碳硅及其化合物.docx

1、碳硅及其化合物碳、硅及其化合物基础落实(一)碳及其重要化合物1碳单质(1)存在：碳单质的存在形式有金刚石、石墨、木炭、足球烯，它们互为同素异形体。(2)结构 金刚石：正四面体空间网状结构； 石墨：平面正六边形层状结构。(3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感，是电的良导体。(4)主要化学性质还原性可燃性2CO2(不足)2CO、CO2(足量)CO2与氧化物反应CuO：2CuOC2CuCO2(冶炼金属)SiO2：SiO22CSi2CO(制取粗硅)H2O：CH2O(g)COH2(制取水煤气)与强氧化性酸反应浓H2SO4：C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O浓HNO3：C

2、4HNO3(浓)CO24NO22H2O(5)用途：金刚石用于制造切割刀具；石墨用于制造电极、铅笔芯；C60可作催化剂或催化剂载体。2碳的两种常见氧化物(1)一氧化碳(CO) 无色有毒气体，难溶于水，中毒原理是CO与血红蛋白结合，缺氧中毒。 可燃性：2COO22CO2，淡蓝色火焰，可作燃料。 还原性：COCuOCuCO2，用于冶炼金属。 (还原CuO)(2)二氧化碳(CO2) 物理性质：CO2是一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。 化学性质：与H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反应的化学方程式分别为CO2H2O H2CO3、Na2OCO2=Na2CO3、CO2C

3、a(OH)2=CaCO3H2O、2MgCO22MgOC。 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：CaCO32H=Ca2CO2H2O。(3)CO、CO2气体的除杂方法CO中混有CO2通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体CO2中混有CO通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管CO2中混有少量SO2或HCl通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体 注意自然界消耗CO2的主要反应：溶于江水、海水中：CO2H2O H2CO3； 光合作用将CO2转化为O2； 岩石的风化：CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2。3碳酸(H2CO3) 弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能在

4、水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2H2O当碳酸用。4碳酸的酸式盐和正盐的比较(1)在水中的溶解性 含K、Na、NH的正盐易溶于水，其余一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。 一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度Ca(HCO3)2CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3NaHCO3。(2)水溶液酸碱性强弱 物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH大于其酸式盐溶液，如pH：Na2CO3溶液NaHCO3溶液。(3)热稳定性 一般来说，热稳定性顺序为正盐酸式盐碳酸，如稳定性Na2CO3NaHCO3H2CO3。可溶性正盐难溶性正盐，如C

5、aCO3高温分解，而K2CO3不易分解。5知识拓展草酸及其盐(1)草酸的性质 草酸的化学式为H2C2O4，草酸晶体的化学式为H2C2O42H2O。 弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2C2O4 HHC2O。 还原性：H2C2O4中C元素的化合价为3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O。 不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O42H2O COCO23H2O。(2)草酸盐的性质 (NH4)2C2O4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。 CaC2

6、O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时转变成碳酸钙或氧化钙。 MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。细练过关题点(一)碳及其常见化合物的性质及应用1(2018江苏高考)CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是 () A光合作用 B自然降雨 C化石燃料的燃烧 D碳酸盐的沉积 解析：选C化石燃料燃烧产生大量CO2，会引起大气中CO2含量上升。2(2020合肥瑶海区模拟)碳和碳的化合物间的部分转化关系如图所示，下列说法正确的是 () A由碳酸转化成 X 一定要在加热条件下进行 B由碳转化为 X

7、 一定发生的是化合反应 C物质 X 一定是二氧化碳 D若使一氧化碳转化成 X，只能通过一氧化碳在空气(或氧气)中燃烧获得 解析：选C由转化关系图可知，X是二氧化碳，碳酸在常温下就容易分解生成二氧化碳，故A错误，C正确；在高温的条件下，碳能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，该反应属于置换反应，故B错误；一氧化碳还可以通过还原氧化铁或还原氧化铜等方法转化成二氧化碳，故D错误。3确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法如图所示。 请回答下列问题： (1)填写下列指定装置的作用。 A：_。B：_。 E：_。F：_。 (2)写出C中的化学方程式：_ _。 (3)确定混合气体中含有CO气体的实

8、验现象：_ _。 (4)E中的溶质可能有_。 答案：(1)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 (2)COCuOCuCO2(3)B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊 (4)NaOH、Na2CO3或Na2CO3或Na2CO3、NaHCO3备考点击数轴法判断CO2与强碱(OH)反应的产物当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：题点(二)草酸及其盐的性质与探究4草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102，K25.4105。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草

9、酸晶体(H2C2O42H2O)无色，熔点为101 ，易溶于水，受热脱水、升华，170 以上分解。 回答下列问题：(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_，由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_ _。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和如图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。 乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_。装置H反应管中盛有的物质是_。能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_ _。 (3)设计实验证明： 草酸的酸性比碳酸的强_ _。 草酸为二元酸_

10、_。 解析：(1)结合草酸晶体(H2C2O42H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。(2)要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，

11、再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。(3)根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3中加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为12，证明草酸是二元酸。 答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸

12、进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验 (2)F、D、G、H、D、ICuOH中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水不变浑浊，其后的D中澄清石灰水变浑浊 (3)向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍基础落实(二)硅及其氧化物1硅(Si)(1)硅的存在 硅在自然界中以化合态存在，在地壳中的含量仅次于氧。(2)物理性质 灰黑色，硬度大，熔、沸点高，具有金属光泽。(3)化学性质 常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉

13、及的化学方程式如下： 与非金属单质反应 与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应： Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(4)制备方法 制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO22CSi2CO。 粗硅提纯：Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。 注意用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。 粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。(5)主要用途 良好的半导体材料；太阳能电池；计算机芯片。2二氧化硅(SiO2)(1)二氧化硅的构成 二

14、氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙(含杂质的石英)等中。SiO2是由Si和O按原子个数比12直接构成。Si、SiC、Si3N4、BN等也是直接由原子构成的。(2)CO2与SiO2的共性 均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO22OH=COH2O、SiO22OH=SiOH2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2CaO=CaCO3、SiO2CaOCaSiO3。(3)CO2与SiO2的差异性 SiO2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO24HF=SiF42H2O。 SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应工业制玻璃 SiO2Na2CO3Na2SiO

15、3CO2； SiO2CaCO3CaSiO3CO2。 CO2与H2O反应的化学方程式：CO2H2O H2CO3。 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。(4)SiO2与CO2的用途 CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。 SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。3硅及其氧化物的特性(1)Si与强碱溶液反应可生成H2，Si与氢氟酸反应生成H2。(2)一般情况下，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，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。(3)SiO2高温条件下

16、与Na2CO3、CaCO3反应生成CO2，其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。(4)SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不与水反应，不能用SiO2直接与水作用制备H2SiO3。细练过关1下列说法正确的是_(填序号)。 (2018天津高考)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土 (2018江苏高考)因为SiO2熔点高、硬度大，所以可用于制光导纤维 (2017江苏高考)下列转化能一步实现： CaCO3CaOCaSiO3 (2016全国卷)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 (2016江苏高考)下列转化在给定条件下能够实现： SiO2SiCl4Si 用NaOH

17、溶液可以除去Fe2O3中的SiO2SiO2与NaOH、氢氟酸均反应，可说明SiO2为两性氧化物 与NaOH溶液反应生成盐和H2的单质一定是硅单质 答案：2(2020南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是 () A由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2CSiCO2 B高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸 C因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液 DSiSiO2H2SiO3SiO2SiO均能一步转化 解析：选CA项，反应产物不是CO2而是CO；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3

18、。3(2020湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示： 下列说法错误的是 () AY、Z分别为H2、Cl2 B制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为11 CSiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为4 DY与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应 解析：选BB项中的反应为3CSiO2SiC2CO，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为12。4下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是 () AC

19、O2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应 BCO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 CSiO2可用来制作干燥剂，因SiO2可与水反应 DCO2和SiO2都是由相应的分子构成的 解析：选ACO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确；SiO2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B不正确；硅胶可用作干燥剂，但SiO2不与水反应，C不正确；CO2是由分子构成的，SiO2是由Si、O原子直接构成的，D不正确。基础落实(三)硅酸及其盐无机非金属材料(一)硅酸和硅酸盐1硅酸(H2SiO3)2硅酸盐(如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

20、碱性。(2)与酸性较硅酸强的酸反应： 与盐酸反应的化学方程式： Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)。 与CO2水溶液反应的化学方程式： Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3硅酸盐氧化物形式的表示方法(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，将K2OAl2O33SiO2，写成K2OAl2O36SiO2

21、，但原子个数比不变。(二)无机非金属材料1传统无机非金属材料(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： Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2； CaCO3SiO2CaSiO3CO2。2新型无机非金属材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉3特殊功能的含硅物质 (1)碳化硅具有金刚

22、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。细练过关1下列说法正确的是_(填序号)。 硅酸是一种难溶于水酸性比H2CO3强的弱酸 水玻璃是Na2SiO3的俗名，为纯净物 Na2SiO3溶液中通入过量CO2，离子方程式为 SiOCO2H2O=H2SiO3CO 水泥、玻璃为硅酸盐产品，均为混合物 硅酸在干燥的空气中形成硅胶，可以作食品的干燥剂 硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化 向Na2SiO3溶液中通入少量SO2的离子方程式： SiOSO2H2O=H2SiO3SO 烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应 答案：2青石棉是一种致癌物质，是

23、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。青石棉用稀硝酸处理时，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产品 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Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原 解析：选B硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物形式来表示，但不代表含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟足量硝酸反应时，失去3 mol

24、电子，而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。3(2020安庆模拟)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SiO22NaOH=Na2SiO3H2O 解析：选AA项，稻壳灰来源广泛、价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，

25、错误；C项，SiO2中硅元素的化合价是4价，Na2SiO3中硅元素的化合价是4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O不属于复分解反应，错误。4SiO2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，常用于制作光导纤维 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 解析：选C图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的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。课时跟踪检测 1本草衍义中有如下叙述：“嘉州峨眉山有燕萨石，形六棱而锐首，色莹白明澈。”这里“燕萨石”的主要成分可能是 () ACaO BSiO2 C石墨 DNaCl 解析：选B由题意知“燕萨石”为无色透明的晶体，NaCl和CaO的形状不符合，石墨是黑色，颜色不符合，只有SiO2晶体符合。2. (2020海淀一模)平昌冬奥会“北京8分钟”主创团队用石墨烯制作了20 能发热4 h的智能服饰；用铝合金管材和碳纤维制作了高2.35 m、重量仅为1