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1、2021/8/11 星期三1第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅、碳硅、碳点面导图点面导图2021/8/11 星期三2考向分析考向分析本本节节高考重点考高考重点考查查：(1)C、Si及其化合物主要性及其化合物主要性质质、应应用；用；(2)有关环境污染问题。有关环境污染问题。题型以选择题、推断题为主，难度为低中档题。预测题型以选择题、推断题为主，难度为低中档题。预测2013年年会以新材料、新科技为背景在会以新材料、新科技为背景在C、Si及其主要化合物性质应用方及其主要化合物性质应用方面进行命题。因此平时复习注意关注与面进行命题。因此平时复习注意关注与C、Si有关的新材料、新有关
2、的新材料、新科技。科技。2021/8/11 星期三3一、碳和硅的存在和性质一、碳和硅的存在和性质1存在形态及常见单质存在形态及常见单质自自然然界界中中碳碳元元素素既既有有游游离离态态，又又有有化化合合态态，而而硅硅元元素素因因有有亲亲氧氧性性，所所以以仅仅有有_态态。碳碳单单质质主主要要有有金金刚刚石石、石石墨墨等等同同素异形体，硅单质主要有素异形体，硅单质主要有_和和_两大类。两大类。化合化合晶体晶体无定形无定形2021/8/11 星期三42单质的结构、物理性质与用途比较单质的结构、物理性质与用途比较碳碳硅硅结结构构金金刚刚石：石：_结结构构石墨：石墨：层层状状结结构构晶体硅：与金晶体硅：与
3、金刚刚石石类类似的似的空空间间网状网状结结构构物理物理性性质质金金刚刚石熔点石熔点_、硬度、硬度大大石墨熔点高、石墨熔点高、质质_，有滑有滑腻腻感感晶体硅晶体硅为为灰黑色固体，有灰黑色固体，有金属光金属光泽泽、硬度大、熔点、硬度大、熔点_用途用途金金刚刚石用作切割刀具，石用作切割刀具，_用作用作电电极、极、铅铅笔芯笔芯晶体硅用作晶体硅用作_材料、材料、硅芯片和硅太阳能硅芯片和硅太阳能电电池池空间网状空间网状高高软软石墨石墨高高半导体半导体2021/8/11 星期三53.化学性质化学性质(一般表现为还原性一般表现为还原性)写出下列反写出下列反应应的化学方程式的化学方程式2021/8/11 星期三
4、62021/8/11 星期三7【答案】【答案】(1)(2)(3)(4)2021/8/11 星期三8二、二氧化硅、硅酸、硅酸盐及非金属材料二、二氧化硅、硅酸、硅酸盐及非金属材料1SiO2(1)结构结构二二氧氧化化硅硅晶晶体体为为_结结构构，每每个个Si原原子子周周围围有有_个个氧氧原原子子，每每个个氧氧原原子子周周围围有有2个个硅硅原原子子，二二氧氧化化硅硅晶晶体熔点体熔点_，硬度大。，硬度大。二二氧氧化化硅硅晶晶体体称称作作_，根根据据晶晶形形和和色色彩彩又又分分为为_和玛瑙。和玛瑙。空间网状空间网状4石英石英水晶水晶高高2021/8/11 星期三92021/8/11 星期三10弱弱 H2Si
5、O32NaOH=Na2SiO32H2O Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3 干燥剂、催化剂干燥剂、催化剂 2021/8/11 星期三11(2)硅酸硅酸盐盐由硅、氧和金属元素由硅、氧和金属元素组组成的化合物的成的化合物的总总称称硅酸硅酸盐盐的表示的表示氧化物氧化物组组合表示法合表示法如如Na2SiO3：_，CaMg3Si4O12：_。硅酸硅酸钠钠硅硅酸酸钠钠水水溶溶液液俗俗称称_，是是无无色色黏黏稠稠液液体体，常常用于制用于制备备黏合黏合剂剂、防腐、防腐剂剂、耐火材料。、耐火材料。Na2OSiO2CaO3MgO4SiO2水玻璃水玻璃2021/8/11 星期三123无机非金属材料
6、无机非金属材料(1)常常见见硅酸硅酸盐盐材料材料产产品品水泥水泥玻璃玻璃陶瓷陶瓷设备设备水泥回水泥回转转窑窑玻璃窑玻璃窑原料原料_黏土黏土石灰石、黏土石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英2021/8/11 星期三13(2)特殊含硅材料特殊含硅材料SiC(俗俗称称_)具具有有金金刚刚石石结结构构，硬硬度度大大，可可用用作作砂砂纸纸、砂、砂轮轮的磨料。的磨料。含含硅硅4%的的硅硅钢钢具具有有很很高高的的_性性，可可用用作作变变压压器的器的铁铁芯。芯。硅橡胶具有耐高温、耐低温的性硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质质。分子分子筛筛用作用作_和催化和催化剂剂。金刚砂金刚砂导磁导磁吸附剂吸附剂20
7、21/8/11 星期三142(判一判判一判)下列下列说说法是否正确法是否正确(填填“”或或“”)(1)SiO2是沙子、石英、是沙子、石英、玛玛瑙的主要成分瑙的主要成分 ()(2)玻璃、石英玻璃、水泥均是硅酸玻璃、石英玻璃、水泥均是硅酸盐盐材料材料 ()(3)SiO2是酸性氧化物，不能与任何酸反是酸性氧化物，不能与任何酸反应应 ()(4)SiO2与与CO2是同族元素的氧化物，化学性是同族元素的氧化物，化学性质质相同相同 ()(5)CO2通通入入硅硅酸酸钠钠溶溶液液中中，有有白白色色沉沉淀淀生生成成，说说明明酸酸性性H2CO3H2SiO3 ()【答案】【答案】(1)(2)(3)(4)(5)2021
8、/8/11 星期三152021/8/11 星期三161.熔沸点熔沸点一一般般情情况况下下，非非金金属属单单质质熔熔沸沸点点低低，硬硬度度小小，但但硅硅、金金刚刚石石熔熔沸沸点点高高，硬硬度度大大，其其中中金金刚刚石石为为自自然然界界中中硬硬度度最最大大的的物物质质，所所以可用金以可用金刚刚石制作石制作钻头钻头和切割工具。和切割工具。2导电性导电性一一般般情情况况下下，非非金金属属单单质质为为绝绝缘缘体体，但但硅硅为为半半导导体体，石石墨墨是是电电的良的良导导体，所以晶体硅可作半体，所以晶体硅可作半导导体材料，石墨可作体材料，石墨可作电电极。极。碳、硅及其化合物的特性与应用碳、硅及其化合物的特性
9、与应用 2021/8/11 星期三173SiO2作为酸性氧化物的特性作为酸性氧化物的特性(1)一一般般情情况况下下，只只有有碱碱性性氧氧化化物物与与酸酸反反应应，酸酸性性氧氧化化物物只只与与碱碱反反应应，不不与与酸酸反反应应，但但SiO2是是酸酸性性氧氧化化物物，却却能能与与氢氢氟氟酸酸反反应应：SiO24HF=SiF42H2O，所所以以不不能能用用玻玻璃璃容容器器盛盛放放氢氢氟氟酸，而用酸，而用氢氢氟酸刻氟酸刻蚀蚀玻璃。玻璃。(2)一一般般情情况况下下，酸酸性性氧氧化化物物与与水水反反应应生生成成相相应应的的酸酸，如如CO2H2OH2CO3，但，但SiO2不溶于水，不与水反不溶于水，不与水反
10、应应。2021/8/11 星期三182021/8/11 星期三195硅酸和硅酸盐的溶解性硅酸和硅酸盐的溶解性一一般般情情况况下下，大大多多数数酸酸溶溶于于水水，如如盐盐酸酸、醋醋酸酸、碳碳酸酸，但但硅硅酸酸却不溶于水。却不溶于水。硅硅酸酸盐盐大大多多难难溶溶于于水水，常常见见可可溶溶性性硅硅酸酸盐盐是是Na2SiO3，其其水水溶溶液俗称水玻璃，是制液俗称水玻璃，是制备备硅胶和木材防火硅胶和木材防火剂剂等的原料。等的原料。2021/8/11 星期三20(2012南南昌昌高高三三模模拟拟)A、B同同主主族族且且都都是是短短周周期期元元素素，含含A元元素素的的一一种种单单质质是是一一种种重重要要的的
11、半半导导体体材材料料，含含A元元素素的的一一种种化化合合物物C可可用用于于制制造造高高性性能能的的现现代代通通迅迅材材料料光光导导纤纤维维，C与烧碱反应生成含与烧碱反应生成含A元素的化合物元素的化合物D。请回答下列问题：。请回答下列问题：(1)C、D的化学式分别为的化学式分别为_、_。(2)易易与与C发发生生化化学学反反应应的的酸酸是是_，反反应应的的化化学学方方程程式式是是_。(3)将将C与与纯纯碱碱混混合合高高温温熔熔融融时时也也发发生生化化学学反反应应生生成成D，同同时时还还生生成成B的的最最高高价价氧氧化化物物E；将将全全部部的的E与与全全部部的的D在在足足量量的的水水中中混合后，又发
12、生化学反应生成含混合后，又发生化学反应生成含A的化合物的化合物F。2021/8/11 星期三21写出生成写出生成D和和F的化学反的化学反应应方程式：方程式：_。要将要将纯纯碱高温熔化，下列可碱高温熔化，下列可选选用的用的仪仪器是器是_。A普通玻璃坩普通玻璃坩埚埚B石英玻璃坩石英玻璃坩埚埚C试试管管 D铁铁坩坩埚埚(4)下列关于下列关于C和和E的性的性质质比比较较正确的是正确的是_。AC和和E均与生石灰反均与生石灰反应应生成生成盐盐BC和和E的熔点和硬度相似的熔点和硬度相似CC和和E均与水反均与水反应应生成相生成相应应的酸的酸DC和和E均能与均能与烧烧碱溶液反碱溶液反应应，与任何酸均不反，与任何
13、酸均不反应应2021/8/11 星期三22【破破题题技技巧巧】首首先先根根据据A元元素素的的单单质质及及其其化化合合物物的的性性质质推推断断出出A为为Si，然然后后依依据据A、B在在元元素素周周期期表表中中的的位位置置关关系系得得出出B为为碳，之后结合碳，之后结合SiO2的特性解答。的特性解答。【精精讲讲精精析析】(1)A元元素素的的单单质质可可作作半半导导体体材材料料，含含A元元素素的的化化合合物物C是是制制造造光光导导纤纤维维的的原原料料，可可知知A为为硅硅元元素素，C为为SiO2，D为为Na2SiO3。由由A、B同同主主族族且且都都是是短短周周期期元元素素可可知知B为为碳碳。(2)C为为
14、SiO2，能能与与SiO2反反应应的的酸酸只只有有氢氢氟氟酸酸。(3)SiO2与与Na2CO3高高温温下下反反应应生生成成Na2SiO3和和CO2，故故含含SiO2的的材材料料(普普通通玻玻璃璃、石石英英玻玻璃璃)以以及及Al2O3等等都都能能与与Na2CO3在在高高温温下下反反应应，故故不不能能用用以以上上材材质质的的坩坩埚埚熔熔融融Na2CO3。(4)C为为SiO2、E为为CO2。A项项，二二者者均均为为酸酸性性氧氧化化物物，与与碱碱性性氧氧化化物物CaO均均生生成成盐盐；B项项，SiO2熔熔点点、硬硬度度大大，CO2为为气气体体，熔熔点点、硬硬度度小小；C项项，SiO2与与H2O不反应；
15、不反应；D项，项，SiO2与与HF反应。反应。2021/8/11 星期三232021/8/11 星期三242021/8/11 星期三25【解解析析】A项项，硅硅酸酸钠钠本本身身是是一一种种粘粘合合剂剂，易易造造成成磨磨口口玻玻璃璃塞塞与与瓶瓶口口粘粘结结；B项项，两两反反应应条条件件不不同同，反反应应是是溶溶液液中中反反应应，强强酸酸可可制制弱弱酸酸，而而高高温温条条件件下下，CO2是是气气体体，逸逸出出促促使使反反应应发发生生；C项项，SiO2只只与与氢氢氟氟酸酸这这一一种种酸酸反反应应且且生生成成的的不不是是盐盐；D项正确。项正确。【答案】【答案】D2021/8/11 星期三26从沙滩走到
16、用户的过程探究从沙滩走到用户的过程探究 2021/8/11 星期三27(2012湛湛江江徐徐闻闻一一中中质质检检)晶晶体体硅硅是是一一种种重重要要的的非非金金属属材材料，制备纯硅的主要步骤如下：料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用过量的碳与二氧化硅反应制得粗硅；高温下用过量的碳与二氧化硅反应制得粗硅；粗粗硅硅与与干干燥燥的的HCl气气体体反反应应制制得得SiHCl3(Si3HCl=SiHCl3H2)；SiHCl3与与过过量量的的H2在在1 0001 100 反反应应制制得得纯纯硅硅，已已知知SiHCl3能与水剧烈反应，在空气中易自燃。能与水剧烈反应，在空气中易自燃。2021/8/11 星期三2
17、8请请回答：回答：(1)第一步，制第一步，制备备粗硅的化学方程式粗硅的化学方程式为为_，氧化氧化剂剂是是_。(2)粗粗硅硅与与HCl反反应应完完全全后后，经经冷冷凝凝得得到到的的SiHCl3(沸沸点点33.0)中中含含有有少少量量SiCl4(沸沸点点57.6)和和HCl(沸沸点点84.7)，提提纯纯SiHCl3可采用可采用_的方法。的方法。(3)已已知知SiHCl3遇遇水水剧剧烈烈反反应应生生成成H2SiO3、HCl和和H2，其其化化学学方方程式程式为为_。(4)H2还还原原SiHCl3过过程中若混入程中若混入O2，可能引起的后果是，可能引起的后果是_。2021/8/11 星期三29(5)实验
18、实验室用室用SiHCl3与与过过量的量的H2反反应应制取制取纯纯硅的装置如硅的装置如图图所示所示(加加热热器和器和夹夹持装置略去持装置略去)：2021/8/11 星期三30装置装置B中的中的试剂试剂是是_，装置，装置C需水浴加需水浴加热热，目的是，目的是_。反反应应一一段段时时间间后后，装装置置D中中可可观观察察到到有有晶晶体体硅硅生生成成，D中中发发生的反生的反应应的化学方程式是的化学方程式是_。为为保保证证实实验验的的成成功功，操操作作的的关关键键除除题题中中已已告告知知的的以以外外，你你认认为为最重要的最重要的还还有：有：_(说说出三点出三点)。2021/8/11 星期三31【精讲精析】
19、【精讲精析】(1)根据化合价升降，可确定根据化合价升降，可确定SiO2为氧化剂；为氧化剂；(2)因为题设中给出的信息为因为题设中给出的信息为SiHCl3、SiCl4、HCl的沸点不同，的沸点不同，应用沸点差异进行分离，采用分馏法；应用沸点差异进行分离，采用分馏法；(3)根据题中产物，利根据题中产物，利用化合价升降和观察法不难配平方程式为用化合价升降和观察法不难配平方程式为SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2；(4)因为因为H2与与O2混合加热易混合加热易爆炸，同时爆炸，同时O2氧化氧化SiHCl3；(5)因为因为SiHCl3与与H2O反应，所以反应，所以B中应放浓中应放浓H2SO4干
20、燥剂。干燥剂。依据题设信息依据题设信息(SiHCl3能与水剧烈反能与水剧烈反应，在空气中易自燃应，在空气中易自燃)可知加热前要先排尽装置中的空气及可知加热前要先排尽装置中的空气及C、D装置中的水蒸气。装置中的水蒸气。2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三332(双双选选)(2012梅梅州州培培英英中中学学检检测测)下下列列实实验验方方案案叙叙述述正正确确的的是是()A利用利用SiO2与水反与水反应应制制备备H2SiO3C同同浓浓度度的的Na2CO3溶溶液液的的碱碱性性比比Na2SiO3溶溶液液的的强强，说说明明酸酸性性H2CO3H2SiO3D 将将 CO2通通 入入 Na2S
21、iO3溶溶 液液 中中，根根 据据 现现 象象 可可 说说 明明 酸酸 性性H2CO3H2SiO32021/8/11 星期三34【解解析析】A项项，SiO2与与水水不不反反应应；C项项，事事实实上上Na2CO3比比Na2SiO3的水解程度小，碱性弱。的水解程度小，碱性弱。【答案】【答案】BD 2021/8/11 星期三35误区警示误区警示碳、硅及其化合物性质的类推误区碳、硅及其化合物性质的类推误区考考题实录题实录下列下列类类推关系正确的是推关系正确的是()AC与与NaOH溶液不反溶液不反应应，则则Si与与NaOH溶液也不溶液也不反反应应 BCO2与碱液反应生成盐和水，则与碱液反应生成盐和水，则
22、SiO2与碱液反与碱液反应生成盐和水应生成盐和水 C金刚石不导电，则晶体硅也不导电金刚石不导电，则晶体硅也不导电 DCO2与与Na2CO3溶液反应，则溶液反应，则SiO2与与Na2SiO3溶溶液也反应液也反应2021/8/11 星期三36易易错错剖析剖析错选项错选项错错原因原因A不清楚不清楚Si与与NaOH溶液反溶液反应应原理原理C不清楚晶体硅是良好的半不清楚晶体硅是良好的半导导体体DCO2与与Na2CO3反反应应生成生成NaHCO3而不知道而不知道SiO2与与Na2SiO3不反不反应应2021/8/11 星期三37常常见错误见错误正确答案正确答案(1)不清楚不清楚Si与与NaOH溶液反溶液反
23、应应放出放出H2；(2)认为认为Si不与任何酸反不与任何酸反应应；(3)认为认为C、Si为为非金属，只能作氧非金属，只能作氧化化剂剂；(4)SiO2既能与碱反既能与碱反应应又能与又能与氢氢氟酸反氟酸反应应，认为认为SiO2为为两性氧化两性氧化物；物；(5)H2SO4、H2SO3、HClO等等酸溶于水，酸溶于水，认为认为H2SiO3溶于水。溶于水。选选B。C、Si均是非金属均是非金属元素，元素，CO2、SiO2均均为为酸性氧酸性氧化物，故均与碱溶液反化物，故均与碱溶液反应应生成生成盐盐和水。和水。2021/8/11 星期三382021/8/11 星期三39【解解析析】A项项，生生成成的的NO2仍
24、仍具具污污染染性性，且且NO具具有有氧氧化化性性，氧氧化化CO生生成成N2和和CO2；B项项，NaCl对对溶溶液液的的碱碱性性无无影影响响，不不变变色色；C项项，酸酸性性KMnO4氧氧化化SO2被被吸吸收收而而CO2不不被被吸吸收收，浓浓H2SO4作干燥剂；作干燥剂；D项，项，SiO2与氢氟酸反应。与氢氟酸反应。【答案】【答案】C2021/8/11 星期三40【答案】【答案】B2021/8/11 星期三413(2011山山东东高高考考)某某短短周周期期非非金金属属元元素素的的原原子子核核外外最最外外层层电电子子数是次外数是次外层电层电子数的一半，子数的一半，该该元素元素()A在自然界中只以化合
25、在自然界中只以化合态态的形式存在的形式存在B单质单质常用作半常用作半导导体材料和光体材料和光导纤维导纤维C最高价氧化物不与酸反最高价氧化物不与酸反应应D气气态氢态氢化物比甲化物比甲烷稳烷稳定定【答案】【答案】A2021/8/11 星期三42【解析】【解析】减少减少CO2生成糖类。生成糖类。【答案】【答案】C2021/8/11 星期三43高考题组二碳、硅及其化合物的实验探究高考题组二碳、硅及其化合物的实验探究5(2011福建高考福建高考)牙膏样品中碳酸钙的定量测定牙膏样品中碳酸钙的定量测定利利用用下下图图所所示示装装置置(图图中中夹夹持持仪仪器器略略去去)进进行行实实验验，充充分分反反应应后后，
26、测定测定C中生成的中生成的BaCO3沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。沉淀质量，以确定碳酸钙的质量分数。2021/8/11 星期三44依据依据实验过实验过程回答下列程回答下列问题问题：(1)实实验验过过程程中中需需持持续续缓缓缓缓通通入入空空气气。其其作作用用除除了了可可搅搅拌拌B、C中的反中的反应应物外，物外，还还有：有：_；(2)C中反中反应应生成生成BaCO3的化学方程式是的化学方程式是_。(3)下下列列各各项项措措施施中中，不不能能提提高高测测定定准准确确度度的的是是_(填填标标号号)。a在加入在加入盐盐酸之前，酸之前，应应排排净净装置内的装置内的CO2气体气体b滴加滴加盐盐酸不宜酸不
27、宜过过快快c在在AB之之间间增添盛有增添盛有浓浓硫酸的洗气装置硫酸的洗气装置d在在BC之之间间增添盛有增添盛有饱饱和碳酸和碳酸氢钠氢钠溶液的洗气装置溶液的洗气装置2021/8/11 星期三45(4)实实验验中中准准确确称称取取8.00 g样样品品三三份份，进进行行三三次次测测定定，测测得得BaCO3平平均均质质量量为为3.94 g。则则样样品品中中碳碳酸酸钙钙的的质质量量分分数数为为_。(5)有有人人认认为为不不必必测测定定C中中生生成成的的BaCO3质质量量，只只要要测测定定装装置置C在在吸吸收收CO2前前后后的的质质量量差差，一一样样可可以以确确定定碳碳酸酸钙钙的的质质量量分分数数。实验证
28、实验证明按此方法明按此方法测测定的定的结结果明果明显显偏高，原因是偏高，原因是_。2021/8/11 星期三46【解析】【解析】B中生成的中生成的CO2气体，在除去了气体，在除去了CO2的空气作用下，的空气作用下，可全部排入到可全部排入到C中与中与Ba(OH)2反应，提高实验的准确性。反应，提高实验的准确性。B中反中反应发生前，装置内若残留有应发生前，装置内若残留有CO2，会影响测量的准确度；滴加，会影响测量的准确度；滴加盐酸过快，有可能导致盐酸过快，有可能导致CO2不能被不能被C中中Ba(OH)2全部吸收；因全部吸收；因水对水对BaCO3质量不产生影响，质量不产生影响，Ba(OH)2又是足量
29、的，故挥发出又是足量的，故挥发出的的HCl不会影响不会影响CO2的吸收，答案为的吸收，答案为c、d。3.94 g BaCO3的物的物质的量是质的量是0.02 mol，由碳守恒知样品中含有，由碳守恒知样品中含有0.02 mol CaCO3，质量为质量为2 g，其质量分数为，其质量分数为25%。直接测量。直接测量C装置实验前后的质装置实验前后的质量，可求出生成的量，可求出生成的CO2的质量，但因从的质量，但因从B中出来的还有水蒸气、中出来的还有水蒸气、HCl气体等，会导致测量结果偏高。气体等，会导致测量结果偏高。2021/8/11 星期三47【答答案案】(1)把把生生成成的的CO2全全部部排排入入C中中，使使之之完完全全被被Ba(OH)2溶液吸收溶液吸收(2)Ba(OH)2CO2=BaCO3H2O(3)c、d(4)25%(5)B中的水蒸气、中的水蒸气、HCl气体等进入装置气体等进入装置C中中(或其他合理答案或其他合理答案)2021/8/11 星期三48