全国通用19版高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第1节碳硅及其化合物学案.docx

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全国通用19版高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第1节碳硅及其化合物学案

第一节 碳、硅及其化合物

考纲定位

全国卷5年考情

1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.了解常见的无机非金属材料。

4.了解碳、硅及其重要化合物的制备方法。

2017年:

Ⅱ卷T13(B)、T26

(2);Ⅲ卷T11(C)、T27

(2)

2016年:

Ⅱ卷T7;Ⅲ卷T7(D)

2015年:

Ⅰ卷T26;Ⅱ卷T7(A)、T13(D)

2014年:

Ⅰ卷T8(A、C)、T13(D);Ⅱ卷T7(A、D)、T9(B)、T10(C)

2013年:

Ⅰ卷T7(D);Ⅱ卷T9(B)、T10(C)

考点1|碳、硅及其氧化物

(对应学生用书第62页)

[考纲知识整合]

1.碳、硅单质的存在形式

存在形式

既有游离态,又有化合态

因有亲氧性,所以仅有化合态

单质

金刚石、石墨、C60等同素异形体

晶体硅和无定形硅两大类

2.碳、硅单质的结构、物理性质与用途

(1)碳、硅单质的结构

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。

(2)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来):

【提示】 ①—c ②—a ③—e ④—b ⑤—d

3.碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)

(1)碳的化学性质

(2)硅的化学性质

①与氢氟酸反应:

Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。

②与NaOH溶液反应:

Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。

③与O2反应:

Si+O2

SiO2。

4.工业制备纯硅(写出有关化学方程式)

提醒:

(1)自然界中没有游离态硅,工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅。

 

(2)Si的还原性强于C,但C能还原SiO2生成Si,且氧化产物为CO:

2C+SiO2

Si+2CO↑,其原因是产物CO为气体,它的放出降低了生成物浓度,促使反应向正反应方向进行。

且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。

5.碳、硅的氧化物

(1)一氧化碳的性质及应用

①物理性质:

无色无味的气体,难溶于水,能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合,因缺氧而中毒。

②化学性质及应用(写出有关化学方程式)

a.可燃性:

2CO+O2

2CO2,可作燃料。

b.还原性:

CO还原Fe2O3的反应为3CO+Fe2O3

2Fe+3CO2,可用于冶炼金属。

(2)CO2与SiO2性质的比较

①共性

均属于酸性氧化物,均能与碱、金属氧化物反应,写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式:

CO2+2OH-===CO

+H2O、SiO2+2OH-===SiO

+H2O;二者与CaO反应的化学方程式:

CO2+CaO===CaCO3、SiO2+CaO

CaSiO3。

②差异性

a.SiO2与氢氟酸反应的化学方程式:

SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。

b.SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应——工业制玻璃

SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑;

SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑。

c.CO2与H2O反应的化学方程式:

CO2+H2O

H2CO3。

d.SiO2为高硬度、高熔沸点的固体,不溶于水,而CO2为低熔沸点的气体,可溶于水。

(3)SiO2与CO2的用途

①CO2:

制饮料、碳酸盐,干冰用作制冷剂,作灭火剂,干冰用于人工降雨。

②SiO2:

光导纤维、制光学仪器、电子部件,水晶可制作饰品。

(4)CO2的制法

用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式:

CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O。

提醒:

(1)CO2与水反应生成碳酸,但SiO2不溶于水,不能用SiO2与水反应制备硅酸。

 

(2)SiO2既能与HF反应,又能与NaOH溶液反应,但SiO2不是两性氧化物。

 (3)不能利用大理石与稀H2SO4反应制CO2,因为CaCO3与H2SO4反应生成的CaSO4微溶,覆盖在CaCO3的表面,阻止反应的继续进行。

[高考命题点突破]

命题点1 碳及其氧化物的主要性质及其探究

1.下列说法正确的是________(填序号)。

(1)(2017·全国Ⅲ卷)燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放

(2)(2016·全国Ⅱ卷)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一

(3)(2016·四川高考)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水,石灰水变浑浊,说明该溶液中一定含有CO

(4)(2016·四川高考)标准状况下,5.6LCO2气体中含有氧原子数为0.5NA

(5)(2016·海南高考)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在CO

(6)(2014·全国Ⅱ卷)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体

(7)(2015·江苏高考)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体

(8)(2013·江苏高考)甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有转化关系:

丙,若甲为焦炭,则丁可能是O2

(9)(2017·全国Ⅲ卷)含石墨烯的电极中石墨烯作用主要是提高电极的导电性

【答案】 

(2)(4)(8)(9)

2.甲气体可发生如下变化:

甲气体

乙气体

丙气体

乙气体

丁固体。

则甲、乙、丙、丁分别为(  )

【导学号:

97500063】

A.CO2、CO、O2、CaO

B.O2、CO、CO2、CaCO3

C.O2、CO2、CO、CaCO3

D.CO、CO2、O2、Ca(OH)2

C [根据实验过程中的现象可依次确定丁为CaCO3,乙为CO2,丙为CO,甲为O2。

]

3.(2018·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳,某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置:

根据装置回答问题:

(1)A装置的作用是________________________________________________。

(2)实验后通过________处理尾气,发生反应的化学方程式为________________________________________________________________。

(3)若实验时观察到________________________________________________

________________________________________________________________,

则证明原气体中一定含有一氧化碳。

【解析】 

(1)除去混合气体中的CO2时,可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中,故A装置的作用是吸收CO2,以排除对下面实验的干扰。

(2)CO有毒,故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。

(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色,故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。

【答案】 

(1)吸收CO2

(2)点燃 2CO+O2

2CO2

(3)B中无明显现象,装置C中黑色粉末变成光亮的红色,D中澄清石灰水变浑浊

各装置的作用是:

A——除去混合气体中的CO2气体

B——检验混合气体中CO2是否除尽

C——CO还原CuO:

CO+CuO

Cu+CO2

D——验证CO的氧化产物CO2

E——除去尾气中的CO2气体

F——除去尾气中的CO气体,防止污染环境

确定混合气体中含有CO气体的实验现象是:

C中的物质由黑色变成光亮的红色,B中无明显现象,D中的澄清石灰水变浑浊。

 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

命题点2 硅及其氧化物的主要性质及应用

4.下列说法正确的是________(填序号)。

(1)(2016·全国Ⅲ卷)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记

(2)(2016·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现:

SiO2

SiCl4

Si

(3)Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO

均能一步转化

(4)(2016·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅

(5)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质

(6)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维,光导纤维能导电

(7)(2015·安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物

(8)(2014·海南高考)Si和SiO2都用于制造光导纤维

(9)(2013·广东高考)SiO2可与HF反应,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中

(10)存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞,不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3

【答案】 

(1)(5)(9)(10)

5.(2018·临沂模拟)据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。

下列关于二氧化硅的说法正确的是(  )

A.二氧化硅溶于水生成硅酸,所以二氧化硅属于酸性氧化物

B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸

C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳

酸强

D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐

B [A项,SiO2与H2O不反应;C项,H2SiO3酸性比H2CO3弱;D项,沙子的主要成分为SiO2。

]

1一般情况下,碱性氧化物与酸反应,酸性氧化物与碱反应,不与酸反应,但SiO2是酸性氧化物,却能与氢氟酸反应:

SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸,可以用氢氟酸刻蚀玻璃。

2一般情况下,酸性氧化物与水反应能生成相应的酸,如CO2+H2OH2CO3,但SiO2不溶于水,不与水反应。

3一般情况下,因为碳酸的酸性比硅酸强,可发生反应,如Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。

而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应:

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑原理是:

难挥发性物质制备易挥发性物质。

命题点3 CO2与碱反应的产物判断

6.往100mLNaOH溶液中通入CO2,充分反应后,在减压和较低温度下,小心将溶液蒸干,得白色固体M。

通入CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况下,下同)与M的质量W/g的关系如图。

【导学号:

97500064】

(1)A点时,白色固体M的化学式为________,通入CO2的体积为________mL。

(2)C点时,白色固体M的化学式为________,通入CO2的体积为________mL。

(3)推算B点时M的组成________(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为________mL。

【解析】 首先NaOH转化为Na2CO3,继续通CO2又转化为NaHCO3,结合图形得出:

A点M为Na2CO3,V(CO2)=1120mL;C点M为NaHCO3,V(CO2)=2240mL;B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物,由守恒法求出V(CO2)=1792mL。

【答案】 

(1)Na2CO3 1120 

(2)NaHCO3 2240

(3)Na2CO3和NaHCO3 1792

当n(OH-)∶n(CO2)的值不同时产物如下:

7.硅单质及其化合物应用范围很广。

请回答下列问题:

(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。

三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:

高纯硅

①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:

_____________________

________________________________________________________________。

②整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式:

______________________

________________________________________________________________;

H2还原SiHCl3过程中若混有O2,可能引起的后果是______________________

________________________________________________________________。

(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时,从资料查阅到下列信息:

Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应;

Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4;

Ⅲ.SiH4在空气中自燃

他们根据信息进行实验,当用足量稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得的固体产物时,发现有爆鸣声和火花;然后过滤、洗涤、干燥;最后称量、计算,测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是_______________________________

________________________________________________________________。

②用稀H2SO4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时,产生爆鸣声和火花的原因是_________________________________________________________________

________________________________________________________________。

【解析】 在SiHCl3中,把硅考虑为+4价,则氢为-1价,氯为-1价,SiHCl3水解时,-1价氢还原水中+1价的氢,生成氢气。

【答案】 

(1)①SiHCl3+H2

Si+3HCl

②SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+H2↑+3HCl 高温下,H2遇O2发生爆炸

(2)①2Mg+SiO2

2MgO+Si、2Mg+Si

Mg2Si

②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃,即发生反应Mg2Si+2H2SO4===2MgSO4+SiH4↑,SiH4+2O2===SiO2+2H2O

考点2|硅酸及其盐和无机非金属材料

[考纲知识整合]

1.硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)

提醒:

硅胶制备

硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为硅胶。

2.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。

(1)硅酸钠

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与酸性较硅酸强的酸反应

a.与盐酸反应的化学方程式:

Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓。

b.与少量SO2的水溶液反应的离子方程式:

SiO

+SO2+H2O===H2SiO3↓+SO

③用途:

黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。

(2)硅酸盐的组成

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,长石(K2Al2Si6O16)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

提醒:

(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

 

(2)硅酸盐大多难溶于水,常见可溶性硅酸盐是硅酸钠,其水溶液称为泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液。

硅胶(mSiO2·nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。

3.无机非金属材料

(1)传统无机非金属材料

水泥

玻璃

陶瓷

生产原料

黏土、石灰石

纯碱、石灰石、石英

黏土

主要设备

水泥回转窑

玻璃窑

陶瓷窑

生产条件

高温

(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。

(3)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。

提醒:

玻璃生产中的两个重要反应:

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑;

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑。

[高考命题点突破]

命题点1 硅酸及其盐和无机非金属材料

1.下列说法正确的是________(填序号)。

(1)(2016·全国Ⅲ卷)HF与SiO2反应实际应用是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记

(2)(2015·全国Ⅱ卷)硅胶可用作食品干燥剂

(3)(2014·全国Ⅰ卷)如图:

①中为浓硝酸,②中为Na2CO3,③中为Na2SiO3溶液,可证明酸性:

硝酸>碳酸>硅酸

(4)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料

(5)陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐

(6)(2016·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化

(7)(2016·四川高考)pH=2的溶液中可能大量存在Na+、NH

、SiO

(8)(2016·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式:

Na2SiO3+

2H+===H2SiO3↓+2Na+

(9)(2015·山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式:

SiO

+SO2+H2O===H2SiO3↓+SO

(10)(2015·重庆高考)烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应

【答案】 

(1)

(2)(6)

2.青石棉是一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一,其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。

青石棉用稀HNO3溶液处理时,还原产物只有NO,下列说法不正确的是(  )

A.青石棉是一种硅酸盐材料

B.青石棉中含有一定量的石英晶体

C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

D.1mol青石棉能使1molHNO3被还原

B [青石棉是一种硅酸盐,Si元素以盐的形式存在,不含有SiO2晶体。

]

1氧化物的一般书写顺序:

活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水。

2氧化物前计量数的配置原则:

除氧元素外,其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数,且不同氧化物间以“·”隔开。

3当计量数配置出现分数时一般应化为整数。

如正长石KAlSi3O8:

Al2O3·3SiO2,写成K2O·Al2O3·6SiO2,但原子个数比不变。

命题点2 硅及其化合物的转化关系及应用

3.SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质。

下列说法正确的是(  )

A.图中所有反应都不属于氧化还原反应

B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维

C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙

D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的,其熔点很高

C [图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3反应不属于氧化还原反应,SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应,A错误;光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐,B错误;玻璃没有固定的熔点,D错误。

]

4.已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。

根据如图所示的物质之间的转化关系,回答下列有关问题。

(1)写出B、C两物质的名称:

B________、C________。

(2)写出D→B的化学方程式:

_______________________________________

________________________________________________________________。

(3)写出B→C的离子方程式:

_______________________________________

________________________________________________________________。

(4)(2017·全国Ⅱ卷)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为______________________________________________________________

________________________________________________________________。

【解析】 由题意知:

A为Si,B为Na2SiO3,C为H2SiO3,D为SiO2。

【答案】 

(1)硅酸钠 硅酸 

(2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O (3)SiO

+H2O+CO2===CO

+H2SiO3↓

(4)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O

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