高考第一轮复习——无机非金属材料的主角—碳和硅

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、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：SiO2＋2C Si＋2CO↑，FeO＋C Fe＋CO↑。

（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：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑。

（5）一般情况，较活泼金属＋酸―→盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF＝SiF4↑＋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＋4HF＝SiF4↑＋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Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生（CO2离开反应体系）。

（9）一般情况，非常活泼的金属（Na、K等）才能够置换出水中的氢，但C＋H2O（g）CO＋H2。

（10）一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。

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CO2＋H2O H2CO3不反应与酸反应不反应SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O与碱反应（如NaOH）CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH＝NaHCO3SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（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＋CaO＝CaCO3与CaO反应：SiO2+CaO CaSiO3与盐反应（如Na2CO3）Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑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①主要原料：纯碱、石灰石、石英。

②生产中主要化学方程式为Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

③主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。

（2）普通硅酸盐水泥①主要原料：石灰石、黏土。

②主要成分（写出名称和化学式）：硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）。

③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：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂D. 二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物分析：粗硅提纯涉及的反应：Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl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：①Si＋3H2O＝H2SiO3＋2H2↑，②H2SiO3＋2NaOH＝Na2SiO3＋2H2O。

其中反应①为氧化还原反应，反应②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＋6H2O＝2Al（OH）3＋3H2↑，Al（OH）3＋NaOH＝NaAlO2＋2H2O。

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（）①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②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③三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料④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⑤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. ①②③B. ②④C. ③④⑤D. ③⑤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；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②、④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①、③和④反应的化学反应方程式（若是离子反应的写离子方程式）：①____________________________________________________________________；③____________________________________________________________________；④____________________________________________________________________。

分析：由反应②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）①SiO2＋2OH－＝SiO32－＋H2O ③MgSiO3＋2H＋＝H2SiO3＋Mg2＋④SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑点评：这道题目的解题关键是：①混合物X的成分一种可溶于稀盐酸，另一种可溶于NaOH溶液；②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②、④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AgNO3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）时：HCO3－＋OH－＋Ba2＋=BaCO3↓＋H2O，再加盐酸，BaCO3＋2H＋=Ba2＋＋CO2↑＋H2O，2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，同时要注意具体的操作过程。

3温度/℃10 20 30 加热煮沸后冷却到50pH8.3 8.4 8.5 8.8（1）甲同学认为，该溶液的p H升高的原因是HC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NaHCO 3受热分解，生成了Na 2CO 3，并推断Na2CO 3的水解程度____（填“大于”或“小于”）NaHCO 3，该分解反应的化学方程式为_________。

（3）丙同学认为甲、乙的判断都不充分。