第5章 第16讲 无机非金属材料 -【名师大课堂】2025年新高考化学艺术生总复习必备

第16讲 无机非金属材料 考点一 碳及其化合物 1.碳 (1)碳存在形态、物理性质及用途 碳 最外层电 子数 4 存在形态 游离态、化合态 结构 金刚石: 正四面体 空间网状结 构;石墨:平面正六边形层状结构 物理性质 金刚石熔点高、硬度大;石墨熔点 高、质软,有滑腻感 用途 金刚石可作切割刀具;石墨可作电 极、铅笔芯 (2)碳的化学性质 写出①~④的化学方程式: ① C+CO2 高温 􀪅􀪅2CO 或 2C+O2 点燃 􀪅􀪅 2CO 。 ② CO2+C 高温 􀪅􀪅2CO 。 ③ CuO+C 高温 􀪅􀪅Cu+CO↑ 。 ④ C+H2O(g) 高温 􀪅􀪅CO+H2 (制水煤 气)。 2.碳的氧化物 (1)一氧化碳的性质及应用 ①物理性质:无色无味的气体,难溶于水,能 使人中毒的原因是与人体内 血红蛋白 相结合,因缺氧而中毒。 ②化学性质及应用(写出有关化学方程式) a.可燃性:2CO+O2 点燃 􀪅􀪅2CO2,可作燃料。 b.还原性:CO还原Fe2O3 的反应为3CO+ Fe2O3 高温 􀪅􀪅2Fe+3CO2,可用于冶炼金属。 [微点拨] CO是不成盐氧化物,当引起人 体中毒时,酸碱不能解毒。CO2 是酸性氧化 物,能形成温室效应,但不是大气污染物。 (2)CO2 的性质及应用 化学式 CO2 构成 CO2 分子 物理性质 气体,熔、沸点低,溶于水 与碱性氧 化物反应 CaO+CO2 △ 􀪅􀪅CaCO3 与碱溶 液反应 2NaOH+CO2􀪅􀪅Na2CO3+H2O 与盐反应 Na2SiO3 + CO2 + H2O 􀪅􀪅 Na2CO3+H2SiO3↓ 与碳反应 C+CO2 △ 􀪅􀪅2CO 与H2O作用 CO2+H2O􀜩􀜨􀜑 H2CO3 与酸反应 不反应 用途 干冰用于人工降雨,合成肥料 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 701 一、碳及其化合物知识综合应用 1.在高温下碳与二氧化硅反应的特殊性。反 应2C+SiO2 高温 􀪅􀪅2CO↑+Si中,虽然单质 C能把单质Si置换出来,但不能说明单质C 的还原性比单质Si的强。 2.CO、CO2 气体的除杂方法 (1)CO中混有CO2:通过盛有 NaOH 溶液 的洗气瓶,然后干燥气体。 (2)CO2 中混有CO:通过盛有灼热CuO的 硬质玻璃管。 (3)CO2 中混有SO2、HCl:通过盛有饱和碳 酸氢钠溶液的洗气瓶,然后干燥气体。 说明 由 于 HCl的 酸 性 强 于 H2CO3、 H2SO3,所以CO2、SO2 通入CaCl2 或BaCl2 溶液中均无沉淀产生。 二、CO2 与碱反应产物的判断 1.CO2 与单一组分碱反应 以CO2 与NaOH溶液反应为例: CO2(少量)+2NaOH􀪅􀪅Na2CO3+H2O CO2(过量)+NaOH􀪅􀪅NaHCO3 当n(OH-)∶n(CO2)的值不同时反应产物 如下: (1)当n(OH-)∶n(CO2)≥2∶1,即NaOH 过量时,反应产物只有Na2CO3; (2)当n(OH-)∶n(CO2)≤1∶1,即CO2 过 量时,反应产物只有NaHCO3; (3)当1∶1<n(OH-)∶n(CO2)<2∶1时, 产物是 Na2CO3 和 NaHCO3 的混合物。此 时,n(Na2CO3)=n(NaOH)-n(CO2), n(NaHCO3)=2n(CO2)-n(NaOH)。 2.CO2 与多组分碱反应 如CO2 通入NaOH、Ca(OH)2 的混合溶液, 反应的顺序是 ①Ca(OH)2+CO2􀪅􀪅CaCO3↓+H2O; ②2NaOH+CO2􀪅􀪅Na2CO3+H2O; ③Na2CO3+CO2+H2O􀪅􀪅2NaHCO3; ④CaCO3+CO2+H2O􀪅􀪅Ca(HCO3)2。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 CO2 是自然界碳循环中的重要物质。 下列过程会引起大气中CO2 含量上升的是 ( ) A.光合作用 B.自然降雨 C.化石燃料的燃烧 D.碳酸盐的沉积 CO2 是重要的化工原料,也是应用广泛 的化学产品。某 H2 中含2.40molCO2,将 该混合气体通入2.00LNaOH 溶液中, CO2 被完全吸收。如果 NaOH 完全反应, 则该NaOH溶液的浓度为 。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 801 考点二 碳、硅的氧化物 1.一氧化碳 (1)物理性质: 无 色气体,有毒, 不 溶于水。 (2)化学性质 ①燃烧: 2CO+O2 点燃 􀪅􀪅2CO2 。 ②还原CuO: CO+CuO △ 􀪅􀪅Cu+CO2 。 (3)用途:燃料,冶炼金属。 2.二氧化碳和二氧化硅的比较 (1)结构与物理性质的比较 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2) 结构 空间网状立体 结 构,不存在单个分子 存 在 单 个 CO2 分子 物理 性质 硬度 大 ,熔、沸点 高 ,常 温 下 为 固 体,不溶于水 熔、沸点 低 , 常温 下 为 气 体, 微溶于水 (2)化学性质的比较 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2) 与水 反应 不反应 CO2+H2O􀜩􀜨􀜑 H2CO3 与酸 反应 只与氢氟酸反应: SiO2 +4HF 􀪅􀪅 SiF4↑+2H2O 不反应 与碱 (NaOH) 溶液 反应 SiO2+2NaOH􀪅􀪅 Na2SiO3+H2O ①CO2 少量CO2 +2NaOH 􀪅􀪅 Na2CO3+H2O ② CO2 足 量: CO2 + NaOH 􀪅􀪅NaHCO3 与盐 反应 如与Na2CO3 反应:SiO2+Na2CO3 高温 􀪅􀪅 Na2SiO3 + CO2↑ 如与 Ca(ClO)2 反应:Ca(ClO)2 + CO2 + H2O 􀪅􀪅 CaCO3 ↓ +2HClO 与碱 性氧化 物反应 如与CaO反应: SiO2+CaO 高温 􀪅􀪅 CaSiO3 如与Na2O反应: CO2+Na2O 􀪅􀪅Na2CO3 用途 光导纤维、光学 仪器、电子部件 制 饮 料、制 碳 酸盐 3.二氧化硅的特殊性 (1)SiO2 是 H2SiO3 的酸酐,它不溶于水, 不能 (填“能”或“不能”)直接与水作用制 备 H2SiO3。 (2)酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2 能 与 HF反应: SiO2+4HF􀪅􀪅SiF4↑+2H2O。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 901 1.硅及其化合物用途的易错点 (1)用作半导体材料的 是 晶 体 硅 而 不 是 SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2 而不是 晶体硅,计算机芯片的主要成分是晶体硅而 不是SiO2。 (2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等的主要成 分是SiO2,而不是硅酸盐。 (3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通 玻璃)的主要成分是硅酸盐。 2.碳、硅及其化合物的转化 3.无机非金属材料的性质与用途 硅酸盐产品具有硅及其化合物的性质,此类 产品要合理使用。如玻璃、陶瓷中含SiO2, 可与 NaOH 发生反应,所以在使用时要注 意以下几点: (1)玻璃仪器的使用:在常温下,SiO2 与 NaOH溶液反应较慢,可用玻璃仪器盛装碱 性物质,但瓶塞要用橡胶塞。 (2)石 英 坩 埚、瓷 坩 埚(都 属 于 陶 瓷 类 产 品)的使用:对坩埚加热时通常温度很高, 高温下SiO2 与碱易反应,所以加热碱性 (如 NaOH和 Na2CO3)固体时,通常不用 瓷坩埚或石英坩埚,而是用铁坩埚或石墨 坩埚。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 (2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主 要过程如下: 石 英 砂 焦炭 1800~2000℃→粗 硅 HCl 300℃→SiHCl3 H2 1100℃→高纯硅 下列说法错误的是 ( ) A.制 备 粗 硅 的 反 应 方 程 式 为 SiO2+2C 高温 􀪅􀪅Si+2CO↑ B.1molSi含Si—Si键的数目约为4×6.02 ×1023 C.原料气 HCl和 H2 应充分去除水和氧气 D.生成SiHCl3 的反应为熵减过程 下列除杂方法正确的是 ( ) A.SiO2 中含 Al2O3 杂 质,可 以 加 入 足 量 NaOH溶液然后过滤除去 B.CO2 中含有CO杂质,可以通入盛有CuO 的玻璃管且加热 C.CO2 中含有 HCl杂质,可以通过盛有 Na2CO3 溶液的洗气瓶 D.Na2CO3 溶液中含有Na2SiO3 杂质,可以 通入足量的CO2,然后过滤 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 011 过NH3催化氧化等反应过程生产 HNO3,相关的化学反 应方程式为4NH3+5O2 催化剂 △ 􀪅􀪅􀪅􀪅4NO+6H2O、2NO+ O2􀪅􀪅2NO2、3NO2+H2O􀪅􀪅2HNO3+NO、4NO2+ O2+2H2O􀪅􀪅4HNO3,C正确;氮元素在自然界中既有 游离态又有化合态,多种形态的氮及其化合物间的转化 形成了自然界的“氮循环”,D正确;故选A。 考点二 经典例题剖析 例1 D AlCl3 为 强 酸 弱 碱 盐,在 溶 液 中 能 发 生 水 解: AlCl3+3H2O􀜩􀜨􀜑 Al(OH)3+3HCl,配制AlCl3溶液时, 为抑制 其 水 解,常 加 入 稀 盐 酸,A 正 确;蔗 糖 和 淀 粉 在 H2SO4作催化剂、加热条件下会发生水解,B正确;稀硝 酸具有强氧化性,能与不活泼的金属银发生反应,故附有 银镜的试管常用稀硝酸进行清洗,C正确;苯与浓硫酸和 浓硝酸的混合溶 液 反 应 生 成 硝 基 苯,属 于 苯 的 硝 化,D 错误。 例2 A 考点三 经典例题剖析 例1 C 分析:NH4Cl分解的产物是NH3和 HCl,分解得 到的 HCl与 MgO反应生成 Mg(OH)Cl,Mg(OH)Cl又 可以分解得到 HCl和 MgO,则a为NH3,b为 Mg(OH) Cl,c为 HCl,d为 MgO。 解析:由分析可知,a为 NH3,c为 HCl,A 项错误;d为 MgO,B错误;可以水解生成 Mg(OH)Cl,通入水蒸气可 以减少 MgCl2的生成,C正确;反应①和反应②相加即为 氯化铵直接分解的反应,由盖斯定律可知,等压条件下, 反应①、反应②的反应热之和等于氯化铵直接分解的反 应热,D错误;故选C。 例2 B NH3的孤电子对数为1,价层电子对数为4,空间 构型为三角锥形,故A错误:N和O的电负性比较大,半 径比较小,NH3与 H2O之间既存在不同分子间氢键,也 存在同种分子间氢键,故B正确;NH3 溶于水得到氨水, 氨水中存在自由移动的铵根离子和氢氧根离子,即可导 电,故C错误;氨催化氧化制硝酸,NH3 中N元素的化合 价为-3,硝酸中N元素的化合价为+5,化合价升高,作 还原剂,利用的是NH3的还原性,故D错误。 考点四 经典例题剖析 例1 C 碱石灰吸水放热,有利于NH3逸出,A正确;锂易 与空气中的氧气等反应在表面形成氧化膜,故锂片使用 前必须打磨,B正确;P2O5不能用于干燥氨气,C错误;氨 气在双口瓶中冷却变为液氨,由题给条件可知,Li与液氨 反应产生[e(NH3)n]-,由原子守恒及电荷守恒可得反应 方程式:Li+nNH3􀪅􀪅Li++[e(NH3)n]-,D正确。 例2 答案:(1)U形管 bc (2)NaOH 溶于水放热,且电离出 OH-,促使 NH3· H2O分解生成NH3 (3)4NH3+CrCl3 △ 􀪅􀪅CrN+3NH4Cl (4)吸收尾气 HCl或 NH3 不合适,将丁中插入水中的 导管改为倒置漏斗,使漏斗下缘刚好和液面相平或在装 置丙和装置丁之间增加一个安全瓶 (5)78.9 解析:(1)仪器X的名称为U形管。浓硫酸和CaCl2均能 与NH3反应,不能用浓硫酸和无水CaCl2 干燥;NH3 为 碱性气体,可用碱性干燥剂碱石灰或CaO干燥,b、c项 正确。 (2)氨水中存在平衡:NH+4 +OH-􀜩􀜨􀜑 NH3·H2O􀜩􀜨􀜑 NH3+H2O,NaOH 溶于水放热,且电离出 OH-,促使 NH3·H2O分解生成NH3。 (3)装 置 丙 玻 璃 管 中 的 物 质 为 无 水 CrCl3,通 入 干 燥 的 NH3后,产生的大量白烟是NH4Cl固体小颗粒,反应的 化学方程式为4NH3+CrCl3 △ 􀪅􀪅CrN+3NH4Cl。 (4)HCl、NH3均极易溶于水,可用水作尾气吸收剂,但装 置丁中导管直接插入水中,容易引起倒吸,为防止液体倒 吸,可将插入水中的导管改为倒置漏斗,使漏斗下缘刚好 和液面相平或在装置丙和装置丁之间增加一个安全瓶。 (5)利用差量法计算: 4NH3+CrCl3 △ 􀪅􀪅CrN+3NH4Cl Δm 158.5 66 92.5 x 15.850g-7.525g=8.325g 则x=5.94g,纯度=m (CrN) m(样品)×100%= 5.94g 7.525g×100% ≈78.9%。 第16讲 无机非金属材料 考点一 经典例题剖析 例1 C 光合作用能够吸收CO2,不会使大气中CO2 的含 量上升,A不符合题意;自然降雨会溶解吸收CO2,不会 使大气中CO2的含量上升,B不符合题意;化石燃料燃烧 会释放CO2,使大气中CO2 的含量上升,C符合题意;生 成碳酸盐会消耗CO2,不会使大气中CO2 的含量上升,D 不符合题意。 例2 答案:1.20mol·L-1≤c(NaOH)≤2.40mol·L-1 解析:一定量的CO2 与一定量的 NaOH溶液完全反应, 生 成 物 可 能 有 三 种 情 况:① Na2CO3;② NaHCO3; ③Na2CO3和NaHCO3的混合物。利用极值法进行计算: 假设只生成NaHCO3,则根据CO2+NaOH􀪅􀪅NaHCO3 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 —113— 可得n(NaOH)=n(CO2)=2.40mol,则c(NaOH)= 2.40mol 2.00L =1.20mol·L-1;假 设 只 生 成 Na2CO3,根 据 CO2+ 2NaOH􀪅􀪅Na2CO3+H2O可得n(NaOH)=2n(CO2) =4.80mol,则c(NaOH)=4.80mol2.00L =2.40mol ·L-1; 综上可知,NaOH 溶液的浓度应该为1.20mol·L-1≤ c(NaOH)≤2.40mol·L-1。 考点二 经典例题剖析 例1 B 石英砂(SiO2)和焦炭在高温下反应生成Si和 CO,A正确;Si晶体中每个Si原子与4个Si原子成键,平 均1个Si原子形成2个Si—Si键,故1molSi所含Si—Si 键的数目为2×6.02×1023,B错误;SiHCl3 易水解,氢气 中混有氧气可能会发生爆炸,故原料气 HCl和 H2 应充 分去除水和氧气,C正确;Si+3HCl(g)􀪅􀪅SiHCl3(g)+ H2(g)为气体分子数减小的反应,为熵减反应,D正确。 例2 B A项,SiO2、Al2O3 均与 NaOH 溶液反应,错误; B项,CO与 CuO加热条件下生成 CO2,正 确;C项,应 通过盛有饱和NaHCO3 溶液的洗气瓶除去CO2 中含有 的 HCl杂 质,错 误;D项,Na2CO3 与 CO2 反 应 会 生 成 NaHCO3,引入NaHCO3杂质,错误。 必修第二册 选择性必修1 第六章 化学反应与能量 第17讲 化学反应的热效应 考点一 经典例题剖析 例1 C ①NH4Cl(s)􀪅􀪅NH+4 (g)+Cl-(g) ΔH1= +698kJ/mol-1; ②NH4Cl(s)􀪅􀪅NH+4 (aq)+Cl-(aq) ΔH2=+15kJ/mol; ③Cl-(g)􀪅􀪅Cl-(aq) ΔH3=-378kJ/mol; ④12 (NH4)2SO4(s)􀪅􀪅NH+4 (g)+ 1 2SO 2- 4 (g) ΔH4; ⑤12 (NH4)2SO4(s)􀪅􀪅NH+4 (aq)+ 1 2SO 2- 4 (aq) ΔH5=+3kJ/mol; ⑥12SO 2- 4 (g)= 1 2SO 2- 4 (aq) ΔH6=-530kJ/mol;则 ⑤+①-⑥-②+③得④,得到ΔH4=+838kJ·mol-1, 所以A、B、D错误,C正确,故选C。 例2 A 虽然2ΔH1≈ΔH2,但ΔH2≠ΔH3,说明碳碳双 键加氢放出的热量与分子内碳碳双键数目、双键的位置 有关,不能简单的说碳碳双键加氢放出的热量与分子内 碳碳双键数目成正比,A错误;ΔH2<ΔH3,即单双键交 替的物质能量低,更稳定,说明单双键交替的两个碳碳双 键间存在相互作用,有利于物质稳定,B正确;由图示可 知,反应Ⅰ为: 􀜏􀜏 (l)+H2(g)→ (l) ΔH1,反应 Ⅳ为: 􀜏 􀜏 􀜏􀜏 +3H2(g)→ (l) ΔH4,故反应Ⅰ是 1mol碳碳双键加成,如果苯环上有三个完全独立的碳碳 三键,则3ΔH1=ΔH4,现3ΔH1<ΔH4,说明苯分子中不 存在三个完全独立的碳碳双键,C正确;由图示可知,反 应Ⅰ为: 􀜏􀜏 (l)+H2(g)→ (l) ΔH1,反应Ⅲ为: 􀜏 􀜏 (l)+2H2(g)→ (l) ΔH3,反应Ⅳ为: 􀜏 􀜏 􀜏􀜏 + 3H2(g)→ (l) ΔH4,ΔH3-ΔH1<0,即 􀜏 􀜏 (l) +H2(g)→ 􀜏􀜏 (l) ΔH<0,ΔH4-ΔH3>0,即 􀜏 􀜏 􀜏􀜏 +H2(g)→ 􀜏 􀜏 (l) ΔH>0,则说明 􀜏 􀜏 􀜏􀜏 具有的总能 量小于 􀜏 􀜏 ,能量越低越稳定,则说明苯分子具有特殊 稳定性,D正确;故答案为A。 考点二 经典例题剖析 例1 A 氢气燃烧是放热反应,其ΔH 应为负值,故C、D 错误;2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,而B 是生成液态水,所以B也是错误的;反应逆向进行,ΔH 符号相反,因此A是正确的。 例2 C 判断热化学方程式的书写时,要注意状态、ΔH 单 位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。① 中水的状态应为液态且焓变数值与方程式的化学计量数 不对应,故错误;③错在没有标出是在水溶液中的反应, 正确的热化学方程式为 H+(aq)+OH-(aq)􀪅􀪅H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。 考点三 经典例题剖析 例1 B 根据能量变化关系可知,1molH2(g)和 1 2mol O2(g)反应生成1mol水蒸气,共释放(930-436-249)kJ =245kJ的能量,则热化学方程式可表示为2H2(g)+O2(g) 􀪅􀪅2H2O(g) ΔH-490kJ·mol-1,A正确;水由气态 变为液态时,释放热量,故乙→丙的过程中若生成液态 水,释放的能量将大于930kJ,B错误;O2 与 H2 化合生 成 H2O时释放热量,因此 H2O分解为 H2 与O2 时吸收 热量,C正确;甲→乙吸收能量,乙→丙释放能量,甲→丙 释放能量,因此甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关 系为乙>甲>丙,D正确。 例2 B 由①×2-②可得反应2H2O(g)􀪅􀪅2H2(g)+ O2(g),根据盖斯定律,该反应的ΔH=2akJ·mol-1- (-220kJ·mol-1)=+(2a+220)kJ·mol-1。根据反 应热与键能的关系可知,反应2H2O(g)􀪅􀪅2H2(g)+O2(g) 的ΔH=4E(H—O)-2E(H—H)-E(O􀪅O)=4× 462kJ·mol-1-2×436kJ·mol-1-496kJ·mol-1= +480kJ·mol-1,从而可得+(2a+220)kJ·mol-1= +480kJ·mol-1,解得a=+130。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 —213—