高中化学碳硅知识.docx
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高中化学碳硅知识
碳、硅及其化合物
教学目标：
1．了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。
2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。
3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。
教学重难点：
了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用
教学过程：
考点一 碳、硅及其重要化合物的性质
1．碳、硅元素的存在形态
（1）碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。
碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。
（2）硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，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。
2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较
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
金刚石用于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯
晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池
3.碳、硅单质的化学性质
（1）碳
（2）硅
①与F2反应：
Si＋2F2===SiF4。
②与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
③与NaOH溶液反应：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
④与O2反应：
Si＋O2
SiO2。
⑤与Cl2反应：
Si＋2Cl2
SiCl4。
硅的工业制法
碳、硅单质的特殊性
1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
6．一般情况下，金属（Na、K）能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：
C＋H2O（g）
H2＋CO。
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
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
碳、硅单质的特殊性
1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑。
4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
6．一般情况下，金属（Na、K）能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：
C＋H2O（g）
H2＋CO。
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应（ ）
（2）大量燃烧化石燃料是造成雾霾的一种重要原因（ ）
（3）硅胶可作袋装食品的干燥剂（ ）
（4）金刚石、白磷都属于单质（ ）
（5）由于晶体硅熔点高硬度大，则可用于制作半导体材料（ ）
（6）甲
乙
丙，若甲为焦炭，则丁可能是O2（ ）
（7）SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中（ ）
（8）高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅（ ）
（9）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料（ ）
（10）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料（ ）
（11）SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维（ ）
（12）（12）硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）√ （4）√ （5）× （6）√ （7）√ （8）√ （9）√ （10）× （11）× （12）×
题组1 碳、硅单质的性质
1．下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（ ）。
A．其氧化物都能与NaOH溶液反应B．其单质在加热时都能跟O2反应
C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸D．碳和硅两种元素共有两种单质
2．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是（ ）。
A．SiO2―→Si B．CO2―→C
C．SiO2―→H2SiO3 D．Si―→Na2SiO3
题组2 碳、硅氧化物的性质
3．下列说法正确的是（ ）。
A．反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑，说明H2SiO3的酸性大于H2CO3的酸性
B．可在试管内完成焦炭和石英砂（SiO2）制取硅的反应
C．二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料
D．CO2、CH4、N2是温室气体
4．向含有0.2molNaOH和0.1molBa（OH）2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96L（0℃，1.01×105Pa）时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是（气体的溶解和离子的水解忽略不计）（ ）。
BCCC
考点二 硅酸盐及无机非金属材料
1．硅酸
硅酸难溶于水，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，其化学方程式为：
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，硅胶有很强的吸水能力，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，常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它能与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2水溶液反应的化学方程式为：
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）传统无机非金属材料
①三种硅酸盐工业生产的比较：
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石和石英
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
Na2SiO3
CaSiO3
SiO2
硅酸盐
生产条件
高温
②主要用途：
陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也广泛应用于生活中。
（2）新型无机非金属材料
①高温结构陶瓷：
如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。
②生物陶瓷：
对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。
③压电陶瓷：
具有压电效应。
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
（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）向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强。
（ ）
（4）传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料（ ）
（5）新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点（ ）
（6）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（ ）
（7）水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品（ ）
（8）2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO
（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）√ （4）√ （5）√ （6）√ （7）× （8）×
[示向题组]
1．（2014·济南联考）下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是（ ）。
A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生
C．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料
D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2
2．（2014·郑州一模）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
3．下列物质性质与用途对应关系正确的是（ ）。
性质
用途
A
硅酸钠化学性质稳定
用作木材防火剂
B
硅胶具有吸附水分的能力
硅用作半导体材料
C
二氧化硅硬度大、熔点高
用氢氟酸在玻璃上刻花纹
D
焦炭具有可燃性
焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅
4．（2013·海南卷，20－Ⅱ）硅在地壳中的含量较高。
硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
回答下列问题：
（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。
这种“金属”可能是________。
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。
其中，生产普通玻璃的主要原料有________。
（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。
工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：
发生的主要反应
电弧炉
SiO2＋2C
Si＋2CO↑
流化床反应器
Si＋3HC
SiHCl3＋H2
还原炉
SiHCl3＋H2
Si＋3HCl
①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似
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