高考化学一轮复习碳硅及其化合物辅导讲义.docx

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高考化学一轮复习碳硅及其化合物辅导讲义

授课主题

碳、硅及其化合物

教学目的

1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

重、难点

二氧化硅性质

教学内容

1、课程导入

2、本节知识点讲解

考点一　碳、硅单质及氧化物

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——还原性

碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性（如图）。

（1）碳的还原性

碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼（如铜）、制取粗硅、生产水煤气等，完成上图转化关系中①～④的化学方程式。

①CO2＋C2CO；

②SiO2＋2CSi＋2CO↑；

③C＋H2O（g）CO＋H2；

④2CuO＋C2Cu＋CO2↑。

碳的还原性还表现为可将强氧化性的浓硫酸、浓硝酸分别还原为SO2和NO2，本身被氧化为CO2。

（2）硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气（F2）、氢氟酸（HF）、强碱反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。

完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。

⑥Si＋2Cl2SiCl4；

⑦Si＋2F2===SiF4；

⑧Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

3.二氧化硅和二氧化碳的比较

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

与水反应

不反应

CO2＋H2OH2CO3

与酸反应

只与氢氟酸反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

不反应

与碱（NaOH）

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

与盐反应

如与Na2CO3反应：

SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑

如与Na2SiO3反应：

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

与碱性氧化物反应

如与CaO反应：

SiO2＋CaOCaSiO3

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

例题解析

1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）12C、13C、14C是碳的三种同素异形体（）

（2）硅在自然界中只以化合态的形式存在（）

（3）晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料（）

（4）Si和SiO2都可用于制造光导纤维（）

（5）非金属性：

C＞Si，则热稳定性：

CH4＞SiH4（）

（6）SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱（NaOH），不溶于任何酸（）

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（HCl）：

___________________________________________________________。

4.写出除去下列固体粉末中混有杂质（括号内为杂质）可采取的方法，写出有关反应的方程式。

（1）CaCO3（SiO2）___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）SiO2（CaCO3）___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）SiO2（NH4Cl）___________________________________________________________

________________________________________________________________________。

巩固练习

题组一　碳及氧化物的性质及应用

1.近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是（　　）

石墨烯：

从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料

石墨炔：

平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性

纳米碳管：

具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料

A.石墨烯具有良好的导电性

B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体

C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜

D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同

2.下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是（　　）

A.过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”

B.一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合

C.金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大

D.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应

题组二　硅和二氧化硅的特性

3.硅及其化合物的应用范围很广。

下列说法正确的是（　　）

A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

C.反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂

D.硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应

4.由下列实验事实得出的结论正确的是（　　）

A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐

B.由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅

C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3

D.SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物

5.二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的判断，其中正确的是（　　）

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2CSi＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

⑤SiO2＋3CSiC＋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的酸酐的道理

e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应

A.aceB.bdeC.cdeD.ab

熟记硅及其化合物的特殊性质

（1）硅单质的特殊性

①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：

SiO2＋2CSi＋2CO↑；

②非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；

③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

①SiO2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反应，但SiO2能跟HF反应：

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溶液中通入少量CO2能发生下列反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能发生。

题组三　硅的制取方法

6.从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：

①SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑

②Si（粗）＋2Cl2SiCl4

③SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl

关于上述反应的叙述不正确的是（　　）

A.①③是置换反应，②是化合反应

B.高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅

C.任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子

D.高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅

在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点有：

（1）高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：

SiO2＋2CSi（粗）＋2CO↑

（2）粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

Si＋3HClSiHCl3＋H2

（3）粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：

Si（粗）＋2Cl2SiCl4

（4）SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiHCl3＋H2Si（纯）＋3HCl

（5）SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：

SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl

（6）SiO2＋2Mg2MgO＋Si

（7）SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：

SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑　SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl

（8）SiH4在空气中易自燃：

SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O

本节知识点讲解

考点二　硅酸盐及无机非金属材料

1.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：

H2SiO3SiO2＋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。

2.无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

①常见硅酸盐材料比较

水泥

玻璃

陶瓷

生产原料

石灰石、黏土

纯碱、石灰石、石英

黏土

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

陶瓷窑

②玻璃生产中的两个重要反应：

Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

（2）新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

深度思考

1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

（1）玻璃是一种晶体，有较高的熔点（　　）

（2）水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱（　　）

（3）传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料（　　）

（4）光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料（　　）

（5）高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点（　　）

（6）普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品（　　）

题组一　无机非金属材料的组成性质及应用

1.下列关于硅材料的说法不正确的是（　　）

要练说，得练听。

听是说的前提，听得准确，才有条件正确模仿，才能不断地掌握高一级水平的语言。

我在教学中，注意听说结合，训练幼儿听的能力，课堂上，我特别重视教师的语言，我对幼儿说话，注意声音清楚，高低起伏，抑扬有致，富有吸引力，这样能引起幼儿的注意。

当我发现有的幼儿不专心听别人发言时，就随时表扬那些静听的幼儿，或是让他重复别人说过的内容，抓住教育时机，要求他们专心听，用心记。

平时我还通过各种趣味活动，培养幼儿边听边记，边听边想，边听边说的能力，如听词对词，听词句说意思，听句子辩正误，听故事讲述故事，听谜语猜谜底，听智力故事，动脑筋，出主意，听儿歌上句，接儿歌下句等，这样幼儿学得生动活泼，轻松愉快，既训练了听的能力，强化了记忆，又发展了思维，为说打下了基础。

A.钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同

B.制普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂

C.陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

D.水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂

2.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（　　）

A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4

B.碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2

D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2

3.化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4。

下列有关说法正确的是（　　）

A.原硅酸钠（Na4SiO4）能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质

B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品

C.2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl说明Cl的非金属性强于Si

D.半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅

题组二　复杂硅酸盐的成分及性质

4.和田玉在我国至少有7000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。

和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2（Si4O11）2（OH）2，下列有关叙述正确的是（　　）

A.其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2O

B.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀

C.其中铁元素的化合价为＋3

D.其中铁元素的化合价为＋2

5.（2019·新疆伊犁质检）寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是（　　）

A.寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触

B.寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物

C.潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质

D.久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质

6.硅与铝同周期。

SiO2是硅酸盐玻璃（Na2CaSi6O14）的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。

盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为__________________________________________________

________________________________________________________________________。

长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。

由钠长石的化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为__________________________________________________。

硅酸盐改写成氧化物形式的方法

（1）氧化物的书写顺序：

活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。

（2）各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。

（3）当计量数配置出现分数时应化为整数。

如正长石：

KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。

三、当堂检测

1.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不正确的是（　　）

A.Oa段反应的化学方程式是Ba（OH）2＋CO2===BaCO3↓＋H2O

B.ab段与cd段所发生的反应相同

C.de段沉淀减少是由于BaCO3固体的消失

D.bc段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al（OH）3↓＋CO

2.水玻璃（Na2SiO3溶液）广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。

如图是用稻壳灰（SiO2：

65%～70%、C：

30%～35%）制取水玻璃的工艺流程：

下列说法正确的是（　　）

A.原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值

B.操作A与操作B完全相同

C.该流程中硅元素的化合价发生改变

D.反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

3.综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。

（1）Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。

如果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是________（填字母）。

A.可在碱性氧化物中寻找

B.可在ⅠA、ⅡA族元素形成的氧化物中寻找

C.可在具有强氧化性的物质中寻找

（2）Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500℃，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式：

______________________________________________________________

________________________________________________________________________；

该反应为________（填“吸”或“放”）热反应，原因是_________________________

________________________________________________________________________。

（3）CO和铁粉在一定条件下可以合成五羰基合铁[Fe（CO）5]，该物质可用作无铅汽油的防爆剂，是一种浅黄色液体，熔点－20.5℃，沸点103℃，易溶于苯等有机溶剂，不溶于水，密度1.46～1.52g·cm－3，有毒，光照时生成Fe2（CO）9，60℃发生自燃，五羰基合铁的制备原理如下：

Fe（s）＋5CO（g）Fe（CO）5（g）

①下列说法正确的是________（填字母）。

A.利用上述反应原理可制备高纯铁

与当今“教师”一称最接近的“老师”概念，最早也要追溯至宋元时期。

金代元好问《示侄孙伯安》诗云：

“伯安入小学，颖悟非凡貌，属句有夙性，说字惊老师。

”于是看，宋元时期小学教师被称为“老师”有案可稽。

清代称主考官也为“老师”，而一般学堂里的先生则称为“教师”或“教习”。

可见，“教师”一说是比较晚的事了。

如今体会，“教师”的含义比之“老师”一说，具有资历和学识程度上较低一些的差别。

辛亥革命后，教师与其他官员一样依法令任命，故又称“教师”为“教员”。

B.制备Fe（CO）5应在隔绝空气的条件下进行

C.反应Fe（s）＋5CO（g）Fe（CO）5（g）的平衡常数表达式为

D.Fe（CO）5应密封、阴凉、避光并加少量蒸馏水液封贮存

②五羰基合铁能与氢氧化钠溶液反应生成Na2Fe（CO）4和另两种常见无机物，该反应的化学方程式为___________________________________________________________________。

（4）如图所示，利用缺铁氧化物（如Fe0.9O）可实现CO2的综合利用、构建低碳环保社会

①过程Ⅰ反应中二氧化碳做________（填“氧化”或“还原”）剂，每生成3mol的Fe3O4可转化CO2的体积为__________________________（标准状况）。

②请说明该转化的优点_____________________________________________________。

唐宋或更早之前，针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目，其相应传授者称为“博士”，这与当今“博士”含义已经相去甚远。

而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者，又称“讲师”。

“教授”和“助教”均原为学官称谓。

前者始于宋，乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者；而后者则于西晋武帝时代即已设立了，主要协助国子、博士培养生徒。

“助教”在古代不仅要作入流的学问，其教书育人的职责也十分明晰。

唐代国子学、太学等所设之“助教”一席，也是当朝打眼的学官。

至明清两代，只设国子监（国子学）一科的“助教”，其身价不谓显赫，也称得上朝廷要员。

至此，无论是“博士”“讲师”，还是“教授”“助教”，其今日教师应具有的基本概念都具有了。

4.晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：

单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。

让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。

这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。

Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；

Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

Si＋3HClSiHCl3＋H2；

Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1100℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题：

（1）第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为_______________________________________

________________________________________________________________________。

（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0℃）中含有少量SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点84.7℃），提纯SiHCl3采用的方法为__________。

（3）用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图（热源及夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_____________

________________________________________________________________________。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象