高考化學(xué)第二單元 元素及其化合物 第12講 碳、硅及其化合物

第12講碳、硅及其化合物考綱定位選項(xiàng)示例1.掌握硅、二氧化硅、硅酸和硅酸鹽的主要性質(zhì)及其應(yīng)用。2.了解硅、二氧化硅在高科技領(lǐng)域的用途。3.了解環(huán)境保護(hù)，消除碳氧化合物污染的綜合應(yīng)用。1.硅膠作袋裝食品的干燥劑。(2016年四川卷T21B)2.HF與SiO2反應(yīng)氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記。(2016年新課標(biāo)卷T7D)3.石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅。(2016年海南卷T4C)考綱導(dǎo)視基礎(chǔ)反饋判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”。(1)將氣體通入澄清石灰水，溶液變渾濁，證明原氣體 是CO2()。(2)在 CO2 中，Mg 燃燒生成 MgO 和 C。在該反應(yīng)中，Mg的還原性強(qiáng)于 C 的還原性()。(3)除去 CO 中的 CO2 可使混合氣體通過(guò) NaOH 溶液，然后再干燥()。(4)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，可用于制作半導(dǎo)體材料()。)。(5)Si 和 SiO2 都用于制造光導(dǎo)纖維(6)石英只能用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維()。(7)高溫下用焦炭還原 SiO2 制取粗硅()。(8) 二氧化硅不與強(qiáng)酸反應(yīng)，可用石英器皿盛放氫氟酸()。答案：(1)(2)(3)(4)(5) (6)(7)(8)元素碳硅原子結(jié)構(gòu)示意圖在元素周期表中的位置第二周期_族第三周期_族考點(diǎn)一碳、硅及其氧化物的性質(zhì)【知識(shí)梳理】1.碳、硅元素的原子結(jié)構(gòu)與存在。AA元素碳硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)金剛石：_結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)元素在自然界中的存在形式既有游離態(tài)又有化合態(tài)只有_態(tài)(續(xù)表)空間網(wǎng)狀化合2.碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)。(1)碳、硅的物理性質(zhì)和用途(用短線連接起來(lái))：答案：c，a，e，b，d(2)碳、硅的化學(xué)性質(zhì)：碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。a.與 O2 的反應(yīng)：O2 不足：_；O2 充足：_。2CO22COCO2CO2b.與其他物質(zhì)的反應(yīng)：與 CuO 反應(yīng)：_(可用于金屬的冶煉)；2CuOC2CuCO2與 CO2 反應(yīng)：_；與水蒸氣反應(yīng)：_(制水煤氣)；CO2C2COCH2O(g)COH2與濃硫酸反應(yīng)：_。C2H2SO4(濃)CO22SO22H2O硅的化學(xué)性質(zhì)。Si4HF=SiF42H2a.與氫氟酸反應(yīng)：_；b.與 NaOH 溶液反應(yīng)：_c.與 O2 反應(yīng)：_。Si2NaOHH2O=Na2SiO3SiO2SiO2_；2H23.二氧化硅與二氧化碳的比較。(1)物理性質(zhì)。高熔、沸點(diǎn)：SiO2 的熔、沸點(diǎn)比 CO2 的熔、沸點(diǎn)_。溶解性：CO2 可溶于水，SiO2 不溶于水。物質(zhì)二氧化硅二氧化碳與水反應(yīng)不反應(yīng)_與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：_不反應(yīng)(2)化學(xué)性質(zhì)。CO2H2OH2CO3SiO24HF=SiF42H2O物質(zhì)二氧化硅二氧化碳與堿(NaOH)溶液反應(yīng)_(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)CO2 少量：_CO2 足量：_與鹽反應(yīng)如與 Na2CO3 反應(yīng)：_如與 Ca(ClO)2 反應(yīng)：_(續(xù)表)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO22NaOHCO2NaOH=Na2CO3H2O=NaHCO3Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO物質(zhì)二氧化硅二氧化碳與堿性氧化物反應(yīng)如與 CaO 反應(yīng)：_如與 Na2O 反應(yīng)：_(續(xù)表)(3)主要用途。CO2：制飲料、碳酸鹽，干冰用作制冷劑。SiO2：作光導(dǎo)纖維，制光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品。SiO2CaOCaSiO3CO2Na2O= Na2CO3【考點(diǎn)集訓(xùn)】例1用四種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶選項(xiàng)操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2，溶液變渾濁飽和Na2CO3溶液B通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過(guò)量，渾濁消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過(guò)量，渾濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁澄清石灰水思路指導(dǎo)：對(duì)于表格型實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與解析判斷的選擇題，需要逐個(gè)進(jìn)行辨認(rèn)，切勿憑感覺(jué)做出推斷。記憶物質(zhì)轉(zhuǎn)化、相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原因解析，尤其是典型物質(zhì)的典型特性，例如NaHCO3的飽和結(jié)晶析出、硅酸的不溶于水、Na2O2的淡黃色等。D 項(xiàng)正確。答案：B解析：飽和Na2CO3溶液中通入CO2，能生成NaHCO3結(jié)晶析出，A項(xiàng)正確；Na2SiO3溶液通入CO2，得到不溶于水的H2SiO3但不會(huì)消失，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Ca(ClO)2溶液通入CO2，得到CaCO3沉淀和HClO，后者能使品紅溶液褪色，C項(xiàng)正確；澄清石灰水持續(xù)通入CO2，先后變成CaCO3沉淀和可溶于水的Ca(HCO3)2，例 2下列說(shuō)法正確的是()。A.在粗硅的制取中發(fā)生 2CSiO22COSi，硅被還原，所以碳的還原性強(qiáng)于硅的還原性B.盛放 NaOH 溶液時(shí)，使用帶玻璃塞的磨口瓶C.用 SiO2 制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后再通入 CO2Na2SiO3CO2可知，硅酸的酸性D.由 Na2CO3SiO2強(qiáng)于碳酸答案：C解析：選項(xiàng)A、D的反應(yīng)在高溫下均生成了氣體，使平衡正移，致使反應(yīng)能順利進(jìn)行，但不能說(shuō)明C、Si的還原性強(qiáng)弱，也不能說(shuō)明H2SiO3與H2CO3酸性的強(qiáng)弱，故錯(cuò)誤；NaOH能與玻璃成分中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起，故B錯(cuò)誤；由SiO2制取H2SiO3的過(guò)程為：SiO2 Na2SiO3 H2SiO3方法技巧硅及其化合物的特性1.硅單質(zhì)的特性。(1)Si 的還原性強(qiáng)于C，但C 卻在高溫下還原出Si：SiO22CSi2CO。(2)非金屬單質(zhì)與堿液反應(yīng)一般無(wú)H2放出，但Si與堿液反應(yīng)卻放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)非金屬單質(zhì)一般不能與非氧化性酸反應(yīng)，但Si能與HF反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2。(4)非金屬單質(zhì)大多為絕緣體，但Si為半導(dǎo)體。物質(zhì)一般規(guī)律含硅化合物的特性SiO2酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)酸SiO2 不溶于水，不與水反應(yīng)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)SiO24HF=SiF42H2OH2SiO3“較強(qiáng)酸制較弱酸”是復(fù)分解反應(yīng)的一般規(guī)律，H2CO3酸性強(qiáng)于H2SiO3：Na2SiO3CO2H2O =Na2CO3H2SiO3以下反應(yīng)不能說(shuō)明酸性的強(qiáng)弱：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2無(wú)機(jī)酸一般易溶于水硅酸難溶于水2.含硅化合物的特性。例 3硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一，在傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。(1)硅在元素周期表中的位置是_。(2)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有：SiO2 2CSi(粗)2CO；SiO23CSiC2CO。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為 1 1，則參加反應(yīng)的 C 和 SiO2 的物質(zhì)的量之比為_(kāi)。(3)工業(yè)上可以通過(guò)如圖所示的流程制取純硅：若反應(yīng)為 Si(粗)3HClSiHCl3H2 ，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。整個(gè)制備過(guò)程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3 遇水劇烈反應(yīng)生成 H2SiO3、HCl 和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。假設(shè)每一輪次制備 1 mol 純硅，且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)中 HCl 的利用率為 90%，反應(yīng)中 H2 的利用率為 93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入 HCl 和 H2 的物質(zhì)的量之比是_。解析：(1)硅在元素周期表中的位置是第三周期第A 族。(2)根據(jù)反應(yīng)SiO22CSi(粗)2CO，SiO23CSiC2CO，生成1 mol Si需C 2 mol、SiO2 1 mol，生成1 mol SiC 需 C 3 mol、SiO2 1 mol，產(chǎn)品中Si與SiC的物質(zhì)的量之比為11，則參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為52。答案：(1)第三周期第A 族(3)SiHCl3H2(2)5 2Si(純)3HClSiHCl33H2O=H2SiO33HClH25 1考點(diǎn)二 硅酸、硅酸鹽、無(wú)機(jī)非金屬材料【知識(shí)梳理】1.硅酸。(1)性質(zhì)。弱還弱硅酸是難溶于水的_酸，其酸性比碳酸_，硅酸不能使紫色石蕊試液變紅色。硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O。硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與 NaOH 溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為 H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。 硅酸在水中易聚合形成膠體。濃度較小時(shí)形成_；濃度較大時(shí)形成凝膠。硅酸凝膠干燥脫水變成硅酸干膠(或硅膠)，硅酸干膠吸附水分的能力強(qiáng)，常用作_，也用作催化劑的載體。膠體溶液干燥劑(2)制備。硅酸可通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 Na2SiO32HCl=_，Na2SiO3CO2H2O=_。2NaClH2SiO3Na2CO3H2SiO3硅氧金屬不溶于水穩(wěn)定二氧化硅2.硅酸鹽。(1)硅酸鹽是由_、_和_組成的化合物的總稱。硅酸鹽是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，一般都_?；瘜W(xué)性質(zhì)很_，通常用_和_的形式表示其組成。金屬氧化物硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯2CaOSiO2，3CaOSiO2，3CaOAl2O3玻璃純堿、石灰石、石英玻璃窯Na2OCaO6SiO2陶瓷黏土陶瓷窯(2)三種常見(jiàn)的硅酸鹽產(chǎn)品。3.新型陶瓷。(1)碳化硅：SiO23C(2)氮化硅：3Si2N2SiC2CO。Si3N4；3SiCl42N26H2=Si3N412HCl?！究键c(diǎn)集訓(xùn)】例 4(2015 年陜西西安二模)下列有關(guān)硅的敘述中，正確的是()。A.工業(yè)上通常以 SiO2 為原料，用氧化劑與其反應(yīng)制備單質(zhì)硅B.硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，硅在地殼中的含量在所有的元素中居第一位C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，在自然界中可以以游離態(tài)存在D.硅在電子工業(yè)中，是重要的半導(dǎo)體材料解析：工業(yè)上用二氧化硅和碳來(lái)制取硅單質(zhì)，該反應(yīng)中碳作還原劑，A 錯(cuò)誤；硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，地殼中含量最高的元素是 O，其次是硅，B 錯(cuò)誤；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但硅屬于親氧元素，在自然界中以化合態(tài)存在，不能以游離態(tài)存在，廣泛存在于礦物和巖石中，C 錯(cuò)誤；硅位于金屬和非金屬元素之間，導(dǎo)致硅單質(zhì)具有金屬和非金屬的性質(zhì)，是重要的半導(dǎo)體材料，D 正確。答案：D例 5(2017 學(xué)年河北衡水景縣中學(xué)月考)鋼化玻璃俗稱普通玻璃的化身，是普通玻璃經(jīng)一定物理方法處理后得到的。鋼化玻璃一般不會(huì)發(fā)生自爆現(xiàn)象，但當(dāng)鋼化玻璃中含有硫化鎳結(jié)核A.制取鋼化玻璃的原料為石灰石、純堿和石英B.鋼化玻璃是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料C.制取鋼化玻璃的主要反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)D.在碳素鋼中加入鎳等合金元素可以制得不銹鋼及各種特種鋼思路指導(dǎo)：SiO2可與Na2CO3、CaCO3在高溫下發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2CaCO3SiO2 CaSiO3CO2在高溫下發(fā)生的這兩個(gè)反應(yīng)遵循高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)的反應(yīng)原理，與碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸并不矛盾，后者反應(yīng)原理基于溶液中的離子反應(yīng)。解析：制造玻璃的原料：石灰石、石英以及純堿，鋼化玻璃和普通玻璃的組成是相同的，鋼化玻璃是將普通玻璃先切割成要求尺寸，然后加熱到接近軟化點(diǎn)的 700 度左右，再進(jìn)行快速均勻的冷卻而得到的，故 A 正確；鋼化玻璃和普通玻璃的組成是相同的，是一種傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料，故 B 錯(cuò)誤；鋼化玻璃其實(shí)是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，為提高玻璃的強(qiáng)度，通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，增強(qiáng)玻璃自身抗風(fēng)壓性，寒暑性，沖擊性等，主要反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)，故 C正確；不銹鋼由于其抗腐蝕性好，在生產(chǎn)和生活中有許多用途，不銹鋼是由鐵、鉻、鎳制成的合金鋼，在碳素鋼中加入鎳等合金元素可以制得不銹鋼及各種特種鋼，故 D 正確。答案：B例 6氮化硅(Si3N4)是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，具有優(yōu)良的性能，人們常常利用它來(lái)制造軸承、汽輪機(jī)葉片、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。設(shè)計(jì)合成氮化硅的工藝流程如下：(1)電弧爐中發(fā)生的主要反應(yīng)是_。用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)，碳化硅晶體結(jié)構(gòu)中含_鍵。(2)在流化床反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物中，SiCl4 大約占 85%，還有Cl2 等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表：提純 SiCl4 的主要工藝操作依次是沉降、_，其中溫度最好控制在_(填序號(hào))。A.略小于34.1 C.略小于 57.6 B.大于 57.6 D.34.1 物質(zhì)SiSiCl4Cl2沸點(diǎn)/235557.634.1(3)粉末狀 Si3N4 遇水能生成一種有刺激性氣味、常用作制冷劑的氣體和一種難溶性的酸，該反應(yīng)的方程式是_。該工藝流程中涉及的主要反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)的有_個(gè)。思路指導(dǎo)：從液態(tài)混合物中分離一般采用蒸餾(液態(tài)成分變成氣態(tài))，從氣態(tài)混合物中分離一般采用冷凝(或降溫，氣態(tài)成分變成液態(tài))。解析：(1)工業(yè)生產(chǎn)所用焦炭往往過(guò)量，生成物為CO 而不是 CO2。(2)冷凝(或降溫)后，氣態(tài)混合物中沸點(diǎn)較高的成分先變成液態(tài)而與其他氣體分離，所以選擇略小于57.6 ；沉降是指流化床反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的粗硅粉塵分散在氣態(tài)混合物中，靜置后粉塵與氣體混合物分離。(3)NH3 能用作制冷劑；本工業(yè)流程中SiO2SiSiCl4Si3N4，觀察化合價(jià)變化易知共有2 個(gè)氧化還原反應(yīng)。答案：(1)SiO22CSi2CO共價(jià)(極性)SiO23C(2)冷凝(或降溫)SiC2COC(3)Si3N49H2O=4NH33H2SiO32