1、 第第 19 讲讲 碳、硅及无机非金属材料碳、硅及无机非金属材料 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。 考点一考点一 碳及其重要化合物碳及其重要化合物 1碳单质 (1)存在形式：有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (2)主要化学性质还原性 可燃性 2CO2(不足)= 点燃 2CO、CO2(足量)= 点燃 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 H
2、2SO4：_； 浓 HNO3： _ 答案 C2CuO= 2CuCO2 2CSiO2= 高温 Si2CO CH2O(g)= 高温 H2CO C2H2SO4(浓)= CO22SO22H2O C4HNO3(浓)= CO24NO22H2O 2CO、CO2的性质对比 CO CO2 物理性质 无色无味气体 密度比空气小 难溶于水 无色无味气体 密度比空气大 可溶于水(溶解度小) 毒性 有毒(易结合血红蛋白) 无毒(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 与炽热炭反应 Mg 在 CO2中燃烧 与水反应 无 CO2H2OH2CO3 与碱反应 (石灰水) 无 Ca(OH)2CO2
3、=CaCO3H2O (检验 CO2) 相互转化 CO2 C， O2；CuO CO 用途 燃料、冶炼金属 灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等 3.碳酸(H2CO3) 性质：为弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与 CO2共存，因此常 把 CO2H2O 当碳酸用。 4碳酸的正盐和酸式盐的比较 正盐(CO2 3) 酸式盐(HCO 3) 溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶 溶解度 一般而言，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶 解度 Ca(HCO3)2CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶 解度 Na2CO3NaHCO3。 热稳定性 正
4、盐酸式盐碳酸 溶液 pH 同浓度：正盐酸式盐 相互转化 CO2 3 CO2H2O；H OH HCO 3 (1)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() 错因：它们的化学性质相似，但物理性质不同。 (2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应() 错因：同素异形体之间的转化，化合价不变，不是氧化还原反应。 (3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨() 错因：pHH2SiO3(2017 北京，10D) B可用磨口玻璃瓶保存 NaOH 溶液(2015 海南，7B) CHF 能与 SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2016 全国卷，7D) D石英砂可用于生产单晶硅(2016 海
5、南，4C) 答案 B 解析 A 项，依据强酸制弱酸原理判断；B 项，NaOH 与玻璃中的 SiO2会发生反应 2NaOH SiO2=Na2SiO3H2O，产生的 Na2SiO3有黏合性，会将玻璃瓶与玻璃塞黏在一起，因此不 能使用玻璃塞，要用橡胶塞，错误。 1(2020 山东莱芜月考)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 DCO、CO2、葡萄糖都属于有机物 答案 D 解析 CO、CO2不属于有机物。 2(2020 湖北百所重点学校联考)
6、近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料Si24。 下列相关说法正确的是( ) ASi24是一种新型化合物 BSi24是硅的一种同素异形体 CSi24易与稀硫酸反应生成氢气 D硅太阳能电池供电原理与原电池相同 答案 B 解析 该物质是一种单质而不是化合物， 故 A 错误； Si24是单质， 与硅单质属于同素异形体， 故 B 正确；硅的性质稳定，不与稀硫酸反应，故 C 错误；硅太阳能电池供电原理是将太阳能 转化为电能，而原电池供电原理是将化学能转化为电能，因此两者原理不同，故 D 错误。 3常温下，下列各组物质不发生反应的是( ) 硅与 NaOH 溶液 硅与盐酸 硅与氢氟酸 二氧化硅与碳酸钠
7、二氧化硅与 NaOH 溶液 二氧化硅与浓硝酸 A B C D 答案 D 解析 常温下，能发生反应Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2，Si4HF=SiF4 2H2，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。 4下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( ) 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Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2= 高温 Na2SiO3 CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都发生 C普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料 D硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 答案 D 解析 反应
8、是在高温下进行的， CO2为气体， 逸出可使平衡正向移动， 促使反应继续进行， B 项错误；石英玻璃不属于硅酸盐材料，C 项错误。 5(2020 江西师大附中模拟)由下列实验事实得出的结论正确的是( ) A由 SiO2不能与水反应生成 H2SiO3可知，SiO2不是 H2SiO3的酸酐 B由 SiO22C= 高温 Si2CO可知，碳的非金属性强于硅 CCO2通入 Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性 H2CO3H2SiO3 DSiO2可与 NaOH 溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知 SiO2为两性氧化物 答案 C 解析 SiO2是 H2SiO3的酸酐，A 错误；SiO22C= 高温 Si2
9、CO，说明还原性 CSi，但不 能比较非金属性，B 错误；CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3，说明酸性 H2CO3 H2SiO3，C 正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反 应是其特殊性质，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化 物，D 项错误。 6向某碳酸钠溶液中逐滴加 1 mol L 1 的盐酸，测得溶液中 Cl 、HCO 3的物质的量随加入盐 酸体积的关系如图所示，其中 n2n132，则下列说法中正确的是( ) AOa 段反应的离子方程式与 ab 段反应的离子方程式相同 B该碳酸钠溶液中含有 1 mol Na2C
10、O3 Cb0.6 D当 V(盐酸)b L 时生成 CO2的物质的量为 0.3 mol 答案 C 解析 结合图像知 Oa 段反应为 CO2 3H =HCO 3，a 之后：HCO 3H =H 2OCO2， A项错误； 由加入a L盐酸时生成HCO 3为0.5 mol， 可知n(HCl)0.5 mol， n(Na2CO3)0.5 mol， B 项错误；由 n2n132，可推知 n20.6 mol，n10.4 mol，C 项正确；当盐酸为 b L 时 产生 n(CO2)0.1 mol，D 项错误。 7(2020 黑龙江大庆铁人中学月考)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，
11、其化学式为 Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀 HNO3溶液处理时，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青石棉溶于足量的硝酸得到澄清溶液 C青石棉的化学组成可表示为 Na2O 3FeO Fe2O3 8SiO2 H2O D1 mol 青石棉能使 1 mol HNO3被还原 答案 B 解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合 物的总称，青石棉是一种硅酸盐材料，A 正确；青石棉中硅元素以硅酸根离子的形式存在， 与硝酸反应时生成硅酸，不溶于水，B 错误；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序为：活泼金 属氧化物，较活
12、泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以青石棉的化学组成用氧化物的形式可表 示为 Na2O 3FeO Fe2O3 8SiO2 H2O，C 正确；青石棉中含有二价铁，根据氧化还原反应中得失 电子守恒，有关系式：Na2O 3FeO Fe2O3 8SiO2 H2OHNO3，所以 1 mol 青石棉能使 1 mol 硝酸被还原，故 D 正确。 8水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2，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_，还可以
13、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_、_(填化学式)。 (4)草酸钙沉淀经稀 H2SO4处理后，用 KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知 钙的含量，滴定反应为：MnO 4H H 2C2O4 Mn 2CO 2H2O。实验中称取 0.400 g 水 泥样品，滴定时消耗了 0.050 0 mol L 1 的 KMnO4溶液 36.00 mL，则该水泥样品中钙元素的 质量分数为_。 答案 (1)将样品中可能存在的 Fe2 氧化为 Fe3 H 2O
14、2 (2)SiO2 SiO24HF=SiF42H2O (3)防止胶体生成， 易于沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3 (4)45.0% 解析 (1)水泥样品中含有铁的氧化物。加入盐酸后的溶液中可能含有 Fe3 、Fe2，Fe2在 pH 为 45 时不能形成沉淀除去，所以需要先加入氧化剂将 Fe2 氧化为 Fe3，故加入硝酸的目 的是将样品中可能存在的 Fe2 氧化为 Fe3；双氧水是一种强氧化剂，可将 Fe2氧化为 Fe3， 本身被还原为水，不会引入新的杂质离子，故可用双氧水代替硝酸。 (2)钙、铁、铝和镁等金属的氧化物都能溶于盐酸和硝酸的混合液，而二氧化硅不与盐酸、硝 酸反应，故沉淀 A
15、 的主要成分为 SiO2；二氧化硅可与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，该反 应的化学方程式为 SiO24HF=SiF42H2O。 (3)Fe3 和 Al3在 pH 为 45 时可水解生成氢氧化铁、氢氧化铝，水解过程中会生成氢氧化铁 胶体和氢氧化铝胶体，不利于分离出沉淀，加热可使胶体聚沉，有利于分离出沉淀，所以加 热可防止胶体的生成，易于沉淀分离，故沉淀 B 的主要成分为 Al(OH)3、Fe(OH)3。 (4)根据化合价升降法、电荷守恒和质量守恒配平可得：2MnO 46H 5H 2C2O4=2Mn 2 10CO28H2O，设含钙的物质的量为 x mol，由反应方程式和钙元素守恒可得关系式： 5C
16、a2 5H 2C2O4 2MnO 4 5 mol 2 mol x mol 0.050 0 mol L 136.00103 L 解得x4.510 3， 则0.400 g 水泥样品中钙元素的质量为4.5103 mol40 g mol10.180 g， 故该水泥样品中钙元素的质量分数为0.180 g 0.400 g100%45.0%。 9某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知：PdCl2溶液可用于检验 CO，反应的化学方程式为 COPdCl2H2O=CO22HCl Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。 (1)实验时要通入足够长时间的 N2，其原因是_ _。
17、(2)装置 B 的作用是_。 (3)装置 C、D 中所盛试剂分别为_、_，若装置 C、D 中溶液均变浑浊，且经 检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_。 (4)该装置的缺点是_。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：_ _。 答案 (1)要用 N2将装置中的空气排尽，避免空气中的 O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰 (2)作安全瓶，防止倒吸 (3)澄清石灰水 PdCl2溶液 3SiO24C= 高温 2CO22CO3Si (4)没有尾气吸收装置来吸收 CO (5)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性强于硅酸 解析 (1)碳与二氧化硅反应需在高温下进行，高温
18、下，碳与空气中的氧气也能反应，所以实 验时要将装置中的空气排尽，则需要通入足够长时间的 N2。(2)根据装置图可知，B 装置可以 作安全瓶，防止倒吸。(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳，也可能生成 二氧化碳， 所以 C 装置用来检验是否有二氧化碳， D 装置用来检验是否有一氧化碳， 装置 C、 D 中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置 C、D 中溶液均变浑浊，说明既有二氧 化碳又有一氧化碳，且经检测两气体产物的物质的量相等，根据原子守恒可知，化学方程式 为 3SiO24C= 高温 2CO22CO3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置 没有尾气吸收装置来吸收 CO。(5)验证碳酸、硅酸的酸性强弱，产生的 CO2气体先通过饱和 碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液发生反应 CO2H2O Na2SiO3=Na2CO3H2SiO3，说明酸性：H2CO3H2SiO3。