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专题3.9 碳族方面试题的解题方法与技巧随着新能源，新材料，新工艺的发展应用，硅及其化合物的性质和应用有逐渐增多的趋势。高考将对硅及其化合物的性质和有关实验进行重点考查，以选择题为基础题型，以化工综合应用题为提高题型，将有多种考查方式出现。常见考查方式：关于硅单质及其化合物的实验探究；有关硅单质及其化合物的物质推断；硅的单质和化合物的综合利用及有关工艺流程。预计2019年高考在注重对非金属元素单质及其化合物性质及转化关系考查的同时，将会更加突出对物质组成、性质和反应原理的探究，考查学生分析解决问题的能力和对知识的应用能力，并同时强化化学知识与生活、社会实际问题的联系。一、硅及其化合物：注意1、不要混淆二氧化硅和硅的用途：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。 2、水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。方法技巧：1、三种“反常”（1）还原性强弱规律反常：SiO22CSi2CO，该反应中C作还原剂，SiO2中硅原子得电子，而失电子的能力SiC。这反常情况可从化学平衡的角度理解，由于产物CO为气体，能及时离开反应体系降低了生成物的浓度，促使反应向正反应方向进行。（2）强酸制弱酸规律反常：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2、CaCO3SiO2CaSiO3CO2。一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，溶液中可发生反应Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而上述反应之所以能进行，是因为该反应是在高温干态条件下进行的，可从化学平衡角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO2气体，因CO2生成后离开反应体系，使反应向右进行到底。（3）氧化物的反应规律反常：一般情况，碱性氧化物酸盐水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO24HFSiF42H2O(SiF4不属于盐)。2、五种溶液：通入过量CO2后溶液仍浑浊，符合条件的五种溶液是：Na2SiO3溶液；NaAlO2溶液；苯酚钠溶液；饱和的Na2CO3溶液；饱和NaCl的氨溶液(侯氏制碱原理)。3、八个反应：常见非金属置换出非金属的反应：2H2SiCl4Si4HCl、CH2O(g) COH2、2CSiO2Si2CO、O22H2S2S2H2O、2F22H2O=4HFO2、Cl22NaBr=2NaClBr2。二、碳、硅的氧化物1、一氧化碳：（1）物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。（2）化学性质：燃烧：CO燃烧产生淡蓝色火焰，2COO22CO2。还原CuO：CuCOCuCO2（冶炼金属）。2、二氧化硅和二氧化碳：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CO2分子，其结构为直线型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，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3 与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HFSiF42H2O不反应与碱液反应(NaOH) SiO22NaOHNa2SiO3H2O (盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)CO2少量：CO22NaOHNa2CO3H2O；CO2过量：CO2NaOHNaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)H2SiO3Na2CO3 或Na2SiO3H2O2CO2(足量)H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2Na2CO3 与碳反应SiO22CSi2COCO2C2CO注意玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。方法技巧：1、熟记可用CO2制取的弱酸：碳酸酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。2、反应顺序的判断：当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。3、CO2与碱反应产物的定量判断：以CO2与NaOH溶液反应为例：CO22NaOHNa2CO3H2O、CO2NaOHNaHCO3，当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：三、硅酸盐及其无机非金属材料1、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。硅酸盐的表示方法：硅酸盐的种类很多，结构复杂，其组成的表示方法有两种： D、该反应为高温固体之间的反应，不能判断非金属性强弱；【详解】【点睛】本题考查非金属元素在周期表中的位置及性质递变规律和酸性比较等知识，解题关键：理解元素的金属性和非金属性的概念和比较方法，易错点A，用氧化性和还原性比较元素的金属性和非金属性时，注意物质的氧化性和还原性受温度等外界条件影响。1下列我国古代优秀艺术作品中，所用材料不属于无机非金属材料的是A.商代后母戊鼎B.新石器时代人面鱼纹彩陶盆C.明永乐青花竹石芭蕉纹梅瓶D.三国青瓷羊形烛台AA BB CC DD【答案】A【解析】【分析】商代后母戊鼎是青铜器，所用材料属于金属材料，陶瓷属于硅酸盐产品，所用原料属于无机非金属材料。【详解】【点睛】本题考查了无机非金属材料，难度不大，无机非金属材是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，注意基础知识的积累。2要将NaOH高温熔化，下列坩埚中可选用的是A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚 C氧化铝坩埚 D铁坩埚【答案】D【解析】【详解】A.玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅能和氢氧化钠反应,故A错误;B.石英中含有二氧化硅,二氧化硅能和氢氧化钠反应,故B错误;C.三氧化二铝能和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠,故C错误;D.铁坩埚含有铁,铁与氢氧化钠不反应,所以D选项是正确的。答案：D。 7用四种溶液进行实验，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，溶液不变浑浊BaCl2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，再加入足量的NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液AA BB CC DD【答案】B【解析】【详解】8下列关于硅的说法不正确的是A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属单质反应【答案】C【解析】【分析】硅的化学性质不活泼，但常温下仍能与氟气、氢氟酸、NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等发生反应。 【详解】【点睛】本题考查了硅的物理性质、化学性质等知识点，难度不大，注意硅常温下、加热条件下能够发生的反应是解题关键。9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制备木材防火剂B硅酸溶胶具有吸附水分的能力硅作半导体的材料C二氧化硅硬度大、熔点高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AA BB CC DD【答案】A【解析】【详解】A、硅酸钠的化学性质很稳定，不燃不爆，是制备木材防火剂的原料，选项A正确；B、硅胶吸附水，与硅作半导体的材料无关，选项B错误；C、二氧化硅硬度大，与氢氟酸和玻璃反应无关，选项C错误；D、焦炭具有可燃性，与焦炭还原二氧化硅无关，选项D错误。答案选A。10硅是最理想的太阳能电池材料，高性能晶硅电池是建立在高质量晶硅材料基础上的。工业上可以用如图所示的流程制取高纯硅。（1）硅在周期表中的位置是_，反应1中氧化剂与还原剂的物质的量之比为：_（2）粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3 (沸点31.8)中含有少量SiCl4 (沸点57.6)和SiH2Cl2 (沸点8.2)、SiH3Cl(沸点-30.4)提纯SiHCl3采用的方法为_，整个过程中可以循环利用的物质X是：_（填化学式）（3）提纯粗硅的过程中必须严格控制无水无氧，原因之一是硅的卤化物极易水解，写出SiCl4遇水剧烈反应的化学方程式_（4）硅在有HNO3存在的条件下，可以与HF生成H2SiF6，同时有不溶于水的气体生成，该气体遇空气变为红棕色，硅单质发生的化学方程式为_（5）某工厂用100吨纯度为75%的石英砂为原料经第一步反应制得的粗硅中含硅28吨，则该过程中硅的产率是：_（精确到小数点后两位）【答案】 第三周期第IVA族 1:2 蒸馏或分馏 HCl SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl或3SiCl4+4H2O=H3SiO4+4HCl 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H2O 0.80或80.00%【解析】(1)硅是14号元素，在周期表中位于第三周期第IVA族，反应1为二氧化硅和碳的反应：SiO2+3CSiC+2CO，反应中氧化剂是二氧化硅和C，还原剂是C，氧化剂和还原剂的物质的量之比为1:2，故答案为：第三周期第IVA族；1:2； (3)提纯粗硅的过程中必须严格控制无水无氧，原因之一是硅的卤化物极易水解，SiCl4遇水剧烈反应的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl，故答案为：SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl；
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