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化学课标版化学课标版第10讲 碳、硅及其化合物考点一碳、硅及其氧化物考点一碳、硅及其氧化物1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途单质的存在形态、物理性质及用途 碳硅存在形态游离态和化合态化合态 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 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.硅的化学性质硅的化学性质硅的化学性质不活泼,常温下只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应;在加热条件下,能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。写出下列相关反应的化学方程式:3.硅的工业制法及提纯4.二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅与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CO2+H2O H2CO3与酸反应 只与氢氟酸反应:SiO2+4HF SiF4+2H2O不反应与碱反应 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O (盛碱液的试剂瓶用橡 塞)CO2少量:CO2+2NaOH Na2CO3+H2OCO2过量:CO2+NaOH NaHCO3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与碱性氧化物反应如与CaO反应:SiO2+CaO Ca-SiO3如与Na2O反应:Na2O+CO2 Na2CO3用途制光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的化合物()(2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应()(3)C60、金刚石、石墨互为同位素()(4)SiO2不与水反应生成硅酸,因此SiO2不是酸性氧化物()(5)SiO2不与任何酸反应()(6)2C+SiO2 Si+2CO,说明C的还原性比Si强()(7)根据反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,可知SiO2水化物的酸性比H2CO3强()答案(1)(2)(3)(4) (5)(6)(7)2.【多维思考】(1)从元素周期表的位置看,碳和硅均为A族元素,自然界中有碳的多种单质存在,自然界中有硅的单质吗?为什么?(2)从元素周期表的位置看,硅的还原性比碳强,但碳能与SiO2反应制取Si,试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。答案(1)没有。因为硅有很强的亲氧性,在地壳形成时硅与氧易结合,难分离,因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。(2)2C+SiO2Si+2CO,CO气体逸出,促使反应正向进行。题组一碳、硅的性质和应用1.下列关于碳和硅的叙述中,正确的是()A.氧化物都能与NaOH溶液反应B.单质在加热时都能跟O2反应C.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答案 BCO不溶于水,不能生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应;SiO2不溶于水,也不能生成相应的酸; 碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体,硅有晶体硅和无定形硅等,所以两种元素共有多种单质。 2.(2016福建福州模拟)下列有关说法正确的是()A.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料B.硅在地壳中含量居第二位,在地球上有丰富的硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用玻璃塞D.二氧化硅是一种良好的半导体材料答案 A硅常温下为固体,性质较稳定,便于贮存,较为安全,硅是有开发价值的燃料,故A正确;石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅,故B错误;二氧化硅能够与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,硅酸钠具有黏性,所以存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡胶塞,故C错误;二氧化硅不导电,是绝缘体,故D错误。3.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答案 D硅是重要的半导体材料,可用于制造计算机芯片,A正确;2C+SiO2Si+2CO,B正确;常温下,Si的性质稳定,但可以与F2、HF、强碱溶液反应,C正确;自然界中不存在单质硅,D错误。反思归纳 碳、硅单质的特殊性(1)一般情况下,非金属单质熔、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的还原性强于C,但C在高温下能还原出Si:SiO2+2C Si+2CO。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟氢氟酸作用:Si+4HF SiF4+2H2。(5)常见的与强碱反应生成H2的固体单质有Al和Si,能够置换出H2O中氢的非金属单质为碳,这些特征反应常作为推断题的突破口。(6)金刚石为原子晶体,1 mol金刚石中含有2 mol碳碳单键;晶体硅为原子晶体, 1 mol晶体硅中含有2 mol SiSi键;二氧化硅为原子晶体,1 mol SiO2中含有4 mol SiO键;石墨为混合晶体;C60是分子晶体。题组二硅的制备4.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+SiO2 Si+2COB.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2OC.Si+2Cl2 SiCl4D.SiCl4+2H2 Si+4HCl答案 B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。5.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:高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅,同时得到一种可燃性气体;粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si+3HCl SiHCl3+H2);SiHCl3与过量的H2在1 1001 200 的温度下反应制得纯硅,已知SiHCl3能与水剧烈反应,在空气中易自燃。请回答:(1)第一步制取粗硅的化学方程式为 。(2)粗硅与HCl气体反应完全后,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)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去):装置B中的试剂是 ,装置C中的烧杯需要加热,目的是 。反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ,装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ,装置D中发生反应的化学方程式是 。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 。答案(1)2C+SiO2Si+2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成在题给反应温度下(1 1001 200 ),普通的玻璃会软化SiHCl3+H2 Si+3HCl排尽装置中的空气解析(1)制取粗硅是在高温条件下,碳与二氧化硅发生反应。(2)根据沸点的不同提纯物质,采用的方法是分馏或蒸馏。(3)因SiHCl3与水剧烈反应,故装置A中产生的H2必须干燥,因此装置B中的试剂为浓H2SO4,起干燥作用;装置C烧瓶需加热,其目的是使SiHCl3汽化,加快其与H2的反应速率。石英管中产生的物质应为硅,故装置D中有固体产生;由题给信息,制纯硅的反应条件为1 1001 200 ,此温度下普通玻璃容易软化。因高温下H2与O2反应容易爆炸,故还应排尽装置中的空气。6.(2016山东潍坊检测)用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是()选项操作及现象溶液A通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失饱和Na2CO3溶液B通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊不消失,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,继续通入CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊Ca(OH)2溶液题组三CO2、SiO2的主要性质及应用答案 DA项,向饱和Na2CO3溶液中通入CO2,会发生反应生成碳酸氢钠,碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠,所以会析出碳酸氢钠晶体,继续通入CO2气体,浑浊不消失,故错误;B项,向Na2SiO3溶液中通入CO2,会产生硅酸,硅酸是不溶于水的白色沉淀,继续通入CO2至过量,浑浊不会消失,故错误;C项,向Ca(ClO)2溶液中通入CO2,会生成碳酸钙和次氯酸,碳酸钙与过量CO2反应会转化为碳酸氢钙,沉淀消失,次氯酸具有强氧化性,可使品红溶液褪色,故错误;D项,氢氧化钙溶液中通入CO2会生成碳酸钙沉淀,继续通入CO2气体,碳酸钙转化为碳酸氢钙,加入NaOH后,碳酸氢钙和氢氧化钠反应会生成碳酸钙,故正确。7.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,从AE选项中选择正确答案填入括号内。SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O()SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2()SiO2+2C Si+2CO()SiO2+3C SiC+2CO()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C C B EA反思归纳 (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能跟氢氟酸作用:SiO2+4HF SiF4+2H2O。(3)不要混淆二氧化硅和晶体硅的用途,用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(4)水晶、石英、玛瑙的主要成分都是SiO2。考点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料考点二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1.硅酸的性质、制备及用途硅酸的性质、制备及用途2.硅酸盐硅酸盐(1)硅酸盐是由硅、氧 元素和金属 元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。(2)Na2SiO3水溶液俗称水玻璃 ,是无色黏稠液体,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。(3)硅酸钠溶液在空气中易变质,反应的化学方程式为Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3。(4)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成,排列顺序:活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2 ,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO3MgO4SiO2 。3.无机非金属材料无机非金属材料(1)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。a.常见硅酸盐材料比较 水泥玻璃陶瓷主要原料 石灰石、黏土、石膏纯碱 、石灰石、石英砂黏土主要设备 水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑b.玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 ;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 。(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)硅酸易溶于水,酸性比碳酸弱,化学性质比较稳定,受热不分解( )(2)水玻璃俗称泡花碱,是一种纯净物()(3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀,通入过量CO2,白色沉淀消失()(4)玻璃是一种晶体,有较高的熔点()(5)生产水泥和玻璃的共同原料是石英()(6)新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高()(7)玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐()(8)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 ()答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6) (7)(8)2.【多维思考】利用下图中的装置和试剂验证酸性H2CO3H2SiO3,能否达到实验目的,为什么?答案不能。挥发出来的HCl气体进入硅酸钠溶液后,也能与硅酸钠反应生成白色沉淀,和CO2与硅酸钠反应的现象相同,无法达到实验目的。题组一硅酸及硅酸盐的组成、性质及应用1.随着我国“嫦娥三号”的成功着陆及“玉兔号”月球车开始工作,可以获取大量月球物质并进行成分分析,月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、正长石(KAlSi3O8)和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等。下列说法或分析不正确的是 ()A.辉石、正长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B.正长石的氧化物形式可表示为K2OAl2O33SiO2C.橄榄石中铁元素为+2价D.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气答案 B根据辉石、正长石和橄榄石的化学式可知三者均属于硅酸盐矿,A正确;根据元素化合价不变的原则,将正长石的化学式改写为氧化物的形式可表示为K2OAl2O36SiO2,B不正确;根据化合价代数和为零,可知橄榄石中铁元素为+2价,C正确;铁单质与氧气接触易被氧化,月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气,D正确。2.(2016福建漳州月考)歌曲青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然於碗底”等图案让人赏心悦目,但古瓷中所用颜料成分一直是个谜,近年来科学家才得知大多为硅酸盐,如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox,铜的化合价为+2)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A.可用氧化物形式表示为BaOCuO2SiO2B.性质稳定,不易脱色C.易溶于强酸和强碱D.x等于6答案 C根据化合物中正、负化合价的代数和为0可得:(+2)+(+2)+(+4)2+(-2)x=0,解得x=6,故D项正确;硅酸盐用氧化物形式表示时,书写顺序为:活泼金属氧化物、不活泼金属氧化物、二氧化硅、水,所以硅酸铜钡用氧化物形式表示为BaOCuO2SiO2,故A项正确;BaCuSi2O6性质较稳定,不容易脱色,故B项正确。3.回答下列有关硅元素的问题。(1)下列说法正确的是 。 A.硅酸盐一般不溶于水,它是水泥、陶瓷、玻璃的主要成分B.H2SiO3既可由SiO2溶于水制得,也可由Na2SiO3和其他酸(如盐酸)反应制得C.高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强D.钠长石(化学式Na2OAl2O36SiO2)属于硅的氧化物(2)无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两类。下列属于传统无机非金属材料产品的是 。玻璃氮化硅陶瓷砖瓦硅芯片光导纤维水泥答案(1)A(2)解析(1)二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,不能说明硅酸的酸性比碳酸强;SiO2不溶于水,H2SiO3不能由SiO2溶于水制得;钠长石虽然可表示成氧化物的形式,但不是氧化物,是硅酸盐。(2)光导纤维的主要成分是二氧化硅,硅芯片是高纯度的硅。题组二无机非金属材料4.硅及其化合物在材料领域中应用广泛,下列叙述正确的是()A.硅单质是制造玻璃的主要原料B.CaSiO3可用来制造太阳能电池C.水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2D.二氧化硅是制造光导纤维的材料答案 D生产玻璃的主要原料是纯碱、石英砂和石灰石,故A项错误;硅单质可用来制造太阳能电池,故B项错误;水泥的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等,故C项错误;制造光导纤维的主要材料是SiO2,故D项正确。5.下列说法错误的是()A.古代的陶瓷、砖瓦,现代的玻璃、水泥等,都是硅酸盐产品B.工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石C.博物馆窗户上普通玻璃的主要成分是SiO2D.青花瓷胎体的原料为高岭土Al2Si2O5(OH)4,若以氧化物形式可表示为Al2O32SiO22H2O答案 C普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,故C错误。题组三硅及其化合物的转化关系6.(2016江苏镇江模拟)下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是() A.SiO2属于两性氧化物B.非金属性:SiCC.硅胶吸水后可重复再生D.图中所示转化反应都是氧化还原反应答案 CSiO2是酸性氧化物,它能与氢氟酸反应是其特殊性质,A错;C和Si位于同一主族,从上到下,非金属性依次减弱,故非金属性:CSi,B错误;硅胶吸水后加热可使其失去水分,获得再生,C正确;在图示转化关系中有的是氧化还原反应,有的是非氧化还原反应,D错误。7.(2016山西太原调研)SiO2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,常用于制造光导纤维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、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高答案 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,B错误;玻璃没有固定的熔点,D错误。
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