高考化学专题 39 碳族方面习题的解题方法与技巧.docx

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高考化学专题39碳族方面习题的解题方法与技巧

专题3.9碳族

考试方向

随着新能源，新材料，新工艺的发展应用，硅及其化合物的性质和应用有逐渐增多的趋势。

高考将对硅及其化合物的性质和有关实验进行重点考查，以选择题为基础题型，以化工综合应用题为提高题型，将有多种考查方式出现。

常见考查方式：

关于硅单质及其化合物的实验探究；有关硅单质及其化合物的物质推断；硅的单质和化合物的综合利用及有关工艺流程。

内容要点

一、硅及其化合物：

注意

1、不要混淆二氧化硅和硅的用途：

用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。

2、水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。

方法技巧：

1、三种“反常”

（1）还原性强弱规律反常：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑，该反应中C作还原剂，SiO2中硅原子得电子，而失电子的能力Si＞C。

这反常情况可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，能及时离开反应体系降低了生成物的浓度，促使反应向正反应方向进行。

（2）强酸制弱酸规律反常：

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑。

一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，溶液中可发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。

而上述反应之所以能进行，是因为该反应是在高温干态条件下进行的，可从化学平衡角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO2气体，因CO2生成后离开反应体系，使反应向右进行到底。

（3）氧化物的反应规律反常：

一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（SiF4不属于盐）。

2、五种溶液：

通入过量CO2后溶液仍浑浊，符合条件的五种溶液是：

①Na2SiO3溶液；②NaAlO2溶液；③苯酚钠溶液；④饱和的Na2CO3溶液；⑤饱和NaCl的氨溶液（侯氏制碱原理）。

3、八个反应：

常见非金属置换出非金属的反应：

2H2＋SiCl4

Si＋4HCl、C＋H2O（g）

CO＋H2、2C＋SiO2

Si＋2CO↑、O2＋2H2S

2S↓＋2H2O、2F2＋2H2O===4HF＋O2、Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。

内容要点

二、碳、硅的氧化物

1、一氧化碳：

（1）物理性质：

无色气体，有毒，难溶于水。

（2）化学性质：

①燃烧：

CO燃烧产生淡蓝色火焰，2CO＋O2

2CO2。

②还原CuO：

Cu＋CO

Cu＋CO2（冶炼金属）。

2、二氧化硅和二氧化碳：

物质

二氧化硅

二氧化碳

结构

空间立体网状结构，不存在单个分子

存在单个CO2分子，其结构为直线型

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与碱液反应（NaOH）

SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞）

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＋H2O＋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

⑥与碳反应

SiO2＋2C

Si＋2CO↑

CO2＋C

2CO

注意

玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。

方法技巧：

1、熟记可用CO2制取的弱酸：

碳酸酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸（氢）盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。

如：

CO2—

。

有关反应的方程式为：

CO2＋Na2SiO3＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓、（或CO2＋Na2SiO3＋2H2O＝H4SiO4↓＋Na2CO3）、CO2＋Ca（ClO）2＋H2O＝CaCO3↓＋2HclO、CO2（过量）＋NaAlO2＋2H2O＝Al（OH）3↓＋NaHCO3、CO2（少量）＋2NaAlO2＋3H2O＝2Al（OH）3↓＋Na2CO3。

2、反应顺序的判断：

当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：

先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。

如将CO2通入KOH、Ba（OH）2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba（OH）2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba（OH）2反应。

3、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：

内容要点

三、硅酸盐及其无机非金属材料

1、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。

硅酸盐的表示方法：

硅酸盐的种类很多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：

（1）盐化学式法：

如：

硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO3等。

此法一般用于表示组成较简单的硅酸盐。

（2）氧化物法：

如黏土：

Al2O3·2SiO2·2H2O；石棉：

CaO·2MgO·4SiO2。

2、无机非金属材料分类

。

方法技巧：

硅酸盐改写成氧化物形式的方法技巧：

（1）氧化物的顺序：

活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

（2）氧化物前系数配置原则：

除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。

注意事项：

①氧化物之间以“·”隔开；

②系数配置出现分数应化为整数。

如：

黏土：

Al2O3·2SiO2·2H2O；石棉：

CaO·2MgO·4SiO2；云母：

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；滑石：

3MgO·4SiO2·H2O；钾长石：

K2O·Al2O3·6SiO2。

经典题例析

【例1】从化学角度分析，下列叙述不正确的是

A．利用太阳能蒸馏海水是海水淡化的方法之一

B．研制乙醇汽油技术，可降低机动车辆尾气中有害气体的排放

C．光缆在信息产业中有广泛应用，制造光缆的主要材料是单质硅

D．绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工农业生产等对环境的污染

【答案】C

【考点定位】本题主要是考查海水淡化、乙醇汽油、硅及其化合物、绿色化学等

【名师点晴】物质的性质不仅取决于物质的组成，还取决于物质的结构，Si与C都处于ⅣA族且二者相邻，性质相似，但其氧化物的某些性质相差很大。

其原因是CO2为独立的小分子，分子之间的作用很小；而SiO2中不存在这样的单个分子，是靠共价键形成的空间立体网状结构，其硬度很大，熔沸点很高。

【例2】【2015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。

【答案】

（1）氢氟酸；SiO2+4Mg

2MgO+Mg2Si；

（2）Mg2Si+4HCl=2MgCl2+SiH4↑；

；（3）非极性（共价键）、极性（共价键）

【解析】Z为半导体单质，则Z是Si元素；Si可与氢氟酸反应；其氧化物为二氧化硅，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的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。

其余问题可解。

【考点定位】考查以Si为载体的物质的转化的判断。

【名师点睛】将硅及其化合物的性质与化学键的判断、电子式的书写和化学方程式的书写放在一起考查了学生对硅及其化合物的性质掌握的熟练程度，考查学生的阅读材料接收信息的能力、推理能力、规范书写化学用语的能力。

注意把握硅及其化合物的特殊性，灵活运用题给信息是解题的关键。

跟踪训练

1．【2015新课标Ⅱ卷】食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好。

下列说法错误的是（）

A．硅胶可用作食品干燥剂

B．P2O5不可用作食品干燥剂

C．六水合氯化钙可用作食品干燥剂

D．加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂

【答案】C

【考点定位】考查硅胶、P2O5、氯化钙、新型植物纤维等食品干燥剂中的应用

【名师点晴】本题从知识上考查了常见干燥剂在生活中的应用，考查了学生对知识理解、综合运用能力，对生活中的化学知识的运用情况，熟悉常见干燥剂的性质是答题的关键。

这道高考题为一道中下档题，难度偏低。

2．下列说法中不正确的是（）

A．在燃煤中加入石灰石可减少SO2排放，发生的反应为2CaCO3+2SO2+O2

2CO2+2CaSO4

B．C02通入水玻璃可以得到硅酸沉淀

C．硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中

D．氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸

【答案】C

【解析】

试题分析：

A.SO2能发生反应2CaCO3+2SO2+O2

2CO2+2CaSO4，所以常在燃煤中加入石灰石减少SO2排放，A正确；B.根据“强酸制弱酸”，CO2+Na2SiO3+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓,B正确；C.硅主要以硅酸盐的形式存在于自然界中，C错误；D.氢氟酸能跟玻璃中的SiO2反应，不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸，D正确；答案选C。

考点：

考查常见物质的性质和用途。

3．将足量的CO2不断通入KOH、Ba（OH）2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。

下列关于整个反应过程中的叙述错误的是（　　）

A．Oa段反应的化学方程式是Ba（OH）2＋CO2=BaCO3↓＋H2O

B．bc段与cd段所消耗CO2的体积相同

C．bc段反应的离子方程式是2AlO2-＋3H2O＋CO2=2Al（OH）3↓＋CO32-

D．de段沉淀减少是由于BaCO3固体的消失

【答案】B

【考点定位】考查混合溶液中物质发生反应与反应的现象及物质的量关系的应用的知识。

【名师点睛】向含有多种成分的混合物中通入或加入某一种物质时，物质发生反应有先后，有时加入的物质的物质的量多少不同，反应现象不同，要掌握物质的化学性质、物理性质及物质的量对反应的影响，然后相应的实验现象作出合理的分析与判断。

常见的与物质的量有关的反应如CO2与Ca（OH）2溶液的反应、HCl与Na2CO3溶液的反应、AlCl3与NaOH溶液的反应、AgNO3溶液与氨水的反应、Zn与浓硫酸的反应、Cl2与FeBr2溶液的反应、Cu与浓硝酸的反应