高考化学大一轮复习讲义 专题4 常见的金属及其化合物.docx

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高考化学大一轮复习讲义专题4常见的金属及其化合物

第2讲　含硅物质与信息材料

[考纲要求]　1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。

考点一　碳、硅单质及其重要化合物的性质

1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途

（1）自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。

碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

（2）单质的结构、物理性质与用途比较

碳

硅

结构

金刚石：

空间网状结构石墨：

层状结构

晶体硅：

与金刚石类似的空间网状结构

物理性质

金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感

晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高

用途

金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯

晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池

2.碳、硅单质的化学性质

碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。

（2）Si

3．二氧化碳和二氧化硅的比较

物质

二氧化硅

二氧化碳

结构

立体网状结构，不存在单个分子

存在单个CO2分子

主要物理性质

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水

化学性质

①与水反应

不反应

CO2＋H2OH2CO3

②与酸反应

只与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

不反应

③与碱反应

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）

CO2少量：

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2过量：

CO2＋NaOH===NaHCO3

④与盐反应

如与Na2CO3反应：

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑

如与Na2SiO3反应：

Na2SiO3＋H2O＋CO2（不足）===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2（足量）===H2SiO3↓＋2NaHCO3

⑤与碱性氧化物反应

如与CaO反应：

SiO2＋CaO

CaSiO3

如与Na2O反应：

Na2O＋CO2===Na2CO3

用途

光导纤维、光学仪器、电子部件

制饮料、制碳酸盐

4.硅酸和硅酸钠

（1）硅酸

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊溶液变红色。

①硅酸不稳定，受热易分解：

H2SiO3

SiO2＋H2O。

②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。

③硅酸在水中易聚合形成胶体。

硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

（2）硅酸钠（Na2SiO3）

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：

与盐酸反应：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2水溶液反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

③用途：

黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。

深度思考

1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？

为什么？

答案　没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。

2．写出除去下列气体中混有的杂质（括号内为杂质）可采取的方法：

（1）CO（CO2）：

________________________________________________________________。

（2）CO2（CO）：

_________________________________________________________________。

（3）CO2（O2）：

__________________________________________________________________。

（4）CO2（SO2）：

_________________________________________________________________。

（5）CO2（HCl）：

__________________________________________________________________。

答案　

（1）通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶　

（2）通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管　（3）通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　（4）通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶　（5）通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶

3．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质）。

将所选答案的编号填入下表内相应的空格内（如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着）。

可供选择的试剂：

A.盐酸　B．氢氧化钠溶液　C．氧气

D．水　E．二氧化碳

可选用的操作：

①水洗　②加热　③高温灼烧　④过滤

⑤结晶

粉末状混合物

选择的试剂

选用的操作

（1）

CaCO3（SiO2）

（2）

NaCl（SiO2）

（3）

SiO2（Fe2O3）

（4）

SiO2（CaCO3）

（5）

SiO2（NH4Cl）

答案　

（1）B　④　

（2）D　④⑤　（3）A　④　（4）A　④　（5）②

解析　可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸（氢氟酸除外）反应；它受热不分解等性质选择。

而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。

通过一定操作，除去杂质。

除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

（3）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O

（4）CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

（5）NH4Cl

NH3↑＋HCl↑

题组一　对比掌握CO2、SiO2的结构与性质

1．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（　　）

A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐

B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸

C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物

D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的

答案　A

解析　SiO2不能与水反应，B项错；SiO2也是酸性氧化物，C项错；SiO2中不存在分子，其化学式仅代表Si、O原子个数比为1∶2。

2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。

a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是（　　）

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2C

Si＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑

⑤SiO2＋3C

SiC＋2CO↑

a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃

b．反应②中SiO2表现出氧化性

c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性

d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理

e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应

A．aceB．bdeC．cdeD．ab

答案　B

解析　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。

　熟记硅及其化合物的特殊性质

1．硅单质的特殊性

（1）Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑。

（2）非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

（3）非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

（4）非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。

2．含硅化合物的特殊性

（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。

（3）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。

（4）因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑也能发生。

题组二　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

B

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失

Na2SiO3溶液

C

通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去

Ca（ClO）2溶液

D

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

答案　B

解析　由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca（ClO）2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca（HCO3）2，再加入足量的NaOH，则：

2NaOH＋Ca（HCO3）2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。

4．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∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3

答案　B

解析　n（CO2）＝

＝0.150mol，

n（NaOH）＝0.200L×1.00mol·L－1＝0.200mol，

＝

＝

即1<

<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则

　解得

，所以

＝

。

CO2与碱反应产物的定量判断

CO2通入NaOH、Ca（OH）2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。

以CO2与NaOH溶液反应为例：

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O

CO2＋NaOH===NaHCO3

当n（OH－）∶n（CO2）的值不同时产物如下：

考点二　硅酸盐及无机非金属材料

1．硅酸盐

（1）概念：

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）表示方法：

硅酸盐矿物的成分复杂，多用