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第,13,讲无机非金属材料,考点一,考点二,高考真题演练,随堂过关训练,考点一,考点一碳及其化合物,1,碳单质,(1),存在形式：有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为,_,。,同素异形体,正四面体,高,大,正六边形,高,小,能,正五,正六,(2),主要化学性质,还原性,可燃性,2,C,O,2,(,不足,),2,CO,、,C,O,2,(,足量,),CO,2,与氧化物反应,CuO,：,_ (,冶炼金属,),；,SiO,2,：,_ (,制取粗硅,),；,H,2,O,：,_ (,制取水煤气,),与强氧化,性酸反应,浓,H,2,SO,4,：,C,2,H,2,SO,4,(,浓,),CO,2,2,SO,2,2,H,2,O,；,浓,HNO,3,：,C,4,HNO,3,(,浓,),CO,2,4,NO,2,2,H,2,O,C,2CuO,2Cu,CO,2,2.,CO,、,CO,2,的性质对比,CO,CO,2,物理,性质,_,色,_,味气体，密度比空气小，,_,溶于水,_,色,_,味气体，密度比空气,_,，可溶于水,(,溶解度小,),毒性,_,毒,(,易结合,_),_,毒,(,温室效应,),化学性质,还原性,可燃性,还原氧化铁,无,(,灭火,),氧化性,与炽热炭反应,Mg,在,CO,2,中燃烧,与水反应,无,CO,2,H,2,O,H,2,CO,3,与碱反应,(,石灰水,),无,_,=,=,CaCO,3,H,2,O,(,检验,CO,2,),无,无,难,无,无,大,有,血红蛋白,无,Ca(OH),2,CO,2,相互转化,用途,燃料、冶炼金属,灭火、制汽水、植物肥料、化工原料等,特别提醒,溶液中通入,CO,2,气体产生沉淀的问题,向,BaCl,2,或,CaCl,2,溶液中通入,CO,2,气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生,BaCO,3,或,CaCO,3,沉淀。,碳酸和碳酸盐,(1),碳酸,二元弱酸、不稳定，常用,CO,2,H,2,O,代替,H,2,CO,3,。,(2),碳酸的正盐和酸式盐的比较,正盐,),酸式盐,),溶解性,只有钾、钠、铵盐可溶,一般都可溶,热稳定性,正盐,酸式盐,溶液,pH,同浓度：正盐,酸式盐,相互转化,易错易混辨析,(,错误的说明错因,),(1),金刚石和石墨由相同的元素组成，它们物理性质不同，化学性质相似,(,),错因：,_,_,_,。,(2),石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应,(,),错因：,_,。,(,3),向空气中排放二氧化碳会形成酸雨,(,),错因：,_,。,(,4),向,CaCl,2,溶液中通入,CO,2,气体，溶液变浑浊，继续通入,CO,2,至过量，浑浊消失,(,),错因：,_,。,(,5),氨化的饱和食盐水中通入足量的,CO,2,气体，会析出晶体,(,),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,pH5.6,的雨水才是酸雨，,CO,2,不能形成酸雨,由于盐酸的酸性比碳酸强，,CO,2,与,CaCl,2,溶液不反应,深度思考,写出除去下列气体中混有的杂质,(,括号内为杂质,),可采取的方法。,(1)CO(CO,2,),：,_,；,(2)CO,2,(CO),：,_,；,(,3)CO,2,(O,2,),：,_,；,(,4)CO,2,(SO,2,),：,_,；,(,5)CO,2,(HCl),：,_,；,通过盛有,NaOH,浓溶液的洗气瓶,通过盛放灼热,CuO,的硬质玻璃管,通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管,通过盛有饱和,NaHCO,3,溶液或酸性,KMnO,4,溶液的洗气瓶,通过盛有饱和,NaHCO,3,溶液的洗气瓶,视野拓展,草酸、草酸盐的性质,(1),草酸的性质,草酸的化学式为,H,2,C,2,O,4,，草酸晶体的化学式为,H,2,C,2,O,4,2H,2,O,。,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,。,还原性：,H,2,C,2,O,4,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,2KMnO,4,5H,2,C,2,O,4,3H,2,SO,4,=,=K,2,SO,4,2MnSO,4,10CO,2,8H,2,O,。,不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为,H,2,C,2,O,4,2H,2,O,CO,CO,2,3H,2,O,。,(2),草酸盐的性质,(NH,4,),2,C,2,O,4,溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。,CaC,2,O,4,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。,MgC,2,O,4,、,FeC,2,O,4,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。,题组强化训练,形成关键能力,1.,新材料的新秀,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,解析：,石墨烯是碳的单质，,A,错误；氧化石墨烯因为还含有氢元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素异形体，,B,、,C,错误；由于氧化石墨烯结构中含有羟基和羧基等亲水基团，所以它具有一定的亲水性，,D,正确,。,答案：,D,2,碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：,(1),下列有关说法正确的是,_(,填字母,),。,a,.,利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响,b,金刚石、石墨、,C,60,的化学性质相似，物理性质却有很大差异,c,木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜,d,.,大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用,(2),吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是,_(,填化学式,),。,(3),影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是,_(,填物质俗称,),。,(4),为减少二氧化碳对环境的影响，可将二氧化碳与氢气在,300,、,200,kPa,和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇,(,CH,3,OH,),和水，其反应的化学方程式,为,_,。,abcd,CO,干冰,CO,2,3H,2,CH,3,OH,H,2,O,考点二,必备知识梳理,夯实学科基础,1.,硅,(1),硅的结构与物理性质,(2),化学性质,Si,2NaOH,H,2,O,=,=Na,2,SiO,3,2H,2,(3),硅的工业制,法,(4),用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片。,2,二氧化硅,高,大,Na,2,SiO,3,H,2,O,CaSiO,3,Na,2,SiO,3,CO,2,SiO,2,4HF,=,=SiF,4,2H,2,O,3,硅酸,难,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O,=,=H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,SiO,2,H,2,O,Na,2,SiO,3,2HCl,=,=,H,2,SiO,3,2NaCl,干燥剂,4,硅酸盐,(1),硅酸钠：硅酸钠的溶液俗称,_,，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。,(2),硅酸盐的氧化物表示法：,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。,如,硅酸钠,(Na,2,SiO,3,),可表示为,_,，,长,石,(KAlSi,3,O,8,),可表示为,_,。,水玻璃,Na,2,OSiO,2,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,5,无机非金属材料,(1),传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。,常见硅酸盐材料比较,水泥,玻璃,陶瓷,生产原料,_,_,_,主要设备,水泥回转窑,玻璃窑,陶瓷窑,石灰石、黏土,纯碱、石灰石、石英,黏土,玻璃生产中的两个重要反应：,_,；,_,。,(2),新型无机非金属材料,以硅为主体的硅芯片、硅太阳能电池。,以二氧化硅为主体的光导纤维。,新型陶瓷：高温结构陶瓷,(,碳化硅、氮化硅,),；压电陶瓷,(,钛酸盐和锆酸盐,),；透明陶瓷,(,氧化铝、氧化钇、氮化铝、氟化钙,),；超导陶瓷等。,碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管、石墨烯。,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,CaCO,3,SiO,2,CaSiO,3,CO,2,易错易混辨析,(,错误的说明错因,),(1),晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。,(,),错,因：,_,。,(2),SiO,2,是酸性氧化物，可溶于强碱，不溶于任何酸。,(,),错,因：,_,。,(,3),SiO,2,具有导电性，故可用于制备光导纤维。,(,),错,因：,_,。,(,4),Na,2,CO,3,溶液贮存在带有玻璃塞的玻璃试剂瓶中。,(,),错,因：,_,。,晶体硅能作半导体材料的原因是具有一定的导电性而不是因为其熔点高、硬度大,SiO,2,可以与氢氟酸反应而溶解,不具有导电性，可制备光导纤维的原因是对光具有反射作用,Na,2,CO,3,溶液应贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中,(5),工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为,SiO,2,C Si,CO,2,(,),错因：,_,。,(6),Si,和,SiO,2,都可用于制造光导纤维,(,),错因：,_,。,(7),非金属性：,C,Si,，则热稳定性：,CH,4,SiH,4,(,),错因：,_,。,在高温条件下生成,CO,而不是,CO,2,Si,是半导体材料，,SiO,2,用于制造光导纤维,深度思考,(1),工业上可用以下流程制取高纯硅，完成各步反应的化学方程式：,反,应,：,_,；,反,应,：,_,；,反,应,：,_,。,Si(,粗,),2Cl,2,SiCl,4,(2),能否依据反应,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,说明,H,2,SiO,3,的酸性比,H,2,CO,3,强？,不能。强酸弱酸盐,=,=,强酸盐弱酸，该规律仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且熔融态下进行的，只能从化学平衡移动角度去解释反应发生的原因,CO,2,为气体，能及时分离出反应体系，使化学反应向右进行。,题组强化训练,形成关键能力,题组一,无机非金属材料的性质及应用,1,“,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,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,解析：,陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，,A,项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，,B,项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，,C,项正确；沙子的主要成分是,SiO,2,，黏土的主要成分是硅酸盐，,D,项错误,。,答案：,C,2,下列说法不正确的是,(,),A,SiO,2,能与,HF,反应，因此可用,HF,刻蚀玻璃,B,.,向,Na,2,SiO,3,溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶,C,氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为,Si,3,N,4,D,石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能,解析：,氢氟酸与二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故,HF,可用于刻蚀玻璃，故,A,正确；盐酸的酸性强于硅酸，所以向,Na,2,SiO,3,溶液中逐滴加入稀盐酸可制备硅酸凝胶，故,B,正确；根据,N,的非金属性强于,Si,及化合物中正负化合价的代数和为,0,的原则，得氮化硅的化学式为,Si,3,N,4,，故,C,正确；晶体硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，而不是二氧化硅，故,D,错误,。,答案：,D,题组二高纯硅的工业上制备,3,科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：,容,器,中进行的反应为,Si(,粗,),3HCl(g),SiHCl,3,(l),H,2,(g),；容器,中进行的反应为,SiHCl,3,H,2,Si(,纯,),3HCl,。下列说法不正确的是,(,),A,该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用,B,和,互为可逆反应,C,该流程中需要隔绝空气,D,粗硅制备不能通过,SiO,2,SiCl,4,Si,实现,答案：,B,解析：,A,项，反应,中生成的,HCl,在反应,中循环利用，正确；,B,项，反应,与反应,对应的反应温度不一致，不是可逆反应，错误；,C,项，高温条件下，,Si,、,SiHCl,3,、,H,2,都与,O,2,反应，故需隔绝空气，正确；,D,项，,SiO,2,不与,HCl,反应，不能通过上述途径制硅，正确。,4,晶体硅是一种重要的非金属原料，由粗硅制备纯硅的主要步骤如下：,粗硅与干燥的,HCl,气体反应制得,SiHCl,3,：,Si(,粗,),3HCl,SiHCl,3,H,2,；,经过纯化的,SiHCl,3,与过量,H,2,在,1 000,1 100,下反应制得纯硅。,回答相关问题：,(1),粗硅与,HCl,气体反应完全后，经冷凝得到,SiHCl,3,(,沸点为,36.5,),，只含有少量,SiCl,4,(,沸点为,57.6,),和,HCl(,沸点为,84.7,),，提纯,SiHCl,3,的方法,为,_,。,蒸馏,(2),用,SiHCl,3,与过量,H,2,反应制备纯硅的装置如图所示,(,热源及夹持装置已略去,),：,在加热,D,装置前应先打开,A,装置中分液漏斗的活塞，目的是,_,。,C,装置中烧瓶需要加热，采用的方法,是,_,。,排出系统内的空气，以防爆炸,水浴加热,高考真题演练,1,2021,山东卷,有利于实现,“,碳达峰、碳中和,”,的是,(,),A,风能发电,B,粮食酿酒,C,燃煤脱硫,D,石油裂化,解析：,碳达峰是指我国承诺,2030,年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低；碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳,“,零排放,”,，故选,A,。,答案：,A,2,2021,全国乙卷,我国提出争取在,2030,年前实现碳达峰、,2060,年前实现碳中和，这对于改善环境、,实现绿色发展至关重要。,“,碳中和,”,是指,CO,2,的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是,(,),A,将重质油裂解为轻质油作为燃料,B,大规模开采可燃冰作为新能源,C,通过清洁煤技术减少煤燃烧污染,D,研发催化剂将,CO,2,还原为甲醇,解析：,无论是重质油还是轻质油，燃烧时均会产生大量,CO,2,，不能减少,CO,2,的排放量，不能促进碳中和，,A,项错误；可燃冰中的甲烷燃烧也会产生大量的,CO,2,，,B,项错误；减少煤燃烧产生的污染与碳中和无关，,C,项错误；将,CO,2,转化为甲醇可促进碳中和，,D,项正确,。,答案：,D,3,2019,全国卷,陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是,(,),A,“,雨过天晴云破处,”,所描述的瓷器青色，来自氧化铁,B,闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成,C,陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐,D,陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,解析：,A,项，氧化铁为红色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，故错误,。,答案：,A,4,2019,北京卷,下列我国科研成果所涉及材料中，主要成分为同主族元素形成的无机非金属材料的是,(,),答案：,A,解,析：,B,项，,2022,年冬奥会的速滑服是由有机合成材料制成的；,C,项，碳包覆银纳米线是金属材料；,D,项，钛合金筛网轮是金属材料。,随堂过关训练,1,下列关于碳及其氧化物的说法不正确的是,(,),A,过度排放,CO,2,会导致,“,温室效应,”,，应提倡,“,低碳生活,”,B,一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合,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,CO,、,CO,2,、葡萄糖都属于有机物,解析：,CO,、,CO,2,不属于有机物,。,答案：,D,2,碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，下列说法正确的是,(,),A,由碳酸转化成,X,一定要在加热条件下进行,B,.,由碳转化为,X,一定发生的是化合反应,C,物质,X,一定是二氧化碳,D,若使一氧化碳转化成,X,，只能通过一氧化碳在空气,(,或氧气,),中燃烧获得,答案：,C,解,析：,由转化关系图可知，,X,是二氧化碳，碳酸在常温下就容易分解生成二氧化碳，故,A,错误，,C,正确；在高温的条件下，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，该反应属于置换反应，故,B,错误；一氧化碳还可以通过还原氧化铁或还原氧化铜等方法转化成二氧化碳，故,D,错误。,3,常温下，下列各组物质不发生反应的是,(,),硅与,NaOH,溶液,硅与盐酸,硅与氢氟酸,二氧化硅与碳酸钠,二氧化硅与,NaOH,溶液,二氧化硅与浓硝酸,A,B,C,D,解析：,常温下，能发生反应,Si,2NaOH,H,2,O,=,=Na,2,SiO,3,2H,2,，,Si,4HF,=,=SiF,4,2H,2,，,SiO,2,2NaOH,=,=Na,2,SiO,3,H,2,O,。,答案：,D,4,青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的,46,种化学品之一，其化学式为,Na,2,Fe,5,Si,8,O,22,(OH),2,。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有,NO,。下列说法不正确的是,(,),A.,青石棉是一种硅酸盐材料,B,青石棉中含有一定量的石英晶体,C,青石棉的化学组成可表示为,Na,2,O3FeOFe,2,O,3,8SiO,2,H,2,O,D,1,mol,青石棉能使稀硝酸中的,1,mol,HNO,3,被还原,解析：,硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素,(,主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等,),结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；,1 mol Na,2,O3FeOFe,2,O,3,8SiO,2,H,2,O,跟硝酸反应时，失去,3 mol,电子，故能使稀硝酸中的,1 mol HNO,3,被还原,。,答案：,B,5,某研究性学习小组进行了,“,实验室制,Si,”,的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：,工业上在高温时用,C,还原,SiO,2,可制得,Si,；,Mg,在点燃的条件下即可与,SiO,2,反应；,金属硅化物与稀,H,2,SO,4,反应生成硫酸盐与,SiH,4,；,Si,和,SiO,2,均不与稀,H,2,SO,4,反应；,SiH,4,在空气中自燃。,他们在研究报告中记载着：,“,选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量,在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的,63%,左右。,”,(1),该小组,“,实验室制,Si,”,的化学方程式,是,_,。,(2),你估计,“,用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花,”,的原因是,(,用文字和化学方程式解释,),_,。,金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的,SiH,4,可自燃。用化学方程式表示：,2Mg,Si,Mg,2,Si,，,Mg,2,Si,2H,2,SO,4,=,=2MgSO,4,SiH,4,，,SiH,4,2O,2,=,=SiO,2,2H,2,O,解析,：,(,1),由提供的信息可知，该小组,“,实验室制,Si,”,的原理为,Mg,在点燃的条件下与,SiO,2,反应生成,Si,和,MgO,。,(,2),稀,H,2,SO,4,溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，说明固体产物中含有,Mg,2,Si,，,Mg,2,Si,与,H,2,SO,4,反应生成,MgSO,4,和,SiH,4,，,SiH,4,在空气中自燃。,
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