。(3)確定混合氣體中含有CO氣體的實驗現(xiàn)象：B中無明顯現(xiàn)象，C中的物質(zhì)由黑色變成紅色，D中的澄清石灰水變渾濁。題組一碳及其化合物對環(huán)境的影響1．對人類生存、發(fā)展有著重要的意義。下列說法錯誤的是()A．碳是構(gòu)成有機物的主要元素B．光合作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程C．化石燃料的大量燃燒是產(chǎn)生溫室效應(yīng)的原因之一D．石油的年產(chǎn)量是一個國家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志答案D2．化學(xué)與社會、科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境密切相關(guān)。下列說法不正確的是()A．T-碳是一種新型三維碳結(jié)構(gòu)晶體，與C60互為同素異形體B．推廣利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳經(jīng)濟理念C．將金屬鈦、鋁混合后在空氣中熔化可制得強度較大的鈦鋁合金材料D．為汽車安裝尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置，可將尾氣中的部分CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒氣體答案C解析B項，利用CO2合成聚碳酸酯類可降解塑料，實現(xiàn)“碳”的循環(huán)利用，減少二氧化碳的排放，故B正確；C項，在空氣中加熱熔化，金屬易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以不能直接在空氣中制備鈦鋁合金，故C錯誤。3．碳和碳的氧化物是生活中的常見物質(zhì)，回答下列問題：(1)下列有關(guān)說法正確的是________(填字母)。a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以減緩二氧化碳對環(huán)境的影響b．金剛石、石墨、C60的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)卻有很大差異c．木炭、一氧化碳在一定條件下都能還原氧化銅d．大氣中二氧化碳的消耗途徑主要是綠色植物的光合作用(2)吸煙對人體有害，燃著的香煙產(chǎn)生的煙氣含有一種能與血液中的血紅蛋白結(jié)合的有毒氣體，它是________(填化學(xué)式)。(3)影視舞臺上經(jīng)?？吹皆旗F繚繞，使人如入仙境的景象，產(chǎn)生這一景象可用的物質(zhì)是________(填物質(zhì)名稱)。(4)為減少二氧化碳對環(huán)境影響，可將二氧化碳與氫氣在300℃、200kPa和催化劑的條件下，反應(yīng)生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________________________________________________________。答案(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2eq\o(=,\s\up9(300℃、200kPa),\s\do3(催化劑))CH3OH＋H2O題組二CO2通入堿溶液中反應(yīng)產(chǎn)物的定量分析4．將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是()答案D解析CO2與KOH和Ca(OH)2都會反應(yīng)，但存在著競爭，如果先與KOH反應(yīng)，則反應(yīng)后生成的K2CO3立即會與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，因此，可以看成CO2先與Ca(OH)2反應(yīng)，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應(yīng)還是先與生成的CaCO3反應(yīng)，同樣可以采用假設(shè)法判斷，即如果先與CaCO3反應(yīng)，則生成的Ca(HCO3)2又會與KOH反應(yīng)，因此是先與KOH反應(yīng)，此過程生成沉淀的物質(zhì)的量不變，當(dāng)KOH反應(yīng)完全，再與CaCO3反應(yīng)，直至沉淀完全溶解，故選D。5．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3．36LCO2氣體通入200mL1．00mol·L－1NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(COeq\o\al(2－,3))與c(HCOeq\o\al(－,3))的比值為(不考慮COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)的水解)()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3答案B解析n(CO2)＝eq\f(3.36L,22.4L·mol－1)＝0．150mol，n(NaOH)＝0．200L×1．00mol·L－1＝0．200moleq\f(nNaOH,nCO2)＝eq\f(0.2mol,0.15mol)＝eq\f(4,3)，即1＜eq\f(nNaOH,nCO2)＜2，反應(yīng)產(chǎn)物為Na2CO3、NaHCO3，設(shè)其物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2x＋y＝0.2mol,x＋y＝0.15mol))，解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＝0.05,y＝0.10))，所以eq\f(nCO\o\al(2－,3),nHCO\o\al(－,3))＝eq\f(1,2)?？键c二硅及其重要化合物、無機非金屬材料一、硅單質(zhì)1．存在硅單質(zhì)主要有晶體和無定形兩大類。2．物理性質(zhì)帶有金屬光澤的灰黑色固體，熔點高，硬度大，有脆性。3．化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟、氫氟酸、堿反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為：與氟：Si＋2F2=SiF4；與氫氟酸：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；與堿：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。(2)在加熱或者點燃的條件下可以與氫氣、氧氣、氯氣等反應(yīng)，與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2。二、二氧化硅1．存在自然界中，碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。天然SiO2有晶體和無定形兩種，統(tǒng)稱硅石。2．物理性質(zhì)熔點高，硬度大，難溶于水。3．結(jié)構(gòu)SiO2晶體有多種晶型，其基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧四面體(如下圖甲所示)，硅氧四面體通過氧原子相互連接為空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(如下圖乙所示)。每個硅原子與4個氧原子相連，而每個氧原子與2個硅原子相連，故SiO2晶體中Si和O的比例為1∶2。4．化學(xué)性質(zhì)SiO2為酸性氧化物，是硅酸的酸酐。(1)SiO2可以與堿反應(yīng)，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。(2)在高溫條件下可以與碳酸鹽反應(yīng)，如與碳酸鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。(3)在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應(yīng)，如與氧化鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3。(4)常溫下與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。三、無機非金屬材料1．傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。(1)常見硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯(2)玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑。2．新型無機非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(1)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在()(2)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料()(3)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維()(4)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4()(5)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)()(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(NaOH)，不溶于任何酸()(7)玻璃是一種晶體，有較高的熔點()答案(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×解析(3)Si可用于制造半導(dǎo)體，SiO2用于制造光導(dǎo)纖維。(6)SiO2可溶于氫氟酸：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(7)玻璃是非晶體，沒有固定的熔點。硅是無機非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時下列坩堝可選用的是________。A．普通玻璃坩堝B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝D．鐵坩堝(2)工業(yè)上常利用反應(yīng)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化劑是________。答案(1)防火劑D(2)CSiO2題組一硅和二氧化硅的性質(zhì)1．下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應(yīng)D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅時，當(dāng)生成2．24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，得到2．8g硅答案C解析A項，二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，與水不反應(yīng)，錯誤；B項，二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于其良好的光學(xué)特性而被用于制造光纜，錯誤；C項，碳酸的酸性強于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，高溫時，能夠與碳酸鈉固體反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，正確；D項，由方程式SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，可知當(dāng)生成2．24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即0．1mol氣體時，得到0．05mol即1．4g硅，錯誤。2．下列關(guān)于硅的說法不正確的是()A．硅是非金屬元素，它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C．用二氧化硅制取單質(zhì)硅的反應(yīng)中硅元素被氧化D．加熱到一定溫度時，硅能與氫氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)答案C解析A項，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似，它是灰黑色有金屬光澤的非金屬固體，正確；B項，硅在元素周期表中處于金屬和非金屬的過渡位置，所以晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，正確；C項，硅元素由＋4價變?yōu)?價，被還原，錯誤；D項，加熱條件下，硅能與一些非金屬、氧化物等反應(yīng)，如硅能與氫氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)，正確。題組二無機非金屬材料的性能及應(yīng)用3．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽答案C解析陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；純堿、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項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。4．下列關(guān)于某博物院使用材料相關(guān)說法正確的是()A．展柜使用的鋼化玻璃，其主要成分只有SiO2B．墻體使用的磚瓦、水泥是硅酸鹽制品C．陳列的元青花瓷的原料有高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示為Al2O3·SiO2·H2OD．展示的青銅器上有一層綠色物質(zhì)可能是堿式碳酸銅，此綠色物質(zhì)不溶于鹽酸答案B解析鋼化玻璃與普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工藝不同)，主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅，A項錯誤；磚瓦和水泥都是硅酸鹽制品，B項正確；高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]應(yīng)該表示為Al2O3·2SiO2·2H2O，C項錯誤；銅綠是堿式碳酸銅，該物質(zhì)可以與鹽酸反應(yīng)生成氯化銅而溶解，D項錯誤。5．宋代五大名窯分別為：鈞窯、汝窯、官窯、定窯、哥窯。其中鈞窯以“入窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。下列關(guān)于陶瓷的說法不正確的是()A．窯變是高溫下釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化B．氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料C．高品質(zhì)的瓷器晶瑩剔透，屬于純凈物D．陶瓷屬于硅酸鹽材料，耐酸堿腐蝕，但是不能用來盛裝氫氟酸答案C解析不同的金屬氧化物顏色可能不同，在高溫下，釉料中的金屬化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致的顏色變化稱為窯變，故A正確；新型無機非金屬材料主要有先進(jìn)陶瓷、非晶體材料、人工晶體、無機涂層，無機纖維等，氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，故B正確；瓷器的原料主要是黏土燒結(jié)而成，瓷器中含有多種硅酸鹽和二氧化硅，是混合物，故C錯誤；HF能與二氧化硅反應(yīng)，陶瓷的成分是硅酸鹽和二氧化硅，所以陶瓷不能用來盛裝氫氟酸，故D正確。題組三高純硅的提取6．高純度晶硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料。它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”?？梢园聪铝蟹椒ㄖ苽洌篠iO2eq\o(→,\s\up9(①C),\s\do3(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up9(②HCl),\s\do3(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up9(③過量H2),\s\do3(1000～1100℃))Si(純)下列說法不正確的是()A．步驟①的化學(xué)方程式為：SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑B．步驟①中每生成1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子C．高純硅是制造太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料D．SiHCl3(沸點33．0℃)中含有少量的SiCl4(沸點67．6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3答案A解析二氧化硅高溫下與C反應(yīng)生成CO氣體，即步驟①的化學(xué)方程式為：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑，故A錯誤；步驟①中Si的化合價降低4，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4mol，故B正確；高純硅是半導(dǎo)體，是制造集成電路、太陽能電池的常用材料，二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的基本原料，故C正確；沸點相差30℃以上的兩種液體可以采用蒸餾的方法分離，故D正確。7．硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up9(焦炭),\s\do3(高溫))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up9(HCl),\s\do3(573K以上))eq\x(SiHCl3粗)eq\o(→,\s\up7(精餾))eq\x(SiHCl3純)eq\o(→,\s\up9(H2),\s\do3(1357K))eq\x(高純硅)①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)反應(yīng)方程式：______________________________________________________________________。②整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出并配平該反應(yīng)化學(xué)方程式：______________________________；H2還原SiHCl3過程中若混有O2，可能引起的后果是_________________________________________________。(2)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在探究硅的制取方法時，從資料中查閱到下列信息：Ⅰ．Mg在高溫條件下可與SiO2反應(yīng)；Ⅱ．金屬硅化物與稀H2SO4反應(yīng)生成硫酸鹽和SiH4；Ⅲ．SiH4在空氣中自燃。他們根據(jù)信息進(jìn)行實驗，當(dāng)用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步實驗獲得的固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花；然后過濾、洗滌、干燥；最后稱量、計算，測得其產(chǎn)率只有預(yù)期值的63%左右。①第Ⅰ步實驗發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________________________________。②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步實驗獲得固體產(chǎn)物時，產(chǎn)生爆鳴聲和火花的原因是_____________