第九讲　非金属元素(一)氢、氧、碳、硅

考点概览 考纲要求 1.氢单质 1.了解氢单质及其重要化合物的主要性质，了解其应用 2.氧和水 2.了解氧单质及其重要化合物的主要性质，了解其应用 3.碳及其化合物 3.了解单质碳及其重要化合物的主要性质，了解其应用和对环境质量的影响 4.硅及其化合物 4.了解单质硅及其重要化合物的主要性质，了解其应用和对环境质量的影响

氢 ►知识回顾 1．氢元素的存在与性质 (1)存在：宇宙中，氢是最丰富的元素，地球上H主要以________态存在于____和________中。氢元素主要有三种核素：H(氕)、H(氘)、H(氚)。 (2)物理性质：H2在通常条件下为无色无味、________溶于水，稍溶于有机溶剂的气体。 化合 水 有机物　 不

(1)氢气在加热或高温条件下(点燃或使用催化剂)参与反应，是很好的还原剂。如： 还原 (3)化学通性：在常温下，H2不太活泼，在________下，H2非常活泼，有较强的________性。除稀有气体元素外，几乎所有的元素都能与氢反应生成化合物。非金属元素的氢化物通常称为某化氢，如氯化氢、硫化氢等。 2．有H2参加或生成的主要反应 (1)氢气在加热或高温条件下(点燃或使用催化剂)参与反应，是很好的还原剂。如： 还原 2NH3 H2S N2＋3H2 ________；H2＋S ________。 催化剂 高温高压

(2)卤族单质(X2)在不同条件下与H2反应生成HX：H2＋X2===2HX(X：F、Cl、Br、I)。 (3)氢化物受热分解，如：2HI ______________； H2S ______________________。 (4)常见产生H2的主要反应。 ①铝、锌、镁、铁等金属与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应。 ②铝与氢氧化钠溶液反应。 ③钠、镁、铝、铁等金属在一定的温度下与水反应。 ④钠与醇反应，如：2Na＋2CH3OH=== ________________。 ⑤甲烷高温分解CH4 ___________________。 ⑥电解水2H2O ______________________。 I2＋H2 S＋H2 2CH3ONa＋H2↑ C＋2H2 2H2↑＋O2↑

【例1】 H2将是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是(　　) A．水将成为生产H2的主要原料 B．在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量最多 C．H2易液化，方便储存和携带 D．使用H2作燃料时有助于环境保护 解析：A、B、D三项表述正确。选项C错误，因为H2沸点极低、难液化、分子体积小、易泄漏、常温呈气态，不方便携带。 答案：C

►课堂练习 1．(2011年广东学业水平考试)工业上合成NH3除了需要N2外，一定还需要(　　) A．H2　　　　　　 B．O2 C．CO2 D．CO 解析：工业上合成NH3是N2与H2反应。 答案：A

2．H2在Cl2中燃烧的反应为：H2＋Cl2 2HCl，反应前后不发生变化的是(　　) A．分子数目 B．物质的种类 C．物质的总质量 D．原子数目 解析：该反应前后分子数目、原子数目、物质的总质量均不发生变化。 答案：ACD

氧和水 ►知识回顾 1．有O2参加或生成的反应 (1)非金属与O2反应生成非金属氧化物，卤族单质(X2)________O2直接反应，硫与氧气反应只生成________，不生成________，氮与氧气在放电条件下反应生成________，不生成________。工业使用的氧气主要来自分离液态________。 (2)金属与O2反应生成金属氧化物，活泼金属如钠等在空气中燃烧生成过氧化物。Au、Pt不与O2反应。 不与 SO2 SO3 NO NO2 空气　

2KCl＋3O2↑ K2MnO4＋MnO2＋O2↑ 2H2O＋O2↑ 4NO2↑＋2H2O＋O2↑ 2HCl＋O2↑ 3O2　

CO＋H2 4HF＋O2↑　 2H2↑＋O2↑ HCl＋HClO　 2HNO3＋NO↑

(2)水参与的非氧化还原反应：水与二氧化硫、三氧化硫、二氧化碳等酸性氧化物化合成酸。但不能与二氧化硅化合。 3．臭氧(O3)：有强氧化性，不稳定易分解。在高空能吸收紫外线，减少对人体的伤害，在低空因其强氧化性对人体健康有害。可作________剂、漂白剂。 消毒

【例2】 (2012年广东学业水平考试)下图是产生和收集气体的实验装置，该装置最适合于(　　) A．用浓硝酸与Cu反应制取NO2 B．用浓盐酸和MnO2反应制取Cl2 C．用H2O2溶液和MnO2反应制取O2 D．用NH4Cl和Ca(OH)2反应制取NH3

解析：H2O2在常温和MnO2催化剂作用下生成的O2可用排水法收集。NO2、NH3易溶于水与水反应。用浓盐酸和MnO2反应需在加热条件下进行，且Cl2与水反应。

►课堂练习 3．臭氧(O3)可用于杀菌消毒，下列有关臭氧的说法正确的是(　　) A．臭氧的相对分子质量为32 B．臭氧分子由氧气分子构成 C．臭氧与氧气互为同分异构体 D．1个臭氧分子由3个氧原子构成 解析：A、B、C三项错误，臭氧的相对分子质量为48，臭氧分子由氧原子组成；臭氧与氧气互为同素异形体。D项正确。 答案：D

4．下列关于水的说法不正确的是(　　) A．水由氢元素和氧元素组成 B．H2O分子由2个氢元素和1个氧元素组成 C．H2O可以电离出H＋和OH－，所以H2O是电解质 D．从海水中获得纯净水，可以用蒸馏法制取 解析：B项错误，1个H2O分子是由2个氢原子和1个氧原子组成。A、C、D三项正确。 答案：B

碳及其重要化合物 ►知识回顾 1．碳单质 (1)碳单质的存在形式主要有：金刚石、石墨、足球烯分子(如C60、C9、C120等)，其中能溶于有机溶剂的是__________、在死火山口存在较多的是________、能作电极材料的是________。 (2)碳单质主要化学性质：碳有较强的还原性，主要有如下反应： ①碳与石英砂高温反应：SiO2＋2C ________。 足球烯分子 金刚石 石墨 Si＋2CO↑

2Cu＋CO2↑ ②碳与氧化铜反应：2CuO＋C ________。 ③高温下被二氧化碳氧化：C＋CO2 ________。 ④碳被热的浓硫酸氧化：C＋2H2SO4(浓) ______________________。 ⑤碳被热的浓硝酸氧化：C＋4HNO3(浓) ______________________。 2CO 2SO2↑＋2H2O＋CO2↑ 4NO2↑＋CO2↑＋2H2O

2．CO2、CO比较 CO CO2 物理性质 ①无色无味有毒 ②不溶于水 ③比空气略轻 ①无色无味 ②溶于水(常温1∶1) ③比空气重 ④熔沸点低 化学性质 ①强还原性 ②不与碱反应 ①弱氧化性 ②与碱反应 鉴别 燃烧产物使澄清________变浑浊 使澄清________变浑浊 主要用途 冶金工业作________剂、燃料 化工原料、灭火、饮料添加剂、人工降雨 石灰水 石灰水 还原

3.碳酸盐 (1)常见碳酸盐俗称与主要化学成分：石灰石、蛋壳、贝壳、钟乳石________； 纯碱、苏打________ ；小苏打________；碳铵(氮肥)__________；暂时硬水的主要成分_______________和___________；锅垢的主要成分________和________。 (2)碳酸氢钠与碳酸钠性质比较。 ①有碳酸盐的通性，两者均与盐酸等反应生成二氧化碳，在反应时耗酸量及生成气体反应速率______。 CaCO3 Na2CO3 NaHCO3 NH4HCO3 Ca(HCO3)2　 Mg(HCO3)2　 CaCO3 Mg(OH)2 不同

白色 ②两种盐均能与石灰水或氢氧化钡溶液生成________沉淀。 ③碳酸氢钠能跟氢氧化钠等碱反应，碳酸钠________与碱反应。 ④碳酸钠跟氯化钙或氯化钡溶液反应生成碳酸盐________沉淀，碳酸氢钠跟氯化钙或氯化钡溶液________反应。 (3)碳酸及其盐稳定性规律：酸<酸式盐<正盐，如：H2CO3<NaHCO3<Na2CO3。 (4)碳酸盐溶解度规律：一般条件下：酸式盐>正盐，如：Ca(HCO3)2>CaCO3；特例：NaHCO3<Na2CO3。 不 白色　 不

【例3】 下列说法正确的是(　　) A．C60、C90、C120互为同分异构体 B．金刚石是自然界硬度最大，能导电的碳单质 C．CO2通入碳酸氢钠溶液中除去碳酸钠杂质 D．二氧化碳分子是保持干冰化学性质的最小微粒 解析：A项错误，C60、C90、C120是单质，不是化合物，它们之间是互为同素异形体关系；B项错误，金刚石不导电；C、D两项正确。 答案：CD

易错提醒：1.相同条件下酸与碳酸钠反应的反应速率比酸与碳酸氢钠的反应速率小。 2．除去碳酸氢钠溶液中的碳酸钠可通CO2。 3．除去碳酸钠中碳酸氢钠杂质时，固体加热、溶液加NaOH。 4．除去二氧化碳中的氯化氢用饱和碳酸氢钠溶液，不能用碳酸钠溶液。

►课堂练习 5．(2012年广东学业水平考试)碳可以多种形式存在。金刚石、C60和石墨(　　) A．互为同位素　　　　B．为同一物质 C．互为同素异形体 D．互为同分异构体 解析：金刚石、C60和石墨都是碳单质，互为同素异形体。 答案：C

6．(2011广东化学学业水平考试)打开汽水瓶盖时逸出大量气泡，气泡的主要成分为(　　) A．N2 B．CO2 C．O2 D．H2 解析：打开汽水瓶盖时逸出大量气泡，气泡的主要成分为CO2。 答案：B

硅及其主要化合物 ►知识回顾 1．硅单质 (1)晶体硅是有金属光泽的灰黑色固体，是______材料。常温________酸碱反应(氢氟酸例外)，加热时能被氧化剂氧化。如：硅与氧气加热反应：Si＋O2 ________。 (2)硅单质的制备主要反应：SiO2＋C ________(高温隔绝氧气)。 半导体 不与 SiO2 Si＋2CO

2．SiO2：俗称水晶、石英，是无色晶体，难溶于水，属于________氧化物。 (1)主要性质有： ①SiO2与氢氟酸反应； ②SiO2与生石灰在高温下反应：SiO2＋CaO ________； ③SiO2与强碱溶液反应，如：SiO2＋2NaOH=== ________________； ④SiO2在高温条件下与碳酸盐反应，如：SiO2＋Na2CO3 ____________；SiO2＋CaCO3 ____________。 酸性 CaSiO3 Na2SiO3＋H2O Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3＋CO2↑

(2)用途：SiO2用于制晶体硅、光导纤维、玻璃仪器、玻璃原料、建筑材料等。 3．Na2SiO3的水溶液是无色粘稠碱性液体，俗称“水玻璃”，主要用途可做肥皂填料、耐火材料和建筑材料的________剂等。 4．硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷都属于硅酸盐材料。 防腐

【例4】 (2012年广东化学学业水平考试)下列材料既含有硅元素又含有氧元素的是(　　) A．水泥 B．晶体硅 C．沙子 D．普通陶瓷 解析：A、C、D三项符合题意要求，水泥主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙；沙子主要成分是SiO2；普通陶瓷主要成分是硅酸盐，均含有硅元素和氧元素。B项不符合题意，晶体硅只含硅元素。 答案：ACD

易错提醒：1.电子元件、光电池、芯片等主要成分是Si。 2．水晶石、水晶玻璃、石英砂、石英玻璃、硅藻土、玛瑙与光导纤维等主要成分是SiO2。

►课堂练习 7．(2011年广东化学学业水平考试)玻璃、陶瓷和水泥是三大重要的无机非金属材料，它们的组成成分都含有的元素是(　　) A．S B．C C．Si D．O 解析：玻璃、陶瓷和水泥都是硅酸盐材料，都含有的元素是Si、O。 答案：CD

8．(2012年广东化学学业水平考试)下列物质的用途不正确的是(　　) A．水玻璃可用作木材防火剂 B．用大量的二氧化硫作食品漂白剂 C．硅可用于制造太阳能电池 D．食醋可作食品酸味剂 解析：B项错误，二氧化硫不能作食品漂白剂。A、C、D三项正确，水玻璃有耐火和防腐性能，可作木材的防火剂和防腐剂；硅是半导体材料，可用于制造太阳能电池；食醋是人们常用的食品酸味剂。 答案：B

一、单选题 考点一　氢单质 1．下列物质与H2在不加热条件下能反应的是(　　) A．O2　　　　　　B．N2 C．CuO D．Cl2 解析：O2与H2反应需点燃；N2、CuO与H2反应需加热，常温条件下均不反应。Cl2与H2在常温光照条件下能反应。 答案：D

2．X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4，则它对应的气态氢化物的分子式为(　　) A．HX B．H2X C．XH4 D．XH3 解析：H3XO4中X元素化合价为＋5价，故气态氢化物中X元素化合价为－3价。 答案：D

3．在SiCl4＋2H2 Si＋4HCl反应中，H2的作用是(　　) A．H2作氧化剂，被氧化 B．H2作氧化剂，被还原 C．H2作还原剂，被还原 D．H2作还原剂，被氧化 解析：反应中H的化合价由0价升高为＋1价，H2作还原剂，被氧化。 答案：D

考点二　绿色化学思想 5．雷雨天闪电时空气中有臭氧(O3)生成，下列说法中正确的是(　　) A．O2和O3互为同位素 B．O3是由3个氧原子构成的化合物 C．O2和O3相互转化属于化学变化 D．等物质的量的O2和O3含有的氧原子数相同 解析：O2和O3是两种不同的氧单质分子，相互转化属于化学变化。 答案：C

6．下列物质中氧元素的化合价正确的是(　　) A．H2O中氧元素的化合价为－1 B．O2中氧元素的化合价为－2 C．NaOH中氧元素的化合价为－1 D．Na2O中氧元素的化合价为－2 解析：A、C、D三项中O为－2，B中O为0。 答案：D

7．下列能用水鉴别的一组物质是(　　) A．溴蒸汽和二氧化氮气体 B．乙醇和乙酸 C．氯化铁溶液和氢氧化铁胶体 D．H2和O2 解析：溴蒸汽不与水反应，溶于水后溶液显橙色，二氧化氮与水反应生成硝酸，溶液显无色，溴蒸汽和二氧化氮气体可以用水鉴别。 答案：A

考点三　碳及其重要化合物 9．(2012年广东化学学业水平考试)有机化合物中一定含有的元素是(　　) A．C B．N C．S D．O 解析：有机化合物是含C化合物。 答案：A

10．下列物质能使红墨水褪色的是(　　) A．二氧化碳 B．活性炭 C．Na2CO3钠溶液 D．酸化了的Na2SO4溶液 解析：活性炭有吸附作用，能吸附色素。 答案：B

11．(2011广东化学学业水平考试)与N2分子含有相同电子数的分子是(　　) A．O2 B．CO C．NO2 D．CO2 解析：N2分子和CO分子都含有14个电子。 答案：B

考点四　硅及其重要化合物 15．下列关于硅的叙述正确的是(　　) A．石英玻璃是以纯碱、石灰石和石英为原料制成的 B．硅是地壳中含量最多的非金属元素 C．自然界中硅元素的化合物比碳元素的化合物种类多 D．硅可制备氮化硅、碳化硅等新型无机非金属材料

解析：制石英玻璃的原料只有石英，纯碱、石灰石和石英是制普通玻璃原料；硅在地壳中含量次于氧，排第二位；硅元素的化合物少，碳元素能形成大量有机物。 答案：D

16．(2011年广东化学学业水平考试)碳元素可以存在于自然界的多种物质中，这些物质肯定不包括(　　) A．石油 B．石灰石 C．天然气 D．石英砂 解析：石英砂的主要成分是二氧化硅。 答案：D

17．石英光导纤维的主要成分是(　　) A．Si B．SiC C．SiO2 D．Na2SiO3 解析：Si是半导体材料；SiC是人造金刚石；SiO2是光导纤维材料；Na2SiO3是水玻璃成分。 答案：C

二、多选题 21．保护环境日益引起人们的重视。下列做法有利于保护环境的是(　　) A．氢能源代替化石能源 B．推广使用太阳能电池 C．电动汽车代替燃油汽车 D．造纸厂污水直接排放 ABC

22．(2011年广东化学学业水平考试)制造下列文化用品的原料属于有机材料的是(　　) A．纸 B．铅笔芯 C．橡皮擦 D．塑料文具盒 解析：铅笔芯是石墨，不属于有机材料。 答案：ACD

23．(2011年广东化学学业水平考试)下列关于常见化学物质的应用正确的是(　　) A．干冰能用作冷冻剂 B．氯化钠可用作净水剂 C．味精可用作食品调味剂 D．小苏打是一种膨松剂，可用于制作馒头和面包 解析：氯化钠可用作食品调味剂，但不可用作净水剂。干冰作为冷冻剂属于物理性质。 答案：CD