高考化學一輪復習第四章第1節(jié)碳、硅及無機非金屬材料教師用書

高考化學一輪復習第四章第1節(jié)碳、硅及無機非金屬材料教師用書[考試說明]1.了解碳、硅單質及其化合物的主要性質及應用。2.了解碳、硅及其化合物對環(huán)境質量的影響。3.了解常見無機非金屬材料的性質和用途。[命題規(guī)律]碳、硅及其化合物的性質是高考的?？键c，其考查方式有：結合原子結構、元素周期律以選擇題型考查碳、硅及其化合物的性質及應用；以新材料、新技術為背景結合工藝流程圖以填空題型考查碳、硅的化合物的性質及應用等?？键c1碳、硅單質及其氧化物的性質知識梳理1.碳單質的存在、性質和用途2．硅單質的存在、性質和制備(1)存在、結構及物理性質(2)化學性質硅的化學性質不活潑，常溫下不能被濃硫酸、濃硝酸等強氧化劑氧化，只能與F2、氫氟酸、強堿溶液反應；在加熱條件下，能與O2、Cl2等少數(shù)非金屬單質化合。寫出下列相關反應的化學方程式：(3)工業(yè)制備反應原理：①制粗硅eq\o(□,\s\up4(20))SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑，②粗硅的提純eq\o(□,\s\up4(21))Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(高溫))SiCl4、eq\o(□,\s\up4(22))SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋4HCl。3．碳和硅的氧化物(1)一氧化碳CO是無色無味的eq\o(□,\s\up4(23))有毒氣體，eq\o(□,\s\up4(24))不溶于水，可用作氣體燃料和冶金工業(yè)的eq\o(□,\s\up4(25))還原劑。(2)二氧化碳和二氧化硅(1)硅與堿溶液反應時，硅為還原劑，H2O為氧化劑。(2)不能依據(jù)反應2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑來說明C的還原性比Si強，也不能依據(jù)反應SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑來說明SiO2水化物的酸性比H2CO3強。(3)用于半導體材料的是高純的晶體硅，用作光導纖維材料的是SiO2。(4)SiO2是酸性氧化物，但能與HF反應，因此盛放氫氟酸不能用玻璃瓶，要用特制的塑料瓶。盛放堿性溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，因為SiO2與堿溶液反應生成具有黏性的Na2SiO3。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，錯誤的指明錯因。(1)硅單質廣泛存在于自然界中，天然存在的單質硅叫硅石。(×)錯因：硅在自然界中只以化合態(tài)存在。(2)SiO2既可以和氫氟酸反應，又可以和NaOH溶液反應，是兩性氧化物。(×)錯因：SiO2僅與氫氟酸反應，沒有鹽生成，與其他酸均不反應，故SiO2不屬于兩性氧化物。(3)碳和硅的氧化物都能與NaOH溶液反應。(×)錯因：一氧化碳與NaOH溶液不反應。(4)光導纖維具有很強的導電能力，所以大量用于制造通信光纜。(×)錯因：光導纖維具有很強的導光能力，所以大量用于制造通信光纜。(5)單質硅是半導體材料，常用于制造光導纖維。(×)錯因：單質硅常用于制造硅芯片和硅太陽能電池，SiO2用于制造光導纖維。題組訓練題組一碳、硅及其氧化物的性質和應用1．碳及其化合物與科學、技術、社會、環(huán)境密切相關。下列有關說法中正確的是()A．12C、13C、14CB．用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以實現(xiàn)“碳”的循環(huán)利用C．石墨烯和碳纖維都是新型有機高分子材料D．碳納米管是一種有機合成纖維，其比表面積大，可用作新型儲氫材料答案B解析12C、13C、14C2．有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列有關硅的說法中，不正確的是()A．高純度的硅廣泛用于制作計算機中的芯片B．硅可由二氧化硅還原制得C．低溫時，硅與水、空氣和酸不反應，但能與氫氟酸反應D．自然界中硅的儲量豐富，自然界中存在大量的單質硅答案D解析硅是重要的半導體材料，可用于生產(chǎn)制造計算機中的芯片，A正確；2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑，B正確；常溫下，Si的性質穩(wěn)定，但可以與F2、HF、強堿溶液反應，C正確；自然界中不存在單質硅，D錯誤。題組二硅的制備3．半導體工業(yè)中，有一句行話：“從沙灘到用戶”，即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學反應是()A．2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(△))SiCl4D．SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋4HCl答案B解析工業(yè)制取純硅的工藝流程為SiO2eq\o(→,\s\up17(C))粗硅eq\o(→,\s\up17(Cl2))SiCl4eq\o(→,\s\up17(H2))純硅，該工藝流程中不涉及SiO2與NaOH溶液的反應。4．高純度晶體硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導體”材料，它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”。它可以按下列方法制備：SiO2eq\o(→,\s\up17(①C),\s\do15(高溫))Si(粗)eq\o(→,\s\up17(②HCl),\s\do15(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up17(③過量H2),\s\do15(1000～1100℃))Si(純)下列說法正確的是()A．步驟①的化學方程式為SiO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋CO2↑B．步驟①②③中每生成或反應1molSi，轉移4mol電子C．二氧化硅能與氫氟酸反應，而硅不能與氫氟酸反應D．SiHCl3(沸點為33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點為67.6℃答案D解析A項，步驟①的化學方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑；B項，步驟②③中每生成或反應1molSi，轉移2mol電子；C項，硅能與氫氟酸反應生成SiF4和氫氣；D項，SiHCl3和SiCl4的沸點相差較大，可通過蒸餾(或分餾)提純SiHCl3?？键c2硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料知識梳理1.硅酸(1)弱酸性：H2SiO3eq\o(□,\s\up4(01))難溶于水，其酸性比碳酸eq\o(□,\s\up4(02))弱，不能使指示劑變色，能與強堿(如NaOH)反應，反應的化學方程式為eq\o(□,\s\up4(03))2NaOH＋H2SiO3=Na2SiO3＋2H2O。(2)不穩(wěn)定性：H2SiO3不穩(wěn)定，受熱易分解，反應的化學方程式為eq\o(□,\s\up4(04))H2SiO3eq\o(=,\s\up17(△))SiO2＋H2O。(3)硅酸的制備及硅膠①制備原理：可溶性硅酸鹽(如Na2SiO3)與其他酸(如鹽酸)反應的化學方程式為eq\o(□,\s\up4(05))Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。②硅膠(化學式：mSiO2·nH2O)：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后即得硅膠，常用作eq\o(□,\s\up4(06))干燥劑和作為eq\o(□,\s\up4(07))催化劑的載體。2．硅酸鹽(1)概念：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鹽組成的表示：通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為eq\o(□,\s\up4(08))K2O·Al2O3·6SiO2。書寫規(guī)律：化合價不變，原子個數(shù)比不變。(3)硅酸鈉(Na2SiO3)①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱eq\o(□,\s\up4(09))水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。②它能與酸反應，如與鹽酸反應：eq\o(□,\s\up4(10))Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓；與CO2水溶液反應：eq\o(□,\s\up4(11))Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。3．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。(2)新型無機非金屬材料，指的是一類新型的具有特殊結構和特殊功能的非硅酸鹽材料，如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物質①碳化硅具有金剛石結構，硬度大，可用作磨料。②含硅4%的硅鋼具有導磁性，用作變壓器鐵芯。③硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質。(1)Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，與玻璃的成分不相同；水玻璃又稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液(存放的試劑瓶不能用玻璃塞)，而不是堿溶液。(2)硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法①氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。②氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計量數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。③當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)。如長石：KAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應寫成K2O·Al2O3·6SiO2。判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，錯誤的指明錯因。(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點。(×)錯因：玻璃是非晶體，沒有固定的熔點。(2)Si→SiO2→H2SiO3均能一步轉化。(×)錯因：SiO2與H2O不反應，不能一步生成H2SiO3。(3)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿。(×)錯因：水玻璃是硅酸鈉的水溶液，又稱泡花堿，屬于鹽類。(4)瑪瑙手鐲、水晶鏡片、玻璃所用材料均為硅酸鹽。(×)錯因：瑪瑙、水晶主要成分是二氧化硅。(5)2MgO·SiO2中的酸根陰離子為SiOeq\o\al(2－,3)。(×)錯因：2MgO·SiO2寫成鹽的形式為Mg2SiO4，故酸根陰離子為SiOeq\o\al(4－,4)。題組訓練題組一無機非金屬材料1．下列我國古代優(yōu)秀藝術作品中，所用材料不屬于無機非金屬材料的是()答案A解析青銅器屬于金屬材料，陶瓷是無機非金屬材料。2．硅是構成無機非金屬材料的一種主要元素，下列有關硅的化合物的敘述正確的是()A．SiO2熔點高，硬度大，不與任何無機酸反應B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結構陶瓷和軸承C．光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO2，是一種高質量傳導光的纖維，耐酸堿腐蝕D．二氧化硅分子中硅原子與氧原子個數(shù)之比為1∶2答案B解析二氧化硅能與氫氟酸反應，A錯誤；光導纖維的主要成分是SiO2，是酸性氧化物，可與強堿溶液反應，C錯誤；二氧化硅中不存在分子，D錯誤。題組二硅酸鹽的結構和性質3．將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質是()A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2答案A解析將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反應：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3；加熱蒸干高溫灼燒時發(fā)生反應：H2SiO3eq\o(=,\s\up17(△))H2O＋SiO2；2NaHCO3eq\o(=,\s\up17(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑，最后所得固體物質是Na2SiO3，故選A。4．青石棉是世界衛(wèi)生組織確認的一種致癌物質，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一。青石棉的化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法中正確的是()A．青石棉是一種易燃品且易溶于水B．青石棉的化學組成用氧化物的形式可表示為Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2OC．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量的硝酸作用，至少需消耗6L3mol·L－1HNO3溶液D．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2與足量氫氟酸作用，至少需消耗5.5L2mol·L－1HF溶液答案C解析根據(jù)青石棉的組成可知，該物質屬于硅酸鹽，不是一種易燃品且難溶于水，A錯誤；根據(jù)氧原子守恒可知應該是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B錯誤；根據(jù)組成可知和硝酸作用生成2mol硝酸鈉、5mol硝酸鐵和1molNO，因此需要硝酸的物質的量是18mol，C正確；和氫氟酸反應生成SiF4、NaF的物質的量分別是8mol和2mol，所以需要HF的物質的量是34mol，D錯誤。高考真題實戰(zhàn)1．(高考集萃)判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”。(1)(2018·天津高考)商代后期鑄造出工藝精湛的后(司)母戊鼎，該鼎屬于銅合金制品。()(2)(2017·天津高考)硅太陽能電池工作時，光能轉化為電能。()(3)(2017·江蘇高考)SiO2硬度大，故可用于制造光導纖維。()(4)(2017·江蘇高考)利用：CaCO3eq\o(→,\s\up17(高溫))CaOeq\o(→,\s\up17(SiO2),\s\do15(高溫))CaSiO3可實現(xiàn)物質間的轉化。()(5)(2016·四川高考)硅膠作袋裝食品的干燥劑，沒有發(fā)生化學變化。()(6)(2016·江蘇高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸離子方程式：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋。()(7)(2016·全國卷Ⅲ)HF與SiO2反應，所以可用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標記。()(8)(2016·江蘇高考)下述變化可以實現(xiàn)：SiO2HCl(aq),SiCl4eq\o(→,\s\up17(H2),\s\do15(高溫))Si。()答案(1)√(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(7)√(8)×解析(3)SiO2用于制造光導纖維是其導光性能好。(5)硅膠吸收H2O(g)是物理吸附，所以正確。(6)離子方程式中Na2SiO3可拆為Na＋和SiOeq\o\al(2－,3)。(8)SiO2不與HCl(aq)反應。2．(2018·江蘇高考)CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質。下列過程會引起大氣中CO2含量上升的是()A．光合作用 B．自然降雨C．化石燃料的燃燒 D．碳酸鹽的沉積答案C解析A項，光合作用消耗CO2，會引起大氣中CO2含量下降；B項，自然降雨時H2O會與少量CO2反應生成H2CO3，不會引起CO2含量的上升；C項，化石燃料指煤、石油、天然氣，它們都含C元素，燃燒后生成CO2，會引起大氣中CO2含量上升；D項，碳酸鹽沉積不會引起大氣中CO2含量上升。3．(2017·全國卷Ⅱ節(jié)選)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示：回答下列問題：(1)在分解水泥樣品過程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是______________________________，還可使用________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于強酸但可與一種弱酸反應，該反應的化學方程式為_____________________________________________________________________。答案(1)將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)解析(1)由題意知，水泥樣品中含有鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物，后面操作有加入氨水調節(jié)pH＝4～5，目的是除去Al元素和Fe元素，而在此pH范圍內，F(xiàn)e元素只有轉化為Fe3＋才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋；還可以使用雙氧水等其他氧化劑代替硝酸。(2)水泥樣品中的SiO2、Ca