1、【 精品教育资源文库 】 第 14讲 碳、硅及无机非金属材料 考纲要求 1.了解 C、 Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。 2.了解 C、 Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 考点一 碳及其重要化合物 1碳单质 (1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。 (2)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。 (3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质 软 ，有滑腻感。 (4)主要化学性质 还原性 可燃 性 与氧化物反应? CuO： 2CuO C= 2Cu CO2 ?冶炼金属 ?SiO2：
2、 SiO2 2C=高温 Si 2CO ?制取粗硅 ?H2O： C H2O?g?=高温 CO H2?制取水煤气 ? 与强氧化性酸反应? 浓 H2SO4： C 2H2SO4?浓 ?= CO2 2SO2 2H2O浓 HNO3： C 4HNO3?浓 ?= CO2 4NO2 2H2O2一氧化碳 (1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。 (2)化学性质 还原性 燃烧： 2CO O2=点燃 2CO2，淡蓝色火焰； 还原 CuO： CuO CO= Cu CO2(冶炼金属 )。 3二氧化碳 (CO2) (1)一种无色、无味的气体，能溶于水，固态 CO2俗称干冰。 (2)与 H2O、 Na2O、 Ca(OH)2
3、(足量、澄清 )、 Mg 反应的方程式分别为 CO2 H2O H2CO3， Na2OCO2=Na2CO3， CO2 Ca(OH)2=CaCO3 H2O， 2Mg CO2=点燃 2MgO C。 【 精品教育资源文库 】 (3)CO2在自然界中的循环 CO 2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。 自然界消耗 CO2的主要反应： a溶于江水、海水中： CO2 H2O H2CO3； b光合作用将 CO2转化为 O2； c岩石的风化： CaCO3 H2O CO2=Ca(HCO3)2。 4碳酸 (H2CO3) 弱酸性、不稳定性。碳酸 (H2CO3)只能在水中存在。 H2CO3在水中与 CO2共存，因此常把
4、CO2 H2O当碳酸用。 5碳酸的酸式盐和正盐的比较 (1)在水中的溶解性 含 K 、 Na 、 NH4 的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。 一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度Ca(HCO3)2CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度 Na2CO3NaHCO3。 (2)热稳定性 一般来说 ，热稳定性顺序为正盐 酸式盐 碳酸，如稳定性 Na2CO3NaHCO3H2CO3。可溶性正盐 难溶性正盐，如 CaCO3高温分解，而 K2CO3不易分解。 (3)水溶液酸碱性强弱 物质的量浓度相同时，正盐溶液的 pH 大于其酸式盐溶液，如 p
5、H： Na2CO3溶液 NaHCO3溶液。 1碳单质及其氧化物性质用途的判断 (1)12C、 13C、 14C是碳的三种同素异形体 () 解析 12C、 13C、 14C 互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和 C60。 (2)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具 有相同的性质 () (3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应 () (4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨 () (5)一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合 () (6)木炭、一氧化碳在一定条件下都能与氧化铜反应 () (7)大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用 () 2二氧化碳与盐溶液反应的判断 (
6、1)向 Na2SiO3溶液中通入 CO2，溶液变浑浊，继续通入 CO2至过量，浑浊消失 () 解析 H2SiO3不溶于 H2CO3。 (2)向 Ca(ClO)2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 () 【 精品教育资源文库 】 解析 开始生成 CaCO3沉淀， CO2过量时， CaCO3又与 CO2、 H2O反应生成 Ca(HCO3)2。 (3)向 CaCl2溶液中通入 CO2，无明显现象，若先通入 NH3再通 CO2，溶液会变浑浊 () (4)向饱和 Na2CO3溶液中通入过量的 CO2气体，有晶体析出 () 解析 NaHCO3的溶解度比 Na2CO3的小
7、。 (5)向 NaAlO2溶液中通入 CO2气体，一开始有白色沉淀生成， CO2过量，沉淀溶解 () 解析 Al(OH)3不能溶于 H2CO3。 (6)向饱和 NaCl的氨溶液中通入过量 CO2气体，有晶体析出 () 解析 会析出 NaHCO3晶体。 确定混合气体 (CO、 CO2)中含有 CO 气体的实验设计方法 按要求回答下列问题 (1)填写下列指定装置的作用 A： 除去混合气体中的 CO2气体 。 B： 检验混合气体中 CO2是否除尽 。 E： 除去尾气中的 CO2气体 。 F： 除去尾气中的 CO气体、防止污染环境 。 (2)写出 C中的化学方程式： CO CuO= Cu CO2。 (
8、3)确定混合气体中含有 CO 气体的实验现象： B中无明显现象， C中的物质由黑色变成红色， D中的澄清石灰水变浑浊 。 (4)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： CO(CO 2)： _。 CO 2(CO)： _。 答案 通过盛有浓 NaOH溶液的洗气瓶 通过盛放灼热 CuO的硬质玻璃管 题组一 CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析 1 (2018 汕头模拟 )将足量 CO2通入 KOH 和 Ca(OH)2的混合稀溶液中， 生成沉淀的物质的量【 精品教育资源文库 】 (n)和通入 CO2体积 (V)的关系正确的是 ( ) 答案 D 解析 CO2与 KOH和 Ca(
9、OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与 KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与 Ca(OH)2反应生成 CaCO3，因此，可以看成 CO2先与 Ca(OH)2反应，所以通 CO2后立即有 CaCO3生成。第二步还要判断 CO2是先跟 KOH 反应还是先与生成的 CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与 CaCO3反应，则生成的 Ca(HCO3)2又会与 KOH反应，因此是先与 KOH 反应，此过程生成沉淀的 物质的量不变，当 KOH 反应完全，再与 CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选 D。 2标准状况下，将 3.36 L CO2气体通入 200 mL 1.00 molL
10、1NaOH 溶液中，充分反应后溶液中 c(CO23 )与 c(HCO3 )的比值为 ( 不考虑 CO23 、 HCO3 的水解 )( ) A 11 B 12 C 21 D 13 答案 B 解析 n(CO2) 3.36 L22.4 Lmol 1 0.150 mol， n(NaOH) 0.200 L1.00 molL 1 0.200 mol n?NaOH?n?CO2? 0.2 mol0.15 mol43，即 1n?NaOH?n?CO2? 2，反应产物为 Na2CO3、 NaHCO3，设其物质的量分别为 x、 y，则? 2x y 0.2 molx y 0.15 mol ，解得 ? x 0.05 mo
11、ly 0.10 mol ，所以n?CO23 ?n?HCO3 ?12。 题组二 CO2的综合利用 3 2015 北京理综， 27(1)(2)(3)研究 CO2 在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1)溶于海水的 CO2主要以 4 种无机碳形式存在，其中 HCO3 占 95%。写出 CO2溶于水产生 HCO3的方 程式： _。 (2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。 【 精品教育资源文库 】 写出钙化作用的离子方程式： _。 同位素示踪法证实光合作用释放出的 O2只来自于 H2O。用 18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整： _ _ =光能叶绿体 (C
12、H2O)x x18O2 xH2O (3)海水中溶解无机碳占海水总碳的 95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法： 气提、吸收 CO2。用 N2从酸化后的海水中吹出 CO2并用碱液吸收 (装置示意图如下 )。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为 NaHCO3，再用 x molL 1 HCl溶液滴定，消耗 y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度 _ molL 1。 答案 (1)CO2 H2O H2CO3、 H2CO3 H HCO3 (2)2HCO 3 Ca2 =CaCO3 CO2 H2O xCO2 2xH218O (3
13、) xyz 解析 (1)CO2溶于水生成 H2CO3， H2CO3电离出 H 和 HCO3 。 (2) 根据钙化作用的反应物是 HCO3 和 Ca2 ， 生成物是 CaCO3和 CO2， 故不难写出反应的离子方程式为 2HCO3 Ca2 =CaCO3 CO2 H2O。 根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为 xCO2和 2xH218O。 (3)该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂为稀硫酸，因 HCl 易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。 根据该滴定过程得关系式： CO2HCO3 HCl， n(CO2) n(HCl) x molL 1 y10
14、3L xy10 3 mol，所以 c(CO2)【 精品教育资源文库 】 xy10 3 molz10 3 L xyz molL 1。 考 点二 硅及其化合物 无机非金属材料 1硅 (Si) (1)硅的存在：硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。 (2)物理性质：灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。 (3)化学性质：常温下与 F2、 HF、 NaOH 反应；加热时能与 H2化合生成不稳定的氢化物 SiH4，加热时还能与 Cl2、 O2化合分别生成 SiCl4、 SiO2。涉及的化学方程式如下： 与非金属单质反应? O2： Si O2= SiO2F2： Si 2F2=SiF4Cl
15、2： Si 2Cl2= SiCl4 与氢氟酸反应： Si 4HF=SiF4 2H2 。 与 NaOH溶液反应： Si 2NaOH H2O=Na2SiO3 2H2 。 (4)制法： SiO2 2C=高温 Si 2CO 。 (5)用途： 良好的半导体材料； 太阳能电池； 计算机芯片。 2二氧化硅 (SiO2) (1)二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙 (含杂质的石英 )等中。 SiO2是由 Si 和 O 按个数比 12 直接构成。 Si、 SiC、 Si3N4、 BN 等也是直接由原子构成的。 (2)二氧化硅的性质及用途 主要物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 化 学 性 质 与水反应 不反应 与酸反应 只与氢氟酸反应： SiO2
