【三維設計】(人教通用版)2015屆高考化學一輪總復習講義 第一節(jié) 碳、硅及其化合物

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1、 【三維設計】(人教通用版)2015屆高考化學一輪總復習講義 第一節(jié) 碳、硅及其化合物 第一節(jié) 碳、硅及其化合物 1．單質的存在形態(tài)、物理性質和用途 2．碳和硅的化學性質 (1)碳單質的化學性質——還原性。 ＋2 CO2、SiO2 CCuO、濃硫酸＋4COO――→―→CO2 不足常溫下不活潑O2―充足2 ①與O2的反應： 點燃點燃O2不足：C＋②與其他物質的反應： 高溫a．與CuO反應：2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑(可用于金屬的冶煉)； 1 高溫b．與C

2、O2反應：高溫c．與水蒸氣反應：C＋H2O(g)=====CO＋H2(制水煤氣)； △d．與濃硫酸反應：C＋2H2SO4(濃)=====CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 (2)硅的化學性質——還原性。 與F2、氫氟酸、 酸、濃硝酸等 Si 與O2、Cl2等反應 ①與氫氟酸反應：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②與NaOH溶液反應：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； △ ③與O2反應：Si＋O2=====SiO2。 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“√”，錯誤的打

3、“×”)。 (1)(2013·廣東高考)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅。( ) (2)(2013·浙江高考)碳有多種同素異形體，而氧不存在同素異形體。( ) (3)(2012·新課標全國卷)單質硅是將太陽能轉變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀? ) (4)(2011·山東高考)單質硅常用作半導體材料和光導纖維。( ) (5)(2011·山東高考)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。( ) (6)硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質反應。( ) 答案：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)×

4、 2．將碳、硅的單質和其物理性質或用途用短線連接起來。 強氧化劑氧化不能被濃硫 答案：①—c，②—a，③—e，④—b，⑤—d 3．根據(jù)元素周期律，硅的還原性比碳強，但工業(yè)上為什么能用焦炭與SiO2反應制取粗硅？ 高溫提示：工業(yè)上制取粗硅的反應為SiO2＋2C===== Si＋2CO↑，可以從平衡的角度理解，該 2 反應的產物CO是氣體，CO不斷從反應體系中脫離，從而使反應向正反應方向進行。 4．(2013·安徽高考改編)W的一種核素的質量數(shù)為28，中子數(shù)為14，則W元素是哪種元素？W的單質與氫氟酸反應生成兩種無色氣體，試寫出該反應

5、的化學方程式。 提示：Si元素，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ 5．中學化學中，能和NaOH溶液反應產生H2的非金屬單質是什么？ 提示： Si 硅的工業(yè)制法 1．制取粗硅 工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質的粗硅。 高溫SiO2＋2C===== Si＋2CO↑ 2．粗硅提純 高溫(1)Si＋2Cl2===== SiCl4 高溫SiCl4＋2H2===== Si＋4HCl 250～300℃(2)Si＋3HClCu粉或=====Ag粉SiHCl3＋H

6、2 1 100～1 200℃SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl 3．注意問題 (1)用焦炭還原SiO2，產物是CO而不是CO2。 (2)粗硅中含碳等雜質，與Cl2反應生成的SiCl4中也含CCl4等雜質，經過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。 1.半導體工業(yè)中，有一句行話：“從沙灘到用戶”，即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學反應是( ) 高溫A．2C＋SiO2===== Si＋2CO↑ B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O △C．Si＋2Cl2===== SiC

7、l4 高溫D．SiCl4＋2H2===== Si＋4HCl 2．制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純 3 硅的主要方法，生產過程示意圖如下： 焦炭HCl石英砂――→粗硅――→SiHCl3粗高溫573 K以上精餾―→SiHCl3純 ― H2――→高純硅 1 357 K (1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式___________________________________。 (2)整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出該反應的

8、化學方程式_______________________________________________； H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是____________________________ _________________________________________________________________________。 [答案專區(qū)] CCl2H21.解析：工業(yè)制取純硅的工藝流程為：SiO2――→粗硅――→SiCl―→純硅，該工藝流程中不4― 涉及SiO2與NaOH溶液的反應。 答案：B

9、2.解析：(1)H2還原SiHCl3得到Si和HCl。 (2)SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，依據(jù)原子守恒，判斷另一物質是H2。因H2還原SiHCl3的反應條件是高溫(1 357 K)，若混入O2，則H2、O2混合加熱可能發(fā)生爆炸，同時，O2也可能氧化SiHCl3。 高溫答案：(1)SiHCl3＋H2===== Si＋3HCl (2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑ 氧氣與氫 氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3 1．一氧化碳 (1)物理性質：無色無味的氣體，難溶于水，能

10、使人中毒的原因是：與人體內血紅蛋白相結合，因缺氧而中毒。 (2)化學性質： 點燃①可燃性：2CO＋O2=====2CO2； 高溫②還原性：CO還原Fe2O3的反應為3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2。 4 2．二氧化碳與二氧化硅的比較 (1)物理性質： ①熔、沸點：SiO2的熔、沸點比CO2的熔、沸點高。 ②溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。 (2)化學性質： (3)主要用途： CO2：制飲料、碳酸鹽、干冰用作致冷劑。 SiO2：光導纖維、制光學儀器、電子部件、水晶可制作飾品。

11、 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。 (1)(2013·廣東高考)氫氟酸不能保存在玻璃瓶中的原因是SiO2能與HF反應。( ) (2)(2013·福建高考)石英只能用于生產光導纖維。( ) (3)(2012·天津高考)二氧化硅與酸、堿均不反應。( ) (4)(2012·廣東高考)SiO2有導電性，所以SiO2可用于制備光導纖維。( ) (5)(2011·江蘇高考)SiO2不與任何酸反應，可用石英制造耐酸容器。( ) (6)(2011·大綱全國卷)將足量CO2通入含K、SiO3、Cl、NO3溶液中，離子將不能大量共存。( ) 5

12、 ＋ 2－ － － 答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ 2．指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內。 ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O( ) 高溫②SiO2＋Na2CO3===== Na2SiO3＋CO2↑( ) 高溫③SiO2＋2C===== Si＋2CO↑( ) 高溫④SiO2＋3C===== SiC＋2CO↑( ) ⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )

13、 A．作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕 B．氧化性 C．酸性氧化物的通性 D．將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來 E．未參加氧化還原反應 答案：①C ②D ③B ④E ⑤A 3．長距離聯(lián)網(wǎng)所使用的傳輸速度快、信息量大的線路，其材料的主要化學成分為________，該材料的名稱是________。這種材料被埋在地下時，如果裸露在堿性土壤中，會導致斷路，用離子方程式說明原因：____________________________________________ __________________________________

14、______________________________________。 答案：SiO2 光導纖維 SiO2＋2OH===SiO3＋H2O 4．玻璃的主要成分之一是SiO2，以下物質必須貯存在帶有橡膠塞的玻璃試劑瓶中的是________。 ①NaOH溶液 ②飽和Na2CO3溶液 ③鹽酸 ④水玻璃(Na2SiO3的水溶液) ⑤氫氟酸 ⑥澄清石灰水 答案：①、②、④、⑥ 5．如何除去二氧化硅中混有的少量碳酸鈣雜質？ 提示：先用足量鹽酸溶解后過濾、水洗可得SiO2。 二氧化硅性質的特殊性 －2－ 6 1.

15、(2014·陜西高三質量檢測)下列關于SiO2和CO2的敘述中不正確的是( ) A．都是共價化合物 B．SiO2可用于制光導纖維，干冰可用于人工降雨 C．都能溶于水且與水反應生成相應的酸 D．都是酸性氧化物，都能與強堿溶液反應 2．如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(括號內為雜質)。將所選答案的編號填入下表內相應的空格內(如果不需要外加試劑，則對應答案欄可不填寫)。 可供選擇的試劑：A.鹽酸 D．水 E．二氧化碳 可選用的操作：①水洗；②加熱；③高溫灼燒；④過濾；⑤結晶。 [答案專區(qū)] B．氫氧化鈉溶液 C

16、．氧氣 7 1.解析：SiO2和CO2中都只含有共價鍵，均為共價化合物，A項正確；干冰升華吸熱，可用于人工降雨，B項正確；SiO2不溶于水且與水不反應，C項錯誤；SiO2與強堿溶液反應生成硅酸鹽，CO2與強堿溶液反應生成碳酸鹽或碳酸氫鹽。D項正確。 答案：C 2.解析：(1)利用SiO2與NaOH溶液反應生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3與NaOH不反應。 (2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后過濾可除去SiO2中的NaHCO3。 1．硅酸 (1)溶解性：溶解度很小。 (2)化學性質： ①弱酸性：酸性比碳酸

17、弱。 △ ②不穩(wěn)定性：H2SiO3=====SiO2＋H2O。 (3)用途：硅膠可用作干燥劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑。 2．硅酸鹽 (1)硅酸鹽：是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構成地殼巖石的重要成分。 (2)硅酸鹽組成的表示方法： 通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。 (3)硅酸鈉： ①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。 ②它能與酸性較硅酸強

18、的酸反應，化學方程式分別為 與鹽酸反應：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 8 (3)Fe2O3能溶于鹽酸而SiO2不溶，用鹽酸溶解后過濾可得SiO2。 (4)H2SiO3加強熱能分解為SiO2。 答案： 與CO2水溶液反應：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 ③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 3．無機非金屬材料 (1)傳統(tǒng)無機非金屬材料： 如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料如下表。 (2)新型無機非金屬材料： 如高溫結

19、構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。 (1)(2012·新課標全國卷)合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料。( ) (2)(2010·江蘇高考)水玻璃可用于生產黏合劑和防火劑。( ) (3)(2009·廣東高考)陶瓷是人類應用很早的硅酸鹽材料。( ) (4)(2009·四川高考)氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料。( ) (5)(2009·廣東高考)水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)×

20、 2．將下列材料與主要化學成分用短線連接起來。 ①剛玉 ②大理石、石灰石 ③普通玻璃 ④石英、水晶 答案：①—D，②—A，③—B，④—C 3．SiO2與水不反應，如何由SiO2制取硅酸？ NaOH溶液HCl提示：制備流程為：SiO2――→Na→H2SiO3。 2SiO3― ― 4．Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，水玻璃能否露置于空氣中長期存放？為什么？ 提示：不能；原因是Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 5．將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。 (1)Na

21、AlSi3O8______________________________________________________________； (2)Mg2Si3O8·nH2O__________________________________________________________。 答案：(1)Na2O·Al2O3·6SiO2 A．碳酸鈣 B．硅酸鹽 C．二氧化硅 D．三氧化二鋁 9 (2)2MgO·3SiO2·nH2O 硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法 (1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物―→較活潑金屬氧化物―→二氧化硅―→水。

22、 (2)氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計量數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。 11(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成K2O·22 Al2O3·3SiO2，應寫成K2O·Al2O3·6SiO2。 (4)實例： 高嶺土(Al2Si2O7·2H2O)?Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉(CaMg3Si4O12)?CaO·3MgO·4SiO2 沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)?Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O 云母(KAl

23、3Si3O17·H2O)?K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2 O 1.歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料的成分一直是個謎。近年來科學家才得知古瓷中所用的顏料大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅的化合價為＋2)。下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是( ) A．可用氧化物的形式表示為BaO·CuO·2SiO2 B．性質穩(wěn)定，不易脫色 C．易溶于強酸和強堿 D．x等于6 2．(2013·上海高考)SiO2是硅酸鹽玻璃(Na2

24、CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可寫成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的試劑瓶若用玻璃塞容易形成瓶體與瓶塞粘連，而無法打開，發(fā)生反應的化學方程式為________________________。 長石是鋁硅酸鹽，不同類長石其氧原子的物質的量分數(shù)相同。由鈉長石化學式NaAlSi3O8可推知鈣長石的化學式為________________________。 10 [答案專區(qū)] 1.解析：BaCuSi2Ox中Ba的化合價為＋2，Cu的化合價為＋2，Si的化合價為＋4，O的化合價為－2，由化合價規(guī)則：(＋2)＋(＋2)＋2×

25、(＋4)＋x(－2)＝0，得x＝6，則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為BaO·CuO·2SiO2，A、D項正確；由題干信息可知硅酸銅鋇的性質穩(wěn)定，不易脫色，B項正確，C項錯誤。 答案：C 2.解析：玻璃的成分中含有SiO2，能與NaOH溶液反應生成粘性很強的Na2SiO3而發(fā)生粘連，反應方程式為：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于鈣長石和鈉長石中氧原子的物質的量分數(shù)相同，鈉長石中鈉與鋁的原子個數(shù)比為1∶1，擴2倍后可知鈣長石中鈣和鋁的原子個數(shù)比為1∶2。鈉長石中氧原子的物質的量分數(shù)為8，則鈣長石用氧化物的形式表示為5＋8 CaO·Al2O3·nSiO

26、2，因此：1＋3＋2n＝8，n＝2，鈣長石的化學式為CaO·Al2O3·2SiO2，即為CaAl2Si2O8。 答案：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O CaAl2Si2O8 以“高純硅的制備”為載體串聯(lián)硅元素單質及其化合物知識 高考載體(2013·海南高考T20) 高純硅是現(xiàn)代信息、半導體和光伏發(fā)電等產業(yè)都需要的基礎材料。工業(yè)上提純硅有多種技術路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應如下： [知識串聯(lián)設計] (1)制硅的工藝流程中，在電弧爐中發(fā)生反應的化學方程式為_____________________。 〖

27、考查粗硅的制備原理〗 (2)用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生成金剛砂(SiC)。試寫出該反應的化學方程式__________________________。并指出氧化劑________、還原劑________。 〖考查氧化還原反應的基礎知識〗 11 (3)在流化床反應器中，加熱到250℃～300℃，粗硅和HCl發(fā)生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。 〖考查硅的化學性質〗 (4)在還原爐中，加熱到1

28、 100℃～1 200℃時，SiHCl3被H2還原的化學方程式為________________________。 〖考查氧化還原方程式的書寫〗 (5)石英砂的主要成分是什么？石英既能與NaOH溶液反應，又能與氫氟酸反應，它是兩性氧化物嗎？試分別寫出它與NaOH溶液，氫氟酸發(fā)生反應的化學方程式。 〖考查SiO2的性質〗 (6)中學化學中能與NaOH溶液反應生成H2的單質有哪些？試分別寫出反應的化學方程 式。〖考查鋁、硅的化學性質〗 (7)陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸鹽材料，其中，生產普通玻璃的主要原料是什么？ 〖考查硅酸鹽產

29、品制備〗 (8)在流化床反應器的產物中，SiHCl3大約占80%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關物質的沸點數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降，冷凝和______________。 〖考查混合物的分離與提純〗 高溫答案：(1)SiO2＋2C===== Si＋2CO↑ 高溫(2)SiO2＋3C===== SiC＋2CO↑ C C 250～300℃(3)Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2 1 100～1 200℃(4)SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl (5)SiO2；不是；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (6)Al和Si；2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (7)石英砂、純堿和石灰石 (8)精餾(或蒸餾) 12