高考化学一轮复习碳硅及其化合物辅导讲义.doc

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1、第 1 页授课主题授课主题碳、硅及其化合物碳、硅及其化合物教学目的教学目的1.了解了解 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。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.了解了解C、Si 元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。重、难点重、难点二氧化硅性质二氧化硅性质教学内容1、课程导入课程导入2、本节知识点讲解本节知识点讲解考点一考点一 碳、硅单质及氧化物碳、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

2、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A 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)。第 2 页(1)碳的还原性碳有重

3、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的化学方程式。CO2C2CO；=SiO22CSi2CO；=高温CH2O(g)COH2；=高温2CuOC2CuCO2。=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的化学方程式。Si2Cl2SiCl4；=Si2F2=SiF4；Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。3.二

4、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，微溶于水与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应化 学 性 质与碱(NaOH)反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3第 3 页与盐反应如与 Na2CO3反应：SiO2Na2CO3=高温Na2SiO3CO2如与 Na2SiO3反应：Na2SiO3H

5、2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与 CaO 反应：SiO2CaOCaSiO3=高温如与 Na2O 反应：Na2OCO2=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：CSi，则热稳定性：CH4SiH4( )(6

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( )第 4 页石墨烯：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

7、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

8、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 Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2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 SiO22CSi2CO，可知碳的非金属性大于硅=高温C.CO2通入 Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性 H2CO3H2SiO3D.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、

9、科研及新型材料等方面有着重要的用途。ae 是对反应中 SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( )SiO22NaOH=Na2SiO3H2O第 5 页SiO22CSi2CO=高温SiO24HF=SiF42H2ONa2CO3SiO2Na2SiO3CO2=高温SiO23CSiC2CO=高温a.反应中 SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b.反应中 SiO2表现出氧化性c.反应中 SiO2表现了酸性氧化物的通性d.反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e.反应中 SiO2未参加氧化还原反应A.ace B.bde C.cde D.ab熟记硅及其化合物的特殊性质(1)硅单质

10、的特殊性Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO22CSi2CO；= = = = =高温非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但 Si 能与 HF 反应：Si4HF=SiF42H2；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SiO2是 H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3；酸性氧化物一般不与酸反应，但 SiO2能跟 HF 反应：SiO24HF=SiF42H2O；无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3难溶于水；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：Na2SiO

11、3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下 SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能发生。= = = = =高温题组三 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：SiO22CSi(粗)2CO=高温Si(粗)2Cl2SiCl4=第 6 页SiCl42H2Si(纯)4HCl=高温关于上述反应的叙述不正确的是( )A.是置换反应，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 28 g 硅，均转移 4 mol 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

12、二氧化硅制得粗硅：SiO22CSi(粗)2CO= = = = =高温(2)粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2= = = = =300 (3)粗硅与干燥 Cl2反应制得 SiCl4：Si(粗)2Cl2SiCl4= = = = =高温(4)SiHCl3与过量 H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3H2Si(纯)3HCl= = = = =高温(5)SiCl4与过量 H2在高温下反应制得纯硅：SiCl42H2Si(纯)4HCl= = = = =高温(6)SiO22Mg2MgOSi= = = = =高温(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：SiHCl33

13、H2O=H2SiO33HClH2 SiCl43H2O=H2SiO34HCl(8)SiH4在空气中易自燃：SiH42O2=SiO22H2O本节知识点讲解本节知识点讲解考点二考点二 硅酸盐及无机非金属材料硅酸盐及无机非金属材料第 7 页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。硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。=硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。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)白色、可

14、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。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：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与 CO2水溶液反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。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。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玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2=高温CaSiO3CO2。=高温(2)新型无机非

15、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( )第 8 页(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( )A.钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同B.制普通玻

16、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 Si3N4B.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 SiO2D.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 123.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4444成 H4SiO4。下

17、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.2HClNa2SiO3=H2SiO32NaCl 说明 Cl 的非金属性强于 SiD.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 7 000 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 2CaO3Mg

18、OFe2O38SiO2H2OB.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀C.其中铁元素的化合价为3D.其中铁元素的化合价为2第 9 页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 Al2O34SiO2H2O，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 Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH 溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性

19、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 Al2O33SiO2，应写成1212K2OAl2O36SiO2。三、当堂检测三、当堂检测 1.将足量的 CO2不断通入 KOH、Ba(OH)2、KAl

20、O2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)2CO2=BaCO3H2OB.ab 段与 cd 段所发生的反应相同C.de 段沉淀减少是由于 BaCO3固体的消失第 10 页D.bc 段反应的离子方程式是 2AlO3H2OCO2=2Al(OH)3CO 2232.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

21、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=Na2SiO3H2O3.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A、A 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，Li4S

22、iO4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 1.461.52 gcm3，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)200 、20 MPa250 300 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B.制备 Fe(CO)5应在隔绝空气的条件下进行第 11 页

23、C.反应 Fe(s)5CO(g)Fe(CO)5(g)的平衡常数表达式为cFe(CO)5c(Fe)c5(CO)D.Fe(CO)5应密封、阴凉、避光并加少量蒸馏水液封贮存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、构建低碳环保社会过程反应中二氧化碳做_(填“氧化”或“还原”)剂，每生成 3 mol 的 Fe3O4可转化 CO2的体积为_(标准状况)。请说明该转化的优点_。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：.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；.粗硅

24、与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；=300 .SiHCl3与过量 H2在 1 100 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)：装置 B 中的试剂是_，装置 C 中的烧瓶需要加热，其目的是_。第 12 页反

25、应一段时间后，装置 D 中观察到的现象是_，装置 D 中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_(填字母)。a.碘水 b.氯水c.NaOH 溶液 d.KSCN 溶液e.Na2SO3溶液四、课堂总结四、课堂总结五、家庭作业五、家庭作业1.硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )2.有些科学家提出硅是“21 世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电

26、过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是( )A.高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B.硅可由二氧化硅还原制得C.低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D.自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅3.下列说法中，不正确的是( )A.SiO2是酸性氧化物，但不与水反应B.泡花碱属于盐类C.明矾和漂白粉均可用于自来水的杀菌、消毒D.玻璃和陶瓷都属于传统硅酸盐材料第 13 页4.下列叙述中正确的是( )A.因为 Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强=高温B.碳和硅都是A 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

27、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5.“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的 CO2分离出来并利用。如可利用 NaOH 溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中正确的是( )能耗大是该方法的一大缺点整个过程中，只有一种物质可以循环利用“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤该方法可减少碳排放，捕捉到的 CO2还可用来制备甲醇等产品A. B. C. D.6.锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)与碳、硅两元素同位于第A 族，其原子序数按锗、锡、铅的顺序依

28、次增大，则下列推断一定不正确的是( )A.铅可形成 PbO、PbO2两种氧化物B.锗与盐酸不反应，锡、铅能与盐酸反应C.锗、锡、铅的4 价氢氧化物的碱性：Ge(OH)4Sn(OH)4Pb(OH)4D.锗、锡、铅的金属性依次减弱7.下列说法正确的是( )A.高温下，可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应B.CO2和钠在一定条件下反应可以得到金刚石和碳酸钠，反应中氧化剂和还原剂物质的量之比是 34C.现代海战通过喷放液体 SiCl4(极易水解)和液氨可产生烟幕，其主要成分是 NH4ClD.从燃煤烟道灰中(含 GeO2)提取半导体材料单质锗(Ge)，不涉及氧化还原反应8.将足量 CO2气

29、体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是( )A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2第 14 页9.用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )选项操作及现象溶液A通入 CO2，溶液变浑浊饱和 Na2CO3溶液B通入 CO2，溶液变浑浊，继续通 CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入 CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入 CO2，溶液变浑浊，继续通 CO2至过量，浑浊消失，再加入足量 NaOH 溶液，又变浑浊澄清石灰水10.SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图)。下列说法错误的是( )A.上图所含反应都不属于氧化还原反应B.纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙D.高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣