2019年高考化學一輪課件：第15講-碳硅及無機非金屬材料(含答案)

2019年高考化學一輪課件：第15講-碳硅及無機非金屬材料(含答案)第一頁，共33頁?？荚囌f明1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。第一頁第二頁，共33頁?？键c一碳、硅單質(zhì)及氧化物考點二硅酸鹽及無機非金屬材料專題三CO2與鹽或堿溶液反應產(chǎn)物的判斷第二頁第三頁，共33頁。考點一碳、硅單質(zhì)及氧化物1.C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(1)自然界中的碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。知識梳理第三頁第四頁，共33頁。(2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較

碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：

結(jié)構(gòu)，石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的_____

結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點高、硬度大石墨熔點高、質(zhì)

，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點___用途金剛石用作切割刀具，

用作電極、鉛筆芯晶體硅用作

材料、硅芯片和硅太陽能電池空間網(wǎng)狀空間網(wǎng)狀軟高石墨半導體第四頁第五頁，共33頁。2.碳、硅單質(zhì)的化學性質(zhì)——還原性碳、硅的最外層都是

個電子，位于元素周期表的第

族，不容易失也不容易得電子，通?；瘜W性質(zhì)穩(wěn)定，但在一定條件下也能與許多物質(zhì)發(fā)生化學反應，一般表現(xiàn)為還原性(如圖)。4ⅣA第五頁第六頁，共33頁。(1)碳的還原性碳有重要的用途，除了在氧氣中燃燒利用其熱能外，還能用于金屬冶煉(如銅)、制取粗硅、生產(chǎn)水煤氣等，完成下圖轉(zhuǎn)化關(guān)系中①～④的化學方程式。①

；②

；③

；④

。碳的還原性還表現(xiàn)為可將強氧化性的濃硫酸、濃硝酸分別還原為

和

，本身被氧化為

。SO2NO2CO2第六頁第七頁，共33頁。(2)硅的化學性質(zhì)不活潑，在常溫下只能與氟氣(F2)、___________、_____反應，不能與氫氣、氧氣、氯氣、

、

反應，加熱時能與氧氣、氯氣反應。完成右圖轉(zhuǎn)化關(guān)系中⑥～⑧的化學方程式。⑥

；⑦

；⑧

。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑氫氟酸(HF)強堿硫酸硝酸Si＋2F2===SiF4第七頁第八頁，共33頁。3.二氧化硅和二氧化碳的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)，不存在單個分子存在單個CO2分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點

，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水化學性質(zhì)與水反應不反應CO2＋H2O

H2CO3與酸反應只與氫氟酸反應：__________________________不反應立體網(wǎng)狀高SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O第八頁第九頁，共33頁。化學性質(zhì)與堿(NaOH)反應_________________________________(盛堿液的試劑瓶用

塞)CO2少量：____________________________；CO2過量：_______________________與鹽反應如與Na2CO3反應：___________________________________如與Na2SiO3反應：______________________________________________或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O橡膠CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3化學性質(zhì)與堿性氧化物反應如與CaO反應：_____________如與Na2O反應：______________________用途光導纖維、光學儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽CO2===Na2CO3SiO2＋CaOCaSiO3Na2O＋第九頁第十頁，共33頁。例1.正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體(

)(2)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在(

)(3)晶體硅熔點高硬度大，故可用于制作半導體材料(

)(4)Si和SiO2都可用于制造光導纖維(

)(5)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4(

)(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿(NaOH)，不溶于任何酸(

)×√××√×第十頁第十一頁，共33頁。例2.從元素周期表的位置看，碳和硅均為ⅣA族元素，自然界中有碳的多種單質(zhì)存在，自然界中有硅的單質(zhì)嗎？為什么？沒有，因為硅有很強的親氧性，在地殼形成時硅與氧易結(jié)合，難分離，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在。例3.寫出除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法：(1)CO(CO2)：______________________________。(2)CO2(CO)：______________________________。(3)CO2(HCl)：_________________________________。通過盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶通過盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶第十一頁第十二頁，共33頁。例4.寫出除去下列固體粉末中混有雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法，寫出有關(guān)反應的方程式。(1)CaCO3(SiO2)__________________________________________________________________________________________。可根據(jù)SiO2可溶于NaOH溶液除去。

在固體混合物中加入足量氫氧化鈉溶液，充分反應后，過濾、洗滌。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(2)SiO2(CaCO3)__________________________________________________________________________________________?？筛鶕?jù)CaCO3可溶于鹽酸除去。

在固體混合物中加入足量稀鹽酸，充分反應后，過濾、洗滌。CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O第十二頁第十三頁，共33頁。(3)SiO2(NH4Cl)______________________________________________________________________________________________________________________?？筛鶕?jù)NH4Cl的熱穩(wěn)定性，或NH4Cl易溶于水的性質(zhì)除去。

方法一：在固體中加入適量水溶解、過濾。方法二：將固體混合物在坩堝中充分灼燒，除去NH4Cl。NH4ClNH3↑＋HCl↑第十三頁第十四頁，共33頁。歸納總結(jié)熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)(1)硅單質(zhì)的特殊性①Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑；②非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應，但Si能與HF反應：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；③非金屬單質(zhì)大多為非導體，但Si為半導體。第十四頁第十五頁，共33頁。(2)含硅化合物的特殊性①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3；②酸性氧化物一般不與酸反應，但SiO2能跟HF反應：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；③無機酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水；④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能發(fā)生下列反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高溫下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能發(fā)生。第十五頁第十六頁，共33頁。反思歸納在設(shè)計制備純硅的實驗題中，常遇到的知識點有：(1)高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑(2)粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2(3)粗硅與干燥Cl2反應制得SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4第十六頁第十七頁，共33頁。(4)SiHCl3與過量H2在高溫下反應制得純硅：SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl(5)SiCl4與過量H2在高溫下反應制得純硅：SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl(6)SiO2＋2Mg2MgO＋Si(7)SiHCl3、SiCl4能與水發(fā)生反應：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑

SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl(8)SiH4在空氣中易自燃：SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O第十七頁第十八頁，共33頁?？键c二硅酸鹽及無機非金屬材料1.硅酸和硅酸鈉(1)硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸

(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液變紅色。①硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：

。②硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學方程式為_________

。③硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強，常用作干燥劑。不能H2SiO3SiO2＋H2OH2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O第十八頁第十九頁，共33頁。(2)硅酸鈉(Na2SiO3)①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱

，有黏性，水溶液顯堿性。②它能與酸性比硅酸強的酸反應，分別寫出以下化學方程式：與鹽酸反應：

。與CO2水溶液反應：

。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3水玻璃Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓第十九頁第二十頁，共33頁。2.無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。①常見硅酸鹽材料比較

水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯②玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應：Na2CO3＋SiO2

；CaCO3＋SiO2

。(2)新型無機非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。CaSiO3＋CO2↑Na2SiO3＋CO2↑第二十頁第二十一頁，共33頁。例1.正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(

)(2)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿(

)(3)傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料(

)(4)光導纖維、碳納米管、氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷等都是新型無機非金屬材料(

)(5)高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(

)(6)普通玻璃、石英玻璃、水泥、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品(

)××√√√×第二十一頁第二十二頁，共33頁。例2.玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。由上述兩個反應能說明H2SiO3的酸性比碳酸強嗎？為什么？不能；此反應中生成的CO2氣體脫離反應體系有利于反應向右進行，與其氧化物對應酸的強弱無關(guān)；強酸制弱酸的規(guī)律一般適用于在溶液中發(fā)生的反應。第二十二頁第二十三頁，共33頁。例3.實驗室中要熔化燒堿固體，現(xiàn)有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝、鐵坩堝。你認為選哪一種？簡述選擇的依據(jù)。選擇鐵坩堝。依據(jù)：鐵不與燒堿反應，而石英坩堝、陶瓷坩堝中都含有SiO2，能與NaOH反應使得坩堝受損。第二十三頁第二十四頁，共33頁。方法技巧硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。(2)各元素的化合價保持不變，且滿足化合價代數(shù)和為零，各元素原子個數(shù)比符合原來的組成。(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成

，應寫成K2O·Al2O3·6SiO2。第二十四頁第二十五頁，共33頁?？键c三CO2與鹽或堿溶液反應產(chǎn)物的判斷1.CO2與鹽溶液反應產(chǎn)物或現(xiàn)象的判斷一般從強酸制弱酸的角度去分析。由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(偏鋁酸)的酸性強，能用CO2制取上述弱酸，常涉及的變化如下：CO2CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓(或CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3)第二十五頁第二十六頁，共33頁。CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOCO2＋

ONa＋H2O→OH＋NaHCO3CO2(過量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO32.CO2與堿反應產(chǎn)物的判斷(1)CO2與單一組分反應(如CO2通入NaOH溶液)產(chǎn)物的分析①反應原理第二十六頁第二十七頁，共33頁。②反應后溶質(zhì)成分的判斷x＝溶質(zhì)成分x≤1∶1NaHCO31∶1＜x＜2∶1Na2CO3、NaHCO3x＝2∶1Na2CO3x＞2∶1NaOH、Na2CO3第二十七頁第二十八頁，共33頁。③用數(shù)軸來表示(2)CO2與多組分[如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液]，反應的順序是①Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O③Na2CO3＋CO2