碳与氯.docx
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碳与氯
碳族元素、卤族元素
硅二氧化硅无机非金属材料
考点一 硅单质的性质、提取及应用
1．硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。
晶体硅是良好的半导体材料，在计算机等电子工业，可用作半导体芯片、大规模集成电路等。
硅是人类将太阳能转化为电能的常用材料，所以硅还用于制造光电池。
2．Si
3．硅的工业制备
工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅制得粗硅，反应的化学方程式为SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
1．下列关于硅的说法是否正确，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料（ √ ）
（2）硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料（ √ ）
（3）硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应（ × ）
（4）加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应（ √ ）
（5）硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色的，有金属光泽（ √ ）
（6）晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它提炼工艺复杂，价格昂贵（ √ ）
考点二 二氧化硅与光导纤维
二氧化碳和二氧化硅的比较
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
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＋H2OH2CO3
②与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
③与碱（NaOH）液反应
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：
Na2Si
O3＋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
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。
①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（ ）
②SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑（ ）
③SiO2＋2C
Si＋2CO↑（ ）
④SiO2＋3C
SiC＋2CO↑（ ）
⑤SiO2＋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
3．下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是________。
①碳和硅的氧化物都是酸性氧化物 ②二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成 ③二氧化硅不与水及任何酸反应 ④CO2、CH4等气体都是温室气体 ⑤CO常作还原剂，PbO2常作氧化剂 ⑥碳在高温下与SiO2反应，作还原剂，但碳的非金属性比硅强
考点三 硅酸盐与无机非金属材料
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”）使紫色石蕊试液变红色。
（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．硅酸盐
（1）概念：
由硅、氧和金属元素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，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成Na2O·SiO2，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
（3）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它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为
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。
3．无机非金属材料
（1）硅酸盐材料
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
主要成分
3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
SiO2
CaSiO3
Na2SiO3
主要性质
具有水硬性
没有固定的熔点
抗老化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型
（2）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。
4．据搜狐网站报道：
国家质检总局称，在我国销售的德国NUK牌婴儿爽身粉含有一级致癌物“滑石粉”。
已知滑石粉的化学式为Mg3（Si4O10）（OH）2，色白、滑爽、柔软、耐火。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B．滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D．滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
5．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（ ）
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接
反应生成硅酸
B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
C．SiO2的熔点比CO2的高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
6．
（1）想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起，然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质__________。
A．光导纤维B．有机陶瓷
C．人造纤维D．砖瓦
（2）下列物质中，属于新型无机非金属材料的是________。
A．钢化玻璃B．碳化硼陶瓷
C．光导纤维D．硼酸盐玻璃
（3）人造骨
是一种新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质结构，这是利用了这类材料的________特性，人造骨可以依靠从人体体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼界面产生分解、吸收、析出等反应，实现骨髓的牢固结合。
人造骨植入人体内需要吸收人体中________形成新骨。
A．Ca2＋B．Cl－C．Na＋D．PO
碳、硅及其化合物的特性
1．碳、硅元素单质及其化合物的特性
（1）一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。
（2）一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
（3）一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳
却还原出比它更强的还原剂：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑，FeO＋C
Fe＋CO↑。
（4）非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化剂又作还原剂，而Si与碱溶液反应却只作还原剂：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
（5）一般情况，较活泼金属＋酸―→盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
（6）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）。
（7）无机酸一般能溶于水，而H2SiO3及H4SiO4却难溶于水。
（8）H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑也能发生（CO2离开反应体系）。
（9）一般情况，非常活泼的金属（Na、K等）才能够置换出水中的氢，但C＋H2O（g）
CO＋H2。
（10）一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。
2．硅与铝的相似性及区别
（1）与强碱溶液反应时相似
①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。
②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3[Al（OH）3]均与NaOH溶液反应生成盐和水。
③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色沉淀。
（2）区别
①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其他酸反应。
②Al2O3、Al（OH）3属两性化合物。
③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。
【例1】下列叙述正确的是（ ）
A．因为Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物
D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
【例2】下列关于二氧化硅的说法是否正确？
解释其理由。
A．二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成。
B．二氧化硅又叫硅酐。
C．二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸。
D．二氧化硅为酸酐，与碱反应不与酸反应。
E．二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2，所以硅酸酸性比碳酸强。
工业制取高纯硅
高纯硅在科技进步、信息革命、新能源研究等方面起到了至关重要的作用。
在各类考试中，有关高纯硅的制取问题，一直是命题的热点。
【例3】 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：
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过程中若混入O2，可能引起的后果是
________________________________________________________________________。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是________（填字母）。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高
E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
（3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。
取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。
写出实验现象并给予解释。
【例4】 单质硅是信息产业中重要的基础材料。
通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度为450～500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。
以下是实验室制备四氯化硅的装置图：
相关信息如下：
①四氯化硅遇水极易水解
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物
③有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
－
315
－
熔点/℃
－70.0
－107.2
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162
请回答下列问题：
（1）装置A中g管的作用是
________________________________________________________________________；
装置C中的试剂是________。
（2）甲方案：
f接装置Ⅰ；乙方案：
f接装置Ⅱ。
但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。
方案
优点
缺点
甲
乙
（3）在上述
（2）的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表达：
________________________________________________________________________。
（4）SiCl4与H2反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
答案
（1）平衡压强，使液体从分液漏斗中顺利流下 浓硫酸
（2）
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗，不会堵塞导管
②冷凝产品，减少产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使四氯化硅水解
②尾气没有处理，污染环境
乙
①有尾气处理装置，注重环保
②避免空气中的水蒸气进入装置
①产品易堵塞导管
②没有冷凝装置，产品易损失
（3）在装置Ⅰ的i处接干燥管j
（4）SiCl4＋2H2
Si＋4HCl
碳族元素综合推断题的解题方法
【例5】 已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示的转化，反应中部分生成物已略去。
其中，A、G为同一主族元素的单质，B、C、H在通常情况下为气体，化合物C是一种形成酸雨的大气污染物
。
请填空：
（1）H的名称是__________。
（2）E的两种用途是__________、__________。
（3）反应③的化学方程式是
________________________________________________________________________。
（4）反应④的离子方程式是
【例6】 如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。
请回答下列问题：
（1）B的化学式是____________，目前B已被用作________的主要原料。
（2）
B和a溶液反应的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）A和a溶液反应的离子方程式是
________________________________________________________________________。
（4）C和过量的盐酸反应的离子方程式是
________________________________________________________________________。
3．（2011·山东理综，10）某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素（ ）
A．在自然界中只以化合态的形式存在
B．单质常用作半导体材料和光导纤维
C．最高价氧化物不与酸反应
D．气态氢化物比甲烷稳定
4．（2009·广东理基，22）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
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．①②B．②③
C．①④D．③④
5．（2009·重庆理综，6）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（ ）
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
6．（2009·四川理综，6）开发新材料是现代科技发展的方向之一。
下列有关材料的说法正确
的是（ ）
A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料
B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料
C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
D．单晶硅常用于制造光导纤维
7．（2011·上海综合，五，46－47）碳纳米管是近年来发展迅速的一种具有特殊结构及优异性能的纳米材料。
它是由碳原子形成的无缝、中空管体材料，主要由五边形、六边形的碳环组成，相当于石墨结构卷曲而成，结构如下。
46．写出一种与碳纳米管互为同素异形体的物质名称__________________________。
47．碳纳米管有许多独特的性质，如高机械强度和弹性，多孔结构能吸附气体分子。
因此碳纳米管可用作（ ）
①防弹衣材料 ②防火材料 ③储氢材料 ④绝缘材料
A．①②B．③④
C．①③D．②④
1．有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。
假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥的是（ ）
A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B．自然界中存在大量的单质硅
C．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制
D．自然界的硅易开采，且可再生
2．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做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中，正确的是（ ）
A．二氧化硅溶于水显酸性，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．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
3．下列表述正确的是（ ）
①人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料 ④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③B．②④C．③④⑤D．③⑤
4．对于化学方程式SiO2＋3C
SiC＋2CO↑，有关叙述正确的是（ ）
A．反应中SiO2是氧化剂，C是还原剂
B．硅元素被还原了，碳元素被氧化了
C．在反应中C既是氧化剂又是还原剂
D．在反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
5．下列离子方程式书写正确的是（ ）
A．往NaOH溶液中通入少量CO2：
CO2＋OH－===HCO
B．单质Si与氢氟酸反应：
Si＋4HF===H2↑＋SiF4↑
C．石英砂与烧碱溶液反应制水玻璃：
SiO2＋2OH－===SiO
＋H2O
D．往水玻璃中通入二氧化碳：
Na2
SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋2Na＋＋CO
6．汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。
20世纪80年代科学家进行超导材料研究时，偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡（化学式：
BaCuSi2Ox，Cu为＋2价），下列有关“汉紫”的说法中不正确的是（ ）
A．用盐的形式表示：
BaSiO3·CuSiO3
B．用氧化物形式表示：
BaO·CuO·2SiO2
C．易溶于强酸、强碱
D．性质稳定，不易褪色
7．下列说法不正确的是（ ）
①将CO2通入溶有足量氨的BaCl2溶液中，无白色沉淀生成 ②将盐酸、KSCN溶液和Fe（NO3）2溶液三种溶液混合，混合溶液显红色 ③向某溶液中滴入盐酸酸化的BaCl2溶液产生白色沉淀，证明溶液中一定含有SO
④将两小块质量相等的金属钠，一块直接投入水中，另一块用铝箔包住，在铝箔上刺些小孔，然后按入水中，两者放出的氢气质量相等
A．只有②B．①②③C．①③④
D．①②③④
8．（2010·福建理综，9）下列各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是（ ）
选项
X
Y
Z
A
Na
NaOH
NaHCO3
B
Cu
CuSO4
Cu（OH）2
C
C
CO
CO2
D
Si
SiO2
H2SiO3
9．（2010·江苏，4）下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是（ ）
A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料
B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂
C．盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性
D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯
10．现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是（ ）
①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2 ③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu（OH）2 ⑤Na2O2→NaOH
A．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤
11．金属镁在二氧化碳中燃烧生成MgO和C，将一定量金属镁在含二氧化碳、氧气的混合气体中燃烧后得到的固体，加入足量盐酸中，充分反应后，将溶液蒸干，然后隔绝空气灼烧，得到的固体成分可能是（ ）
A．MgO和Mg（OH）2B．MgO
C．MgCl2和CD．Mg（OH）2
12．下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是（ ）
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．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
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
13．根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列填空：
（1）锡的＋2价化合物应具有较强的______性，铅的＋4价化合物应具有较强的______性。
（2）已知Sn2＋的还原性比Fe2＋的还原性强，PbO2的氧化性比Cl2的氧化性强。
试写出下列反应的化学方程式：
①氯气与锡共热：
_______________________________________________________
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