18版高考化学二轮复习第四章非金属及其化合物教案180324474.doc
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第四章非金属及其化合物
考点一 碳、硅单质及氧化物的性质
一、对比掌握碳、硅单质的性质与用途
1.碳、硅单质的存在形式
碳
硅
存在形式
既有游离态,又有化合态
因有亲氧性,所以仅有化合态
单质
金刚石、石墨、C60等同素异形体
晶体硅和无定形硅两大类
2.碳、硅单质的结构、物理性质与用途
(1)碳、硅单质的结构
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。
(2)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来):
提示:
①-c ②-a ③-e ④-b ⑤-d
[注意]
(1)碳单质的结构不同导致物理性质不同,但化学性质相似。
(2)同素异形体之间的转化是化学变化,但不是氧化还原反应。
[基点小练]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)碳有多种同素异形体,而氧不存在同素异形体(×)
(2)单质硅常用作半导体材料和光导纤维(×)
(3)硅在自然界中只以化合态的形式存在(√)
(4)石墨在一定条件下能转化成金刚石,该转化属于物理变化(×)
二、碳、硅单质的化学性质——还原性
碳、硅的最外层都是4个电子,位于元素周期表的第ⅣA族,不容易失也不容易得电子,通常化学性质稳定,但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应,一般表现为还原性(如图)。
1.碳的性质与用途
碳有重要的用途,除了在氧气中燃烧利用其热能外,还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等,完成上图转化关系中①、③的化学方程式。
①C+CO22CO;
③C+H2O(g)CO+H2。
2.硅的化学性质
硅的化学性质不活泼,在常温下只能与氟气、氢氟酸、NaOH溶液反应,不能与H2、O2、Cl2、浓硫酸、浓硝酸反应,但加热时能与O2、Cl2反应。
完成上图转化关系中④~⑦的化学方程式:
④Si+O2SiO2;
⑤Si+2Cl2SiCl4;
⑥Si+4HF===SiF4↑+2H2↑;
⑦Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。
3.硅的工业制法
用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅,反应的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO↑。
[注意] 工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅,但反应需隔绝空气(或O2),生成的是CO而不是CO2。
[基点小练]
2.下列物质能与单质硅起化学反应的是________。
①浓HNO3 ②水 ③浓H2SO4 ④氢氟酸 ⑤NaOH溶液 ⑥氟气 ⑦氯气
答案:
④⑤⑥⑦
三、性质迥异的两种氧化物——CO2与SiO2
1.物理性质
(1)熔、沸点:
SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高。
(2)溶解性:
CO2可溶于水,SiO2不溶于水。
2.化学性质
物质
二氧化硅
二氧化碳
与水反应
不反应
CO2+H2OH2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
不反应
与碱(NaOH)溶液反应
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量:
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
CO2足量:
CO2+NaOH===NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应:
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
如与Ca(ClO)2反应:
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO
与碱性氧化物反应
如与CaO反应:
SiO2+CaOCaSiO3
如与Na2O反应:
CO2+Na2O===Na2CO3
3.主要用途
CO2:
制饮料、碳酸盐,干冰用作制冷剂。
SiO2:
作光导纤维,制光学仪器、电子部件,水晶可制作饰品。
4.CO2的实验室制法
(1)反应原理
用大理石与稀盐酸或稀硝酸反应离子方程式:
CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。
(2)发生装置
通常用启普发生器。
[注意]
(1)CO2与水反应生成碳酸,但SiO2不溶于水,不能用SiO2与水反应制备硅酸。
(2)SiO2既能与HF反应,又能与NaOH溶液反应,但SiO2不是两性氧化物。
[基点小练]
3.依据SiO2的性质,选择下列试剂,除去括号中的杂质。
A.盐酸 B.NaOH溶液
粉末状混合物
选择的试剂
实验操作
(1)
CaCO3(SiO2)
(2)
SiO2(CaCO3)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
Fe2O3(SiO2)
答案:
(1)B 过滤
(2)A 过滤 (3)A 过滤 (4)B 过滤
题点
(一) 碳及其化合物的性质
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·全国甲卷)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一(√)
(2)(2016·四川高考)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊,说明该溶液中一定含有CO(×)
(3)(2016·四川高考)标准状况下,5.6LCO2气体中含有氧原子数为0.5NA(√)
(4)(2016·海南高考)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在CO(×)
(5)(2014·全国卷Ⅱ)用活性炭去除冰箱中的异味,没有发生化学反应(√)
(6)(2014·全国卷Ⅱ)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体(×)
(7)(2015·江苏高考)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体(×)
(8)(2013·江苏高考)甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有转化关系:
甲乙丙,若甲为焦炭,则丁可能是O2(√)
2.(2016·江苏高考)大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。
下列活动会导致大气中CO2含量增加的是( )
A.燃烧煤炭供热 B.利用风力发电
C.增加植被面积 D.节约用水用电
解析:
选A 燃烧煤炭供热会产生CO2,A正确;利用风力发电不会产生CO2,B错误;增加植被面积,会增加植物的光合作用,减少大气中CO2的含量,C错误;节水节电不会增加CO2的排放,D错误。
3.(2017·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳,某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置:
根据装置回答问题:
(1)A装置的作用是____________。
(2)实验后怎样处理尾气________,发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(3)若实验时观察到________,则证明原气体中一定含有一氧化碳。
解析:
(1)除去混合气体的CO2时,可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中,故A装置的作用是吸收CO2,以排除对下面实验的干扰。
(2)CO有毒,故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。
(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色,故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。
答案:
(1)吸收CO2
(2)点燃 2CO+O22CO2
(3)B中无明显现象,装置C中黑色粉末变成光亮的红色,D中澄清石灰水变浑浊
确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法
各装置的作用是:
A——除去混合气体中的CO2气体
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——CO还原CuO:
CO+CuOCu+CO2
D——验证CO的氧化产物CO2
E——除去尾气中的CO2气体
F——除去尾气中的CO气体、防止污染环境
确定混合气体中含有CO气体的实验现象是:
C中的物质由黑色变成红色,B中无明显现象,D中的澄清石灰水变浑浊。
题点
(二) 硅及其氧化物的性质与制备
4.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·全国丙卷)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(√)
(2)(2016·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现:
SiO2SiCl4Si(×)
(3)(2016·海南高考)石英砂可用于生产单晶硅(√)
(4)(2016·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅(×)
(5)(2015·江苏高考)物质间转化能一步实现:
粗硅SiCl4Si(√)
(6)(2015·广东高考)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维(√)
(7)(2015·安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物(×)
(8)(2014·海南高考)Si和SiO2都用于制造光导纤维(×)
(9)(2013·广东高考)SiO2可与HF反应,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中(√)
(10)(2013·广东高考)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅(√)
5.半导体工业中,有一句行话:
“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si。
制取过程中不涉及的化学反应是( )
A.2C+SiO2Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
解析:
选B 工业制取纯硅的工艺流程为:
SiO2粗硅SiCl4纯硅,该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。
熟记硅及其化合物的特殊性质
物质
一般规律
硅及其化合物的特性
Si
硅还原性强于碳
2C+SiO2Si+2CO↑
非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2
硅可与强碱溶液反应产生H2
非金属单质一般不与非氧化性酸反应
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
非金属单质一般为绝缘体
硅为半导体
SiO2
酸性氧化物一般与水反应生成相应酸
SiO2不溶于水,也不与水反应
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,H2CO3酸性大于H2SiO3,故可发生反应Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
以下反应不能说明酸性的强弱:
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
H2SiO3
无机酸一般易溶于水
硅酸难溶于水
考点二 硅酸、硅酸盐及无机非金属材料
1.硅酸
[思考] 如何通过实验证明硅酸的酸性比碳酸的弱?
提示:
向硅酸钠溶液中通入CO2气体,若溶液变浑浊,说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。
2.硅酸盐
(1)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。
(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。
[注意]
(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。
(2)硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐是硅酸钠,其水溶液称为泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液。
硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。
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。
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、石英、石灰石
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔窑
陶瓷窑
②玻璃生产中的两个重要反应:
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;
CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
(2)新型无机非金属材料
①高温结构陶瓷:
如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。
②生物陶瓷:
对机体无排异反应,不会引起代谢作用异常。
③压电陶瓷:
具有压电效应。
[注意]
(1)玻璃中含有二氧化硅,因此氢氟酸可用于雕刻玻璃,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。
(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放,但不能用带磨口玻璃塞而使用橡胶塞。
题点
(一) 硅酸盐、无机非金属材料
1.判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化(√)
(2)(2016·四川高考)pH=2的溶液中可能大量存在Na+、NH、SiO(×)
(3)(2016·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式:
Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+(×)
(4)(2015·山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式:
SiO+SO2+H2O===H2SiO3↓+SO(×)
(5)(2015·重庆高考)烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应(×)
2.大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。
下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是( )
选项
俗名
主要成分(化学式)
用途
A
石英
SiO2
集成电路
B
纯碱
Na2CO3
制备玻璃
C
水玻璃
Na2SiO3
制备硅胶
D
铁红
Fe2O3
用作油漆和涂料
解析:
选A 石英主要用于生产玻璃和光导纤维等,晶体硅才用于制作集成电路。
3.(2017·洛阳模拟)胃舒平主要成分是氢氧化铝,同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。
(1)三硅酸镁的氧化物形式为________________________________________________________________________。
(2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料,其原因是_______。
a.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体
b.Al2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物
c.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点
解析:
(1)Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。
(2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点,故可作为耐火材料。
答案:
(1)2MgO·3SiO2·nH2O
(2)c
硅酸盐改写成氧化物形式的方法
(1)氧化物的书写顺序:
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应化为整数。
如正长石:
KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2,应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
题点
(二) 硅及其化合物的转化
4.下列变化中,不能一步实现的是( )
A.Na2SiO3―→H2SiO3 B.H2SiO3―→SiO2
C.SiO2―→H2SiO3 D.SiO2―→Na2SiO3
解析:
选C Na2SiO3H2SiO3;H2SiO3△,SiO2,SiO2NaOH,Na2SiO3,SiO2不与H2O反应,故不能一步转化为H2SiO3。
5.如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是( )
A.SiO2属于两性氧化物
B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞
C.硅胶吸水后可重复再生
D.图中所示的转化都是氧化还原反应
解析:
选C SiO2是酸性氧化物,A错误;Na2CO3溶液呈碱性,试剂瓶不能用玻璃塞,B错误;题图中有的转化不是氧化还原反应,例如SiO2与NaOH溶液的反应,D错误。
[课堂巩固练]
对应学生用书P63
1.4G网络让手机“飞”起来了。
手机芯片的核心是硅板,其成分是( )
A.SiO2 B.Si
C.H2SiO3 D.Na2SiO3
解析:
选B 手机芯片的核心是硅板,其成分是Si单质,故选项B正确。
2.(2017·湖北八校联考)如何解决好碳排放问题是关系到人类可持续发展的重大课题之一。
目前,采用较多的方法是对二氧化碳进行捕集封存和富集再利用。
下列与二氧化碳有关的叙述正确的是( )
A.CO2是形成酸雨的主要物质
B.CO2导致温室效应,是一种大气污染物
C.CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0,高温有利于该反应自发进行
D.实验室常用大理石与稀盐酸或稀硫酸反应制取二氧化碳
解析:
选C 硫的氧化物和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质,A项错误;CO2不属于大气污染物,B项错误;CO2(g)+C(s)2CO(g)为熵增的吸热反应,当ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行,故高温有利于该反应自发进行,C项正确;实验室不能用稀硫酸与大理石反应制取二氧化碳,因为生成的硫酸钙微溶,包裹在大理石的表面,会阻止大理石与稀硫酸接触,使反应停止,D项错误。
3.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。
它可以按下列方法制备:
SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)
下列说法正确的是( )
A.步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑
B.步骤①②③中生成或消耗1molSi,转移2mol电子
C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6℃),可通过蒸馏提纯SiHCl3
解析:
选D A项,高温下SiO2与C反应生成Si和CO气体,即步骤①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,错误;B项,步骤①中生成1molSi,转移4mol电子,步骤②中生成1molSiHCl3,消耗1molSi,转移2mol电子,步骤③中生成1molSi,转移2mol电子,错误;C项,硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气,错误;D项,SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大,可以采用蒸馏的方法分离,正确。
4.硅是无机非金属材料的主角,硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)下列物质不属于硅酸盐的是________。
A.陶瓷 B.玻璃
C.水泥 D.生石灰
(2)SiO2是玻璃的主要成分之一,SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________________,工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。
(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na2SiO3可用作________。
Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。
A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚
C.氧化铝坩埚 D.铁坩埚
(4)工业上常利用反应2C+SiO2Si+2CO↑制备硅单质,该反应中所含元素化合价升高的物质是________(填化学式,下同),氧化剂是________。
解析:
(1)生石灰是CaO,为碱性氧化物且不含Si元素,不属于硅酸盐。
(2)SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。
由于SiO2能溶于氢氟酸,因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。
(3)Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”,具有阻燃的功能,因此可用作防火剂。
SiO2、Al2O3和Na2CO3在高温下反应分别生成Na2SiO3、NaAlO2和CO2,故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应,故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。
(4)题给反应中C(碳)被氧化,SiO2中+4价的硅被还原,因此SiO2作氧化剂。
答案:
(1)D
(2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O 氢氟酸 (3)防火剂 D (4)C SiO2
5.在下列物质的转化关系中,A是一种固体单质,且常作半导体材料,E是一种白色沉淀,F是最轻的气体单质。
据此填写:
(1)B的化学式是________,目前在现代通讯方面B已被用作__________主要原料。
(2)B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________________。
(3)A和a溶液反应的离子方程式是_____________________________________。
(4)C和过量盐酸反应的离子方程式是__________________________________。
解析:
A是一种固体单质,且常作半导体材料,则A是Si,所以B为SiO2,由图中转化关系可知E为H2SiO3,a为NaOH,C为Na2SiO3,D为H2O,由于F是最轻的气体单质,则F为H2,Si与NaOH溶液反应的离子方程式为Si+2OH-+H2O===SiO+2H2↑,SiO2与NaOH溶液反应的离子方程式为SiO2+2OH-===SiO+H2O。
答案:
(1)SiO2 光导纤维
(2)SiO2+2OH-===SiO+H2O
(3)Si+2OH-+H2O===SiO+2H2↑
(4)SiO+2H+===H2SiO3↓
[课下提能练]
1.硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤,在无机非金属材料中,硅一直扮演着主角,下面几种物质中含有硅单质的是( )
解析:
选C A.玛瑙的主要成分是二氧化硅,错误;B.光导纤维的主要成分是二氧化硅,错误;C.太阳能电池板的主要成分是硅单质,正确;D.水晶的主要成分是二氧化硅,错误。
2.材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是( )
选项
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
解析:
选A 金刚石的化学成分是碳,A项错误。
3.据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料,其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的。
下列相关叙述不正确的是( )
A.它耐高温抗氧化
B.它比钢铁轻、硬,但质地较脆
C.它没有固定的熔点
D.它是一种新型无机非金属材料
解析:
选B 由航空材料的成分组成知其质轻、具有耐高温抗氧化等性质,由于这种材料能增加韧性,故质地不会较脆,故B错,A正确;复合材料属于混合物,没有固定的熔点,由碳化硅、高温结构陶瓷和碳纤维复合而成的材料均属于新型无机非金属材料,C、D正确。
4.下列有关硅的叙述中,正确的是( )
A.工业上通常以SiO2为原料,用氧化剂与其反应制备单质硅
B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位
C.硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在
D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料
解析:
选D A项,工业上制单质Si的反应为SiO2+2CSi+2CO↑,C为还原剂,错误;B项,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,错误;C项,硅在自然界中都以化合态存在,错误。
5.下列说法正确的是( )
A.在粗硅的制取中发生2C+SiO22CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性大于硅的还原性
B.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3
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- 18 高考 化学 二轮 复习 第四 非金属 及其 化合物 教案 180324474
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