第14讲 碳、硅及无机非金属材料
考纲要求 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
考点一 碳及其重要化合物
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。 (4)主要化学性质——还原性 ①可燃性
△
CuO：2CuO＋C=====2Cu＋CO↑?冶炼金属???高温②与氧化物反应?SiO：SiO＋2C=====Si＋2CO↑?制取粗硅??高温?HO：C＋HO?g?=====CO＋H?制取水煤气?
2
2
2
2
2
2
△??浓H2SO4：C＋2H2SO4?浓?=====CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
③与强氧化性酸反应?
△??浓HNO3：C＋4HNO3?浓?=====CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2．一氧化碳
(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。 (2)化学性质——还原性
点燃
①燃烧：2CO＋O2=====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反应的方程式分别为CO2＋H2O??H2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，点燃
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋CO2=====2MgO＋C。 (3)CO2在自然界中的循环
①CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。 ②自然界消耗CO2的主要反应：
a．溶于江水、海水中：CO2＋H2O??H2CO3； b．光合作用将CO2转化为O2；
c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。 4．碳酸(H2CO3)
弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。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、NH4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)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3>NaHCO3。 (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Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。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。
1．碳单质及其氧化物性质用途的判断 (1)C、C、C是碳的三种同素异形体(×) 解析
1212
13
14
＋
＋
＋
C、C、C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。
1314
(2)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(×) (3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(×) (4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨(×) (5)一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合(√)
(6)木炭、一氧化碳在一定条件下都能与氧化铜反应(√) (7)大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用(√) 2．二氧化碳与盐溶液反应的判断
(1)向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失(×) 解析 H2SiO3不溶于H2CO3。
(2)向Ca(ClO)2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(√) 解析 开始生成CaCO3沉淀，CO2过量时，CaCO3又与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2。 (3)向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通CO2，溶液会变浑浊(√)
(4)向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出(√) 解析 NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小。
(5)向NaAlO2溶液中通入CO2气体，一开始有白色沉淀生成，CO2过量，沉淀溶解(×) 解析 Al(OH)3不能溶于H2CO3。
(6)向饱和NaCl的氨溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出(√) 解析 会析出NaHCO3晶体。
确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法
按要求回答下列问题 (1)填写下列指定装置的作用 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)写出C中的化学方程式：CO＋CuO=====Cu＋CO2。 (3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：
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)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通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶 ②通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管
题组一 CO2通入碱溶液中反应产物的定量分析
1．(2018·汕头模拟)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( )
答案 D
解析 CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。 2．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·LNaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO3)与c(HCO3)的比值为( 不考虑CO3、HCO3的水解)( ) A．1∶1 C．2∶1 答案 B 解析 n(CO2)＝
3.36L－1
－1＝0.150mol，n(NaOH)＝0.200L×1.00mol·L＝0.200mol
22.4L·mol
B．1∶2 D．1∶3
－
2－
－
－1
2－
n?NaOH?0.2mol4n?NaOH?
＝＝，即1＜＜2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，n?CO2?0.15mol3n?CO2?
??2x＋y＝0.2mol则?
?x＋y＝0.15mol?
??x＝0.05mol
，解得?
?y＝0.10mol?
－
n?CO213?
，所以－＝。
n?HCO3?2
题组二 CO2的综合利用
3．[2015·北京理综，27(1)(2)(3)]研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3占95%。写出CO2溶于水产生HCO3的方程式：_______________________________________。 (2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。
－
－
①写出钙化作用的离子方程式：________________________________________________。 ②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：
光能18________＋________叶绿体=====(CH2O)x＋xO2＋xH2O
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：
①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。
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②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol·LHCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L。 答案 (1)CO2＋H2O??H2CO3、H2CO3??H＋HCO3
(2)①2HCO3＋Ca===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O②xCO2 2xH2O
－
2＋
18
＋
－－1
－1
(3)①② ＋
－
－
xyz解析 (1)CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H和HCO3。(2)①根据钙化作用的反应物是HCO3和Ca，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCO3＋Ca===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为xCO2和2xH2O。(3)①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂为稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。②根据该滴定过程得关系式：CO2～HCO3～HCl，n(CO2) ＝
－
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2＋
－
2＋
xy×10－3molxy－1n(HCl)＝xmol·L×y×10L＝xy×10mol，所以c(CO2)＝＝mol·L。 －3z×10Lz－1
－3
－3