通用版版高考化学微一轮复习第12讲碳硅及其化合物学案Word文档格式.docx
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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%