届高三化学总复习通用版学案第12讲 碳硅及其化合物Word文件下载.docx

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（6）晶体硅可用作光导纤维材料。

答案：

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）√　（6）×

碳、硅单质的特殊性

1．一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟HF作用：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

6．一般情况下，金属（Na、K）能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：

C＋H2O（g）

H2＋CO。

考向一　碳、硅的性质和用途

1．下列说法正确的是（　　）

A．常温下硅与O2不反应，故硅在自然界中有游离态

B．碳、硅的单质均不导电

C．碳、硅与O2反应均生成酸性氧化物

D．工业上利用碳与H2O（g）反应制水煤气

解析：

A项，硅在自然界中无游离态；

B项，石墨、晶体硅能导电；

C项，C与O2反应生成的CO不是酸性氧化物。

D

2．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（　　）

A．其氧化物都能与NaOH溶液反应

B．其单质在加热时都能跟O2反应

C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．碳和硅两种元素共有两种单质

CO、SiO2都不溶于水，CO也不与NaOH溶液反应，故A、C错误；

碳除了金刚石、石墨外还有C60等单质，故D错误。

B

考向二　硅的工业制法

3．半导体工业中，有一句行话：

“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。

制取过程中不涉及的化学反应是（　　）

A．2C＋SiO2

Si＋2CO↑

B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

C．Si＋2Cl2

SiCl4

D．SiCl4＋2H2

Si＋4HCl

工业制取纯硅的工艺流程为：

SiO2

粗硅

纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。

4．用无机矿物资源生产部分材料，其产品流程示意图如下：

下列有关说法中不正确的是（　　）

A．制取粗硅时可能发生生成SiC的反应

B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应

C．黄铜矿冶炼铜时，SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶炼铁的原料

D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法

生产玻璃不涉及氧化还原反应。

考点二　CO2、SiO2的性质与应用

CO2和SiO2的比较

二氧化碳

二氧化硅

结构

存在单个CO2分子

空间立体网状结构，不存在单个分子

主要物理性质

熔、沸点低，常温下为气体，能溶于水

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

化

学性质

水

CO2＋H2O

H2CO3

不反应

酸

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（特例）

碱

CO2＋2NaOH===

Na2CO3＋H2O或

CO2＋NaOH

===NaHCO3

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）

盐

Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑（制玻璃）

碱性

氧化物

CO2＋Na2O

Na2CO3

SiO2＋CaO

CaSiO3

化工原料、灭火剂，干冰用于人工降雨

光学镜片、石英坩埚、光导纤维

【多维思考】

1．SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应，SiO2是两性氧化物吗？

为什么？

提示：

不是，因为SiO2与氢氟酸反应生成的不是盐。

2．指出3C＋SiO2

SiC＋2CO↑中的氧化剂和还原剂。

氧化剂、还原剂均是C。

二氧化硅性质的特殊性

多数酸性氧化物的共性

二氧化硅的特性

非金属氧化物的熔沸点一般较低

SiO2的熔点却很高

酸性氧化物一般与水反应生成相应酸

SiO2不溶于水，不与水反应

酸性氧化物一般不与酸发生反应

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，H2CO3酸性强于H2SiO3：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===

Na2CO3＋H2SiO3↓

以下反应不能说明酸性的强弱

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑

考向一　SiO2的性质及用途

1．下列说法正确的是（　　）

A．在粗硅的制取中发生2C＋SiO2

2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性

B．盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶

C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2

D．由Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸

选项A、D的反应在高温且均生成了气体，使平衡正移，致使反应能顺利进行，但不能说明C、Si的还原性强弱，也不能说明H2SiO3与H2CO3酸性的强弱，故错误；

NaOH能与玻璃成分中的SiO2反应生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起。

由SiO2制取H2SiO3的过程为：

Na2SiO3

H2SiO3。

C

2．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（　　）

（2）SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑（　　）

（3）SiO2＋2C

Si＋2CO↑（　　）

（4）SiO2＋3C

SiC＋2CO↓（　　）

（5）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（　　）

A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀

B．氧化性

C．酸性氧化物的通性

D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来

E．未参加氧化还原反应

（1）C　

（2）D　（3）B　（4）E　（5）A

【速记卡片】　SiO2的特殊性

1．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。

2．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

考向二　CO2与盐或碱溶液反应的规律

3．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是（　　）

选项

操作及现象

溶液

A

通入CO2，溶液变浑浊

饱和Na2CO3溶液

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失

Na2SiO3溶液

通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去

Ca（ClO）2溶液

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊

澄清石灰水

4．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·

L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c（CO

）与c（HCO

）的比值为（不考虑CO

、HCO

的水解）（　　）

A．1∶1　　　　　　　B．1∶2

C．2∶1D．1∶3

n（CO2）＝

＝0.15mol，n（NaOH）＝0.2L×

1.00mol·

L－1＝0.2mol

由于1<

<

2，故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液

设n（Na2CO3）＝x，n（NaHCO3）＝y

则有

解得x＝0.05mol，y＝0.1mol

【速记卡片】　CO2与NaOH溶液反应产物的判断

（1）将CO2通入一定量的NaOH溶液中至过量的反应原理：

①转化示意图：

NaOH

NaHCO3

②有关化学方程式：

Ⅰ.2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

Ⅱ.Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3

（2）反应后溶质成分的判断：

考点三　硅酸及无机非金属材料

1．硅酸

（1）溶解性：

不溶于水。

（2）化学性质

（3）制备——可用硅酸钠与盐酸反应制得：

Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。

（4）用途：

硅酸用于制硅胶，硅胶可用作催化剂的载体和干燥剂。

2．硅酸盐

（1）硅酸盐

由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

（2）硅酸钠

硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。

3．无机非金属材料

（1）硅酸盐材料

水泥

普通玻璃

陶瓷

生产原料

黏土、石灰石

纯碱、石灰石、石英砂

黏土

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

陶瓷窑

（2）具有特殊功能的含硅物质

①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。

②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

1．如何由SiO2制备H2SiO3？

用化学方程式表示。

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。

2．向水玻璃中加入酚酞试液，有什么现象？

然后再滴加盐酸，充分振荡静置有什么现象？

滴加酚酞，溶液变红；

加入盐酸，溶液的红色逐渐变浅至无色，静置一会有胶冻状的凝胶生成。

　硅及其化合物在常用物质中的易错点

（1）用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2，用于制作光导纤维的是SiO2，而不是硅，计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。

（2）水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等主要成分是SiO2，而不是硅酸盐。

（3）传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。

考向一　硅酸盐

1．下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（　　）

A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中

B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑，两个反应是相互矛盾的，不可能都能发生

C．普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料

D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18用氧化物形式表示为3BeO·

Al2O3·

6SiO2

2．（2018·

湖北大联考）将足量CO2气体通入水玻璃中，然后蒸干，再在高温下充分灼烧，最后所得固体物质是（　　）

A．Na2SiO3　　　　　　B．Na2CO3、Na2SiO3

C．Na2CO3、SiO2D．SiO2

CO2与水玻璃反应生成Na2CO3（NaHCO3）和H2SiO3，在高温条件下H2SiO3变为SiO2，NaHCO3变为Na2CO3，Na2CO3与SiO2又反应生成Na2SiO3和CO2，所以最后得到的固体物体是Na2SiO3，故A项正确。

考向二　无机非金属材料

3．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（　　）

①硅是非金属元素，但硅单质能导电　②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品　③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维　④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②　　B．②③

C．①④　　　D．③④

光导纤维、沙子的主要成分均是SiO2。

4．氮化硅（Si3N4）是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮气在1300℃时反应获得。

（1）根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是______（填序号）。

A．制汽轮机叶片B．制有色玻璃

C．制永久性模具D．制陶瓷发动机

（2）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。

该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式：

___________________

_________________________________________________________。

（3）现用SiCl4和N2（在H2气氛下），加强热发生反应，可获得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为________________________

由Si3N4的硬度大、熔点高、化学性质稳定，可知Si3N4的用途符合A项、C项、D项。

（1）ACD　

（2）Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑（或Si3N4＋16HF===3SiF4↑＋4NH4F）

（3）3SiCl4＋2N2＋6H2

Si3N4＋12HCl

【速记卡片】　无机非金属材料的分类

无机非金属材料

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

（1）（2017·

高考江苏卷，3C）因为SiO2硬度大，所以可用于制造光导纤维（　　）

（2）（2017·

高考天津卷，3A改编）硅太阳能电池工作时，光能转化成电能与氧化还原反应无关（　　）

（3）（2016·

高考海南卷）石英砂可用于生产单晶硅（　　）

（4）（2016·

高考浙江卷，7B）Ge（32号元素）的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池（　　）

（5）（2016·

高考全国卷Ⅲ，7D）因为HF与SiO2反应，所以可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记（　　）

（6）（2015·

高考重庆卷，1C）烧结黏土制陶瓷涉及化学反应（　　）

（7）（2015·

高考重庆卷，2B）P的非金属性强于Si，H3PO4比H2SiO3的酸性强（　　）

（8）（2015·

高考全国卷Ⅱ，7A）硅胶可用作食品干燥剂（　　）

（9）（2015·

高考海南卷）可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液（　　）

（10）（高考海南卷）Si和SiO2都用于制造光导纤维（　　）

（11）（高考福建卷，9②改编）SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应（　　）

（12）（高考江苏卷，8C改编）SiO2、NaOH、HF三者两两均能反应（　　）

（1）×

（2）√　（3）√　（4）√　（5）√　（6）√　（7）√　（8）√　（9）×

　（10）×

　（11）×

　（12）√

2．（2015·

高考海南卷）单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：

（1）能与X发生化学反应的酸是________；

由X制备Mg2Z的化学方程式为____________________________________________。

（2）由Mg2Z生成Y的化学反应方程式为____________，Y分子的电子式为_______________________________________。

（3）Z、X中共价键的类型分别是__________________。

Z为半导体单质，则Z是Si元素；

其氧化物为二氧化硅，SiO2可与氢氟酸反应；

根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的化学式是SiH4，加热分解可得到Si单质。

其余问题可解。

（1）氢氟酸　SiO2＋2Mg

O2↑＋Mg2Si

（2）Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑　

（3）非极性键，极性键

3．（2017·

高考全国卷Ⅱ）水泥是重要的建筑材料。

水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。

实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：

回答下列问题：

（1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。

加入硝酸的目的是________，还可使用________代替硝酸。

（2）沉淀A的主要成分是______，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为________________。

（3）加氨水过程中加热的目的是________。

沉淀B的主要成分为________________、_______________________________（写化学式）。

（4）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后，用KMnO4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为MnO

＋H＋＋H2C2O4→Mn2＋＋CO2＋H2O。

实验中称取0.400g水泥样品，滴定时消耗了0.0500mol·

L－1的KMnO4溶液36.00mL，则该水泥样品中钙的质量分数为________________。

（1）Fe3＋容易在pH较小时转换为沉淀，所以需要将Fe2＋氧化为Fe3＋。

双氧水可以将Fe2＋氧化为Fe3＋且不会引入杂质。

（2）二氧化硅不溶于一般酸溶液，所以沉淀A是二氧化硅。

（3）加热可以促进Fe3＋、Al3＋水解转换为Fe（OH）3、Al（OH）3。

在pH＝4～5时Ca2＋、Mg2＋不沉淀，Fe3＋、Al3＋沉淀，所以沉淀B为Fe（OH）3、Al（OH）3。

（4）5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4

n（KMnO4）＝0.0500mol/L×

36.00×

10－3mL＝1.80×

10－3mol

n（Ca2＋）＝4.50×

水泥中钙的质量分数为4.50×

10－3mol×

40.0g/mol/0.400g×

100%＝45.0%。

（1）将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋　双氧水（H2O2）

（2）SiO2　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

（3）防止胶体生成，易沉淀分离　Fe（OH）3

Al（OH）3　（4）5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4

100%＝45.0%