第16讲 无机非金属材料-【名师大课堂】2025年高考化学艺术生总复习必备（word教师用书）

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＋CO22CO　或　2C＋O22CO　。 ②　CO2＋C2CO　。 ③　CuO＋CCu＋CO↑　。 ④　C＋H2O(g)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＋O22CO2，可作燃料。 b.还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O32Fe＋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＋CO2CaCO3 与碱溶液反应 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O 与盐反应 　Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　 与碳反应 C＋CO22CO 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 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＋SiO22CO↑＋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(　C　) 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 解析：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。 CO2是重要的化工原料，也是应用广泛的化学产品。某H2中含2.40 mol CO2，将该混合气体通入2.00 L NaOH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　1.20 mol·L-1≤c(NaOH)≤2.40 mol·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：①Na2CO3；②NaHCO3；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可得n(NaOH)＝n(CO2)＝2.40 mol，则c(NaOH)＝＝1.20 mol·L-1；假设只生成Na2CO3，根据CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O可得n(NaOH)＝2n(CO2)＝4.80 mol，则c(NaOH)＝＝2.40 mol·L-1；综上可知，NaOH溶液的浓度应该为1.20 mol·L-1≤c(NaOH)≤2.40 mol·L-1。 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＋O22CO2　。 ②还原CuO：　CO＋CuOCu＋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 ②CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3 与盐反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋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＋CaOCaSiO3 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。 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： 石英砂粗硅SiHCl3 高纯硅 下列说法错误的是(　B　) A.制备粗硅的反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑ B.1 mol Si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 解析：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1 mol Si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。 下列除杂方法正确的是(　B　) 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 解析：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。 学科网（北京）股份有限公司 $$