2022年高考第一轮复习——无机非金属材料的主角—碳和硅资料 .pdf
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1、学习必备欢迎下载年级高三学科化学版本人教新课标版课程标题高考第一轮复习 无机非金属材料的主角碳和硅编稿老师刘学超一校张琦锋二校林卉审核张美玲一、考纲要求1. 了解 C、Si 元素的单质及其重要化合物的主要性质及应用。2. 了解 C、Si 元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。3. 以上知识的综合应用。二、考题规律C 和 Si 的单质及其化合物的知识在高考中经常有所涉及、主要以选择题的形式来考查。1. 对 C、Si 元素的单质及其化合物知识的考查,主要是以实验探究、框图推断为主要命题形式。2. 对硅及其化合物在生产、生活中的应用的考查。通常是以新材料、新技术为背景考查常识性知识,难度较小。三
2、、考向预测C 和 Si 的单质及其化合物的知识在高考中主要涉及:1. 金刚石、石墨、C60、晶体硅、二氧化碳、二氧化硅的结构和性质的比较;2. 碳和一氧化碳的还原性、一氧化碳和二氧化碳的制取、收集、检验和鉴别;3. CO2和 NaOH、SiO2与 C、NaOH 等反应产物的确定及计算; 4. 典型的碳酸盐的性质及应用;5. 化学理论在硅酸盐工业实际中的应用;6. 推测新型无机非金属材料的结构特点或分析其用途。尤其应注意碳、 硅的单质及其化合物与基本理论和实验等内容结合的题目。一、碳、硅及其重要化合物精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1
3、 页,共 14 页学习必备欢迎下载二、碳、硅元素的单质及其化合物的特性(1)一般情况,非金属元素单质的熔、沸点低,硬度小,但硅、金刚石的熔、沸点高,硬度大,其中金刚石为硬度最大的物质。(2)一般情况,非金属元素的单质为绝缘体,但硅为半导体,石墨为电的良导体。(3)一般情况,较强氧化剂较强还原剂较弱氧化剂较弱还原剂,而碳却还原出比它更强的还原剂:SiO22CSi2CO ,FeOCFeCO 。(4)非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化剂又作还原剂,而 Si 与碱溶液反应却只作还原剂: Si2NaOHH2ONa2SiO32H2 。(5)一般情况,较活泼金属酸盐氢气,然而Si 是非金属,却能与氢氟酸
4、发生反应: Si4HFSiF4 2H2 。(6)一般情况,碱性氧化物酸盐水, SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应:SiO2 4HFSiF4 2H2O(SiF4不属于盐)。(7)无机酸一般能溶于水,而H2SiO3及 H4SiO4却难溶于水。(8)H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以有Na2SiO3CO2 H2OH2SiO3 Na2CO3,但高温下: Na2CO3SiO2Na2SiO3 CO2 也能发生( CO2离开反应体系) 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页学习必备欢迎下载(9)一般情况, 非常活泼的金属 (
5、Na、K 等)才能够置换出水中的氢,但 CH2O( g)COH2。(10)一般情况,酸性氧化物与水反应生成相应的酸,如CO2H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,不与水反应。三、CO2和 SiO2的比较物质二氧化碳二氧化硅结构特点由 CO2分子构成由硅、氧原子构成的网状结构物理性质熔沸点低高溶解性可溶不溶化学性质与水反应CO2H2OH2CO3不反应与酸反应不反应SiO24HFSiF4 2H2O 与碱反应(如 NaOH )CO22NaOHNa2CO3H2O 或CO2NaOHNaHCO3SiO22NaOHNa2SiO3H2O (盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)与碱性氧化物反应与 CaO 反应:CO2
6、CaOCaCO3与 CaO 反应:SiO2+CaOCaSiO3与盐反应 (如Na2CO3)Na2CO3CO2H2O2NaHCO3Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2用途饮料、制纯碱光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表、电子部件等四、传统无机非金属材料(1)普通玻璃主要原料:纯碱、石灰石、石英。生产中主要化学方程式为Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2 ;CaCO3SiO2CaSiO3CO2 。主要成分: Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。(2)普通硅酸盐水泥主要原料:石灰石、黏土。主要成分(写出名称和化学式):硅酸三钙( 3CaO SiO2) 、硅酸二钙( 2CaO SiO2) 、
7、铝酸三钙( 3CaO Al2O3) 。主要性能:水硬性。(3)陶瓷 主要是传统硅酸盐陶瓷,它们都是以黏土为原料,经高温烧结而成。聚焦热点 1:硅及其化合物的特性及应用例 1硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()A. 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B. 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应C. 反应: Si2NaOHH2O Na2SiO3 2H2 中, Si 为还原剂, NaOH 和 H2O 为氧化剂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 14 页学习必备欢迎下载D. 二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化
8、硅是两性氧化物分析: 粗硅提纯涉及的反应:Si 2Cl2SiCl4、SiCl4 2H2Si4HCl 都是氧化还原反应,故B 错;硅与氢氧化钠溶液反应实际分两步:Si3H2O H2SiO32H2 ,H2SiO32NaOHNa2SiO32H2O。其中反应为氧化还原反应,反应为非氧化还原反应,因此NaOH 既不是氧化剂,也不是还原剂,只是反应物,起氧化作用的只是水,故C错; SiO2与氢氟酸反应,不属于酸性氧化物与酸的一般反应,在此反应中SiO2没有表现碱性,故 D 错。答案: A 点评: 由本题的C 项可联想到金属Al 与 NaOH 溶液的反应,该反应的实质也分两步:2Al 6H2O2Al (OH
9、)33H2 ,Al (OH)3NaOHNaAlO22H2O。前者为置换反应,也是氧化还原反应,其中铝是还原剂;后者为复分解反应,NaOH 既不是氧化剂,也不是还原剂。例 2下列表述正确的是()人造刚玉的熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐三峡大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料夏天到了,游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛光导纤维的材料是二氧化硅,光纤通信优点:信息传输量大。A. B. C. D. 分析:人造刚玉的成分是氧化铝;玛瑙的主要成分是二氧化硅;水泥是硅酸盐工业产品,属于硅酸盐材料
10、;石英玻璃具有很好的折光性能,可以制作精密仪器和镜片,添加Cu2O 的为有色眼镜;利用二氧化硅做光导纤维的村料可使图像清晰。答案: D 点评: 学习中要善于关注身边的化学,如钻石 金刚石、玛瑙 SiO2、甘油 丙三醇等。例 3 下列实验流程中,X 为第三周期两种重要元素的氧化物的混合物。反应、是工业上的重要反应,部分物质及反应条件没有列出。请回答:(1)写出 A、B 和 E 的化学式:A_ _,B_ _,E_ _。(2)写出 C 溶液转化为C 固体的过程中HCl 气流的作用: _。(3)写出、和反应的化学反应方程式(若是离子反应的写离子方程式):_ ;_ ;精选学习资料 - - - - - -
11、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 14 页学习必备欢迎下载_ 。分析: 由反应的条件推断是电解法制备金属单质,应为电解氯化物,故C 是氯化钠或氯化镁。 C 溶液蒸干制C 固体需在HCl 气流中, 这是为防止水解而采取的方法,故确定 C是氯化镁,由此知X 中含氧化镁。同时由题意知A 应当是一种不能与盐酸反应的氧化物,但 A 可以与 NaOH 溶液反应,故第三周期元素的氧化物中符合条件的A 只能是二氧化硅。A 与 B 的反应我们虽然没有学过,但是可以从二氧化硅与氧化钙的反应迁移得来。答案: ( 1)SiO2 MgO MgSiO3(2)抑制氯化镁水解(3) SiO
12、22OHSiO32H2O MgSiO32HH2SiO3Mg2SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2点评: 这道题目的解题关键是:混合物X 的成分一种可溶于稀盐酸,另一种可溶于NaOH 溶液;由 C 溶液得 C 固体需在HCl 气流中, 则 C 为易水解的盐。 对于框图推断题,在全面系统地掌握元素及化合物性质的基础上,抓住某些元素的特殊性质为解题的突破口和切入点, 如本题中的反应、是工业上的重要反应,工业上在高温的条件下有碳酸钠参与的反应,就可以联想到玻璃工业。聚焦热点 2:碳及其化合物的特性及应用例 1 航天科学技术测得,三氧化二碳(C2O3)是金星大气层的成分之一。下列有关C2O3的说法正
13、确的是()A. C2O3和 CO2是同素异形体B. C2O3和 CO 的燃烧产物都是CO2C. C2O3和 CO 都是酸性氧化物D. C2O3和 CO2都是碳酸的酸酐分析: C2O3和 CO 的组成元素相同,且碳均未达到最高价,故可以燃烧生成CO2。同素异形体是研究同种元素形成的不同单质的问题。CO 不能和酸或碱反应生成盐,故属于不成盐氧化物。酸和相应酸酐中的中心元素应保持价态相同,故C2O3不是碳酸的酸酐。答案: B 点评: 这道题目主要考查了一些重要的概念:同素异形体、酸性氧化物、酸酐。需要准确地理解这些概念才能得出正确的答案。例 2可以肯定溶液中大量存在CO32的理由是()A. 加入Ag
14、NO3溶液,有大量白色沉淀产生B. 加入酸,有无色无味气体产生C. 加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生,再加稀盐酸沉淀溶解,产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体D. 加入Ba( OH)2溶液有白色沉淀产生,再加稀盐酸如C 所述分析: 溶液中含有Cl、SO32时,可与AgNO3溶液反应产生白色沉淀,A 错误;HCO3与酸反应会产生无色无味气体CO2,B 错误;向含有HCO3的溶液中加入Ba (OH)2时: HCO3OHBa2=BaCO3 H2O,再加盐酸, BaCO32H=Ba2CO2 H2O,其现象与CO32反应现象相同,D 错误。答案: C 点评: 离子的检验要注意一定要排除干扰性的离子
15、,同时要注意具体的操作过程。例 310 时加热NaHCO3饱和溶液,测得发生如下变化:温度 /10 20 30 加热煮沸后冷却到50 pH 8.3 8.4 8.5 8.8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 14 页学习必备欢迎下载(1)甲同学认为,该溶液的pH 升高的原因是HCO3的水解程度增大,故碱性增强,该反应的离子方程式为_。(2)乙同学认为,溶液pH 升高的原因是NaHCO3受热分解,生成了Na2CO3,并推断Na2CO3的水解程度_(填 “ 大于 ” 或 “ 小于 ” ) NaHCO3,该分解反应的化学方程式为_
16、。(3)丙同学认为甲、乙的判断都不充分。丙认为:只要在加热煮沸的溶液中加入足量的试剂X,若产生沉淀,则_(填 “ 甲” 或“ 乙” )判断正确,试剂X 是_ _。A. Ba(OH)2溶液B. BaCl2溶液C. NaOH 溶液D. 澄清的石灰水将加热后的溶液冷却到10 ,若溶液的(填 “ 高于 ” 、“ 低于 ” 或“ 等于 ” )8.3,则甲判断正确。查阅资料,发现NaHCO3的分解温度为150 ,丙断言 _(填 “ 甲 ” 或“ 乙” )判断错误,理由是_ 分析: NaHCO3是强碱弱酸盐,水解显碱性,而且CO23的水解程度大于HCO3的水解程度。四种物质中只有BaCl2与 Na2CO3反
17、应生成沉淀,而不与NaHCO3反应,其中与Ba(OH)2溶液、 澄清的石灰水与Na2CO3、NaHCO3反应均能生成沉淀。因此只有选择BaCl2溶液才能证明乙判断正确。若要证明甲判断正确,冷却后pH 应等于 8.3。答案: ( 1) HCO3H2OH2CO3OH(2)大于2NaHCO3Na2CO3CO2 H2O (3)乙B 等于乙常压下加热NaHCO3的水溶液,溶液的温度达不到150 点评: 这道题目主要考查了碳的化合物Na2CO3、NaHCO3的性质。在平时的复习中对于相似的物质最好通过比较的方法来掌握它们的异同。这里要了解两者的水解能力、稳定性等性质的不同。聚焦热点 3:CO2与碱溶液的反
18、应过程及产物判断例 1 “ 碳捕捉技术 ” 是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。 如可利用 NaOH 溶液来 “ 捕捉 ”CO2,其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中,正确的是()A. 能耗大是该方法的一大缺点B. 整个过程中,只有一种物质可以循环利用C. “反应分离 ” 环节中,分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤D. 该方法可减少碳排放,捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品分析: 由题可知基本过程中有两个反应:二氧化碳与氢氧化钠反应,碳酸钙的高温分解。 A 选项正确,循环利用的应该有CaO 和 NaOH 两种物质, B 选项错误; “ 反
19、应分离 ”过程中分离物质的操作应该是过滤,C 选项错误; D 选项中甲醇工业上可用CO2制备。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 14 页学习必备欢迎下载答案: AD 点评:根据题中信息可知,捕捉室中的反应为二氧化碳与氢氧化钠反应,得到的 Na2CO3和 CaO 在溶液中反应得到NaOH 和 CaCO3,由此可分析出各选项的正误。例 2向 0.50 L 0.3 mol/L 的 NaOH 溶液中缓慢通入CO2气体至溶液增重4.4g,下列说法正确的是()A. 增重的4.4g 为参加反应的CO2的质量B. 溶质为Na2CO3C.
20、溶质为Na2CO3、NaHCO3D. 低温蒸干溶液,所得固体的质量为原溶液中NaOH 的质量 4.4g 分析: 根据 n(NaOH)0.15 mol,n(CO2)0.1 mol,n(CO2)n(NaOH)2 3,可确定溶质为Na2CO3、 NaHCO3。 低温蒸干溶液的过程,所得固体的质量 (原溶液中NaOH的质量 4.4 g) ,因有水的生成。答案: AC 点评: CO2与 NaOH 反应产物的判断方法: (1)当 CO2的物质的量小于或等于NaOH的物质的量的12时,反应只能生成Na2CO3; (2)当 CO2的物质的量等于或大于NaOH 的物质的量时,生成的Na2CO3会完全与 CO2反
21、应转化为NaHCO3; (3)只有当 CO2的物质的量大于 NaOH 的物质的量的12,且小于NaOH 的物质的量时,才会生成Na2CO3和 NaHCO3两种产物。例 3向含有0.2 mol NaOH 和 0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体,当通入气体为8.96 L(0 , 1.01 105 Pa)时立即停止,则这一过程中,溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()分析: 当未通入CO2气体时, 溶液中离子的物质的量为0.2mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH;当通入2.24 L CO2气体
22、时,发生反应Ba2 CO22OH=BaCO3 H2O,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol OH;当通入4.48 L CO2时,发生反应2OHCO2=CO32H2O,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol CO32;当通入6.72 L CO2时,发生反应CO32CO2H2O=2HCO3,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、 0.2 mol HCO3; 当通入 8.96L CO2时, 发生反应 BaCO3CO2H2O=Ba(HCO3)2,此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1mol Ba2、0.4 mol HCO3。对
23、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 14 页学习必备欢迎下载比图象可知选项C 正确。答案: C 点评:这道题目要注意溶液中存在的离子种类以及量的关系,还要明确反应的先后顺序。一、碳及其化合物的规律小结1. 除杂质(1)CO 中混有 CO2,通过盛有NaOH 溶液的洗气瓶。(2)CO2中混有 CO,通过有灼热CuO 的硬质玻璃管。(3)CO2中混有 SO2、HCl ,通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。2. CO2与“ 温室效应 ”(1)CO2的主要来源:大量燃烧含碳的燃料(2)自然界消耗CO2的主要反应溶于江水、海水中:C
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