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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