通用版版高考化学微一轮复习第12讲碳硅及其化合物学案.docx
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通用版版高考化学微一轮复习第12讲碳硅及其化合物学案
第12讲 碳、硅及其化合物
考纲要求
1.掌握C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
考点一 碳、硅的性质及其应用
1.单质的存在形态、物理性质和用途
碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
物理性质
金刚石:
熔点很高,
硬度很大
石墨:
硬度较小,
电的良导体
灰黑色固体,有金属光泽、熔点高、硬度大,有脆性
用途
金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯
半导体材料、太阳能电池和合金材料
2.C、Si的化学性质(写化学方程式)
(1)C的化学性质——还原性
(2)Si的化学性质——还原性
Si
【感悟测评】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)碳的几种单质物理性质不同的主要原因是其结构不同。
( )
(2)金刚石、石墨、C60三者之间互为同位素关系。
( )
(3)无定形硅常用于制作半导体材料。
( )
(4)常温下硅既不能与强酸反应也不能与强碱反应。
( )
(5)加热到一定温度,硅能与氧气、氯气等非金属反应。
( )
(6)晶体硅可用作光导纤维材料。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
碳、硅单质的特殊性
1.一般情况下,非金属元素单质熔、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+2CSi+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,但硅能跟HF作用:
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。
考向一 碳、硅的性质和用途
1.下列说法正确的是( )
A.常温下硅与O2不反应,故硅在自然界中有游离态
B.碳、硅的单质均不导电
C.碳、硅与O2反应均生成酸性氧化物
D.工业上利用碳与H2O(g)反应制水煤气
解析:
A项,硅在自然界中无游离态;B项,石墨、晶体硅能导电;C项,C与O2反应生成的CO不是酸性氧化物。
答案:
D
2.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
解析:
CO、SiO2都不溶于水,CO也不与NaOH溶液反应,故A、C错误;碳除了金刚石、石墨外还有C60等单质,故D错误。
答案:
B
考向二 硅的工业制法
3.半导体工业中,有一句行话:
“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si。
制取过程中不涉及的化学反应是( )
A.2C+SiO2Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
解析:
工业制取纯硅的工艺流程为:
SiO2粗硅SiCl4纯硅,该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。
答案:
B
4.用无机矿物资源生产部分材料,其产品流程示意图如下:
下列有关说法中不正确的是( )
A.制取粗硅时可能发生生成SiC的反应
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶炼铜时,SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
解析:
生产玻璃不涉及氧化还原反应。
答案:
B
考点二 CO2、SiO2的性质与应用
CO2和SiO2的比较
二氧化碳
二氧化硅
结构
存在单个CO2分子
空间立体网状结构,不存在单个分子
主要物理性质
熔、沸点低,常温下为气体,能溶于水
硬度大,熔、沸点高,常温下为固体,不溶于水
化
学性质
水
CO2+H2OH2CO3
不反应
酸
不反应
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(特例)
碱
CO2+2NaOH===
Na2CO3+H2O或
CO2+NaOH
===NaHCO3
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
化
学性质
盐
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO,CO2+Na2CO3+H2O===2NaHCO3
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑(制玻璃)
碱性
氧化物
CO2+Na2ONa2CO3
SiO2+CaOCaSiO3
用途
化工原料、灭火剂,干冰用于人工降雨
光学镜片、石英坩埚、光导纤维
【多维思考】
1.SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应,SiO2是两性氧化物吗?
为什么?
提示:
不是,因为SiO2与氢氟酸反应生成的不是盐。
2.指出3C+SiO2SiC+2CO↑中的氧化剂和还原剂。
提示:
氧化剂、还原剂均是C。
二氧化硅性质的特殊性
多数酸性氧化物的共性
二氧化硅的特性
非金属氧化物的熔沸点一般较低
SiO2的熔点却很高
酸性氧化物一般与水反应生成相应酸
SiO2不溶于水,不与水反应
酸性氧化物一般不与酸发生反应
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,H2CO3酸性强于H2SiO3:
Na2SiO3+CO2+H2O===
Na2CO3+H2SiO3↓
以下反应不能说明酸性的强弱
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
考向一 SiO2的性质及用途
1.下列说法正确的是( )
A.在粗硅的制取中发生2C+SiO22CO↑+Si,硅被还原,所以碳的还原性强于硅的还原性
B.盛放NaOH溶液时,使用带玻璃塞的磨口瓶
C.用SiO2制取硅酸,应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应,然后再通入CO2
D.由Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑可知,硅酸的酸性强于碳酸
解析:
选项A、D的反应在高温且均生成了气体,使平衡正移,致使反应能顺利进行,但不能说明C、Si的还原性强弱,也不能说明H2SiO3与H2CO3酸性的强弱,故错误;NaOH能与玻璃成分中的SiO2反应生成Na2SiO3而使瓶塞粘在一起。
由SiO2制取H2SiO3的过程为:
SiO2Na2SiO3H2SiO3。
答案:
C
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。
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O( )
(2)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑( )
(3)SiO2+2CSi+2CO↑( )
(4)SiO2+3CSiC+2CO↓( )
(5)SiO2+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
答案:
(1)C
(2)D (3)B (4)E (5)A
【速记卡片】 SiO2的特殊性
1.SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。
2.酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟HF作用:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。
考向二 CO2与盐或碱溶液反应的规律
3.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
答案:
B
4.标准状况下,将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L-1NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)( )
A.1∶1 B.1∶2
C.2∶1D.1∶3
解析:
n(CO2)==0.15mol,n(NaOH)=0.2L×1.00mol·L-1=0.2mol
由于1<<2,故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液
设n(Na2CO3)=x,n(NaHCO3)=y
则有
解得x=0.05mol,y=0.1mol
答案:
B
【速记卡片】 CO2与NaOH溶液反应产物的判断
(1)将CO2通入一定量的NaOH溶液中至过量的反应原理:
①转化示意图:
NaOHNa2CO3NaHCO3
②有关化学方程式:
Ⅰ.2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
Ⅱ.Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
(2)反应后溶质成分的判断:
考点三 硅酸及无机非金属材料
1.硅酸
(1)溶解性:
不溶于水。
(2)化学性质
(3)制备——可用硅酸钠与盐酸反应制得:
Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl。
(4)用途:
硅酸用于制硅胶,硅胶可用作催化剂的载体和干燥剂。
2.硅酸盐
(1)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。
(2)硅酸钠
硅酸钠水溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。
3.无机非金属材料
(1)硅酸盐材料
水泥
普通玻璃
陶瓷
生产原料
黏土、石灰石
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
(2)具有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。
【多维思考】
1.如何由SiO2制备H2SiO3?
用化学方程式表示。
提示:
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O,Na2SiO3+2HCl===H2SiO3↓+2NaCl。
2.向水玻璃中加入酚酞试液,有什么现象?
然后再滴加盐酸,充分振荡静置有什么现象?
提示:
滴加酚酞,溶液变红;加入盐酸,溶液的红色逐渐变浅至无色,静置一会有胶冻状的凝胶生成。
硅及其化合物在常用物质中的易错点
(1)用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2,而不是硅,计算机芯片的成分是晶体硅而不是SiO2。
(2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等主要成分是SiO2,而不是硅酸盐。
(3)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
考向一 硅酸盐
1.下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )
A.硅酸钠属于盐,不属于碱,所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中
B.反应①Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓,反应②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,两个反应是相互矛盾的,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Be3Al2Si6O
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- 通用版 高考 化学 一轮 复习 12 讲碳硅 及其 化合物
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