1、第1讲 碳、硅及其化合物,考点一 碳、硅及其氧化物,考点二 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料,总纲目录,高考真题演练,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.C、Si单质的化学性质写出的化学方程式: C+CO2 2CO或2C+O2 2CO CO2+C 2CO,CuO+C Cu+CO C+H2O(g) CO+H2 制水煤气 Si+4HF SiF4+2H2 Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2,3.二氧化硅与二氧化碳的比较,4.CO2的实验室制法 (1)反应原理: CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2O 。 (2)发生装置:启普发生器。 (3)除
2、去CO2中混有的HCl的试剂: 饱和NaHCO3溶液 。 (4)收集方法: 向上排空气法 。 (5)验满方法: 用燃着的小木条靠近集气瓶口,火焰熄灭 。,5.硅的工业制取及提纯 石英砂 粗硅 SiCl4 高纯硅 涉及的化学方程式: SiO2+2C Si+2CO Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si+4HCl,1.易错易混辨析(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与水反应生成H2S
3、iO3 ( ) (5)SiO2既能与NaOH(aq)反应又能与HF(aq)反应,故SiO2为两性氧化物 ( ),(6)2C+SiO2 Si+2CO,说明C的还原性比Si强 ( ) (7)1 mol SiO2中含有4NA个SiO键 ( ) (8)根据反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,可知SiO2对应水化物的酸 性比H2CO3强 ( ) (9)含有1 mol C原子的石墨中含有3NA个CC键 ( ),2.将下列物质和其物理性质或用途用短线连接起来。,答案 c a e b d g f,题组一 碳、硅单质的性质及应用,1.(2018山东泰安模拟)下列关于碳和硅的叙述中,正确的是 (
4、 B ) 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,解析 CO不溶于水,不能生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应,A 错误;SiO2不溶于水,也不能与水反应生成相应的酸,C错误; 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,D错误。,2.(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是 。 浓HNO3 水 浓H2SO4 氢氟酸 NaOH溶液 氟气 氯气 (2)下列事实能说明非金属性:CSi的是 。 硬度:金刚石晶体硅 熔、沸点:SiO2CO2 酸性:H2CO3H2S
5、iO3 稳定性:CH4SiH4 CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀 高温下,SiO2与Na2CO3反应 相同条件下,碱性:Na2SiO3(aq)Na2CO3(aq),答案 (1) (2),题后悟道,题组二 碳、硅氧化物的性质及应用,3.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正 确的是 ( D ),解析 A项,向饱和Na2CO3溶液中通入CO2,会发生反应生成碳酸氢 钠,相同温度下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CO 2,会产生硅酸,硅酸是不溶于水的白色沉淀,溶液变浑浊,继续
6、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,溶液变浑浊,碳酸钙与H2O和过量的CO2反应会转化为碳酸 氢钙,浑浊消失,次氯酸具有强氧化性,可使品红溶液褪色,故错误;D项,向 氢氧化钙溶液中通入CO2会生成碳酸钙沉淀,溶液变浑浊,继续通入CO2气 体,碳酸钙转化为碳酸氢钙,浑浊消失,加入NaOH溶液后,碳酸氢钙和氢氧 化钠反应会生成碳酸钙,溶液又变浑浊,故正确。,4.写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法: (1)CO(CO2): 。 (2)CO2(CO): 。 (3)CO2(O2): 。 (4)CO2(SO2):
7、 。 (5)CO2(HCl): 。,答案 (1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶 (2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管 (3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管 (4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶 (5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,5.(2018河南信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳,某课 外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置:根据装置回答问题:(1)A装置的作用是 。 (2)实验后怎样处理尾气: ,发生反应的化学方程式为,。 (3)若实验时观察到 ,则证明原气体中一定含有一氧化碳。,答案 (1)吸收CO2 (2)点燃 2CO+O2 2CO2 (
8、3)B中无明显现象, 装置C中黑色粉末变成光亮的红色,D中澄清石灰水变浑浊,题后悟道 确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法各装置的作用是: A除去混合气体中的CO2气体,B检验混合气体中CO2是否除尽 CCO还原CuO:CO+CuO Cu+CO2 D验证CO的氧化产物CO2 E除去尾气中的CO2气体 F除去尾气中的CO气体、防止污染环境 确定混合气体中含有CO气体的实验现象是:C中的物质由黑色变成红 色,B中无明显现象,D中的澄清石灰水变浑浊。,题组三 硅的制备,6.(2019湖南长沙期末)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
9、的化学反应是( B ) A.2C+SiO2 Si+2CO B.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O C.Si+2Cl2 SiCl4 D.SiCl4+2H2 Si+4HCl,解析 制Si流程:SiO2 粗硅 SiCl4 Si。,7.(2018山东青岛模拟)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Si- HCl3能与水剧烈反应,在空气中易自燃。,请回
10、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反应制取纯硅的装置如图所示(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+SiO
11、2 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,进入装置D中与H2反应。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
12、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。,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
13、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 CaO3MgO4SiO2 。,3.无机非金属材料 (1)传统无机非金属材料,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。 (3)特殊功能的含硅物质。 a.碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。 b.含硅元素4%的硅钢具有导磁性。 c.硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。,1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)硅酸难溶于水
14、,故为非电解质 ( ) (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)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品 ( ),Na2SiO3+CO2,两反应是相互矛盾的,不可能都发生 ( ) (7)硅胶多孔,吸水能力强,常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂 ( ) (8)生产玻璃和水泥的共同原料是石灰石 ( ),(6)反应Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3,反应Na2CO3+SiO2,2.【深度思考】 利用下图中的装置和
15、试剂验证非金属性:ClCSi,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,且HCl不是氯元素的 最高价含氧酸,无法达到实验目的。,题组一 H2SiO3、硅酸盐的性质及应用,1.用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na3SiO3可用作 。向Na2SiO3溶液中通入CO2产生白色沉淀,说明酸性:H2SiO3 (“大于”或“小于”)H2CO3。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔 融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是 。 A.普通玻璃坩埚 B.石英玻璃坩埚 C.氧化铝坩埚
16、D.铁坩埚,答案 防火剂 小于 D,解析 高温条件下Na2CO3与SiO2反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2。,2.(2018安徽合肥模拟)天工开物记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择 取无沙粘(黏)土而为之”,“凡坯既成,干燥之后,则堆积窖中燃薪举 火”,“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法中错误的是 ( A ) A.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 B.“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理、化学变化 C.烧制后自然冷却成红瓦,浇水冷却成青瓦 D.黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料,解析 沙子的主要成分为SiO2,不属于硅酸盐。,题后悟道 硅及其化合物用途的易错点 (1)用
17、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 而不是晶体硅,计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。 (2)水晶、石英、玛瑙、硅石、沙子等的主要成分是SiO2,而不是硅酸 盐。 (3)传统无机非金属材料(陶瓷、水泥、普通玻璃)的主要成分是硅酸 盐。,题组二 硅及其化合物之间的转化,3.(2018山西太原模拟)下列转化不能通过一步反应实现的是 ( C ) A.Na2SiO3 H2SiO3 B.H2SiO3 SiO2 C.SiO2 H2SiO3 D.SiO2 Na2SiO3,解析 Na2SiO3 H2SiO3,H2SiO3 SiO2,SiO2 Na2SiO3, SiO2不
18、与H2O反应,故不能一步转化为H2SiO3。,4.(2018福建福州期末)X是一种新型无机非金属材料,具有耐磨、耐腐 蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下:为了确定C的组成,某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶 于水和稀硝酸的白色沉淀,I可用于制造光导纤维。,答案 (1)SiCl4 Si3N4 (2)Si+2Cl2 SiCl4 Si +2H2O+2CO2 H2SiO3+2HC,解析 本题可从I入手推断,I可用于制造光导纤维,故其为二氧化硅,F为 硅酸,H为硅酸钠。E为HCl,C为氯化硅,X为Si3N4。反应为Si与Cl2反应 生成SiCl4,反应为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳
19、酸氢 钠。,题后悟道 硅及其化合物的转化关系,1.判断正误(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)(2018天津理综)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料 为黏土 ( ) (2)(2018江苏单科)SiO2熔点高、硬度大,可用于制光导纤维 ( ) (3)(2017江苏单科)下列转化能一步实现: CaCO3 CaO CaSiO3 ( ) (4)(2016课标)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 ( ),高考真题演练,(5)(2016江苏单科)下列转化在一定条件下能够实现: SiO2 SiCl4 Si ( ) (6)(2016课标)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一 (
20、 ),2.(2018北京理综,7,6分)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加 值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。下列说法不正确的是 ( ),A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100% B.CH4CH3COOH过程中,有CH键发生断裂 C.放出能量并形成了CC键 D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率,答案 D 解析 本题考查能量变化、催化剂催化机理等知识。催化剂只影 响化学反应速率,不会使化学平衡发生移动,故不会提高反应物的平衡 转化率,D不正确。,3.(2018课标,28节选)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原 料。回答下列问题: (1
21、)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成 (HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式 。 (2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应: 2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) H1=48 kJmol-1,3SiH2Cl2(g) SiH4(g)+2SiHCl3(g) H2=-30 kJmol-1 则反应4SiHCl3(g) SiH4(g)+3SiCl4(g)的H为 kJmol-1。,答案 (1)2SiHCl3+3H2O (HSiO)2O+6HCl (2)114,解析 (1)依据题意知,SiHCl3遇潮气时发烟的化学方程式为2SiHCl3+3H2O (HSiO)2O+6HCl。 (2)由盖斯定律可知H=3H1+H2=348 kJmol-1-30 kJmol-1=114 kJmol-1。,
