碳族元素 無機(jī)非金屬材料
考點(diǎn)1 碳族元素
1.碳族元素的化合價(jià)
碳族元素常見化合價(jià)為+2和+4，其中碳、硅、鍺、錫的 價(jià)化合物較穩(wěn)定，而鉛的 價(jià)化合物穩(wěn)定。由氧化還原反應(yīng)的化合價(jià)升降來研究碳族元素的物質(zhì)，其性質(zhì)規(guī)律如下：
(1)碳族元素的單質(zhì)以 為主，如碳、硅都被氧氣氧化。碳作還原劑，溫度越高，還原性 ，高溫時(shí)碳可還原氧化銅。錫、鉛都能與鹽酸反應(yīng)置換出氫氣等。
(2) 價(jià)化合物有還原性。如CO高溫時(shí)能還原某些金屬氧化物(Fe2O3、CuO等)。
(3) 價(jià)化合物有氧化性。如CO2和碳高溫下反應(yīng)生成CO，PbO2在化學(xué)反應(yīng)中是強(qiáng)氧化劑等。
2.除去CO、CO2氣體中混有的雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))
(1)CO(CO2) ：通過盛有的 洗氣瓶。
(2)CO2(CO)：通過盛放 的硬質(zhì)玻璃官。
(3)CO2(O2)：通過盛放 的硬質(zhì)玻璃管。
(4)CO2(SO2)：通過 或 。
(5)CO2(HCl)：通過 。
(6)CO2(H2S)：通過 。
[例1](2007年山東)下圖所示為常見氣體制備、分離、干爆和性質(zhì)驗(yàn)證的部分儀器裝置(加熱設(shè)備及夾持固定裝置均略去)，請(qǐng)根據(jù)要求完成下列各題(儀器裝置可任意選用，必要時(shí)可重復(fù)選擇，a、b為活塞)。
(1)若氣體入口通入CO和CO2的混合氣體，E內(nèi)放置CuO，選擇裝置獲得純凈干燥的CO，并驗(yàn)證其還原性及氧化產(chǎn)物，所選裝置的連接順序?yàn)?(填代號(hào))。能驗(yàn)證CO氧化產(chǎn)物的現(xiàn)象是 。
(2)停止CO和CO2混合氣體的通入，E內(nèi)放置Na2O2，按A→E→D→B→H裝置順序制取純凈干燥的O2，并用O2氧化乙醇。此時(shí)，活塞a應(yīng) ，活塞b應(yīng) 。需要加熱的儀器裝置有 (填代號(hào))，m中反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。
(3)若氣體入口改通空氣，分液漏斗內(nèi)改改加濃氨水，圓地?zé)績?nèi)改加 NaOH 固體，E內(nèi)裝有鉑鐒合金網(wǎng)，按A→G→E→D裝置程序制取干燥氧氣，并驗(yàn)證氨的某些性質(zhì) 高中數(shù)學(xué)。
①裝置A中能產(chǎn)生氨氣的原因有： 。
②實(shí)驗(yàn)中觀察到E內(nèi)有紅棕色氣體現(xiàn)出，證明氨氣具有 性。
[解析](1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，A裝置中通入的氣體為CO和CO2的混合氣，在A中，CO2 被氫氧化鈉吸收，若要獲得純凈干燥的CO，需要選取裝置C，證明CO2 被除盡，然后通過盛有濃硫酸的B除去水蒸氣，要驗(yàn)證CO的還原性，需要裝有CuO的裝置E，驗(yàn)證CO的氧化產(chǎn)物CO2 ，還需要裝置C，最后需要F除去為反應(yīng)的CO。所選裝置的連接順序是ACBECF，能驗(yàn)證CO的氧化產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：AB之間的C裝置中溶液保持澄清，EF之間的C裝置中溶液變渾濁。
(2)停止通入CO和CO2 的混合氣體，需要關(guān)閉活塞a，然后打開活塞b，此時(shí)稀硫酸與碳酸鈉溶液(CO2 與NaOH反應(yīng)生成的)反應(yīng)，反應(yīng)生成的CO2氣體進(jìn)入E中，并與 與Na2O2反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，氧氣通過D除去可能存在的CO2，通過B除去水蒸氣，得到純凈干燥的氧氣，氧氣氧化乙醇的條件是需要加熱且有銅做催化劑，因此需要加熱k使乙醇揮發(fā)，并且加熱m，使氧氣與乙醇蒸氣反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2CH3CH2OH+O2
2CH3CHO+2H2O。
(3)氫氧化鈉固體易吸水并且在溶于水時(shí)放出大量的熱，氫氧化鈉溶于水后溶液中的OH—的濃度增大，這些因素均能濃氨水中的化學(xué)平衡：NH3+H2O NH3•H2O NH4++OH-向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，使?jié)獍彼械陌睔夥懦�。根�?jù)常識(shí)可以判斷出在E中出現(xiàn)的紅棕色氣體應(yīng)該是NO2，由氨氣和NO2中氮元素的化合價(jià)可以判斷氨氣被氧化生成NO2 氨氣體現(xiàn)出的是還原性。
【答案】(1)ACBECF AB之間的C裝置中溶液保持澄清，EF之同的C裝置中溶液變渾濁 (2)關(guān)閉 打開 k m 2CH3CH2OH+O2 2CH3CHO+2H2O
(3)①氫氧化鈉溶于水放出大量熱，溫度升高，使氨的溶解度減小而放出;氧氧化鈉吸水，促使氨放出;氫氧化鈉電離出的OH-增大了氨水中OH-濃度，促使氨水電離平衡左移，導(dǎo)致氨氣放出。②還原
【技巧】本題得分的關(guān)鍵是應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤C明混合氣體中有CO和H2。要想達(dá)到目的，只能利用它們的還原性將之轉(zhuǎn)化為CO2和H2O來檢驗(yàn)，同時(shí)又要防止CO2和水蒸氣的干擾，所以，用CO和H2還原CuO之前，必須首先除去CO2和水蒸氣。本題應(yīng)先解決第(4)問。
考點(diǎn)2 碳酸鹽性質(zhì)的一般規(guī)律
1.溶解性規(guī)律：堿金屬的正鹽溶解度 酸式鹽(如：Na2CO3 NaHCO3);堿土金屬(第ⅡA族)的正鹽溶解度 酸式鹽〔如：CaCO3 Ca(HCO3)2〕。
2.穩(wěn)定性：難溶性的碳酸鹽、(NH4)2CO3及酸式鹽受熱 ;可溶性的碳酸鹽較穩(wěn)定，受熱 ;一般來說：穩(wěn)定性大小順序?yàn)檎} 酸式鹽。
3.酸式鹽與堿反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)物要根據(jù)相對(duì)用量判斷。如在Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液：Ca(HCO3)2+NaOH (NaOH少量)
Ca(HCO3)2+2NaOH (NaOH過量)
4.CO32-和HCO3-的檢驗(yàn)
(1)CO32-的檢驗(yàn)方法：向待檢溶液中滴加過量的 溶液，生成 ，再加入
，白色沉淀又溶解，且生成無色、無味的氣體，則檢得溶液中有CO32-。
(2)HCO3-的檢驗(yàn)方法：向待檢溶液中滴加足量的 的可溶性鹽溶液，若無明顯現(xiàn)象，再向溶液中加入足量的 (如 等)溶液，溶液中逸出無色、無味的氣體，則待檢溶液中有HCO3-。
[特別提醒]：①檢驗(yàn)CO32-：試劑CaCl2溶液也可用Ca(NO3)2、BaCl2、Ba(NO3)2等的溶液代替，但不可用Ca(OH)2溶液或Ba(OH)2溶液，原因是無法排除HCO3-的干擾。②檢驗(yàn)HCO3-：Ca2+或Ba2+的溶液不可用Ca(OH)2溶液或Ba(OH)2溶液，原因是OH-將HCO3-轉(zhuǎn)化為CO32-;加酸后要通過氣體的氣味排除HSO3-的干擾。
[例2](2007年上海理綜)(1)鐘乳石和石筍的主要成分是碳酸鈣，其形成過程如右圖所示。隨著旅游人數(shù)的增加，潮濕溶洞中的鐘乳石和石筍受到二氧化碳侵蝕，其化學(xué)方程式為：__________________________________。
(2)某提出一個(gè)修復(fù)溶洞底部受損石筍的研究方案，由以下五步組成，正確的實(shí)驗(yàn)步驟依次是__________。
①將盛有堿溶液的容器置于石筍的上部 ②配制一定濃度的堿溶液 ③選擇合適的堿 ④調(diào)節(jié)堿溶液下滴的速度 ⑤觀察石筍表面復(fù)原情況
[解析]從圖可見，石筍受損是由于地表水中溶有CO2，CO2可溶解石筍，生成Ca(HCO3)2，而Ca(HCO3)2在受熱的情況下會(huì)分解生成CaCO3，形成鐘乳石和石筍。修復(fù)溶洞底部受損的石筍應(yīng)用能與Ca(HCO3)2反應(yīng)的堿。故實(shí)驗(yàn)的第一步是選擇合適的堿，再配制一定濃度的堿溶液后進(jìn)行修復(fù)操作①④⑤。
【答案】(1)CaCO3+CO2 + H2O Ca(HCO3)2 (2)③②①④⑤
【誤區(qū)警示】認(rèn)為應(yīng)先觀察石筍表面復(fù)原情況，根據(jù)石筍表面復(fù)原情況調(diào)節(jié)堿溶液下滴的速度，易將④和⑤搞反。
考點(diǎn)3 硅及其化合物的特性
1.Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：2C+SiO2
2.非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si卻放出H2：Si+2Na2OH+H2O=
3.非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si+4HF=
4.非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為 。
5.SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SiO3。
6.非金屬氧化物的熔沸點(diǎn)一般較低，但SiO2的熔沸點(diǎn)卻 。
7.酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF=
8.無機(jī)酸一般易溶于水，H2SiO3卻難溶于水。
9.因碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3
+CO2+H2O= ，但在高溫下2Na2CO3+SiO2 也能發(fā)生。
10.Na2SiO3的水溶液稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同，硅酸鈉水溶液(即水玻璃)俗稱 ，但它卻是 的溶液，并不是 溶液。
[特別提醒]：硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)時(shí)，實(shí)際上是水被分解了，堿的存在只是起了加速作用，其過程可認(rèn)為：Si+3H2O=H2SiO3+2H2↑，H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。顯然，Si失去電子，是還原劑;H2O中的H得到電子，H2O是氧化劑;NaOH既不是氧化劑，又不是還原劑，它只是反應(yīng)物而已。綜合上述兩個(gè)反應(yīng)得到總化學(xué)方程式：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑。
[例3]能說明常溫下二氧化硅是很堅(jiān)硬的固體而二氧化碳是氣體的原因是 ( )
A.硅的非金屬性比碳的活潑
B.二氧化硅中硅氧鍵的類型和二氧化碳中碳氧鍵不同
C.硅氧鍵的鍵能比碳氧鍵的鍵能大得多
D.二氧化硅晶體類型和二氧化碳晶體不同
[解析]本題比較兩種晶體的性質(zhì)，應(yīng)該從晶體所屬類別入手。由于SiO2是一種空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，而CO2是靠分子間作用力結(jié)合在一起的分子晶體，因此SiO2晶體的熔沸點(diǎn)高、硬度大，而二氧化碳的熔沸點(diǎn)低。
【答案】D
【誤區(qū)警示】對(duì)兩種晶體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)模糊以及對(duì)物理性質(zhì)差異原因的認(rèn)識(shí)不清，而認(rèn)為SiO2和CO2屬于同主族元素的兩種化合物，對(duì)應(yīng)的晶體類型相同，性質(zhì)上的差異應(yīng)該在于二氧化硅中硅氧鍵和二氧化碳中碳氧鍵間類型和鍵能的差異。從而錯(cuò)選B、C。
考點(diǎn)4 無機(jī)非金屬材料
1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料——水泥和玻璃的生產(chǎn)方法
硅酸鹽產(chǎn)品 水泥 玻璃
主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯
原料 石灰石和粘土 純堿、石灰石、石英(過量)
反應(yīng)原理 復(fù)雜的物理-化學(xué)變化 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
主要成份
反應(yīng)條件
2.新型無機(jī)非金屬材料
新開發(fā)利用的無機(jī)非金屬材料主要有氮化硅(Si3N4)、剛玉(Al2O3)等陶瓷，碳化硼、光導(dǎo)纖維(主要成分是SiO2)等，這些材料具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能。
傳統(tǒng)非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但質(zhì)脆，耐熱沖擊差。
新型非金屬材料繼承了傳統(tǒng)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)，并克服了缺點(diǎn)，主要具有以下特性：①
;② ;③ ;④ 。
[特別提醒]：復(fù)雜硅酸鹽可以看成堿性氧化物和酸性氧化物所組成的復(fù)雜化合物，因此可以改寫為aMxOy•bSiO2•cH2O的方式(具體順序是：堿性氧化物•兩性氧化物•酸性氧化物•水)，如硅酸鈣：3CaO•SiO2、鋁酸三鈣：3CaO•Al2O3;高嶺土：Al2O3•2SiO2•2H2O。
[例4](2008屆南通市第一次調(diào)研測試)漢代器物上的顏料“漢紫”至今尚沒有發(fā)現(xiàn)其自然存在的記載。20世紀(jì)80年代科學(xué)家進(jìn)行超導(dǎo)材料研究時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)其成分為紫色的硅酸銅鋇(化學(xué)式：BaCuSi2Ox，Cu為+2價(jià))，下列有關(guān)“漢紫”的說法中不正確是 ( )
A.用鹽的形式表示：BaSiO3•CuSiO3 B.用氧化物形式表示：BaO•CuO•2SiO2
C.易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿 D.性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色
[解析]根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和等于零可知，A、B正確。硅酸鹽只溶于強(qiáng)酸不溶于強(qiáng)堿，C錯(cuò)。從題給信息：漢代器物上的顏料“漢紫”可知“漢紫”性質(zhì)穩(wěn)定，不易褪色，D正確。
【答案】C
參考答案
考點(diǎn)1 碳族元素
1.+4 +2 (1)還原性 越強(qiáng) (2)+2 (3)+4
2.(1)澄清石灰水 (2)灼熱CuO (3)灼熱銅網(wǎng) (4)飽和NaHCO3溶液 酸性KMnO4溶液 (5)飽和NaHCO3溶液 (6)CuSO4溶液
考點(diǎn)2 碳酸鹽性質(zhì)的一般規(guī)律
1.大于 > 小于 < 2.易分解 難分解 >
3.CaCO3↓+NaHCO3+H2O CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
4.(1)CaCl2 白色沉淀 稀鹽酸或稀硝酸 Ca2+或Ba2+ 酸 鹽酸、硝酸、醋酸
考點(diǎn)3 硅及其化合物的特性
1.Si+2CO↑ 2.Na2SiO3+2H2↑ 3.SiF4↑+H2↑ 4.半導(dǎo)體 6.很高
7.SiF4↑+H2O 9.Na2CO3+H2SiO3↓ Na2SiO3+CO2↑ 10.泡花堿 鹽 堿
考點(diǎn)4 無機(jī)非金屬材料
1.3CaO•SiO2、2 CaO•SiO2、3CaO•Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 高溫 高溫
2.能承受高溫 具有電學(xué)特性 具有光學(xué)特性 具有功能
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