(統(tǒng)考版)2023版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第四章非金屬及其化合物第1講碳、硅及其化合物學(xué)生用書

第四章非金屬及其化合物第1講碳、硅及其化合物【考綱要求】1.掌握碳元素、硅元素的單質(zhì)的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.掌握碳元素、硅元素的重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。3.了解碳元素、硅元素的單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。4.了解碳、硅的單質(zhì)及其重要化合物的制備方法。5.了解無機非金屬材料的性質(zhì)和用途。考點一碳及其化合物基礎(chǔ)梳理·自我排查1.碳(1)存在形式既有__________又有__________。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60、C70，互為____________。(2)碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(3)碳的化學(xué)性質(zhì)2．碳的氧化物(CO、CO2)的性質(zhì)比較COCO2物理性質(zhì)無色無味氣體密度比空氣小難溶于水無色無味氣體密度比空氣大可溶于水(溶解度小)毒性有毒(易結(jié)合血紅蛋白)無毒(溫室效應(yīng))化學(xué)性質(zhì)還原性可燃性還原氧化鐵無(滅火)氧化性①與熾熱炭反應(yīng)②Mg在CO2中燃燒與水反應(yīng)無CO2＋H2O?H2CO3與堿反應(yīng)(石灰水)無Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(檢驗CO2)相互轉(zhuǎn)化用途燃料冶煉金屬滅火制汽水植物肥料化工原料等3.碳酸(H2CO3)弱酸、不穩(wěn)定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中與CO2共存，因此常把CO2＋H2O當(dāng)碳酸用。4.碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(CO酸式鹽(HCO溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶熱穩(wěn)定性正鹽>酸式鹽>碳酸溶液pH同濃度的：正鹽>酸式鹽相互轉(zhuǎn)化5.CO2在自然界中的循環(huán)CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。自然界消耗CO2的主要反應(yīng)：(1)溶于江水、海水中：CO2＋H2O?H2CO3；(2)光合作用：6CO2＋6H2O光____________；(3)巖石的風(fēng)化：_________________________________________________________。[判斷](正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)碳有多種同素異形體，而氧不存在同素異形體()(2)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)()(3)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)()(4)向空氣中排放二氧化碳會形成酸雨()(5)向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失()(6)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會析出晶體()(7)碳酸鋇可用于胃腸X射線造影檢查()微點撥CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的判斷(1)CO2與單一組分反應(yīng)(如CO2通入NaOH溶液)具體分析過程用數(shù)軸表示如下：(2)CO2與多組分反應(yīng)[如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液]，反應(yīng)的順序是①Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O②2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O③Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3④CaCO3＋H2O＋CO2=Ca(HCO3)2考點專練·層級突破練點一碳及其化合物的性質(zhì)判斷1．近年來科學(xué)家制造出大量的新物質(zhì)，對下列三種物質(zhì)的相關(guān)說法錯誤的是()石墨烯：從石墨中分離出來，是最薄、最堅硬的納米材料石墨炔：平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性納米碳管：具有優(yōu)良的場發(fā)射性能，制作陰極顯像管、儲氫材料A.石墨烯具有良好的導(dǎo)電性B．上述三種物質(zhì)與金剛石互為同素異形體C．石墨炔孔徑略大于H2分子的直徑，可作H2的提純薄膜D.上述三種物質(zhì)與濃硫酸都能發(fā)生反應(yīng)，但反應(yīng)產(chǎn)物不同2．溶洞和鐘乳石是大自然的杰作。溶洞和鐘乳石的形成與自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化有著密切聯(lián)系。下列有關(guān)自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化的說法，不正確的是()A．溶洞是通過CaCO3與H2O、CO2作用生成可溶性的CaHCOB．游客的參觀不會對其造成影響C．溶洞和鐘乳石的形成過程中沒有涉及氧化還原反應(yīng)D．鐘乳石是在一定條件下可溶性的Ca(HCO3)2轉(zhuǎn)化成CaCO3的結(jié)果練點二碳及其化合物的實驗與計算3．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(CO32?)與c(HCO3A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶34．確定混合氣體(CO、CO2)中含有CO氣體的實驗設(shè)計方法。按要求回答下列問題：(1)寫出下列裝置的作用：A：________________________________________________________________________。B：________________________________________________________________________。E：________________________________________________________________________。F：________________________________________________________________________。(2)寫出C中的化學(xué)方程式：__________________________________________________。(3)確定混合氣體中含有CO氣體的實驗現(xiàn)象：________________________________________________________________________?？键c二硅及其化合物、無機非金屬材料基礎(chǔ)梳理·自我排查1.硅(1)硅的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(2)硅的化學(xué)性質(zhì)①與氫氟酸反應(yīng)：__________________________________________________________。②與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=_______________________________________________________。③與O2反應(yīng)：_____________________________________________________________。(3)硅的工業(yè)制法用焦炭和二氧化硅在電爐中反應(yīng)得到粗硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。2．二氧化硅(1)存在石英、水晶、瑪瑙、沙子(含雜質(zhì))等。(2)物理性質(zhì)熔、沸點高，硬而脆，不溶于水。(3)化學(xué)性質(zhì)特性—與HF反應(yīng)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(4)用途：光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器。3．硅酸的性質(zhì)與用途4．硅酸鹽的性質(zhì)與表示方法(1)Na2SiO3水溶液俗稱________，常用于制作黏合劑、防腐劑和耐火材料。(2)硅酸鈉溶液在空氣中易變質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________。(3)硅酸鹽組成的表示：如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為____________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為_______________________________________________________________________。5．常見無機非金屬材料(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______________________________主要設(shè)備______________________________生產(chǎn)條件高溫②玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。(2)新型無機非金屬材料①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷②生物陶瓷③壓電陶瓷[判斷](正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在()(2)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)()(3)單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維()(4)SiO2不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器()(5)Si→SiO2→H2SiO3均能進(jìn)行一步轉(zhuǎn)化()(6)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀，證明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強()(7)傳統(tǒng)無機非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料()(8)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品()(9)水玻璃是混合物，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑()微點撥1．SiO2雖能與HF反應(yīng)，但不是兩性氧化物，是酸性氧化物。2．SiO2雖是酸酐，但難溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。3．H2CO3酸性強于H2SiO3，但高溫下可發(fā)生Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。4．Si還原性強于C，但高溫下可發(fā)生2C＋SiO2Si＋2CO↑?？键c專練·層級突破練點一硅及其化合物性質(zhì)應(yīng)用1．下列有關(guān)硅的說法中，不正確的是()A．高純度的硅廣泛用于制作計算機B．硅可由二氧化硅還原制得C．低溫時，硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D．自然界中硅的儲量豐富，自然界中存在大量的單質(zhì)硅2．下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能與水反應(yīng)生成硅酸B．二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于導(dǎo)電能力強而被用于制造光纜C．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反應(yīng)D．用二氧化硅制取單質(zhì)硅時，當(dāng)生成2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，得到2.8g硅3．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說法正確的是()A．原材料稻殼灰價格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價發(fā)生改變D．反應(yīng)器中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O練點二硅的工業(yè)制取4．高純度晶體硅是典型的無機非金屬材料，又稱“半導(dǎo)體”材料，它可以按下列方法制備：下列說法正確的是()A．步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋CSi＋CO2↑B．步驟①②③中每生成或反應(yīng)1molSi，轉(zhuǎn)移4mol電子C．二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，而硅不能與氫氟酸反應(yīng)D．SiHCl3(沸點為33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸點為67.6℃)，通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3練后歸納在設(shè)計制備純硅的過程中，常遇到的知識點(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(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2(3)粗硅與干燥Cl2反應(yīng)制得SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4(4)SiHCl3與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl(5)SiCl4與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl練點三無機非金屬材料5．“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關(guān)說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽6．氮化硅可用作高溫陶瓷復(fù)合材料，在航空航天、汽車發(fā)動機、機械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線如下圖所示：其中—NH2中各元素的化合價與NH3相同。請回答下列問題：(1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)反應(yīng)方程式表示其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)圖示①～⑤的變化中，屬于氧化還原反應(yīng)的是______________。(3)SiCl4在潮濕的空氣中劇烈水解，產(chǎn)生白霧，軍事工業(yè)中用于制造煙霧劑。SiCl4水解的化學(xué)反應(yīng)方程式為________________________。(4)在反應(yīng)⑤中，3molSi(NH2)4在高溫下加熱可得1mol氮化硅粉末和8molA氣體，則氮化硅的化學(xué)式為________________。(5)在高溫下將SiCl4在B和C兩種氣體的氣氛中，也能反應(yīng)生成氮化硅，B和C兩種氣體在一定條件下化合生成A。寫出SiCl4與B和C兩種氣體反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________。真題演練·素養(yǎng)通關(guān)1．[2019·全國卷Ⅰ，7]陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學(xué)有著密切的關(guān)系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)贫蒀．陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽D．陶瓷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點2．[2020·天津卷，4]下列離子方程式書寫正確的是()A．CaCO3與稀硝酸反應(yīng)：CO32?＋2H＋=H2O＋COB．FeSO4溶液與溴水反應(yīng)：2Fe2＋＋Br2=2Fe3＋＋2Br－C.NaOH溶液與過量H2C2O4溶液反應(yīng)：H2C2O4+2D．C6H5ONa溶液中通入少量CO2：2C6H3．[2020·浙江7月，24]Ca3SiO5是硅酸鹽水泥的重要成分之一，其相關(guān)性質(zhì)的說法不正確的是()A．可發(fā)生反應(yīng)：Ca3SiO5＋4NH4ClCaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能與SO2反應(yīng)生成新鹽D．與足量鹽酸作用，所得固體產(chǎn)物主要為SiO24．[江蘇卷，1]CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)。下列過程會引起大氣中CO2含量上升的是()A．光合作用 B．自然降雨C．化石燃料的燃燒 D．碳酸鹽的沉積5．[全國卷Ⅱ，26]水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實驗室測定水泥樣品中鈣含量的過程如圖所示：回答下列問題：(1)在分解水泥樣品過程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是________________，還可使用________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于強酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)加氨水過程中加熱的目的是____________。沉淀B的主要成分為________、________(填化學(xué)式)。(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定反應(yīng)為：MnO4?＋H＋＋H2C2O4→Mn2＋＋CO2＋H2O。實驗中稱取0.400g水泥樣品，滴定時消耗了0.0500mol·L6．[2019·天津理綜，10節(jié)選]多晶硅是制作光伏電池的關(guān)鍵材料。以下是由粗硅制備多晶硅的簡易過程?；卮鹣铝袉栴}：(1)硅粉與HCl在300℃時反應(yīng)生成1molSiHCl3氣體和H2，放出225kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為______________________。SiHCl3的電子式為__________________。(2)由粗硅制備多晶硅過程中循環(huán)使用的物質(zhì)除SiCl4、SiHCl3第四章非金屬及其化合物第1講碳、硅及其化合物考點一基礎(chǔ)梳理·自我排查1．(1)游離態(tài)化合態(tài)同素異形體(2)正四面體高大正六邊形高小能正五正六(3)C＋O2CO22C＋O22CO3C＋Fe2O33CO↑＋2Fe2C＋SiO2Si＋2CO↑C＋H2O(g)CO＋H2C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2OC＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O5．(2)C6H12O6＋6O2(3)CaCO3＋H2O＋CO2=Ca(HCO3)2判斷答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×考點專練·層級突破1．解析：A項，石墨烯是一種新發(fā)現(xiàn)的材料，它的物理性質(zhì)是拉力好、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、硬度大、熔點高等；B項，同種元素的不同單質(zhì)互稱同素異形體；C項，碳原子半徑大于氫原子，則石墨炔孔徑大于H2分子的直徑，可以容納H2分子；D項，碳與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物均為二氧化碳和二氧化硫。答案：D2．答案：B3．解析：n(CO2)＝3.36L22.4L·mol?1＝0.150mol，nnNaOHnCO2＝0.200mol0.15mol＝43，即1<nNaOHnCO2<2，反應(yīng)產(chǎn)物為Na2CO3、NaHCO3，設(shè)其物質(zhì)的量分別為x、答案：B4．答案：(1)除去混合氣體中的CO2氣體檢驗混合氣體中的CO2是否除盡除去尾氣中的CO2氣體除去尾氣中的CO氣體、防止污染環(huán)境(2)CO＋CuOCu＋CO2(3)B中無明顯現(xiàn)象，C中的物質(zhì)由黑色變成紅色，D中的澄清石灰水變渾濁考點二基礎(chǔ)梳理·自我排查1．(2)Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑Na2SiO3＋2H2↑Si＋O2SiO2(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑2．(3)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2OCaO＋SiO2CaSiO3SiO2＋2CSi＋2CO↑2Mg＋SiO22MgO＋SiNa2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑3．難碳酸Na2CO3＋H2SiO3↓H2SiO3SiO2＋H2ONa2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl4．(1)水玻璃(2)Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓3Na25．(1)石灰石、黏土純堿、石灰石和石英黏土水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑判斷答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√(8)×(9)√考點專練·層級突破1．解析：硅是重要的半導(dǎo)體材料，可用于生產(chǎn)制造計算機中的芯片，A正確；2C＋SiO2Si＋2CO↑，B正確；常溫下，Si的性質(zhì)穩(wěn)定，但可以與F2、HF、強堿溶液反應(yīng)，C正確；自然界中不存在單質(zhì)硅，D錯誤。答案：D2．解析：二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，與水不反應(yīng)，故A錯誤；二氧化硅制成的光導(dǎo)纖維，由于其良好的光學(xué)特性而被用于制造光纜，故B錯誤；碳酸的酸性強于硅酸，二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反應(yīng)，但在高溫時，二氧化硅能夠與碳酸鈉固體反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，故C正確；由方程式SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知當(dāng)生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)即0.1mol氣體時，得到0.05mol即1.4g硅，故D錯誤。答案：C3．解析：A項，稻殼灰來源廣泛，價格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價值，正確；B項，操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，錯誤；C項，二氧化硅中，硅元素的化合價是＋4價，硅酸鈉中，硅元素的化合價是＋4價，所以該流程中硅元素的化合價沒有發(fā)生改變，錯誤；D項，由復(fù)分解反應(yīng)的概念可知，SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O，不屬于復(fù)分解反應(yīng)，錯誤。答案：A4．解析：A項，步驟①的化學(xué)方程式為SiO2＋2CSi＋2CO↑；B項，步驟②③中每生成或反應(yīng)1molSi，轉(zhuǎn)移2mol電子；C項，硅能與氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和氫氣；D項，SiHCl3和SiCl4的沸點相差較大，可通過蒸餾(或分餾)提純SiHCl3。答案：D5．解析：陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；純堿、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。答案：C6．解析：石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放的實質(zhì)是SiO2與堿性物質(zhì)可以發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)①是石英砂與焦炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)②是硅單質(zhì)與Cl2反應(yīng)，也是氧化還原反應(yīng)。SiCl4水解可以看做Si結(jié)合四個OH－生成H4SiO4，H4SiO4不穩(wěn)定失水生成H2SiO3，Cl－結(jié)合H＋生成HCl。氮化硅的化學(xué)式可通過題目信息運用質(zhì)量守恒求得。結(jié)合題給信息，SiCl4與N2、H2反應(yīng)可得到Si3N4和HCl。答案：(1)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2)①②(3)SiCl4＋3H2O=4HCl↑＋H2SiO3↓(4)Si3N4(5)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl真題演練·素養(yǎng)通關(guān)1．解析：“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色與氧化亞鐵有關(guān)，而氧化鐵顯紅棕色，A項錯誤；秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫?zé)贫?，B項正確；陶瓷以黏土為原料，經(jīng)高溫?zé)贫?，屬于人造材料，主?/p>