新教材(广西专版)高考化学一轮复习第4章第4讲碳及其化合物无机非金属材料课件

这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第4章第4讲碳及其化合物无机非金属材料课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，课程标准，3化学性质，②硅的性质和用途，答案C等内容，欢迎下载使用。
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探究,了解碳、硅及其重要化合物的主要性质。2.认识碳、硅及其重要化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。
一、碳及其化合物1.碳单质(1)存在形式:碳单质有金刚石、石墨、C60等,它们互为　同素异形体　。 (2)三种重要的碳单质
2.碳的两种氧化物(1)一氧化碳(CO) 无色无味气体,有毒性,难溶于水①可燃性:可作燃料,2CO+O2 2CO2。②还原性:可用于冶炼金属,CO还原Fe2O3:　3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2　。 
(2)二氧化碳(CO2) 无色无味气体,能溶于水,固态俗称干冰①CO2具有酸性氧化物的通性,能与碱、碱性氧化物、某些盐等反应。向Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2,反应的化学方程式为　Ca(ClO)2+CO2+H2O === CaCO3↓+2HClO　。 ②CO2具有氧化性,点燃时能与金属Mg等反应,如2Mg+CO2 2MgO+C。3.碳酸(H2CO3)二元弱酸、不稳定,其酸性比盐酸弱,常用CO2+H2O代替H2CO3。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)12 g石墨和12 g金刚石均含有NA个碳原子。(　√　)(2)活性炭具有吸附性,故可用于去除异味和杀菌消毒。(　×　)(3)碳酸钡难溶于水,故可用于胃肠X射线造影检查。(　×　)(4)向BaCl2溶液中通入少量CO2: 。(　×　)
二、无机非金属材料1.硅酸盐材料(1)常见硅酸盐材料比较
(2)生产玻璃过程中的两个重要反应:
(3)硅酸盐的结构在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,其结构如图所示:硅氧四面体结构的特殊性,决定了硅酸盐材料大多具有硬度　大　、熔点　高　、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。 
2.新型无机非金属材料(1)硅和二氧化硅①硅在元素周期表中的位置及存在硅位于元素周期表第三周期、第　　 ⅣA 　　族,处于金属与非金属的过渡位置,是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界中主要以 硅酸盐　和　 氧化物 　(如水晶、玛瑙)的形式存在。　　　　  硅具有亲氧性,自然界中不存在硅单质
③二氧化硅的性质和用途
微点拨 Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,水玻璃具有黏结力强、耐高温等特性,可以用作黏合剂和防火剂。
(2)新型无机非金属材料
应用提升 高纯硅的制备工业上制备高纯硅,一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅,再以其为原料制备高纯硅,原理图示如下:
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)工业上用焦炭和石英制取粗硅反应的化学方程式为SiO2+C Si+CO2↑。(　×　)(2)SiO2既能与NaOH溶液反应,又能与氢氟酸反应,因此SiO2是两性氧化物。(　×　)(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维、集成电路板。(　×　)(4)将SO2通入Na2SiO3溶液,产生胶状沉淀,则酸性:H2SO3>H2SiO3。(　√　)
典例突破草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,其 =5.4×10-2, =5.4×10-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色,熔点为101 ℃,易溶于水,受热脱水、升华,170 ℃以上分解。回答下列问题:
(1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是　 ,由此可知草酸晶体分解的产物中有　 。装置B的主要作用是 　。 
(2)乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、 　。装置H反应管中盛有的物质是　 　。 ②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是　 　。 
答案 (1)气泡逸出、澄清石灰水变浑浊　CO2　冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验(2)①F、D、G、H、D、I　CuO②H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊解析 (1)乙二酸的分解产物中含有二氧化碳,因此在装置C中产生气泡,澄清石灰水变浑浊;由于草酸易升华,在澄清石灰水中会生成白色沉淀草酸钙,故在检验CO2之前必须将草酸蒸气除去,以免对二氧化碳的检验产生干扰,利用装置B中的冰水冷凝即可除去草酸蒸气。
(2)①检验CO可用灼热的氧化铜,由于实验中需检验生成物二氧化碳,所以在CO还原氧化铜之前必须预先将草酸分解生成的二氧化碳除去。因此装置的连接顺序是:首先使B中逸出的气体通过浓氢氧化钠溶液将二氧化碳除去,并用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽;然后将气体进行干燥以免玻璃管H炸裂,再通入玻璃管H使CO还原氧化铜。检验生成的二氧化碳仍需使用澄清石灰水。最后,用排水法收集未反应完的CO,以免污染空气,故装置的连接顺序是A、B、F、D、G、H、D、I。②若分解产物中含有CO,则玻璃管中黑色的氧化铜变为红色,其后的澄清石灰水会变浑浊。
针对训练1.灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2。某校化学研究小组利用下图实验装置检验产物中的H2和CO(设气体均被充分吸收)。下列有关说法正确的是(　　)A.②、③、⑤中依次盛装澄清石灰水、浓硫酸和氢氧化钠溶液B.为了实验安全性,应先点燃①处酒精灯,后点燃④处酒精灯C.当黑色氧化铜变红色,即可证明产物中一定含有H2和COD.若用碱石灰替换无水硫酸铜,也可达到检验H2和CO的目的
答案 B解析 灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2,要检验产物中的H2和CO,需要除去产物中的少量二氧化碳,通入装置④的气体需要干燥,因此②中盛放氢氧化钠溶液,③中盛放浓硫酸,④中反应后的气体中含有水蒸气和二氧化碳,因此无水硫酸铜变成蓝色,说明含有氢气,⑤中澄清石灰水变浑浊,说明含有一氧化碳。除去二氧化碳不能选用澄清石灰水,因为其浓度太小了,A错误;生成的氢气和一氧化碳容易燃烧,可能发生爆炸,为了实验安全性,应先点燃①处酒精灯,用生成的气体排尽装置内的空气后,经验纯后点燃④处酒精灯,B正确;当黑色氧化铜变红色,即可证明产物中一定含有H2和CO中的一种或两种,C错误;若用碱石灰替换无水硫酸铜,不能检验H2和CO,只能说明生成了H2和CO中的一种或两种,D错误。
2.(2023广西南宁模拟)地球形成初期,大气中CO2含量较高,随着矿化反应的进行,其含量不断降低,迄今为止,仍在缓慢发生(图1)。研究人员在实验
室中引入酸、碱辅助完成这一过程(图2),下列有关说法错误的是(　　)A.矿化反应的总反应方程式为CaCO3+SiO2 === CaSiO3+CO2B.图中“酸”“碱”“盐”分别指HCl、NH3·H2O、NH4ClC.地球形成初期因CO2浓度较高,该矿化反应速率比现在快D.实验室引入“酸”和“碱”起到了加速反应的作用
答案 A解析 矿化指的是CO2矿化,由流程可知矿化反应的总反应方程式为CaSiO3+CO2 === CaCO3+SiO2,A错误;由题图2可知,发生的反应分别为CaSiO3+2HCl === CaCl2+SiO2+H2O,CaCl2+(NH4)2CO3 === CaCO3↓+2NH4Cl,NH4Cl NH3↑+HCl↑,2NH3·H2O+CO2 === (NH4)2CO3+H2O,故图中“酸”“碱”“盐”分别指HCl、NH3·H2O、NH4Cl,B正确;地球形成初期CO2浓度较高,反应速率快,C正确;实验室引入“酸”和“碱”后均在溶液中进行,故起到了加速反应的作用,D正确。
归纳总结CO2和CO气体的除杂及检验方法(1)除杂方法
(2)检验CO气体:先通过灼热氧化铜,固体由黑色变为红色,再将产生的气体通过澄清石灰水,溶液变浑浊。注意:①澄清石灰水只用于检验CO2,不能用于除去混合气体中的CO2,应用NaOH溶液除去。②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。
典例突破(2023安徽宿州联考)芯片是信息革命的核心技术和主要推动力,利用高温电炉冶炼得到的粗硅难以满足制作芯片所需要的纯度要求,因此必须对粗硅进行提纯。工业上采用Si与HCl在350 ℃左右的条件下反应生成SiHCl3,之后将其还原、结晶得到高纯度的单晶硅产品。已知SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,且遇O2与H2O均剧烈反应。现要在实验室中制取少量SiHCl3,其实验装置如下图所示,下列说法不正确的是(　　)
A.不可以用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换干燥管中的碱石灰B.使用浓硫酸和NaCl混合加热制取HCl利用了浓硫酸的难挥发性C.冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体D.工业上用过量焦炭与石英砂混合冶炼粗硅,其反应为SiO2+C Si+CO2↑
答案 D解析 干燥管中的碱石灰是碱性干燥剂,可以吸收HCl尾气,并可以防止空气中的水分进入收集容器,而不能用无水CaCl2、硅胶等固体干燥剂替换,A正确;使用浓硫酸和NaCl混合加热制取HCl利用了浓硫酸的高沸点、难挥发性,B正确;由于SiHCl3的熔点为-128 ℃,沸点为33 ℃,所以冰盐浴的目的为降低收集容器的温度,使SiHCl3冷凝为液体,C正确;工业上用过量的焦炭与石英砂混合冶炼粗硅,发生反应产生Si、CO,反应的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑,D错误。
针对训练1.(2022河北卷)定窑是宋代五大名窑之一,其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是(　　)A.传统陶瓷是典型的绝缘材料B.陶瓷主要成分为SiO2和MgOC.陶瓷烧制的过程为物理变化D.白瓷的白色是因铁含量较高
答案 A解析 传统陶瓷是典型的绝缘材料, A正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,B错误;陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应,有新物质生成,属于化学变化,C错误;由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色,故陶瓷中含铁量越高,陶瓷的颜色越深,白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含,D错误。
2.“中国芯”的发展离不开高纯单晶硅。从石英砂(主要成分为SiO2)制取高纯硅涉及的主要反应用流程图表示如下:下列说法不正确的是(　　)A.反应①中氧化剂和还原剂之比为1∶2B.流程中HCl和H2可以循环利用C.反应①②③均为置换反应D.由②③反应推测,③为放热反应
答案 D解析 反应①中SiO2与焦炭反应生成Si和CO,SiO2是氧化剂,C是还原剂,根据得失电子守恒推知,其物质的量之比为1∶2,A正确;②中消耗HCl生成H2,③中消耗H2生成HCl,故流程中HCl和H2可以循环利用,B正确;反应①②③都是“单质+化合物→新单质+新化合物”,故属于置换反应,C正确;反应③是SiHCl3与H2在1 100 ℃时反应生成Si和HCl,应为吸热反应,D错误。
归纳总结硅及其化合物的性质与应用的易错点(1)Si、SiO2都能与NaOH溶液、氢氟酸反应,但不能与其他酸反应。(2)SiO2是酸性氧化物,但不与水反应,不能用SiO2与水反应制备H2SiO3。(3)在溶液中,硅酸盐能与稀盐酸、CO2等反应析出H2SiO3沉淀,如Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓。
非金属元素及其化合物的性质与应用
例题.(高考题组合)化学创造美好生活。下列说法不正确的是(　　)A.氢氟酸可与SiO2反应,利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品B.含氯消毒剂具有氧化性,用“84”消毒液对图书馆桌椅消毒C.铁粉与氧化铝发生的铝热反应可用于焊接铁轨D.熟石膏与水混合成糊状后能很快凝固,常用于制作模型和医疗石膏绷带
思路指导明确相关物质的性质,了解物质的用途,判断二者是否具有对应关系,做出合理的分析、判断。
突破方法 常考非金属及其化合物的性质与用途的对应关系
针对训练1.(2023广西统考三模)化学与生活息息相关。下列项目与所述化学原理关联不合理的是(　　)
答案 B解析 氟化氢能和二氧化硅反应生成四氟化硅和水,故可以用氢氟酸雕刻玻璃,A正确,不符合题意;泡沫灭火器是利用碳酸氢钠和硫酸铝双水解生成大量二氧化碳而灭火,B错误,符合题意;铝粉和氢氧化钠溶液生成四羟基合铝酸钠和氢气,生成气体可以疏通管道,C正确,不符合题意;锌为活泼金属,可以和酸发生自发的氧化还原反应构建原电池,D正确,不符合题意。
2. 下列有关物质性质与应用的对应关系正确的是(　　)
答案 C解析 泡沫灭火器的原理是利用Al3+和 互相促进的水解反应的原理,不是利用NaHCO3的不稳定性,A项不合题意;有机物大多数不导电,但聚乙炔在一定条件下能导电,因为聚乙炔中有自由移动的电子,而不是因为其可以无限延伸的线状结构,B项不合题意;Al(OH)3受热分解,生成高熔点物质和水,可用作塑料的阻燃剂,C项符合题意;石墨可作润滑剂是由于其平面结构的层与层之间依靠分子间力(范德华力)结合,而不是含有大π键,D项不合题意。
3.(2023广东梅州月考)国家速滑馆又称“冰丝带”,是北京冬奥会最具科技含量的场馆。它的建设应用了智慧建造技术,减少使用钢材2 800吨;采用当前冬季运动场馆最环保的制冰技术之一——二氧化碳跨临界直接制冰技术,通过压力变化使二氧化碳汽化实现制冷。下列说法正确的是(　　)A.二氧化碳由液态变为气态,会释放热量B.二氧化碳跨临界直接制冰技术利用了其化学性质C.钢材的硬度比纯铁小D.应用二氧化碳跨临界直接制冰技术符合“绿色奥运”理念
答案 D解析 二氧化碳由液态变为气态,会吸收热量,A错误;二氧化碳跨临界直接制冰技术利用了其物理性质,B错误;合金的硬度比成分金属的硬度大,钢材的硬度比纯铁大,C错误;应用二氧化碳跨临界直接制冰技术,不产生污染物,符合“绿色奥运”理念,D正确。
4.下列化学方程式可正确解释相应变化的是(　　)
答案 D解析 本题考查元素化合物的性质及变质的原因。FeSO4溶液中Fe2+易被氧化为Fe3+,进而形成Fe(OH)3沉淀,反应的化学方程式应为12FeSO4+3O2+6H2O === 4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3↓,A错误;将氟气通入NaBr溶液中,会与水反应生成氢氟酸和O2,不可使溶液变橙色,B错误;溴与水发生反应Br2+H2O HBr+HBrO,溴水褪色是由于HBrO易分解,导致Br2与H2O反应的平衡右移而褪色,C错误;胆矾失去结晶水导致表面出现白色粉末(CuSO4),D正确。
1.(2023广东卷)“高山流水觅知音。”下列中国古乐器中,主要由硅酸盐材料制成的是(　　)
答案 C解析 九霄环佩木古琴主要构成物质是木材,A错误;裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成,B错误;商朝后期陶埙属于陶瓷,主要成分是硅酸盐,C正确;曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成,D错误。
2.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
答案 A解析 “雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关,氧化铁显红棕色,A项错误;秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成,B项正确;陶瓷以黏土为原料,经高温烧制而成,属于人造材料,主要成分是硅酸盐,C项正确;陶瓷的主要成分是硅酸盐,硅酸盐中硅元素的化合价处于最高价,化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,D项正确。
3.(2023山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料,常温下为无色液体,沸点为31.8 ℃,熔点为-126.5 ℃,易水解。实验室根据反应Si+3HCl SiHCl3+H2,利用如下装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题。
(1)制备SiHCl3时进行操作:(ⅰ)……;(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中;(ⅲ)通入HCl,一段时间后接通冷凝装置,加热开始反应。操作(ⅰ)为　　　　　;判断制备反应结束的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　。图示装置存在的两处缺陷是①　　　　　　　　　　　　　;②　　　　　　　　　　　　　。 (2)已知电负性:Cl>H>Si,SiHCl3在浓NaOH溶液中发生反应的化学方程式为　 。 
(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。m1 g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后,进行如下实验操作:①　　　　　　,②　　　　　　(填操作名称),③称量等操作,测得所得固体氧化物质量为m2 g,从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器,依次为　　　(填大写字母)。测得样品纯度为　　　(用含m1、m2的代数式表示)。
答案 (1)检查装置气密性　蒸馏烧瓶中液体不再增加　装置C、D之间缺少防水(或干燥)装置　装置D之后无尾气(H2)收集装置(2)SiHCl3+5NaOH(浓) === Na2SiO3+H2↑+3NaCl+2H2O(3)灼烧　干燥　AC　 ×100%解析 (1)因该实验中有气体通入和产生,故实验开始前必须先检查装置气密性;制备反应结束时,管式炉中硅粉转化为SiHCl3且被冷凝后进入蒸馏烧瓶,因此可通过观察蒸馏烧瓶中液体物质不再增加来判断反应结束。因SiHCl3易水解,需在装置C、D之间增加防水(或干燥)装置;产物氢气是可燃性气体且无法被NaOH溶液吸收,需要另增加氢气收集装置(如储气瓶、气球等)。