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第四章非金属及其化合物[考情微解读]第10讲无机非金属材料的主角——硅微考点•大突破微充电•大收获微考点•大突破探微提能点点结合•1．碳、硅元素在自然界中的存在形态•(1)碳：既有游离态又有化合态。•(2)硅：只有________。硅在自然界中的含量占第_______位。•2．碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)化合态•微考点1硅•基础微回扣二•3．碳和硅的化学性质——还原性•(1)碳单质的化学性质。•①与O2反应。•a．O2不足：___________________•b．O2足量：____________________•②与其他物质反应。•a．与CuO反应；____________________________•b．与CO2反应：_____________________•c．与水蒸气反应：__________________________•d．与浓硫酸反应：_______________________________________2C＋O2=====点燃2COC＋O2=====点燃CO22CuO＋C=====△2Cu＋CO2↑CO2＋C=====高温2COC＋H2O(g)=====高温CO＋H2C＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(2)硅单质的化学性质。①与O2反应：___________________②与Cl2反应：□10________________________③与氢氟酸反应：□11_____________________________Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋O2=====△SiO2Si＋2Cl2=====△SiCl4微助学1．Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO；2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。2．不要混淆硅和二氧化硅的用途；用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2。3．不要混淆常见含硅物质的成分①计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。②水晶、石英、玛瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。③传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。•判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。•1．单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料()•2．高纯度的单晶硅用于制造光导纤维()•警示：二氧化硅用于制造光导纤维。•3．硅主要以单质形式存在于自然界中()•警示：自然界中无单质硅。•4．硅是一种良好的半导体材料()微诊断√××√•方法微总结碳、硅元素单质及其化合物的特性(1)一般情况，非金属元素单质，熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。(2)一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。(3)一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂―→较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，FeO＋C=====高温Fe＋CO↑。•(4)硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：•Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。•(5)一般情况，较活泼金属＋酸―→盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。•【微典通关1】下列关于硅的说法中，不正确的是()•A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体•B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料•C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应•D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应•解析：晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应。•答案：C•对点微练❶新材料、新技术下的碳的考查•1．石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是()•应用微提升•A．石墨烯与石墨互为同位素•B．0.12g石墨烯中含6.02×1022个碳原子•C．石墨烯是一种有机物•D．石墨烯中碳原子间以共价键结合•解析：A项，石墨烯和石墨是同素异形体；B项，0.12g石墨烯物质的量为0.01mol，含6.02×1021个原子，C项错误。•答案：D•对点微练❷硅的性质•2．下列说法正确的是()•A．二氧化硅广泛应用于光纤通讯•B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品•C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品•D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应解析：盐酸和石英不反应，B错；水晶项链的主要成分是SiO2而不是硅酸盐制品，C错；由粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应，如SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl，D错。答案：A对点微练❸工业制取高纯度硅3．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A．2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2=====△SiCl4D．SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl解析：由SiO2制取Si时要先制得粗硅，反应为2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑，然后再进行提纯，反应依次为Si＋2Cl2=====△SiCl4、SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl。答案：B•微考点2二氧化硅•基础微回扣微助学(1)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(2)一般情况，较强酸＋较弱酸盐―→较弱酸＋较强酸盐。虽然酸性：H2CO3＞H2SiO3，却能发生如下反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑。(3)一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但却能发生反应C＋H2O(g)=====高温CO＋H2。(4)一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O===H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。•判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。•1．因为SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维()•警示：SiO2无导电性，但SiO2具有四面体网状结构，具有优良的物理和化学性质，可用于制备光导纤维。•2．酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应()•警示：二氧化硅属于酸性氧化物，但能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O微诊断×ו警示：反应生成的是CO而不是CO2。•4．实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞()•警示：SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞粘在一起，不易开启。•5．向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强()•警示：硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强。3．工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2＋C=====高温Si＋CO2↑()√×ו方法微总结碳、硅的氧化物(1)CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。燃烧的化学方程式为2CO＋O2=====点燃2CO2。还原CuO的化学方程式为CuO＋CO=====△Cu＋CO2。•(2)CO2和SiO2。•CO2和SiO2都属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。•①与碱反应。•与NaOH溶液反应的化学方程式分别为：•CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，•SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。②与盐反应。与Na2CO3反应的化学方程式分别为：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑。③与碱性氧化物反应。与Na2O反应的化学方程式分别为：CO2＋Na2O===Na2CO3，SiO2＋Na2O===Na2SiO3。•【微典通关2】以下一些氧化物和单质之间可发生如下图所示的反应：•其中，氧化物(Ⅰ)是红棕色固体，氧化物(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)在反应条件下都是气体。•(1)氧化物(Ⅰ)的化学式是__________。•氧化物(Ⅱ)的化学式是__________。•(2)反应①的化学方程式是___________________________________。•反应②的化学方程式是_____________________________________。•反应③的化学方程式是______________________________。COFe2O3Fe2O3＋3CO=====高温2Fe＋3CO2CO＋H2O(g)=====高温CO2＋H2H2O(g)＋C=====高温H2＋CO•解析：氧化物(Ⅰ)是红棕色固体，则为Fe2O3；据氧化物(Ⅱ)为气体，又具有还原性，知氧化物(Ⅱ)为CO；单质(Ⅰ)为Fe，氧化物(Ⅳ)为CO2；氧化物(Ⅱ)与氧化物(Ⅲ)反应生成单质(Ⅱ)和CO2，结合氧化物(Ⅲ)与单质Ⅲ反应生成CO和单质(Ⅱ)，后者应为有关水煤气的反应，故推测氧化物(Ⅲ)为H2O，经检验合理。反思归纳在框图推断中置换反应出现的频率较高。比如本题反应③就是一个置换反应。常考的置换反应有：Mg与CO2反应、C与H2O反应、C与SiO2反应等。•对点微练❹二氧化硅的性质•4．诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。光导纤维的主要成分是二氧化硅，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．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体(标准状况)时，得到2.8g硅•C．6g的二氧化硅中含有0.2mol的共价键•D．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•应用微提升解析：A项SiO2不与H2O反应；B项SiO2＋2C=====高温2CO↑＋Si，生成2.24LCO(标准状况)时，得到1.4gSi；C项含有0.4molSi—O键。答案：D•5．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。•可供选择的试剂：A.盐酸B．氢氧化钠溶液•C．氧气D．水E．二氧化碳•可选用的操作：①水洗②加热③高温灼烧④过滤⑤结晶粉末状混合物选择的试剂选用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)NaCl(SiO2)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(CaCO3)(5)SiO2(H2SiO3)(6)SiO2(NH4Cl)答案：(1)B④(2)D④⑤(3)A④(4)A④(5)③(6)②•对点微练❺二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律•6．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液变浑浊，再升温至65℃以上，溶液变澄清C6H5ONa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•解析：硅酸与过量的CO2不反应。•答案：B对点微练❻CO2与碱溶液反应产物的定量判断7．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO2－3)与c(HCO－3)的比值为(不考虑CO2－3、HCO－3的水解)()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3解析：n(CO2)＝3.36L22.4L·mo