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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 1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途,2.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,1.判断正误,正确的画“”,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+SiO2 Si+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 B CO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+ SiO2 Si+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+2CO B.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O C.Si+2Cl2 SiCl4 D.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+SiO2 Si+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 ( ),题组三 CO2、SiO2的主要性质及应用,答案 D A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 E A,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 1.硅酸的性质、制备及用途,2.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(Na2 SiO3)可表示为 Na2OSiO2 ,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为 CaO3 MgO4SiO2 。,3.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,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,正确的画“”,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K2OAl2O33SiO2 C.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BaOCuO2SiO2 B.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SiO2 D.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SiO2 D.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:SiC C.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 C SiO2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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