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1、优化方案教师用书届高考化学一轮复习第四章第一讲碳硅及无机非金属材料第一讲碳、硅及无机非金属材料考纲展示1了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。考 点 一碳、硅单质及其重要化合物的性质学生用书P70一、碳、硅单质的存在形态、物理性质及用途1自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。2碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳硅结构金刚石：空间网状结

2、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作切割刀具；石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池二、碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。1碳2硅三、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CO2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，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2

3、O不反应与碱反应(NaOH)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO32H2O2CO2(足量)H2SiO32NaHCO3或Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaO高温CaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3用途制造光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐四、硅酸和硅酸钠1硅酸硅酸不溶于水，

4、其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。(2)硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。2硅酸钠(Na2SiO3)(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)它能与酸性较硅酸强的酸反应，Na2SiO3溶液与下列两种物质反应的化学方程式分别为与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与CO2反应：Na2SiO3CO2H2O=H2Si

5、O3Na2CO3。(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(1)Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2CSiO2Si2CO，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。(2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱液作用放出H2，如Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)CO2是温室气体，但CO2不是污染性气体。(4)酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，但SiO2不与水反应。(5)SiO2是酸性氧化物，SiO2却既能与酸(氢氟酸)反应又能与NaOH溶液反应。(6)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但Si却能与

6、HF反应。(2015金考卷选粹)向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的物质的量浓度为多少？解析根据题意：n(CO2)0.1 mol，若生成的固体全部为K2CO3，则其质量为0.1 mol138 gmol113.8 g，若生成的固体全部为KHCO3，则其质量为0.1 mol100 gmol110 g。现固体质量为11.9 g。所以，此固体为K2CO3和KHCO3的混合物，设K2CO3和KHCO3

7、的物质的量分别为a mol、b mol，则有：解得：ab0.05，所以，白色固体中m(K2CO3)0.05 mol138 gmol16.9 g；m(KHCO3)0.05 mol100 gmol15 g，反应中消耗n(KOH)2a molb mol0.15 mol。故c(KOH)0.5 molL1。答案白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物。质量分别为K2CO3 6.9 g和KHCO3 5 g。KOH的物质的量浓度为0.5 molL1。思维建模CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2气体的通入量有关，当通入少量CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO

8、2时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例，将CO2通入NaOH溶液中，可能发生的反应为CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2NaOH=NaHCO3。当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下： 1.用四种溶液进行实验，下列选项中“溶液”与“操作及现象”对应关系错误的是()选项溶液操作及现象A饱和Na2CO3溶液通入CO2，溶液变浑浊BNa2SiO3溶液通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失CCa(ClO)2溶液通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去D澄清石灰

9、水通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊解析：选B。CO2通入饱和Na2CO3溶液中，生成NaHCO3，NaHCO3溶解度小于Na2CO3，故析出晶体而变浑浊，故A项正确；CO2通入Na2SiO3溶液中，生成H2SiO3沉淀，变浑浊，但CO2过量，H2SiO3也不溶解，故B项对应关系错误；向Ca(ClO)2溶液中通入CO2，生成CaCO3和HClO，CaCO3难溶而使溶液变浑浊，HClO可使品红褪色，故C项正确；CO2通入澄清石灰水中，发生反应CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，故变浑浊，当CO2过量时，发生反应：CaCO3CO2H2O=Ca

10、(HCO3)2，Ca(HCO3)2可溶，浊液又变澄清，再加入足量NaOH溶液时，发生反应：Ca(HCO3)22NaOH=CaCO3Na2CO32H2O，溶液又变浑浊，故D项正确。 题组一碳、硅单质的性质1(教材改编)判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)所有非金属单质的熔点都很低。()(2)所有非金属单质都是绝缘体。()(3)硅是计算机芯片的重要材料，二氧化硅是光导纤维的主要成分。()(4)SiO2CSiCO2。()解析：(1)金刚石、晶体硅属于非金属单质，但它们属于原子晶体，熔点很高，故(1)错；(2)石墨属于导体，晶体硅属于半导体，故错；(4)反应生成CO：SiO22CSi2CO。答案

11、：(1)(2)(3)(4)2硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是()A硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B从Si(s)O2(g) SiO2(s)H858.6 kJmol1可知，硅燃烧放出的热量较多C自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界中直接获得单质硅D硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析：选C。硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅为固体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，所以C项错误。 题组二SiO2和CO2的性质3指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或

12、作用，在AE选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()(3)SiO22CSi2CO()(4)SiO23CSiC2CO()(5)SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B具有氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应答案：(1)C(2)D(3)B(4)E(5)A4将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()解析：选D。CO22OH=COH2O，Ca2CO=CaCO3。故开

13、始有沉淀生成。当Ca2全部变成CaCO3沉淀后，CO2与OH反应生成CO，CO2再与CO反应生成HCO，沉淀无变化，最后CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2，沉淀溶解。反应顺序的判断当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。例如：将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，所以应该是CO2先与Ba(OH)2反应。考 点 二硅酸盐及无机非金属材料一、硅酸盐1概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要

14、成分。2表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2OSiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O3Al2O36SiO22H2O。二、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、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。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。 1 不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半

15、导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2而不是硅。 2 不要混淆常见含硅物质的成分计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。和田玉在我国至少有7 000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是()A其化学式改写为氧化物的形式为2CaO3MgOFe2O38SiO2H2OB它能够抵抗任何酸碱的腐蚀C其中铁元素的化合价为3D其中铁元素的化合价为

16、2解析假设和田玉中铁元素的化合价为x，根据化合物中各元素的正、负化合价的代数和为零，可得：(2)2(2)3(x)2(4)8(2)22(1)20，即x2，所以将其化学式改写为氧化物的形式为2CaO3MgO2FeO8SiO2H2O。硅酸盐一般耐酸碱的腐蚀，但不是所有的酸碱都不能腐蚀它，如氢氟酸可以和其中的硅反应生成SiF4气体，浓硝酸可以将其中所含的Fe2氧化成Fe3。答案D 思维建模突破解题障碍理清解题思路(1)在复杂硅酸盐中，对于变价元素，应先确定其化合价，再写其氧化物。依据就是化合价代数和为零原则，一般地，Si为4，O为2，H为1，其他金属为常见价态，以此确定变价元素的化合价。(2)改写氧化

17、物的模式通常为“碱性氧化物两性氧化物酸性氧化物水”，通常情况下前面的碱性氧化物若有多个，按其金属活动性排列，“两性氧化物”即Al2O3，“酸性氧化物”即SiO2，水放在最后。注意严格遵循原物质的原子个数比。2.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，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，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青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原解析：选B。青石棉属于硅酸盐材料，可写成氧化物

18、的形式，但不能认为它就是氧化物混合而成，故B错误；根据化合价计算，其中5个铁原子中2价铁与3价铁之比为32，故1 mol青石棉能还原1 mol HNO3生成NO。 题组一无机非金属材料1世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加热熔化时没有固定的熔点 C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅 D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起解析：选A。制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱和石英砂，A项不正

19、确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B项正确；C、D项正确。2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它没有固定熔点D它是一种新型无机非金属材料解析：选B。由题目信息中“连续纤维增韧”可知，该航天服的韧性很好，B错误。 题组二与硅的化合物有关的综合应用3(2015河南洛阳模拟)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)等化合物。(1)三硅酸镁的氧化物形式为_。(2)某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比

20、铝离子半径_(填“大”或“小”)，该元素和铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为_。(3)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是_。aAl2O3、MgO和SiO2都不溶于水bAl2O3、MgO和SiO2都是白色固体cAl2O3、MgO和SiO2都是氧化物dAl2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点解析：(1)硅酸盐用氧化物的形式来表示组成的书写顺序是活泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水，并将氧化物的数目用阿拉伯数字在其前面表示。(2)与铝元素同周期且原子半径大于镁原子的元素是钠，其离子半径大于铝离子半径；两者氢氧化物反应的离子方程式为Al(OH)

21、3OH=AlO2H2O。(3)分析三种氧化物，可知三者都不溶于水且都具有很高的熔点，因此可制作耐火材料。答案：(1)2MgO3SiO2nH2O(2)大Al(OH)3OH=AlO2H2O(3)ad4A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。请回答下列问题：(1)写出各物质的化学式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)写出反应的化学方程式：_。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(3)写出反应的离子方程式：_。(4)写出反应的离子方程式：_。(5)H2CO3的酸性强于E，请用离子

22、方程式予以证明：_。解析：解答本题的第一个“突破口”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。第二个“突破口”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。答案：(1)SiO2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3(2)SiO22CSi2CO12(3)Si2OHH2O=SiO2H2(4)SiOCa2=CaSiO3(5)SiOCO2H2O=H2SiO3CO解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色

23、沉淀等往往是推断题的“突破口”。考 点 三碳、硅及其化合物的相互转化及应用学生用书P73一、碳及其化合物的转化关系图写出各部分转化关系的化学方程式或离子方程式：CO2CO2、C4HNO3(浓) CO24NO22H2O、C2H2SO4(浓) CO22SO22H2O；CO22Mg2MgOC；2CO22CO、CH2O(g) COH2；CO2NaOH=NaHCO3、CO2NaClOH2O=NaHCO3HClO；HCOH=H2OCO2、Al33HCO=Al(OH)33CO2、Fe33HCO=Fe(OH)33CO2；Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3、2Na2O22CO2=2Na2CO3

24、O2、CO22NaOH=Na2CO3H2O；Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O；CO2C2CO；2COO22CO2、CuOCOCuCO2、Fe2O33CO2Fe3CO2；Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O；CaCO32H=Ca2CO2H2O；Na2CO3HCl=NaHCO3NaCl、Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3；2NaHCO3Na2CO3CO2H2O、NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O；NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3NaOHH2O或2NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3Na2CO32H2O；CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2；Ca(HCO3)2

25、CaCO3CO2H2OCa(HCO3)2NaOH=CaCO3H2ONaHCO3或Ca(HCO3)22NaOH=CaCO32H2ONa2CO3。二、硅及其化合物的转化关系图写出各部分转化关系的化学方程式或离子方程式：Si2Cl2SiCl4；SiCl42H2Si4HCl；Si4HF=SiF42H2；SiO2SiO2；SiO22CSi2CO；SiO24HF=SiF42H2O；SiO2CaCO3CaSiO3CO2；H2SiO3SiO2H2O；SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl、Na2SiO3CO2H2O=H

26、2SiO3Na2CO3；H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O；Na2SiO3CaCl2=CaSiO32NaCl。含硅化合物的特殊性质(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水反应制备H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。(3)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。(4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能发生。(2015天津高三模拟)晶

27、体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用炭还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HCl300 ,SiHCl3H2；SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 )中含有少量SiCl4(沸点57.6 )和HCl(沸点84.7 )，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_