2018届高考化学大一轮复习教师用书：第12讲 碳、硅及

第12讲 碳、硅及无机非金属材料 【考纲要求】 1.掌握碳、硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.了解常见无机非金属材料的性质和用途。 考点一|碳、硅的单质及氧化物(基础送分型——自主学习) 授课提示：对应学生用书第58页 [巩固教材知识] 1．碳、硅单质的性质及用途 (1)元素在自然界中的存在形态 ①碳：既有游离态又有化合态。 ②硅：只有化合态。硅在地壳中的含量占第二位。 (2)物理性质和用途

(3)化学性质

2．二氧化碳和二氧化硅 (1)结构：CO2由分子组成；SiO2是空间网状结构，不存在单个分子。 (2)物理性质： ①熔、沸点：SiO2的熔、沸点高；CO2的熔、沸点低。 ②溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。 (3)化学性质： 性质 CO2 SiO2

相 同 点 氧化性 C＋CO2=====高温2CO 2C＋SiO2=====高温2CO↑＋Si 与NaOH反应 CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

与CaO反应 CaO＋CO2===CaCO3 CaO＋SiO2=====高温 CaSiO3

不 同 点 与水反应 CO2＋H2OH2CO3 不反应 与Na2CO3反应 Na2CO3＋CO2＋ H2O===2NaHCO3 Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋

CO2↑

特性 SiO2与氢氟酸反应： SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

(4)主要用途： CO2：制饮料、碳酸盐、干冰用作制冷剂。 SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件、水晶可制作饰品。 3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)金刚石和石墨物理性质有较大差别的原因是碳原子的排列不同。( ) (2)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。( ) (3)碳燃烧可生成CO或CO2，但硅与氧气反应只能生成SiO2。( ) (4)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4。( ) (5)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料。( ) (6)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。( ) (7)硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。( ) (8)1 mol Si和1 mol SiO2晶体中均有4NA个共价键。( ) 答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)× [练透基础小题] 题点一 碳、硅单质及氧化物的性质和用途 1．(2017·陕西西安一中质检)近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )

石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的物质 石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性 纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作成阴极显示管、储氢材料 A.石墨烯具有良好的导电性 B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜 D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同 解析：石墨烯作为电导体，它和铜有着一样出色的导电性，因此具有良好的导电性，A正确；题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件与浓硫酸都能发生反应，且反应产物相同，D错误。 答案：D 2．(RJ必修1·P8110题改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是( ) A．碳、硅都是ⅣA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在 B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似 C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐 D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料 答案：C 3．下列有关SiO2的叙述错误的是( ) A．SiO2是酸性氧化物，它对应的水化物是硅酸(H2SiO3) B．硅酸可由SiO2跟水反应制得 C．SiO2可与碱性氧化物或强碱反应 D．光导纤维的主要原料就是SiO2 解析：二氧化硅是酸性氧化物，可与碱性氧化物或强碱反应，但不溶于水，不能直接和水反应生成硅酸。 答案：B 4．工业上通过反应“SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑”制取单质硅，下列说法正确的是( ) A．自然界中硅元素均以SiO2形式存在 B．高纯度晶体Si可用于制造光导纤维 C．该反应条件下C的还原性比Si强 D．标准状况下生成4.48 L CO时转移电子数为0.4×6.02×1023 解析：自然界中硅元素以SiO2以及硅酸盐的形式存在，A错误；制造光导纤维的原料是SiO2，B错误；该反应是生成气体的反应，反应进行时，使平衡向右进行，CO挥发，使反应完全，实际上，C的还原性比Si弱；D正确。 答案：D 题点二 硅的制取原理 5．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为①SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑ ②Si＋2Cl2=====△SiCl4 ③SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。 下列对上述三个反应的叙述不正确的是( ) A．①③为置换反应 B．②为化合反应 C．①②③均为氧化还原反应 D．三个反应的反应物中硅元素均被还原 答案：D 6．在工业中利用镁制取硅2Mg＋SiO2=====△2MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋Si=====△Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解、可自燃的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：

(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用__________(填字母)。 a．石灰石 b．锌粒 c．纯碱 (2)实验开始时，必须先通入X气体一段时间，再加热反应物，其理由是_______________。 当反应开始后，移走酒精灯，反应能继续进行，其原因是___________________________ ________________________________________________________________________。 (3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星。产生此现象的原因用化学方程式表示为 ①________________________________________________________________________， ②________________________________________________________________________。 答案：(1)b (2)防止在加热条件下H2和O2混合发生爆炸 SiO2和Mg的反应是放热反应 (3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ ②SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O [备考提醒] 1．硅单质的特性 (1)Si的还原性强于C，但C却在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。 (2)非金属单质与碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (3)非金属单质一般不能与非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (4)非金属单质大多为绝缘体，但Si为半导体。 2．SiO2的特性 一般规律 SiO2的特性 酸性氧化物一般与水反应生成相应酸 SiO2不溶于水，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

考点二|硅酸、硅酸盐、无机非金属材料(基础送分型——自主学习) 授课提示：对应学生用书第60页 [巩固教材知识] 1．硅酸 (1)物理性质：难溶于水。 (2)化学性质 ①酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。 ②不稳定：H2SiO3=====△SiO2＋H2O ③与碱溶液反应：如与NaOH溶液反应的离子方程式为H2SiO3＋2OH－===SiO2－3＋2H2O。 (3)用途 硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作酸性干燥剂。 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)它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式： 与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl， 与少量CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===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)硅酸盐： ①由硅、氧和金属元素组成化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。 ②硅酸盐组成的表示： 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， 钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。 (2)无机非金属材料 ①传统无机非金属材料： 水泥 普通玻璃 陶瓷 生产原料 石灰石、黏土 石灰石、纯碱、石英砂 黏土 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2=====高温

CaSiO3＋CO2↑。 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、C60等。 4．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)NaAlSi3O8写成氧化物的形式是 Na2O·Al2O3·6SiO2。( ) (2)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。( ) (3)合成纤维与光导纤维都是新型无机非金属材料。( ) (4)Mg2＋、H＋、SiO2－3、SO2－4在水溶液中能大量共存。( ) (5)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。( ) (6)硅橡胶和陶瓷都是新型无机非金属材料。( ) (7)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× 5．填写下列材料主要化学成分的化学式。 (1)刚玉：Al2O3； (2)大理石、石灰石：CaCO3； (3)普通玻璃：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2； (4)石英、水晶：SiO2。 [练透基础小题] 题点一 无机非金属材料 1．(RJ必修1·P815题改编)坩埚是实验室用于灼烧或熔融固体物质的常用仪器，材质种类很多，实验时应根据物质的性质加以选择。熔融烧碱时，应选用下列哪种材质的坩埚( ) A．玻璃坩埚 B．石英坩埚 C．陶瓷坩埚 D．铁坩埚 答案：D