第5单元 第4讲 碳、硅及无机非金属材料-【金版教程】2026年高考化学一轮复习解决方案课件PPT（不定项版）

0 第五单元　非金属及其 重要化合物 第4讲　碳、硅及无机 非金属材料 1.结合实例了解C、Si单质及其重要化合物的制备方法、性质和用途。2.了解传统无机非金属材料的组成、性能，认识其在生产中的应用及对环境的影响。3.了解新型无机非金属材料的性能及用途。 2 考点一 01 课时作业 04 目录 CONTENTS 考点二 02 高考真题演练 03 考点一　碳和硅的单质及其氧化物 1．碳和硅的原子结构特点及存在 (1)碳和硅的原子结构特点 ①硅原子和碳原子的最外电子层均有_______个电子。 ②碳和硅的原子结构示意图分别为_______、_______，硅与碳一样，其原子既不易失去电子，也不易得到电子，主要形成______价的化合物。 (2)碳的存在 ①自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，碳是构成________的主要元素。 ②碳单质主要有_____________________等，其互为______________。 4 四 有机物 金刚石、石墨、C60 同素异形体 考点一 5 (3)硅的存在 ①硅在地壳中的含量仅次于________。 ②在地球上硅仅有________态，主要以熔点很高的________及________的形式存在。 ③硅单质主要有__________和________________两大类。 氧 化合 氧化物 硅酸盐 晶体硅 无定形硅 考点一 6 碳 硅 物理 性质 金刚石熔点_____、硬度____ 石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为_______色固体，有金属光泽、硬度大、熔点_____ 用途 金刚石用作切割刀具，_______用作电极、铅笔芯 晶体硅用作________________________ _______________ 2．碳和硅单质的物理性质与用途 高 大 灰黑 高 石墨 半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 考点一 7 3.碳的化学性质 考点一 8 4.硅的化学性质和工业制法 (1)化学性质 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 考点一 9 (2)工业制法 考点一 10 无 有 难 蓝 考点一 11 (2)二氧化硅和二氧化碳的比较 空间网状 高 不 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 考点一 12 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 橡胶 CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3＋CO2↑ H2SiO3↓＋Na2CO3 H2SiO3↓＋2NaHCO3 Na2O＋CO2===Na2CO3 光导纤维 考点一 13 判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。( ) 错因：______________________________________________________________ (2)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。( ) 错因：______________________________________________________________ (3)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。( ) 错因：______________________________________________________________ × 同素异形体之间的转化，化合价不变，不是氧化还原反应。 × 由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。 × pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨。 考点一 14 错因：______________________________________________________________ (5)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(如NaOH)，不溶于任何酸。( ) 错因：______________________________________________________________ (6)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。( ) 错因：______________________________________________________________ × 在高温条件下生成CO而不是CO2。 × × SiO2能与氢氟酸反应。 Si不能用于制造光导纤维。 考点一 15 一、硅及其化合物的性质 1．硅单质的特殊性 (1)非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (2)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 (3)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。 考点一 16 考点一 17 3．硅及其化合物之间的转化 考点一 18 考点一 19 1．草酸的性质 考点一 20 2.草酸盐的性质 (1)(NH4)2C2O4由氨水和草酸溶液反应生成，溶于水，加热分解。 (2)CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。 (3)MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。 考点一 21 角度一　分析与归纳碳及其重要化合物的性质 1．材料新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成为物理、化学、材料科学研究的国际热点课题。其结构模型如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．石墨烯是一种新型化合物 B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物 C．二者和石墨都是碳的同素异形体 D．氧化石墨烯具有一定的亲水性 考点一 22 2．下列关于碳及其氧化物的说法不正确的是(　　) A．过度排放CO2会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活” B．CO、CO2、葡萄糖都属于有机物 C．金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质也不同 D．一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合 考点一 23 角度二　理解与辨析硅和二氧化硅的性质及用途 3．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法，不正确的是(　　) A．高纯度的硅广泛用于制作计算机中的芯片 B．硅可由二氧化硅还原制得 C．低温时，硅与水、空气和一般酸不反应，但能与氢氟酸反应 D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 考点一 24 4．(2025·福建名校联盟高三联考)下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　) A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅和碳制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到 2.8 g硅 考点一 25 考点一 26 考点二　无机 非金属材料 1．硅酸和硅酸钠 (1)硅酸 ①硅酸______溶于水，其酸性比碳酸的_______，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。 ②硅酸不稳定，受热易分解：________________________。 ③硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________________________。 ④硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作____________。 ⑤实验室制法： ______________________________________。 不 弱 H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O 干燥剂 Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ 考点二 28 (2)硅酸钠(Na2SiO3) ①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称___________，有黏性，水溶液显碱性。 ②它能与酸性较硅酸强的酸反应，如与CO2水溶液反应： __________________ ______________________________。 ③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。 水玻璃 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 考点二 29 水泥 玻璃 陶瓷 原料 ___________________ _____________________ ___________ 主要成分 硅酸二钙(2CaO·SiO2) 硅酸三钙(3CaO·SiO2) 铝酸三钙(3CaO·Al2O3) ______________________________________ 含水的铝硅酸盐 主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 陶瓷窑 性质 水硬性 无固定熔点 耐高温、耐腐蚀、硬度大 2．传统无机非金属材料 石灰石、黏土 石灰石、纯碱、石英砂 黏土 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 考点二 30 3.新型陶瓷 (1)高温结构陶瓷：耐高温、耐磨蚀、抗氧化等优良性能。 (2)超导陶瓷：有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域。 (3)压电陶瓷：具有压电效应。 (4)透明陶瓷：具有优异的光学性能、耐高温、绝缘性好，可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。 4．特殊功能的含硅物质 (1)含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 (2)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。 考点二 31 判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)生产水泥的原料主要是纯碱、石灰石和二氧化硅。( ) 错因：______________________________________________________________ (2)玻璃容器可长期盛放各种酸。( ) 错因：______________________________________________________________ (3)浓硫酸可刻蚀石英制艺术品。( ) 错因：______________________________________________________________ × 生产水泥的原料主要是黏土和石灰石。 × × 玻璃容器不能存放氢氟酸。 刻蚀石英制艺术品应该用氢氟酸。 考点二 32 (4)石英只能用于生产光导纤维。( ) 错因：______________________________________________________________ (5)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。( ) 错因：______________________________________________________________ × 石英可用于生产光导纤维、玻璃等。 × 合成纤维是有机物。 考点二 33 1．常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料 无机非金属材料 金属材料 复合材料 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料(如高温结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、光导纤维、富勒烯、碳纳米管、石墨烯) 黑色金属材料(如钢铁)；有色金属材料(如金、银、铜及其合金) 生产生活中的复合材料(如玻璃钢：玻璃纤维增强树脂基复合材料)；航空航天中的复合材料(如飞机、火箭：纤维增强金属基复合材料；航天飞机：纤维增强陶瓷基复合材料) 考点二 34 2.硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成： (1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。 (2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。 如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。 考点二 35 角度一　分析与归纳无机非金属材料的性质与用途 1．(2025·福建厦门一中模拟)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　) A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 考点二 36 2．科技发展改变生活，近几年我国人工智能、航空航天、量子通信、生命科学大放异彩。下列说法不正确的是(　　) A．神舟飞船上航天员所使用的操纵杆采用碳纤维材料制作，碳纤维属于新型无机非金属材料 B．世界首款异构融合类脑芯片——“天机芯”的主要材料与光导纤维的不同 C．“长征五号遥五”运载火箭中使用的氮化铝陶瓷，属于新型硅酸盐材料 D．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨烯互为同素异形体 考点二 37 角度二　理解与应用硅酸盐组成的表示 3．古瓷中所用颜料成分大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是(　　) A．x等于6 B．性质稳定，不易脱色 C．易溶解于强酸和强碱 D．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 考点二 38 4．中国科学院空天信息创新研究院根据玉兔二号提供的一个暗绿色闪光的“石块”信息进行分析，发现石块主要由约45%的斜长石(CaAl2Si2O8)、7%的辉石XYAl2－2nSi2O6(X、Y为单核离子，0<n≤1)和6%的橄榄石(M2SiO4，M为Mg、Fe)组成。下列关于上述“三石”的说法正确的是(　　) A．含硅元素，属于硅酸盐；含金属元素，属于金属材料 B．斜长石可以写为CaSiO3·Al2(SiO3)3的形式 C．橄榄石的氧化物形式一定为MgO·FeO·SiO2 D．若辉石中n＝1、Y为V3＋时，X可以是Na＋或Li＋等一价离子 考点二 39 高考真题演练 1．(2024·辽宁卷)文物见证历史，化学创造文明。东北三省出土的下列文物据其主要成分不能与其他三项归为一类的是(　　) A．金代六曲葵花鎏金银盏 B．北燕鸭形玻璃注 C．汉代白玉耳杯 D．新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐 解析：金代六曲葵花鎏金银盏是合金，属于金属材料；其他三项都属于硅酸盐材料，故选A。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 41 2．(2024·江西卷)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉。是以黏土为原料，用含钴、铁的颜料着色，上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　　) A．青蓝色是由于生成了单质钴 B．表面的釉属于有机高分子膜 C．主要成分为铝硅酸盐 D．铁元素的存在形式只有Fe2O3 解析：青蓝色是由于生成了钴离子，A错误；表面的釉为无机物，B错误；陶瓷的主要成分为铝硅酸盐，C正确；Fe2O3为红棕色，铁元素的存在形式不是Fe2O3，D错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 42 3．(2024·浙江6月选考)Si5Cl10中的Si原子均通过sp3杂化轨道成键，与NaOH溶液反应Si元素均转化成Na2SiO3。下列说法不正确的是(　　) A．Si5Cl10分子结构可能是 B．Si5Cl10与水反应可生成一种强酸 C．Si5Cl10与NaOH溶液反应会产生H2 D．Si5Cl10沸点低于相同结构的Si5Br10 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 43 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 44 解析：在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键，1 mol Si含Si—Si键的数目约为2×6.02×1023，B错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 45 A.九霄环佩木古琴 B.裴李岗文化骨笛 C.商朝后期陶埙 D.曾侯乙青铜编钟 5．(2023·广东卷)“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是(　　) 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 46 6．(2023·山东卷)石墨与F2在450 ℃反应，石墨层间插入F得到层状结构化合物(CF)x，该物质仍具润滑性，其单层局部结构如图所示。下列关于该化合物的说法正确的是(　　) A．与石墨相比，(CF)x导电性增强 B．与石墨相比，(CF)x抗氧化性增强 C．(CF)x中C—C的键长比C—F短 D．1 mol (CF)x中含有2x mol共价单键 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 47 解析：(CF)x中没有未参与杂化的2p轨道上的 电子，与石墨相比，(CF)x导电性减弱，A错误； (CF)x中C原子的所有价电子均参与成键，没有未 参与成键的孤电子或者不饱和键，故与石墨相比， (CF)x抗氧化性增强，B正确；C的原子半径比F的 大，故可知(CF)x中C—C的键长比C—F长，C错误；由题干结构示意图可知，在(CF)x中C与周围的3个碳原子形成共价键，每个C—C键被2个碳原子共用，和1个F原子形成共价键，即1 mol(CF)x中含有2.5x mol共价单键，D错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 48 文物 选项 A.南宋鎏金饰品 B.蒜头纹银盒 C.广彩瓷咖啡杯 D.铜镀金钟座 7．(2022·广东高考)广东一直是我国对外交流的重要窗口，馆藏文物是其历史见证。下列文物主要由硅酸盐制成的是(　　) 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 49 8．(2022·湖北高考)C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是(　　) A．具有自范性 B．与C60互为同素异形体 C．含有sp3杂化的碳原子 D．化学性质与金刚石有差异 解析：自范性是晶体的性质，碳玻璃为非晶态，所以没有自范性，A错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 50 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 51 (1)装置A中盛放甲酸的仪器的名称是___________。 (2)从B、C、D中选择合适的装置收集CO，正确的接口连接顺序为a→________→________→________→________→h(每空填一个接口标号)。 步骤Ⅱ　检验CO 将CO通入新制银氨溶液中，有黑色沉淀生成。 (3)该反应的化学方程式为_____________________________________________ _______________________。 分液漏斗 d e c b 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 52 步骤Ⅲ　探究Ce­MnOx催化空气氧化CO的效率 将一定量CO与空气混合，得到CO体积分数为1%的气体样品。使用下图装置(部分加热及夹持装置省略)，调节管式炉温度至120 ℃，按一定流速通入气体样品。(已知：I2O5是白色固体，易吸水潮解；5CO＋I2O5===I2＋5CO2) 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 53 (4)通入11.2 L(已折算为标准状况)的气体样品后，继续向装置内通入一段时间氮气，最终测得U形管内生成了0.1016 g I2。 ①能证明CO被空气氧化的现象是_________________。 ②CO被催化氧化的百分率为________。 ③若未通入氮气，②的结果将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 (5)探究气体与催化剂接触时长对催化氧化效率的影响时，采用____________________方法可以缩短接触时长。 (6)步骤Ⅲ装置存在的不足之处是_____________________________________。 石灰水变浑浊 60% 偏大 增大气体样品流速 尾气出口未加防潮装置(或其他相似表述) 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 54 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 55 课时作业 [建议用时：40分钟] 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．(2025·八省联考(河南)适应性演练)我国传统手工艺品是劳动人民的智慧结晶，并随着时代发展不断创新。下列手工艺品中主要成分为无机物的是(　　) A.云锦 B.牡丹瓷 C.麦秆画 D.油纸伞 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 57 2．化学与生活、生产、社会可持续发展密切相关。下列有关化学知识的说法错误的是(　　) A．碳纳米管表面积大，可用作新型储氢材料 B．我国发射的“北斗组网卫星”所使用的碳纤维，是一种无机非金属材料 C．高纯二氧化硅广泛用于制作光导纤维，光导纤维遇强碱会“断路” D．我国发射的嫦娥五号探测器的太阳能电池帆板的材料是SiO2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 58 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 59 解析： CO2熔、沸点低，可溶于水，SiO2的熔、沸点高，硬度大，不溶于水，两者都是酸性氧化物，和其物理性质没有因果关系，A错误；CaCO3和SiO2反应是因为生成的CO2为气体，脱离反应体系，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3弱，B错误；SiO2和HF反应是SiO2的特殊性质，生成物不是盐类，不能说明SiO2是两性氧化物，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 60 4．《本草纲目》中对玻璃有如下叙述：“本作颇黎。颇黎，国名也。其莹如水，其坚如玉，故名水玉，与水精(即水晶，主要成分为SiO2)同名……有酒色、紫色、白色，莹澈与水精相似”。下列说法错误的是(　　) A．文中所描述的玻璃颜色，来自某些金属氧化物 B．玻璃质地坚硬，不易破碎 C．将石灰石、纯碱、石英砂在高温下熔融，可制得普通玻璃 D．不能用带有磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶盛放NaOH溶液 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 61 甲 乙 丙 A 饱和NaHCO3溶液 12 mol·L－1盐酸 18.4 mol·L－1 H2SO4 B 饱和Na2CO3溶液 2 mol·L－1 H2SO4 饱和NaOH溶液 C 饱和NaOH溶液 2 mol·L－1 H2SO418.4 mol·L－1 H2SO4 D 18.4 mol·L－1 H2SO4 饱和NaOH溶液 18.4 mol·L－1 H2SO4 5．用如图装置来分离CO2和CO混合气体并干燥，图中a、c、d为止水夹，b为分液漏斗活塞，现装置内空气已排尽，为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的试剂为(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 62 解析：混合气体首先通过甲，由于CO2能与碱反应生成碳酸盐，则剩余气体CO就很容易分离出，所以在甲瓶中加入饱和NaOH溶液，与CO2反应生成碳酸钠和水，CO通过甲瓶顺利分离出来，由于实验中含有水分所以丙瓶中加入浓硫酸对其干燥；乙中液体是将生成的碳酸盐转变成CO2，所以应该装的是稀硫酸，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 63 6．水玻璃(Na2SiO3溶液)是一种重要的工业原料。下图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程，下列说法正确的是(　　) A．操作A与操作B完全相同 B．该流程中硅元素的化合价发生了改变 C．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值 D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 64 7．(2025·沈阳市高三教学质量监测)近日，清华大学等重点高校为解决中国“芯”——半导体芯片，成立了“芯片学院”。某小组拟在实验室制造硅，其流程如图。已知：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑。 下列说法中错误的是(　　) A．点燃镁条引发反应的过 程中，涉及两种晶体类型的变化 B．CO2氛围是为了阻止Si被二次氧化和SiH4自燃 C．操作2为用去离子水洗涤并烘干 D．1 mol镁粉生成MgO和Mg2Si的混合物，转移2 mol电子 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 65 选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2，溶液不变浑浊，先通入CO2再通入氨气，溶液变浑浊 CaCl2溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液 二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 8．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 66 9．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列说法错误的是(　　) A．图中所涉及反应都需在高温下进行 B．纯净的二氧化硅是制造太阳能电池板的重要材料 C．用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 D．制玻璃和陶瓷都需用SiO2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 67 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 68 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 69 12．硅及其化合物在自然界广泛存在并被人类应用。 氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示： 其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题： (1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：________________________________。 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 70 (2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。 (3)在反应⑤中，3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为________。 (4)高温下SiCl4在B和C两种气体的氛围中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：___________________________________。 ①② Si3N4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课时作业 71 　　　　　　　　　　　　　 R C＋2CuOeq \o(=====,\s\up17(高温))2Cu＋CO2↑ 2H2SO4(浓)＋Ceq \o(=====,\s\up17(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O C＋4HNO3(浓)eq \o(=====,\s\up17(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 与氧气反应 C＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃))CO2，2C＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃))2CO 与H2O(g)反应 ______________________________________ 与CO2反应 ____________________________________ 与SiO2反应 ___________________________________ 与CuO反应 _________________________________ 与浓硫酸反应 __________________________________ 与浓硝酸反应 ___________________________________ C＋H2O(g)eq \o(=====,\s\up17(高温))CO＋H2 C＋CO2eq \o(=====,\s\up17(高温))2CO 2C＋SiO2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑ 反应物质 化学方程式 F2 Si＋2F2===SiF4 HF ____________________________________________ NaOH溶液 ____________________________________________ O2 Si＋O2eq \o(=====,\s\up17(△))SiO2 Cl2 Si＋2Cl2eq \o(=====,\s\up17(△))SiCl4 制粗硅 ____________________________________ 制高 纯硅 Si＋3HCleq \o(=====,\s\up17(△))SiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋3HCl SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑ 5.碳和硅的氧化物 (1)一氧化碳 ①物理性质：________色气体，________毒，________溶于水。 ②化学性质 a．燃烧：2CO＋O2eq \o(=====,\s\up17(点燃))2CO2，________色火焰。 b．还原CuO：________________________________ (冶炼金属)。 CO＋CuOeq \o(=====,\s\up17(△))Cu＋CO2 物质 二氧化硅 二氧化碳 化学式 SiO2 CO2 结构 ____________结构，不存在单个SiO2分子 存在单个CO2分子 主要物理性质 硬度大，熔点______，______溶于水 常温下为气体，微溶于水 化学性质 与水反应 不反应 ________________________ 与酸 反应 只与氢氟酸反应： ________________________________ 不反应 CO2＋H2OH2CO3 化学性质 与碱(如 NaOH) 反应 __________________________________(盛碱液的试剂瓶用_________塞) CO2少量：________________________ _____________________ CO2过量：_________________________ 与盐 反应 SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up17(高温))________________ SiO2＋CaCO3eq \o(=====,\s\up17(高温))________________ Na2SiO3＋H2O＋CO2(少量) ===____________________或 Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(过量) ===_____________________ 与碱性氧 化物反应 与CaO反应： ________________________________ 与Na2O反应： ___________________________ 用途 制_____________、光学仪器、电子部件、仪器轴承、石英坩埚、玻璃等 制饮料、制碳酸盐等 SiO2＋CaOeq \o(=====,\s\up17(高温))CaSiO3 (4)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2＋Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋CO2↑。( ) 2．含硅化合物的特殊性 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。 (2)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。故不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。 (3)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。 (4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3的，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑也能发生。 二、碳的化合物——草酸(H2C2O4)的性质 草酸又叫乙二酸，化学式为H2C2O4，其结构简式为，草酸晶体的化学式为H2C2O4·2H2O。 弱酸性 草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2C2O4H＋＋HC2Oeq \o\al(－,4)，HC2Oeq \o\al(－,4)H＋＋C2Oeq \o\al(2－,4) 还原性 H2C2O4中C元素的化合价为＋3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O 不稳 定性 草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O4·2H2Oeq \o(=====,\s\up17(△))CO↑＋CO2↑＋3H2O 解析：二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，B错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，C正确；由化学方程式SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 mol CO时，得到0.05 mol即1.4 g Si，D错误。 H2SiO3eq \o(=====,\s\up17(△))SiO2＋H2O 解析：A项，如图 4．(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下： 石英砂eq \o(―――――→,\s\up17(焦炭),\s\do17(1800～2000 ℃))粗硅eq \o(――→,\s\up17(HCl),\s\do17(300 ℃))SiHCl3eq \o(――→,\s\up17(H2),\s\do17(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＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋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 9．(2022·福建高考)某兴趣小组设计实验探究Ce­MnOx催化空气氧化CO的效率。回答下列问题： 步骤Ⅰ　制备CO 在通风橱中用下图装置制备CO(加热及夹持装置省略)，反应方程式如下： HCOOHeq \o(――→,\s\up17(浓硫酸),\s\do17(△))CO↑＋H2O CO＋2[Ag(NH3)2]OH===2Ag↓＋(NH4)2CO3＋2NH3(或其他合理答案) 解析：(4)①气体样品先通过NaOH溶液以除去空气中的CO2，再通过浓硫酸进行干燥，然后在管式炉中催化氧化生成CO2，故若装置I中石灰水变浑浊，即可证明CO被空气氧化。②标准状况下11.2 L气体样品的物质的量为0.5 mol，CO的体积分数为1%，则样品中CO为0.5 mol×1%＝0.005 mol，根据5CO＋I2O5===I2＋5CO2，知参加反应的n(CO)＝5n(I2)＝5×eq \f(0.1016 g,254 g·mol－1)＝0.002 mol，则被催化氧化的CO为0.005 mol－0.002 mol＝0.003 mol，CO被催化氧化的百分率为eq \f(0.003 mol,0.005 mol)×100%＝60%。③通入N2的目的是使装置中的CO全部进入装置K和I2O5发生反应，若未通入氮气，则CO未完全反应，②的计算结果将偏大。 3．下列叙述正确的是(　　) A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相似 B．因为CaCO3＋SiO2eq \o(=====,\s\up17(高温))CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以SiO2属于两性氧化物 10．下列离子方程式不正确的是(　　) A．石英与烧碱溶液反应：SiO2＋2OH－===SiOeq \o\al(2－,3)＋H2O B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2OH－===SiOeq \o\al(2－,3)＋H2↑ C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：SiOeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2O===COeq \o\al(2－,3)＋H2SiO3↓ D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋＋SiOeq \o\al(2－,3)===H2SiO3↓ 解析：硅与烧碱溶液反应，正确的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O===SiOeq \o\al(2－,3)＋2H2↑，B错误。 11．氮化硅(Si3N4)是一种重要的结 构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2 和少量O2)制备Si3N4的操作流程如图(粗 硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述正确的是(　　) A．“还原”时反应的方程式为SiO2＋Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋CO2↑ B．“高温氮化”合成反应中N2是氧化剂 C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜网 D．“稀酸Y”选用稀硫酸除去产物中的杂质 解析：焦炭与石英砂发生反应SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑，A错误；应该用稀硝酸除去Si3N4中的少量Fe、Cu杂质，D错误。 eq \x(石英砂) eq \o(――→,\s\up17(焦炭/高温),\s\do17(①)) eq \x(粗硅) eq \o(―――――――→,\s\up17(Cl2/723～773 K),\s\do17(②)) eq \x(SiCl4（粗）) eq \o(――→,\s\up17(精馏),\s\do17(③)) eq \x(SiCl4（精）) eq \o(――→,\s\up17(NH3),\s\do17(④)) eq \x(Si（NH2）4) eq \o(――→,\s\up17(高温),\s\do17(⑤)) eq \x(氮化硅) 3SiCl4＋2N2＋6H2eq \o(=====,\s\up17(高温))Si3N4＋12HCl eq \x(石英砂) eq \o(――→,\s\up17(焦炭/高温),\s\do17(①)) eq \x(粗硅) eq \o(―――――――→,\s\up17(Cl2/723～773 K),\s\do17(②)) eq \x(SiCl4（粗）) eq \o(――→,\s\up17(精馏),\s\do17(③)) eq \x(SiCl4（精）) eq \o(――→,\s\up17(NH3),\s\do17(④)) eq \x(Si（NH2）4) eq \o(――→,\s\up17(高温),\s\do17(⑤)) eq \x(氮化硅) $$