資源簡介

第四單元 非金屬及其化合物
第1節(jié) 碳、硅及其化合物 講義
【核心素養(yǎng)】
1.掌握碳、硅單質(zhì)及其重要化合物（宏觀辨識與微觀探析）
2.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的制備方法（科學(xué)探究與創(chuàng)新意識）
3.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響（科學(xué)探究與創(chuàng)新意識）
【考點(diǎn)解讀】
一、碳及其重要化合物（★★）
1.碳單質(zhì)
種類 主要有金剛石、石墨、C60、富勒烯等
結(jié)構(gòu) 金剛石：正四面體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：平面正六邊層狀結(jié)構(gòu)
物理性質(zhì) 金剛石：熔點(diǎn)高，硬度大、不導(dǎo)電；石墨：熔點(diǎn)高，質(zhì)軟、有滑膩感，能導(dǎo)電
化學(xué)性質(zhì) 與O2反應(yīng) O2充足時(shí)：O2不足時(shí)：
與氧化物反應(yīng) CuO：SiO2：H2O：
與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng) 濃硫酸：
用途 金剛石：用作切削刀具、裝飾品等；作電極、高溫潤滑劑、鉛筆芯等
2.一氧化碳和二氧化碳
物質(zhì) CO CO2
物理性質(zhì) 無色氣體、有毒、難溶于水 無色無味的氣體，能溶于水，固態(tài)CO2俗稱干冰
化學(xué)性質(zhì) 還原性： 酸性氧化物的通性：CO2+H2OH2CO3；CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O氧化性：；
二、硅及其重要化合物（★★）
1.硅
(1)物理性質(zhì)：晶體硅呈灰黑色、有金屬光澤，導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間，熔、沸點(diǎn)高
(2)化學(xué)性質(zhì)：
與氫氟酸反應(yīng)：。
與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O===。
與O2反應(yīng)：。
(3)硅的制備
石英砂粗硅SiCl4高純硅
反應(yīng)①：。
反應(yīng)②：。
反應(yīng)③：。
(4)硅的用途：半導(dǎo)體材料，太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片等。
2.二氧化硅
二氧化硅
存在 二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、瑪瑙中
晶體類型 原子晶體
結(jié)構(gòu) 空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子
物理性質(zhì) 硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水
化學(xué)性質(zhì) ①與水反應(yīng)　 不反應(yīng)
②與酸反應(yīng)　 只與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
③與堿反應(yīng) SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)
④與鹽反應(yīng) 如與Na2CO3反應(yīng)：
⑤與堿性氧化物反應(yīng) 如與CaO反應(yīng)：
用途 光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件
3.硅酸及硅酸鹽
(1)硅酸的性質(zhì)與用途
(2)硅酸鹽
①定義：由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。
②表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，常用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2O·SiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
③硅酸鈉(Na2SiO3)
白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。
與較強(qiáng)的酸反應(yīng)，如與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；與 CO2 水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。
【基礎(chǔ)測評】
1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“ ”)。
(1)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為還原性,能被氧化劑氧化為+2價(jià)或+4價(jià)的化合物 (　 　)
(2)硅的性質(zhì)很穩(wěn)定,在常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng) (　 　)
(3)C60、金剛石、石墨互為同位素 (　 　)
(4)SiO2與水反應(yīng)生成H2SiO3 (　 　)
(5)SiO2既能與NaOH(aq)反應(yīng)又能與HF(aq)反應(yīng),故SiO2為兩性氧化物 (　 　)
(6)2C+SiO2Si+2CO↑,說明C的還原性比Si強(qiáng) (　 　)
(7)1 mol SiO2中含有4NA個(gè)Si—O鍵 (　 　)
(8)根據(jù)反應(yīng):SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,可知SiO2對應(yīng)水化物的酸
性比H2CO3強(qiáng) (　 　)
(9)含有1 mol C原子的石墨中含有3NA個(gè)C—C鍵 (　 　)
(10)硅酸難溶于水,故為非電解質(zhì) (　 　)
(11)水玻璃俗稱泡花堿,是一種純凈物 (　 　)
(12)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀,通入過量
CO2,白色沉淀消失 (　 　)
答案： √ √
2.將下列物質(zhì)和其物理性質(zhì)或用途用短線連接起來。
答案：①—c；②—a；③—e；④—b；⑤—d；⑥—g；⑦—f。
3.(1)下列物質(zhì)能與單質(zhì)硅起化學(xué)反應(yīng)的是　　　 。
①濃HNO3?、谒、蹪釮2SO4　④氫氟酸
⑤NaOH溶液　⑥氟氣　⑦氯氣
(2)下列事實(shí)能說明非金屬性:C>Si的是　　　 。
①硬度:金剛石>晶體硅?、谌?、沸點(diǎn):SiO2>CO2?、鬯嵝?H2CO3>H2SiO3　
④穩(wěn)定性:CH4>SiH4?、軨O2通入Na2SiO3溶液中產(chǎn)生白色沉淀　
⑥高溫下,SiO2與Na2CO3反應(yīng)?、呦嗤瑮l件下,堿性:Na2SiO3(aq)>Na2CO3(aq)
答案：④⑤⑥⑦；③④⑤⑦
【方法技巧】
三、無機(jī)非金屬材料（★★★）
1.材料的分類
2.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料
①三種硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)的比較
水泥 玻璃 陶瓷
生產(chǎn)原料 石灰石、黏土 純堿、石灰石和石英 黏土
主要成分 3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3 Na2SiO3，CaSiO3，SiO2 硅酸鹽
生產(chǎn)條件 高溫
玻璃生產(chǎn)中的重要反應(yīng)：
；
。
②主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，也廣泛應(yīng)用于生活中。
(3)新型無機(jī)非金屬材料
①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化
學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。
②生物陶瓷：對機(jī)體無排異反應(yīng)，不會引起代謝作用異常。
③壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。
【基礎(chǔ)測評】
1.易錯易混辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“ ”)。
(1)玻璃是一種晶體,有較高的熔點(diǎn) (　 　)
(2)普通玻璃、石英玻璃、水泥、瑪瑙都屬于硅酸鹽產(chǎn)品 (　 　)
(3)反應(yīng)①Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3↓,反應(yīng)②Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑,兩反應(yīng)是相互矛盾的,不可能都發(fā)生 (　 　)
(4)硅膠多孔,吸水能力強(qiáng),常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑 ( 　)
(5)生產(chǎn)玻璃和水泥的共同原料是石灰石 (　 　)
答案： √
2.(2020·康定教學(xué)質(zhì)量檢查)“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽(yù)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(diǎn)較高
D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
答案： C
3.下列敘述正確的是( )
A.高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，說明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸強(qiáng)
B.陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸
C.石灰抹墻、水泥砌墻的硬化過程原理相同
D.玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳
答案：D
【真題模擬演練】
1.[2020湖北三校聯(lián)考]《厲害了,我的國》展示了中國探索太空,開發(fā)深海,建設(shè)世界第一流的高鐵、橋梁、碼頭,5G技術(shù)聯(lián)通世界等取得的舉世矚目的成就。它們與化學(xué)有著密切聯(lián)系。下列說法正確的是 (　　)
A.為打造生態(tài)文明建設(shè),我國近年來大力發(fā)展核電、光電、風(fēng)電、水電,電能屬于一次能源
B.C919大型客機(jī)使用了大量先進(jìn)復(fù)合材料、鋁鋰合金等,鋁鋰合金屬于金屬材料
C.我國提出網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略,光纜線路總長超過三千萬公里,光纜的主要成分是晶體硅
D.“神舟十一號”宇宙飛船返回艙外表面使用的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的主要成分是硅酸鹽
答案：B
2.[2019北京,11,6分]探究草酸(H2C2O4)性質(zhì),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。(已知:室溫下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
實(shí)驗(yàn) 裝置 試劑a 現(xiàn)象
① Ca(OH)2溶液(含酚酞) 溶液褪色,產(chǎn)生白色沉淀
② 少量NaHCO3溶液 產(chǎn)生氣泡
③ 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色
④ C2H5OH和濃硫酸 加熱后產(chǎn)生有香味物質(zhì)
由上述實(shí)驗(yàn)所得草酸性質(zhì)所對應(yīng)的方程式不正確的是 (　　)
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有還原性,2Mn+5C2+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可發(fā)生酯化反應(yīng),HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
答案：C
3.(2019湖南長沙期末)半導(dǎo)體工業(yè)中,有一句行話:“從沙灘到用戶”,即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學(xué)反應(yīng)是(　 　)
A.2C+SiO2 Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
答案：B

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