2020年高三化学 第四章 第一节 碳、硅及无机非金属材料学案 新人教版

碳、硅及无机非金属材料考点(一)碳及其化合物【精讲精练快冲关】[知能学通]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：正四面体形空间网状结构；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，电的良导体。(4)主要化学性质——还原性①与O2反应O2足量：C＋O2=====点燃CO2；O2不足：2C＋O2=====点燃2CO。②与氧化物反应CuO：2CuO＋C=====△2Cu＋CO2↑(冶炼金属)；SiO2：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(制取粗硅)；H2O：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2(制取水煤气)。③与强氧化性酸反应浓H2SO4：C＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；浓HNO3：C＋4HNO3(浓)=====△CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。(5)用途：金刚石用于制造切割刀具；石墨用于制造电极、铅笔芯。2．一氧化碳(CO)(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质——还原性①燃烧：2CO＋O2=====点燃2CO2，淡蓝色火焰；②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(足量、澄清)、Mg反应的化学方程式分别为CO2＋H2OH2CO3、Na2O＋CO2===Na2CO3、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O、2Mg＋CO2=====点燃2MgO＋C。(3)CO2在自然界中的循环CO2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①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；②光合作用将CO2转化为O2；③岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)24.碳酸(H2CO3)弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能存在于水中。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把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①含K＋、Na＋、NH＋4的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。②一般来说，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pH：Na2CO3溶液NaHCO3溶液。[题点练通]碳及其化合物的性质1.(2019·合肥瑶海区模拟)碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，下列说法正确的是()A．由碳酸转化成X一定要在加热条件下进行B．由碳转化为X一定发生的是化合反应C．物质X一定是二氧化碳D．若使一氧化碳转化成X，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得解析：选C由转化关系图可知，X是二氧化碳，碳酸在常温下就容易分解生成二氧化碳，故A错误，C正确；在高温的条件下，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，该反应属于置换反应，故B错误；一氧化碳还可以通过还原氧化铁或还原氧化铜等方法转化成二氧化碳，故D错误。2．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(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()解析：选D依次发生的反应为Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，2KOH＋CO2===K2CO3＋H2O，K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3，CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2。3．确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法如图所示。请回答下列问题：(1)填写下列指定装置的作用。A：_______________________。B：__________________________________________。E：_______________________。F：____________________________________________。(2)写出C中的化学方程式：_________________________________________________________________________________________________________________________。(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：____________________________________________________________________________________________________________。(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。①CO(CO2)：___________________________________________________________。②CO2(CO)：___________________________________________________________。答案：(1)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)CO＋CuO=====△Cu＋CO2(3)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)①通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶②通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管[归纳拓展]CO2通入稀的碱溶液中反应产物的判断(以KOH为例)可能发生的反应：CO2＋2KOH===K2CO3＋H2O①CO2＋KOH===KHCO3②当nKOHnCO2≥21时，只发生反应①，产物为K2CO3、H2O；当nKOHnCO2≤11时，只发生反应②，产物为KHCO3；当11nKOHnCO221时，反应①、②都发生，产物为KHCO3、K2CO3、H2O。草酸(盐)的实验探究4.(2018·全国卷Ⅱ节选)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按如图所示装置进行实验。(1)通入氮气的目的是________________________________________________。(2)实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。(3)为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是_____________________________________________________________________________________________________________。(4)样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)空气中含有O2，为防止Fe2＋被O2氧化，应先通入N2，隔绝空气，且使反应产生的气体全部进入后续装置。(2)B中澄清石灰水变浑浊，证明分解过程中产生CO2；F中澄清石灰水变浑浊，E中固体变为红色，说明E中发生反应：CuO＋CO=====△Cu＋CO2，所以分解产物中一定含有CO。(3)实验结束时，为了防止倒吸，应先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气。(4)检验Fe2O3的方法是取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3。答案：(1)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置(2)CO2CO(3)先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气(4)取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O35.(2015·全国卷Ⅰ)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝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产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和如图所示的部分装置(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___________________________________________________________________________________________________________。(3)设计实验证明：①草酸的酸性比碳酸的强____________________________________________________________________________________________________________________________。②草酸为二元酸____________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。(2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。(3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3中加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值