大單元二　第五章　第25講　碳、硅　無(wú)機(jī)非金屬材料-2025年高中化學(xué)大一輪復(fù)習(xí)講義人教版

第25講碳、硅無(wú)機(jī)非金屬材料[復(fù)習(xí)目標(biāo)]1.了解碳、硅及其化合物的組成和成鍵特點(diǎn)。2.了解碳、硅兩種元素單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用，能用化學(xué)方程式表示其主要化學(xué)性質(zhì)。3.了解無(wú)機(jī)非金屬材料的組成、分類(lèi)及其應(yīng)用價(jià)值。考點(diǎn)一碳族元素碳1．碳族元素(1)碳、硅、鍺、錫、鉛均屬于第ⅣA族元素，又稱(chēng)碳族元素，其價(jià)層電子排布式為_(kāi)_______。(2)碳單質(zhì)的存在形式有金剛石、石墨、無(wú)定形碳、足球烯，它們互為_(kāi)___________。2．金剛石、石墨、C60的物理性質(zhì)金剛石石墨C60晶體類(lèi)型共價(jià)晶體混合型晶體分子晶體物理性質(zhì)熔點(diǎn)高，硬度大，不導(dǎo)電熔點(diǎn)高，硬度____，____導(dǎo)電熔點(diǎn)低，不導(dǎo)電主要用途鉆石制作，切割工具，鉆探機(jī)的鉆頭等做電極、潤(rùn)滑劑、鉛筆芯廣泛應(yīng)用于超導(dǎo)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域3.CO2在自然界中的循環(huán)(1)CO2的主要來(lái)源：大量含碳燃料的燃燒。(2)自然界消耗CO2的主要反應(yīng)：①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；②光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2；③巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2=____________。1．金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質(zhì)()2．水墨畫(huà)可長(zhǎng)久保存不變色是因?yàn)樵诔叵绿嫉幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑()3．二氧化碳能使紫色石蕊溶液變紅，說(shuō)明二氧化碳具有酸性()4．低碳環(huán)保中的“碳”是指二氧化碳()5．石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)()6．向空氣中排放二氧化碳會(huì)形成酸雨()7．向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過(guò)量，渾濁消失()8．向氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會(huì)析出晶體()1．中國(guó)力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，關(guān)于碳及其化合物，下列說(shuō)法不正確的是()A．金剛石和石墨是碳元素的兩種不同單質(zhì)，二者互稱(chēng)為同素異形體B．在100kPa時(shí)，1mol石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?.895kJ的熱量，故金剛石比石墨穩(wěn)定C．考古時(shí)常用于測(cè)定文物年代的是碳元素的一種核素eq\o\al(14,6)C，該核素的中子數(shù)為8D．引起溫室效應(yīng)的氣體之一CO2中含極性共價(jià)鍵2．中國(guó)努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。利用NaOH溶液噴淋捕捉空氣中的CO2，反應(yīng)過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．捕捉室中NaOH溶液噴成霧狀有利于吸收CO2B．環(huán)節(jié)a中物質(zhì)分離的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶C．反應(yīng)過(guò)程中CaO和NaOH是可循環(huán)的物質(zhì)D．可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2考點(diǎn)二硅及其重要化合物1．硅的存在自然界中硅元素僅有________，在地殼中含量?jī)H次于____，主要以________和________的形式存在。2．硅單質(zhì)(1)常溫下不活潑，一般不與其他物質(zhì)反應(yīng)，但可以與氟、氫氟酸、堿反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為與F2：________________________________________________________________________；與HF：________________________________________________________________________；與NaOH：______________________________________________________________。(2)在加熱的條件下可以與氧氣、氯氣等反應(yīng)。(3)粗硅的制?。篲_________________________________________________________。(4)硅單質(zhì)的用途①良好的半導(dǎo)體材料；②硅太陽(yáng)能電池；③計(jì)算機(jī)芯片。3．二氧化硅(1)物理性質(zhì)：硬度____，熔、沸點(diǎn)____，常溫下為固體，不溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)SiO2為酸性氧化物，是硅酸的酸酐。①SiO2可以與堿反應(yīng)，生成硅酸鹽，如與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)__________________________________________________________________________________________。②在高溫條件下可以與碳酸鹽反應(yīng)，如與碳酸鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________________________________________________________________________________。③在高溫條件下，能夠與堿性氧化物反應(yīng)，如與氧化鈣反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________________________________。④常溫下與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________________________________________________________________________________，可用于刻蝕玻璃。(3)用途：____________、光學(xué)儀器、電子部件。4．硅酸(H2SiO3)5．硅酸鹽(1)硅酸鹽是由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱(chēng)，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉：硅酸鈉溶液俗稱(chēng)水玻璃，溶液呈堿性，是無(wú)色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。(3)硅酸鹽寫(xiě)成氧化物形式的順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開(kāi)。如，石棉(CaMg3Si4O12)用氧化物的形式表示為_(kāi)___________________。1．晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料()2．非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4()3．SiO2是酸性氧化物，可溶于強(qiáng)堿(NaOH)，不溶于任何酸()4．硅酸鈉的水溶液俗稱(chēng)“水玻璃”，是一種建筑行業(yè)常用的黏合劑()5．SiO2能與HF反應(yīng)，因此可用HF刻蝕玻璃()6．向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠()7．石英是良好的半導(dǎo)體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能()8．工業(yè)上制取粗硅的反應(yīng)是SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋CO2↑()9．因?yàn)楦邷貢r(shí)二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸強(qiáng)()一、硅及其重要化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系落實(shí)1．將Si、SiO2、SiF4、H2SiO3、Na2SiO3填在下面空白處。2．寫(xiě)出圖中序號(hào)對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式。①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________；③________________________________________________________________________；④________________________________________________________________________；⑤________________________________________________________________________；⑥________________________________________________________________________；⑦_(dá)_______________________________________________________________________；⑧________________________________________________________________________；⑨________________________________________________________________________。二、工業(yè)制取高純硅問(wèn)題分析3．清華大學(xué)等重點(diǎn)高校為解決中國(guó)“芯”——半導(dǎo)體芯片，成立了“芯片學(xué)院”。某小組擬在實(shí)驗(yàn)室制造硅，其流程如圖：制造原理：2Mg＋SiO2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2MgO＋Si；除雜原理：Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑，MgO＋2HCl=MgCl2＋H2O。下列說(shuō)法正確的是()A．操作1、操作2均為過(guò)濾B．SiO2、SiH4均含有共價(jià)鍵，等質(zhì)量的二者分子數(shù)之比為8∶15C．點(diǎn)燃石英砂和鎂粉的混合物發(fā)生的副反應(yīng)為2Mg＋Sieq\o(=,\s\up7(△))Mg2SiD．當(dāng)有2mol電子轉(zhuǎn)移時(shí)，能生成14gSi4．晶體硅是一種重要的非金屬原料，由粗硅制備純硅的主要步驟如下：①粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2；②經(jīng)過(guò)純化的SiHCl3與過(guò)量H2在1000～1100℃下反應(yīng)制得純硅?；卮鹣嚓P(guān)問(wèn)題：(1)粗硅與HCl氣體反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點(diǎn)為33℃)，只含有少量SiCl4(沸點(diǎn)為57.6℃)和HCl(沸點(diǎn)為－84.7℃)，提純SiHCl3的方法為_(kāi)______________________________。(2)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置已略去)：①在加熱D裝置前應(yīng)先打開(kāi)A裝置中分液漏斗的活塞，目的是_______________________________________________________________________________________________________。②C裝置中燒瓶需要加熱，采用的方法是___________________________________________。三、硅膠多硅酸鹽結(jié)構(gòu)的理解5．硅膠吸附劑的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，常用作干燥劑。在其中添加CoCl2可使其指示吸水量的多少來(lái)決定硅膠是否失效，原理為CoCl2(藍(lán)色)+6H2O=CoCl2·6H2O(粉紅色)，失效的硅膠可加熱再生，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．當(dāng)硅膠變粉紅色說(shuō)明硅膠失效了B．SiO2是酸性氧化物，硅膠可干燥HF和Cl2等酸性氣體C．失效的硅膠再生時(shí)加熱的溫度不宜過(guò)高D．當(dāng)硅膠遇到大量的水分子時(shí)，與硅羥基形成了過(guò)多氫鍵從而失去吸附力6．形式多樣的硅酸鹽是無(wú)機(jī)礦物的重要基石。SiOeq\o\al(4－,4)是一種四面體形的離子(屬于硅酸根離子)，其結(jié)構(gòu)可用圖a表示，硅原子位于該四面體體心，四個(gè)氧原子各占一個(gè)頂點(diǎn)。圖b和圖c則是復(fù)合硅酸根離子中的兩個(gè)實(shí)例，均為無(wú)支鏈的單環(huán)狀，分別由數(shù)個(gè)硅氧四面體a通過(guò)共用氧原子的形式構(gòu)成。(1)b的化學(xué)式為_(kāi)_____________。(2)若一個(gè)單環(huán)狀離子中Si原子數(shù)為n(n≥3)，則其化學(xué)式為_(kāi)___________。(3)綠柱石是鈹、鋁的此類(lèi)硅酸復(fù)鹽，其化學(xué)式中含6個(gè)硅原子，該復(fù)鹽的化學(xué)式是______________________________________________________________________________?？键c(diǎn)三無(wú)機(jī)非金屬材料1．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料——常見(jiàn)硅酸鹽材料硅酸鹽材料水泥普通玻璃陶瓷生產(chǎn)原料黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))____________________________________________________________；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))____________________________________________________________。2．新型無(wú)機(jī)非金屬材料(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等。(2)碳納米材料①類(lèi)型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。②用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。(3)特殊功能的含硅材料①碳化硅為共價(jià)晶體，具有類(lèi)似金剛石的結(jié)構(gòu)，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。1．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽()2．碳化硅俗稱(chēng)金剛砂，它可用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的制作()3．壓電陶瓷能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化()4．石墨烯的電阻率低，熱導(dǎo)率也低()5．冰壺主材料花崗巖屬于無(wú)機(jī)非金屬材料(2022·遼寧，1A)()一、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料1．水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說(shuō)法正確的是()A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生改變D．反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)2．世博會(huì)中國(guó)館——“東方之冠”由鋼筋、混凝土、7000多塊鋁板和1200多塊玻璃等建成。(1)鋁板易被燒堿腐蝕，玻璃易被氫氟酸腐蝕，原因分別為_(kāi)__________________________、_____________________________________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________________。制備普通玻璃的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________________________________________________________________________________________(任寫(xiě)一個(gè))。(3)石英玻璃化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，是一種特殊玻璃，石英玻璃的主要成分是________(填化學(xué)式)。(4)要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是________(填字母)。A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝二、新型無(wú)機(jī)非金屬材料3．新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學(xué)、材料科學(xué)研究的國(guó)際熱點(diǎn)課題。其結(jié)構(gòu)模型如圖所示：下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()A．石墨烯是一種新型化合物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異形體D．氧化石墨烯具有一定的親水性4．氮化硅可用作高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料，在航空航天、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由石英砂合成氮化硅粉末的路線如圖所示：其中—NH2中各元素的化合價(jià)與NH3相同。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)石英砂不能與堿性物質(zhì)共同存放，以NaOH為例，用化學(xué)方程式表示其原因：_________________________________________________________________________________________________