2018届一轮复习人教版碳、硅及无机非金属材料学案(2) 8页

第四单元　非金属及其化合物 第一课时　碳、硅及无机非金属材料 复习目标：‎ ‎1．掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。‎ ‎2．了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。‎ ‎3．了解常见的无机非金属材料。‎ ‎4．了解碳、硅及其重要化合物的制备方法。‎ 考点一　碳、硅的性质及其应用 自主梳理 ‎1．碳、硅元素的存在形态 ‎(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。‎ ‎(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。‎ ‎2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构；石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 物理 性质 金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池 ‎3.碳、硅单质的化学性质 ‎（1）碳单质的化学性质——还原性。‎ ‎①与O2的反应(用化学方程式表示)：‎ O2不足：2C＋O22CO；O2充足：C＋O2CO2。‎ ‎②与其他物质的反应(用化学方程式表示)：‎ 与CuO反应：2CuO＋C2Cu＋CO2↑(可用于金属的冶炼)；‎ 与CO2反应：CO2＋C2CO；‎ 与水蒸气反应：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤气)；‎ 与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。‎ ‎（2）硅的化学性质——还原性。‎ ‎①与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；‎ ‎②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；‎ ‎③与O2反应：Si＋O2SiO2。‎ ‎4.硅的工业制法：。‎ ‎【深度思考】判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎(1)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。(　　)‎ ‎(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。(　　)‎ ‎(3)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。(　　)‎ ‎(4)硅在自然界中只以化合态的形式存在。(　　)‎ ‎(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。(　　)‎ ‎【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×‎ 例1、有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是(　　) ‎ A．高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片 B．硅可由二氧化硅还原制得 C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应 D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 ‎【答案】D ‎【发散类比1】下列说法正确的是(　　)‎ A．单质氧化物酸或碱盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化 B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现转化：‎ C．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置 D．单质硅常用于制造光导纤维 ‎【答案】C ‎【思维建模】‎ 碳、硅单质的特殊性 ‎1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。‎ ‎2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。‎ ‎3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋‎2CSi＋2CO↑。‎ ‎4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。‎ ‎5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。‎ ‎6．一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)H2＋CO。‎ 考点二碳、硅的氧化物的性质及应用 自主梳理 ‎1．一氧化碳的性质及应用 ‎(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是：与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。‎ ‎(2)化学性质及应用(写出有关化学方程式)‎ ‎①可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。‎ ‎②还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。‎ ‎2．二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 结构 空间立体网状结构，不存在单个分子 存在单个分子 主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 化 学 性 质 ‎①与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3‎ ‎②与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O 不反应 ‎③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)‎ CO2少量：CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O、‎ CO2过量：CO2＋NaOH＝NaHCO3‎ ‎④与盐反应 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑‎ Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)＝H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)＝H2SiO3↓＋2NaHCO3‎ ‎⑤与碱性氧化物反应 SiO2＋CaOCaSiO3‎ Na2O＋CO2＝Na2CO3‎ 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐 ‎【深度思考】判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎(1)加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应(　　)‎ ‎(2)CO2不支持燃烧是相对的。(　　)‎ ‎(3)CO和CO2是碳的两种氧化物，二者均是温室气体。(　　)‎ ‎(4)酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应。(　　)‎ ‎(5)工业上用焦炭和石英制取粗硅反应的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑。(　　)‎ ‎(6)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化。(　　)‎ ‎【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√‎ 例2、据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) ‎ A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物 B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸 C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强 D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐 ‎【答案】B ‎【发散类比2】下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是________(填序号)。‎ ‎①CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐(酸性氧化物)均能与NaOH反应 ‎②SiO2为酸性氧化物，不与任何酸反应 ‎③光导纤维的主要成分是SiO2，能导电 ‎④SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质 ‎⑤Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO均能一步转化 ‎⑥SiO2＋3CSiC＋2CO↑中SiO2作氧化剂 ‎⑦CO2和SiO2常温下都是由相应的分子构成 ‎⑧存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞，不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH反应 ‎【答案】①④⑧‎ ‎【解析】②SiO2与氢氟酸反应；③光导纤维能传输光，不导电；⑤SiO2→H2SiO3不能一步转化；⑥SiO2既不作氧化剂也不作还原剂；⑦SiO2是由原子构成的晶体，不是由分子构成。‎ ‎【归纳总结】‎ SiO2的特性及原理 ‎(1)一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。‎ ‎(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应能生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。‎ ‎(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑(原理是：难挥发性物质制备易挥发性物质)。‎ 考点三硅酸及其盐和无机非金属材料 自主梳理 ‎1．硅酸 ‎(1)弱酸性：H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸弱，不能使指示剂变色，能与强碱(如NaOH)反应，反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。‎ ‎(2)不稳定性：H2SiO3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3SiO2＋H2O。‎ ‎(3)硅酸的制备及硅胶：‎ ‎①制备原理：可溶性硅酸盐(如Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为Na2SiO3＋‎ ‎2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。‎ ‎②硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶，常用作干燥剂和催化剂的载体。‎ ‎2．硅酸盐 ‎(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。‎ ‎(2)硅酸盐组成的表示方法：‎ 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(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。‎ ‎(3)硅酸钠：‎ ‎①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。‎ ‎②与酸性较硅酸强的酸反应：‎ a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。‎ b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。‎ ‎③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。‎ ‎3．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。常见硅酸盐材料如下表。‎ 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 主要成分 ‎3CaO·SiO2‎ ‎2CaO·SiO2‎ ‎3CaO·Al2O3‎ Na2SiO3‎ CaSiO3‎ SiO2‎ 硅酸盐 生产条件 高温 ‎(2)新型无机非金属材料：如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。‎ ‎(3)特殊功能的含硅物质 ‎①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。‎ ‎②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。‎ ‎③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。‎ ‎【深度思考】判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(　　)‎ ‎(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。(　　)‎ ‎(3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强。(　　)‎ ‎(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料(　　)‎ ‎(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点(　　)‎ ‎(6)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点(　　)‎ ‎(7)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品(　　)‎ ‎(8)2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO(　　)‎ ‎【答案】(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×‎ 例3、下列关于硅酸及其盐的说法正确的是(　　)‎ A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中 B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生 C．硅酸可以用SiO2与H2O反应制备 D．将CO2通入水玻璃中有白色沉淀生成 ‎【答案】D ‎【解析】A项，Na2SiO3溶液本身能黏结玻璃；B项，不矛盾，二者的反应条件和环境不同；C项，SiO2与H2O不反应。‎ ‎【发散类比3】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KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2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 ‎【答案】C ‎【解析】A.水晶主要成分是SiO2不是硅酸盐，错误；B.水玻璃是Na2SiO3溶液，具有黏性，因此可以作黏合剂，由于其不能燃烧，故也是防火剂，错误；C.硅酸盐可以用盐的形式表示，也可以用氧化物的形式表示，在表示时各种元素的原子个数比不变，所以某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2O·Al2O3·6SiO2，正确；D.高纯度的SiO2用于制造光纤，高纯度的Si用于制造太阳能电池，错误。‎ ‎【思维建模】‎ 硅酸盐氧化物形成的表示方法 ‎(1)氧化物的一般书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。‎ ‎(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。‎ ‎(3)当计量数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8将K2O·Al2O3·3SiO2，写成K2O·Al2O3·6SiO2，但原子个数比不变。‎