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第四章非金属及其化合物第一讲碳硅及其化合物无机非金属材料 高考化学一轮复习学案人教版
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这是一份第四章非金属及其化合物第一讲碳硅及其化合物无机非金属材料 高考化学一轮复习学案人教版，共14页。学案主要包含了讲台挥洒一刻，备选例题，加固训练—拔高等内容，欢迎下载使用。
考点一 碳及其化合物(命题指数★★★★★)
1．碳
(1)碳存在形态、物理性质及用途
(2)碳的化学性质
写出①～④的化学方程式：
①C＋CO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO或2C＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2CO。
②CO2＋C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO。
③CuO＋C eq \(=====,\s\up7(高温)) Cu＋CO↑。
④C＋H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) CO＋H2(制水煤气)。
2．碳的氧化物：
(1)一氧化碳的性质及应用
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。
②化学性质及应用(写出有关化学方程式)
a．可燃性：2CO＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2CO2，可作燃料。
b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
CO是不成盐氧化物，当引起人体中毒时，酸碱不能解毒。CO2是酸性氧化物，能形成温室效应，但不是大气污染物。
(2)CO2的性质及应用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)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。( )
提示：×。金刚石和石墨互为同素异形体，性质差距较大。
(2)向CaCl2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。( )
提示：×。由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。
(3)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。( )
提示：√。氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出碳酸氢钠晶体。
2．已知SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑，这能否证明硅酸的酸性比碳酸强？
提示：不能。该反应是在高温下进行，产物中CO2为气体，生成后脱离反应体系，使反应能向右进行到底。
命题角度：碳及其氧化物的性质与应用
【典例1】(2021·聊城模拟)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。
(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是
__________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是_________________________________________________。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为____________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为______________________________________________________________。
(4)该装置的缺点是_________________________________________________。
【解析】(1)碳与二氧化硅反应需在高温下进行，高温下，碳与空气中氧气也能反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，则需要通入足够长时间的N2；(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸；(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验是否有二氧化碳，D装置用来检验是否有一氧化碳，装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，且经检测两气体产物的物质的量相等，根据原子守恒可知，化学方程式为3SiO2＋4C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO2↑＋2CO↑＋3Si；(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有尾气吸收装置将CO吸收。
答案：(1)要用N2将装置中的空气排尽，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水 PdCl2溶液
3SiO2＋4C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO2↑＋2CO↑＋3Si
(4)没有尾气吸收装置将CO吸收
(1)(证据推理与模型认知)该反应能否说明碳的还原性大于硅？
提示：不能。该反应是在高温条件下发生的反应，通常条件下发生的反应才能用于氧化性、还原性强弱的比较。
(2)(科学探究与创新意识)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强。
提示：向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性强于硅酸。
命题点：碳及其氧化物的性质与应用(基础性考点)
用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是( )
【解析】选D。A项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会发生反应生成碳酸氢钠，相同温度下碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠，所以会析出碳酸氢钠晶体，继续通入CO2气体，浑浊不消失，故错误；B项，向Na2SiO3溶液中通入CO2，会产生硅酸，硅酸是不溶于水的白色沉淀，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不会消失，故错误；C项，向Ca(ClO)2溶液中通入CO2，会生成碳酸钙和次氯酸，溶液变浑浊，碳酸钙与H2O和过量的CO2反应会转化为碳酸氢钙，浑浊消失，次氯酸具有强氧化性，可使品红溶液褪色，故错误；D项，向氢氧化钙溶液中通入CO2会生成碳酸钙沉淀，溶液变浑浊，继续通入CO2气体，碳酸钙转化为碳酸氢钙，浑浊消失，加入NaOH溶液后，碳酸氢钙和氢氧化钠反应会生成碳酸钙，溶液又变浑浊，故正确。
考点二 硅 二氧化硅 无机非金属材料(命题指数★★★★★)
一、硅、二氧化硅
1．硅单质的存在形式、结构和用途
硅以化合态形式存在于自然界中，晶体硅是空间网状结构，晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池。
2．硅的制备
对应化学方程式为
①SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋2CO↑；
②Si＋2Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiCl4；
③SiCl4＋2H2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋4HCl
3．二氧化硅的性质及用途
二、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。
(1)常见硅酸盐材料比较
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑。
2．新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土。( )
提示：√。陶瓷的主要原料是黏土。
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
提示：√。硅是良好的半导体，是制作太阳能电池的主要材料。
(3)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。( )
提示：×。水晶的主要成分均是SiO2，不是硅酸盐。
(4)陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料。( )
提示：×。玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土。
(5)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。( )
提示：×。加热时瓷坩埚中的SiO2与烧碱或纯碱反应。
2．“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。
(1)人类最早使用的硅酸盐制品是什么？
提示：陶瓷。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品。
(2)制造水泥和玻璃的共同原料是什么？
提示：石灰石。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。
命题角度1：硅酸盐的性质及应用
【典例1】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂 eq \a\vs4\al(黏土) ①而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中 eq \a\vs4\al(燃薪举火) ②”，“ eq \a\vs4\al(浇水) ③转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．黏土是制砖瓦和水泥的主要原料
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．沙子的主要成分为 eq \a\vs4\al(硅酸盐) ④
D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
【解析】选C。A项，“择取无砂黏土而为之”，说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料，正确；B项，“燃薪举火”是提供高温的环境，使黏土发生复杂的物理化学变化，正确；C项，沙子的主要成分为二氧化硅，错误；D项，黏土中有一定量的铁元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时碳与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价亚铁，形成青瓦，正确。
命题角度2：硅及其化合物的转化
【典例2】(2021·福州模拟)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性好的优点。有关生产过程如图：
为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可用于制造光导纤维。
按要求回答下列问题：
(1)C的化学式为______________；X的化学式为______________。
(2)写出下列方程式。
反应①的化学方程式：______________________________________________；
反应⑦的离子方程式：______________________________________________。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠。E为HCl，C为氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4，反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。
答案：(1)SiCl4 Si3N4 (2)Si＋2Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiCl4
SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
(1)(宏观辨识与微观探析)试写出化合物C与水反应的化学方程式。
提示：SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl↑。
(2)(宏观辨识与微观探析)上题的反应过程中属于氧化还原反应的有哪些？
提示：①。只有反应①硅和氯气反应中有化合价的变化。
【讲台挥洒一刻】
硅及其化合物的转化关系
【备选例题】
几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：
试判断：
(1)写出下列各种物质的化学式：
A________，B________，C________，D________，E________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
①A→D___________________________________________________________；
②D→C____________________________________________________________。
(3)写出下列反应的化学方程式：
B→E______________________________________________________________。
【解析】A、B、C、D、E均为含硅元素的物质，要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。从图中分析，B物质涉及与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。B物质可与Na2O反应生成钠盐D，故B可能为SiO2或硅酸，但硅酸不可能由某种物质通过高温强热的方法制取，故B只能为SiO2。SiO2与碳在强热条件下反应可制得单质硅。而单质硅可与NaOH溶液在室温下反应生成Na2SiO3。所以A为Si，D为Na2SiO3。向Na2SiO3溶液中通入CO2，将析出硅酸(H2SiO3)。无论是在Na2SiO3中加入CaCl2溶液，还是SiO2和CaCO3在高温下反应，或者H2SiO3与CaO共热，都将得到CaSiO3固体。由此可知E为CaSiO3，H2SiO3加热分解为SiO2，故C为H2SiO3。
答案：(1)Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3
(2)①Si＋2OH－＋H2O===SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2↑
②SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
(3)CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑
1．硅及其化合物用途的易错点：
(1)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而不是晶体硅，计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。
(2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等的主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。
(3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通玻璃)的主要成分是硅酸盐。
2．碳、硅及其化合物的转化：
命题点：硅及其化合物的转化(综合性考点)
1．下列转化不能一步完成的是( )
A．FeCl3→Fe(OH)3 B．SiO2→H2SiO3
C．Na2CO3→Na2SiO3 D．H2SiO3→SiO2
【解析】选B。氯化铁可与NaOH反应生成Fe(OH)3；碳酸钠可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠；硅酸受热可直接分解生成二氧化硅。
2．水玻璃(Na2SiO3的水溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价发生改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
【解析】选A。A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，SiO2中硅元素的化合价是＋4，Na2SiO3中硅元素的化合价是＋4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，错误。
【加固训练—拔高】
1．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是( )
A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维
B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰
C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料
D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2
【解析】选D。A项，晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，错误；B项，玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但雕刻玻璃纹饰，常用HF不用NaOH溶液，错误；C项，陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，错误；D项，硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2，正确。
2．下列各单质与化合物之间有以下的转化关系，而且各单质与化合物组成的元素皆为短周期元素。
根据上述关系判断：
(1)单质A只可能是________，这是因为________________________________。
(2)单质B一定是金属还是非金属____________，这是因为__________________________________________________________________。
(3)写出下列化合物的分子式：甲________、乙________、丙________、丁________。
(4)取两个滤纸条，分别放入乙的饱和溶液、丙的液体中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。实验现象为__________________________________________________________________。
实验结论为________________________________________________________。
【解析】本题解题的突破口是短周期元素单质A与NaOH溶液反应生成氢气C，则单质A只可能是Al和Si，而产生的化合物乙与过量盐酸反应生成的化合物丁能失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲的另一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2，其他的各种化合物也就能推出来了。
答案：(1)硅(Si) 在短周期内，能与NaOH溶液反应放出氢气的只可能是Al和Si，但Al的氢氧化物可溶于过量盐酸中，生成NaAlO2不能发生生成甲的反应，不符合题意，故A只能是Si
(2)非金属 Si只有和O2反应，才能生成与碱液(NaOH溶液)反应的酸性氧化物(SiO2)
(3)SiO2 Na2SiO3 H2O H2SiO3
(4)被Na2SiO3溶液浸过的滤纸条，当水分蒸发后不易燃烧(滤纸只起泡)；被水浸过的滤纸条，当水分蒸发后能燃烧 Na2SiO3是一种防火剂
1．(2020·浙江7月选考)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( )
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl eq \(=====,\s\up7(△)) CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用所得固体产物主要为SiO2
【解析】选D。将Ca3SiO5改写为氧化物形式后的化学式为3CaO·SiO2，性质也可与Na2SiO3相比较。Ca3SiO5与NH4Cl反应的方程式为Ca3SiO5＋4NH4Cl eq \(=====,\s\up7(△)) CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O，A正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2＋H2O＋Ca3SiO5===3CaSO3＋H2SiO3，C正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl＋Ca3SiO5===3CaCl2＋H2SiO3＋2H2O，D不正确。
2．(2019·全国卷Ⅰ)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】选A。氧化铁是红色的，俗称铁红，所以瓷器的青色不是氧化铁。
1．熟记两个用途：SiO2制光导纤维；Si可作半导体材料和太阳能电池材料。
2．熟记两种物质的性质：
(1)硅的三个特性：与HF、F2反应；与NaOH反应生成H2。
(2)SiO2的两个性质：酸性、氧化性。
3．熟记玻璃的成分和生产原理：
(1)成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑。碳
最外层
电子数
4
存在形态
游离态、化合态
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
物理性质
金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感
用途
金刚石可作切割刀具；石墨可作电极、铅笔芯
化学式
CO2
构成
CO2分子
物理
性质
气体，熔、沸点低，溶于水
与碱性
氧化物反应
CaO＋CO2 eq \(=====,\s\up7(△)) CaCO3
与碱溶液反应
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
与盐反应
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
与碳反应
C＋CO2 eq \(=====,\s\up7(△)) 2CO
与H2O作用
CO2＋H2OH2CO3
与酸反应
不反应
用途
干冰用于人工降雨，合成肥料
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2至过量，溶液一直不出现浑浊现象
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不消失，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，继续通入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
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
信息提取
知识储备
信息整合
①
黏土是制备陶瓷和水泥的主要原料
砖瓦属于陶瓷的一种
②
“燃薪举火”指木柴的燃烧，放出大量热
黏土发生复杂的物理化学变化
③
碳与水蒸气反应生成具有还原性的气体CO和H2
红瓦中含氧化铁，浇水生成CO和H2，将三价铁还原为二价亚铁
④
硅酸盐含有硅、氧和金属元素
沙子的主要成分为SiO2
考点一 碳及其化合物(命题指数★★★★★)
1．碳
(1)碳存在形态、物理性质及用途
(2)碳的化学性质
写出①～④的化学方程式：
①C＋CO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO或2C＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2CO。
②CO2＋C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO。
③CuO＋C eq \(=====,\s\up7(高温)) Cu＋CO↑。
④C＋H2O(g) eq \(=====,\s\up7(高温)) CO＋H2(制水煤气)。
2．碳的氧化物：
(1)一氧化碳的性质及应用
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。
②化学性质及应用(写出有关化学方程式)
a．可燃性：2CO＋O2 eq \(=====,\s\up7(点燃)) 2CO2，可作燃料。
b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3 eq \(=====,\s\up7(高温)) 2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
CO是不成盐氧化物，当引起人体中毒时，酸碱不能解毒。CO2是酸性氧化物，能形成温室效应，但不是大气污染物。
(2)CO2的性质及应用
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)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。( )
提示：×。金刚石和石墨互为同素异形体，性质差距较大。
(2)向CaCl2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。( )
提示：×。由于盐酸的酸性比碳酸的强，CO2与CaCl2溶液不反应。
(3)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。( )
提示：√。氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出碳酸氢钠晶体。
2．已知SiO2＋Na2CO3 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑，这能否证明硅酸的酸性比碳酸强？
提示：不能。该反应是在高温下进行，产物中CO2为气体，生成后脱离反应体系，使反应能向右进行到底。
命题角度：碳及其氧化物的性质与应用
【典例1】(2021·聊城模拟)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。
已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。
(1)实验时要通入足够长时间的N2，其原因是
__________________________________________________________________。
(2)装置B的作用是_________________________________________________。
(3)装置C、D中所盛试剂分别为____________、____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为______________________________________________________________。
(4)该装置的缺点是_________________________________________________。
【解析】(1)碳与二氧化硅反应需在高温下进行，高温下，碳与空气中氧气也能反应，所以实验时要将装置中的空气排尽，则需要通入足够长时间的N2；(2)根据装置图可知，B装置可以作安全瓶，防止倒吸；(3)根据元素守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置用来检验是否有二氧化碳，D装置用来检验是否有一氧化碳，装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，且经检测两气体产物的物质的量相等，根据原子守恒可知，化学方程式为3SiO2＋4C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO2↑＋2CO↑＋3Si；(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有尾气吸收装置将CO吸收。
答案：(1)要用N2将装置中的空气排尽，避免空气中的O2、CO2、水蒸气对实验产生干扰
(2)作安全瓶，防止倒吸
(3)澄清石灰水 PdCl2溶液
3SiO2＋4C eq \(=====,\s\up7(高温)) 2CO2↑＋2CO↑＋3Si
(4)没有尾气吸收装置将CO吸收
(1)(证据推理与模型认知)该反应能否说明碳的还原性大于硅？
提示：不能。该反应是在高温条件下发生的反应，通常条件下发生的反应才能用于氧化性、还原性强弱的比较。
(2)(科学探究与创新意识)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强。
提示：向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性强于硅酸。
命题点：碳及其氧化物的性质与应用(基础性考点)
用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是( )
【解析】选D。A项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会发生反应生成碳酸氢钠，相同温度下碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠，所以会析出碳酸氢钠晶体，继续通入CO2气体，浑浊不消失，故错误；B项，向Na2SiO3溶液中通入CO2，会产生硅酸，硅酸是不溶于水的白色沉淀，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不会消失，故错误；C项，向Ca(ClO)2溶液中通入CO2，会生成碳酸钙和次氯酸，溶液变浑浊，碳酸钙与H2O和过量的CO2反应会转化为碳酸氢钙，浑浊消失，次氯酸具有强氧化性，可使品红溶液褪色，故错误；D项，向氢氧化钙溶液中通入CO2会生成碳酸钙沉淀，溶液变浑浊，继续通入CO2气体，碳酸钙转化为碳酸氢钙，浑浊消失，加入NaOH溶液后，碳酸氢钙和氢氧化钠反应会生成碳酸钙，溶液又变浑浊，故正确。
考点二 硅 二氧化硅 无机非金属材料(命题指数★★★★★)
一、硅、二氧化硅
1．硅单质的存在形式、结构和用途
硅以化合态形式存在于自然界中，晶体硅是空间网状结构，晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池。
2．硅的制备
对应化学方程式为
①SiO2＋2C eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋2CO↑；
②Si＋2Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiCl4；
③SiCl4＋2H2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Si＋4HCl
3．二氧化硅的性质及用途
二、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。
(1)常见硅酸盐材料比较
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑。
2．新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土。( )
提示：√。陶瓷的主要原料是黏土。
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
提示：√。硅是良好的半导体，是制作太阳能电池的主要材料。
(3)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。( )
提示：×。水晶的主要成分均是SiO2，不是硅酸盐。
(4)陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料。( )
提示：×。玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土。
(5)瓷坩埚可用于加热熔化烧碱或纯碱。( )
提示：×。加热时瓷坩埚中的SiO2与烧碱或纯碱反应。
2．“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。
(1)人类最早使用的硅酸盐制品是什么？
提示：陶瓷。陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品。
(2)制造水泥和玻璃的共同原料是什么？
提示：石灰石。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。
命题角度1：硅酸盐的性质及应用
【典例1】《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂 eq \a\vs4\al(黏土) ①而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中 eq \a\vs4\al(燃薪举火) ②”，“ eq \a\vs4\al(浇水) ③转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．黏土是制砖瓦和水泥的主要原料
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．沙子的主要成分为 eq \a\vs4\al(硅酸盐) ④
D．泥坯烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
【解析】选C。A项，“择取无砂黏土而为之”，说明黏土是制砖瓦和水泥的主要原料，正确；B项，“燃薪举火”是提供高温的环境，使黏土发生复杂的物理化学变化，正确；C项，沙子的主要成分为二氧化硅，错误；D项，黏土中有一定量的铁元素，泥坯烧制后自然冷却成红瓦(含氧化铁)，浇水冷却时碳与水反应得到CO和H2，将三价铁还原为二价亚铁，形成青瓦，正确。
命题角度2：硅及其化合物的转化
【典例2】(2021·福州模拟)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性好的优点。有关生产过程如图：
为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可用于制造光导纤维。
按要求回答下列问题：
(1)C的化学式为______________；X的化学式为______________。
(2)写出下列方程式。
反应①的化学方程式：______________________________________________；
反应⑦的离子方程式：______________________________________________。
【以图析题·培养关键能力】
【解析】本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠。E为HCl，C为氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4，反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。
答案：(1)SiCl4 Si3N4 (2)Si＋2Cl2 eq \(=====,\s\up7(△)) SiCl4
SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))
(1)(宏观辨识与微观探析)试写出化合物C与水反应的化学方程式。
提示：SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl↑。
(2)(宏观辨识与微观探析)上题的反应过程中属于氧化还原反应的有哪些？
提示：①。只有反应①硅和氯气反应中有化合价的变化。
【讲台挥洒一刻】
硅及其化合物的转化关系
【备选例题】
几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：
试判断：
(1)写出下列各种物质的化学式：
A________，B________，C________，D________，E________。
(2)写出下列反应的离子方程式：
①A→D___________________________________________________________；
②D→C____________________________________________________________。
(3)写出下列反应的化学方程式：
B→E______________________________________________________________。
【解析】A、B、C、D、E均为含硅元素的物质，要推断这些物质，必须选定其中一种作为突破口。从图中分析，B物质涉及与其他物质的关系最多，其位置关系最为关键，且其中有明显的性质特征。B物质可与Na2O反应生成钠盐D，故B可能为SiO2或硅酸，但硅酸不可能由某种物质通过高温强热的方法制取，故B只能为SiO2。SiO2与碳在强热条件下反应可制得单质硅。而单质硅可与NaOH溶液在室温下反应生成Na2SiO3。所以A为Si，D为Na2SiO3。向Na2SiO3溶液中通入CO2，将析出硅酸(H2SiO3)。无论是在Na2SiO3中加入CaCl2溶液，还是SiO2和CaCO3在高温下反应，或者H2SiO3与CaO共热，都将得到CaSiO3固体。由此可知E为CaSiO3，H2SiO3加热分解为SiO2，故C为H2SiO3。
答案：(1)Si SiO2 H2SiO3 Na2SiO3 CaSiO3
(2)①Si＋2OH－＋H2O===SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋2H2↑
②SiO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))
(3)CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑
1．硅及其化合物用途的易错点：
(1)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而不是晶体硅，计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。
(2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等的主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。
(3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通玻璃)的主要成分是硅酸盐。
2．碳、硅及其化合物的转化：
命题点：硅及其化合物的转化(综合性考点)
1．下列转化不能一步完成的是( )
A．FeCl3→Fe(OH)3 B．SiO2→H2SiO3
C．Na2CO3→Na2SiO3 D．H2SiO3→SiO2
【解析】选B。氯化铁可与NaOH反应生成Fe(OH)3；碳酸钠可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠；硅酸受热可直接分解生成二氧化硅。
2．水玻璃(Na2SiO3的水溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：
下列说法正确的是( )
A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值
B．操作A与操作B完全相同
C．该流程中硅元素的化合价发生改变
D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
【解析】选A。A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，SiO2中硅元素的化合价是＋4，Na2SiO3中硅元素的化合价是＋4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，错误。
【加固训练—拔高】
1．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是( )
A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维
B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰
C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料
D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2
【解析】选D。A项，晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，错误；B项，玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但雕刻玻璃纹饰，常用HF不用NaOH溶液，错误；C项，陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，错误；D项，硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2，正确。
2．下列各单质与化合物之间有以下的转化关系，而且各单质与化合物组成的元素皆为短周期元素。
根据上述关系判断：
(1)单质A只可能是________，这是因为________________________________。
(2)单质B一定是金属还是非金属____________，这是因为__________________________________________________________________。
(3)写出下列化合物的分子式：甲________、乙________、丙________、丁________。
(4)取两个滤纸条，分别放入乙的饱和溶液、丙的液体中，使之充分吸湿、浸透，取出稍沥干(不再滴液)后，同时分别放置在酒精灯外焰处。实验现象为__________________________________________________________________。
实验结论为________________________________________________________。
【解析】本题解题的突破口是短周期元素单质A与NaOH溶液反应生成氢气C，则单质A只可能是Al和Si，而产生的化合物乙与过量盐酸反应生成的化合物丁能失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲的另一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2，其他的各种化合物也就能推出来了。
答案：(1)硅(Si) 在短周期内，能与NaOH溶液反应放出氢气的只可能是Al和Si，但Al的氢氧化物可溶于过量盐酸中，生成NaAlO2不能发生生成甲的反应，不符合题意，故A只能是Si
(2)非金属 Si只有和O2反应，才能生成与碱液(NaOH溶液)反应的酸性氧化物(SiO2)
(3)SiO2 Na2SiO3 H2O H2SiO3
(4)被Na2SiO3溶液浸过的滤纸条，当水分蒸发后不易燃烧(滤纸只起泡)；被水浸过的滤纸条，当水分蒸发后能燃烧 Na2SiO3是一种防火剂
1．(2020·浙江7月选考)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是( )
A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl eq \(=====,\s\up7(△)) CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O
B．具有吸水性需要密封保存
C．能与SO2反应生成新盐
D．与足量盐酸作用所得固体产物主要为SiO2
【解析】选D。将Ca3SiO5改写为氧化物形式后的化学式为3CaO·SiO2，性质也可与Na2SiO3相比较。Ca3SiO5与NH4Cl反应的方程式为Ca3SiO5＋4NH4Cl eq \(=====,\s\up7(△)) CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O，A正确；CaO能与水反应，所以需要密封保存，B正确；亚硫酸的酸性比硅酸强，当二氧化硫通入Ca3SiO5溶液时，发生反应：3SO2＋H2O＋Ca3SiO5===3CaSO3＋H2SiO3，C正确；盐酸的酸性比硅酸强，当盐酸与Ca3SiO5反应时，发生反应：6HCl＋Ca3SiO5===3CaCl2＋H2SiO3＋2H2O，D不正确。
2．(2019·全国卷Ⅰ)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】选A。氧化铁是红色的，俗称铁红，所以瓷器的青色不是氧化铁。
1．熟记两个用途：SiO2制光导纤维；Si可作半导体材料和太阳能电池材料。
2．熟记两种物质的性质：
(1)硅的三个特性：与HF、F2反应；与NaOH反应生成H2。
(2)SiO2的两个性质：酸性、氧化性。
3．熟记玻璃的成分和生产原理：
(1)成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2。
(2)玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2 eq \(=====,\s\up7(高温)) CaSiO3＋CO2↑。碳
最外层
电子数
4
存在形态
游离态、化合态
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
物理性质
金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感
用途
金刚石可作切割刀具；石墨可作电极、铅笔芯
化学式
CO2
构成
CO2分子
物理
性质
气体，熔、沸点低，溶于水
与碱性
氧化物反应
CaO＋CO2 eq \(=====,\s\up7(△)) CaCO3
与碱溶液反应
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
与盐反应
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
与碳反应
C＋CO2 eq \(=====,\s\up7(△)) 2CO
与H2O作用
CO2＋H2OH2CO3
与酸反应
不反应
用途
干冰用于人工降雨，合成肥料
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2至过量，溶液一直不出现浑浊现象
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊不消失，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，继续通入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
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
信息提取
知识储备
信息整合
①
黏土是制备陶瓷和水泥的主要原料
砖瓦属于陶瓷的一种
②
“燃薪举火”指木柴的燃烧，放出大量热
黏土发生复杂的物理化学变化
③
碳与水蒸气反应生成具有还原性的气体CO和H2
红瓦中含氧化铁，浇水生成CO和H2，将三价铁还原为二价亚铁
④
硅酸盐含有硅、氧和金属元素
沙子的主要成分为SiO2
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