化學 課標版,第10講 碳、硅及其化合物,考點一 碳、硅及其氧化物 1.C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途,2.硅的化學性質(zhì) 硅的化學性質(zhì)不活潑,常溫下只能與F2、氫氟酸、強堿溶液反應;在加 熱條件下,能與O2、Cl2等少數(shù)非金屬單質(zhì)化合。 寫出下列相關反應的化學方程式:,3.硅的工業(yè)制法及提純,4.二氧化硅與二氧化碳的比較,1.判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。 (1)碳單質(zhì)的化學性質(zhì)主要表現(xiàn)為還原性,能被氧化劑氧化為+2價或+4價的化合物 ( ) (2)硅的性質(zhì)很穩(wěn)定,在常溫下不與任何物質(zhì)反應 ( ) (3)C60、金剛石、石墨互為同位素 ( ) (4)SiO2不與水反應生成硅酸,因此SiO2不是酸性氧化物 ( ) (5)SiO2不與任何酸反應 ( ) (6)2C+SiO2 Si+2CO,說明C的還原性比Si強 ( ) (7)根據(jù)反應:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,可知SiO2水化物的酸性比 H2CO3強 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7),2.【多維思考】 (1)從元素周期表的位置看,碳和硅均為A族元素,自然界中有碳的多 種單質(zhì)存在,自然界中有硅的單質(zhì)嗎?為什么? (2)從元素周期表的位置看,硅的還原性比碳強,但碳能與SiO2反應制取 Si,試從化學平衡的角度認識該反應發(fā)生的原因。,答案 (1)沒有。因為硅有很強的親氧性,在地殼形成時硅與氧易結(jié)合, 難分離,因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在。 (2)2C+SiO2 Si+2CO,CO氣體逸出,促使反應正向進行。,題組一 碳、硅的性質(zhì)和應用,1.下列關于碳和硅的敘述中,正確的是 ( ) A.氧化物都能與NaOH溶液反應 B.單質(zhì)在加熱時都能跟O2反應 C.氧化物都能溶于水生成相應的酸 D.碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì),答案 B CO不溶于水,不能生成相應的酸,也不能與NaOH溶液反應; SiO2不溶于水,也不能生成相應的酸; 碳有金剛石、石墨、C60等同素異 形體,硅有晶體硅和無定形硅等,所以兩種元素共有多種單質(zhì)。,2.(2016福建福州模擬)下列有關說法正確的是 ( ) A.硅相對于氫氣便于運輸、貯存,從安全角度考慮,硅是有開發(fā)價值的 燃料 B.硅在地殼中含量居第二位,在地球上有豐富的硅資源,如石英、水 晶、瑪瑙的主要成分都是單質(zhì)硅 C.存放NaOH溶液的試劑瓶應用玻璃塞 D.二氧化硅是一種良好的半導體材料,答案 A 硅常溫下為固體,性質(zhì)較穩(wěn)定,便于貯存,較為安全,硅是有開 發(fā)價值的燃料,故A正確;石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅, 故B錯誤;二氧化硅能夠與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉和水,硅酸鈉具有黏 性,所以存放NaOH溶液的試劑瓶應用橡膠塞,故C錯誤;二氧化硅不導 電,是絕緣體,故D錯誤。,3.有些科學家提出硅是“21世紀的能源”,這主要是由于作為半導體材 料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列有關硅的說法中,不 正確的是 ( ) A.高純度的硅廣泛用于制作計算機芯片 B.硅可由二氧化硅還原制得 C.低溫時,硅與水、空氣和酸不反應,但能與氫氟酸反應 D.自然界中硅的儲量豐富,自然界中存在大量的單質(zhì)硅,答案 D 硅是重要的半導體材料,可用于制造計算機芯片,A正確;2C+ SiO2 Si+2CO,B正確;常溫下,Si的性質(zhì)穩(wěn)定,但可以與F2、HF、強 堿溶液反應,C正確;自然界中不存在單質(zhì)硅,D錯誤。,反思歸納 碳、硅單質(zhì)的特殊性 (1)一般情況下,非金屬單質(zhì)熔、沸點低,硬度小,但晶體硅、金剛石熔、 沸點高,硬度大,其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。 (2)一般情況下,非金屬單質(zhì)為絕緣體,但硅為半導體,石墨為電的良導體。 (3)Si的還原性強于C,但C在高溫下能還原出Si:SiO2+2C Si+2CO。,(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應,但硅能跟氫氟酸作用:Si+4HF SiF4+2H2。 (5)常見的與強堿反應生成H2的固體單質(zhì)有Al和Si,能夠置換出H2O中氫 的非金屬單質(zhì)為碳,這些特征反應常作為推斷題的突破口。 (6)金剛石為原子晶體,1 mol金剛石中含有2 mol碳碳單鍵;晶體硅為原 子晶體, 1 mol晶體硅中含有2 mol SiSi鍵;二氧化硅為原子晶體,1 mol SiO2中含有4 mol SiO鍵;石墨為混合晶體;C60是分子晶體。,題組二 硅的制備,4.半導體工業(yè)中,有一句行話:“從沙灘到用戶”,即由SiO2制取Si。制取 過程中不涉及的化學反應是 ( ) A.2C+SiO2 Si+2CO B.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O C.Si+2Cl2 SiCl4 D.SiCl4+2H2 Si+4HCl,答案 B 工業(yè)制取純硅的工藝流程為SiO2 粗硅 SiCl4 純 硅,該工藝流程中不涉及SiO2與NaOH溶液的反應。,5.晶體硅是一種重要的非金屬材料,制備純硅的主要步驟如下: 高溫下用過量的碳還原二氧化硅制得粗硅,同時得到一種可燃性氣體; 粗硅與干燥的HCl氣體反應制得SiHCl3(Si+3HCl SiHCl3+H2); SiHCl3與過量的H2在1 1001 200 的溫度下反應制得純硅,已知SiHCl3能與水劇烈反應,在空氣中易自燃。 請回答: (1)第一步制取粗硅的化學方程式為 。 (2)粗硅與HCl氣體反應完全后,經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0 )中含 有少量SiCl4(沸點57.6 )和HCl(沸點-84.7 ),提純SiHCl3采用的方法 為 。,(3)實驗室用SiHCl3與過量的H2反應制取純硅裝置如圖所示(加熱和夾持 裝置略去): 裝置B中的試劑是 ,裝置C中的燒杯需要加熱,目的是 。 反應一段時間后,裝置D中觀察到的現(xiàn)象是 ,裝置D,不能采用普通玻璃管的原因是 ,裝置D中發(fā)生反應的化學方程式是 。 為保證制備純硅實驗的成功,操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性,控 制好反應溫度以及 。,答案 (1)2C+SiO2 Si+2CO (2)分餾(或蒸餾) (3)濃硫酸 使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化 有固體物質(zhì)生成 在題給反應溫度下(1 1001 200 ),普通的玻璃會 軟化 SiHCl3+H2 Si+3HCl 排盡裝置中的空氣,解析 (1)制取粗硅是在高溫條件下,碳與二氧化硅發(fā)生反應。 (2)根據(jù)沸點的不同提純物質(zhì),采用的方法是分餾或蒸餾。 (3)因SiHCl3與水劇烈反應,故裝置A中產(chǎn)生的H2必須干燥,因此裝置B中的試劑為濃H2SO4,起干燥作用;裝置C燒瓶需加熱,其目的是使SiHCl3汽化,加快其與H2的反應速率。石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應為硅,故裝置D中有固體產(chǎn)生;由題給信息,制純硅的反應條件為1 1001 200 ,此溫度下普通玻璃容易軟化。因高溫下H2與O2反應容易爆炸,故還應排盡裝置中的空氣。,6.(2016山東濰坊檢測)用四種溶液進行實驗,下表中“操作及現(xiàn)象”與 “溶液”對應關系正確的是 ( ),題組三 CO2、SiO2的主要性質(zhì)及應用,答案 D A項,向飽和Na2CO3溶液中通入CO2,會發(fā)生反應生成碳酸氫 鈉,碳酸氫鈉的溶解度小于碳酸鈉,所以會析出碳酸氫鈉晶體,繼續(xù)通入 CO2氣體,渾濁不消失,故錯誤;B項,向Na2SiO3溶液中通入CO2,會產(chǎn)生硅 酸,硅酸是不溶于水的白色沉淀,繼續(xù)通入CO2至過量,渾濁不會消失,故 錯誤;C項,向Ca(ClO)2溶液中通入CO2,會生成碳酸鈣和次氯酸,碳酸鈣與 過量CO2反應會轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈣,沉淀消失,次氯酸具有強氧化性,可使 品紅溶液褪色,故錯誤;D項,氫氧化鈣溶液中通入CO2會生成碳酸鈣沉 淀,繼續(xù)通入CO2氣體,碳酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈣,加入NaOH后,碳酸氫鈣和 氫氧化鈉反應會生成碳酸鈣,故正確。,7.指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用,從AE選項中選擇正 確答案填入括號內(nèi)。 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O( ) SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2( ) SiO2+2C Si+2CO( ) SiO2+3C SiC+2CO( ) SiO2+4HF SiF4+2H2O( ),A.作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕 B.氧化性 C.酸性氧化物的通性 D.將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來 E.未參加氧化還原反應 答案 C C B E A,反思歸納 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接與水作用 制備H2SiO3。 (2)酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2能跟氫氟酸作用:SiO2+4HF SiF4+2H2O。 (3)不要混淆二氧化硅和晶體硅的用途,用于制作光導纖維的是SiO2,用 于制作半導體材料、計算機芯片的是晶體硅。 (4)水晶、石英、瑪瑙的主要成分都是SiO2。,考點二 硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料 1.硅酸的性質(zhì)、制備及用途,2.硅酸鹽 (1)硅酸鹽是由 硅、氧 元素和 金屬 元素組成的化合物的總 稱,是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。 (2)Na2SiO3水溶液俗稱 水玻璃 ,是無色黏稠液體,常用于制作黏合 劑、防腐劑和耐火材料。 (3)硅酸鈉溶液在空氣中易變質(zhì),反應的化學方程式為Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3。 (4)硅酸鹽組成的表示 通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成,排列順 序:活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水,如硅酸鈉(Na2 SiO3)可表示為 Na2OSiO2 ,石棉(CaMg3Si4O12)可表示為 CaO3 MgO4SiO2 。,3.無機非金屬材料 (1)傳統(tǒng)無機非金屬材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。 a.常見硅酸鹽材料比較,b.玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 ; CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 。 (2)新型無機非金屬材料,如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導纖維、生物陶瓷等。,1.判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。 (1)硅酸易溶于水,酸性比碳酸弱,化學性質(zhì)比較穩(wěn)定,受熱不分解 ( ) (2)水玻璃俗稱泡花堿,是一種純凈物 ( ) (3)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀,通入過量 CO2,白色沉淀消失 ( ) (4)玻璃是一種晶體,有較高的熔點 ( ) (5)生產(chǎn)水泥和玻璃的共同原料是石英 ( ) (6)新型無機非金屬材料具有光學特性、生物功能、電學特性、耐高 溫、強度高 ( ) (7)瑪瑙手鐲、水晶鏡片、玻璃所用材料均為硅酸鹽 ( ),(8)傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽 ( ),答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8),2.【多維思考】 利用下圖中的裝置和試劑驗證酸性H2CO3H2SiO3,能否達到實驗目的, 為什么?,答案 不能。揮發(fā)出來的HCl氣體進入硅酸鈉溶液后,也能與硅酸鈉反 應生成白色沉淀,和CO2與硅酸鈉反應的現(xiàn)象相同,無法達到實驗目的。,題組一 硅酸及硅酸鹽的組成、性質(zhì)及應用,1.隨著我國“嫦娥三號”的成功著陸及“玉兔號”月球車開始工作,可 以獲取大量月球物質(zhì)并進行成分分析,月球上的主要礦物有輝石 (CaMgSi2O6)、正長石(KAlSi3O8)和橄欖石(Mg或Fe)2SiO4等。下列說 法或分析不正確的是 ( ) A.輝石、正長石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦 B.正長石的氧化物形式可表示為K2OAl2O33SiO2 C.橄欖石中鐵元素為+2價 D.月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因為月球的表面幾乎沒有氧氣,答案 B 根據(jù)輝石、正長石和橄欖石的化學式可知三者均屬于硅酸 鹽礦,A正確;根據(jù)元素化合價不變的原則,將正長石的化學式改寫為氧 化物的形式可表示為K2OAl2O36SiO2,B不正確;根據(jù)化合價代數(shù)和為零, 可知橄欖石中鐵元素為+2價,C正確;鐵單質(zhì)與氧氣接觸易被氧化,月球 表層沙土中有游離態(tài)鐵是因為月球的表面幾乎沒有氧氣,D正確。,2.(2016福建漳州月考)歌曲青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹 一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然於碗底”等圖案讓人賞心悅目,但 古瓷中所用顏料成分一直是個謎,近年來科學家才得知大多為硅酸鹽, 如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox,銅的化合價為+2)。下列關于硅酸銅 鋇的說法不正確的是 ( ) A.可用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2 B.性質(zhì)穩(wěn)定,不易脫色 C.易溶于強酸和強堿 D.x等于6,答案 C 根據(jù)化合物中正、負化合價的代數(shù)和為0可得:(+2)+(+2)+ (+4)2+(-2)x=0,解得x=6,故D項正確;硅酸鹽用氧化物形式表示時,書寫 順序為:活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水,所以硅 酸銅鋇用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2,故A項正確;BaCuSi2O6性質(zhì) 較穩(wěn)定,不容易脫色,故B項正確。,3.回答下列有關硅元素的問題。 (1)下列說法正確的是 。 A.硅酸鹽一般不溶于水,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(如鹽酸)反應 制得 C.高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳,說明硅酸(H2SiO3)的酸 性比碳酸強 D.鈉長石(化學式Na2OAl2O36SiO2)屬于硅的氧化物 (2)無機非金屬材料分為傳統(tǒng)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料兩 類。下列屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料產(chǎn)品的是 。 玻璃 氮化硅陶瓷 磚瓦 硅芯片 光導纖維 水泥,答案 (1)A (2),解析 (1)二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳,不能說明硅酸的酸性 比碳酸強;SiO2不溶于水,H2SiO3不能由SiO2溶于水制得;鈉長石雖然可表 示成氧化物的形式,但不是氧化物,是硅酸鹽。(2)光導纖維的主要成分 是二氧化硅,硅芯片是高純度的硅。,題組二 無機非金屬材料,4.硅及其化合物在材料領域中應用廣泛,下列敘述正確的是 ( ) A.硅單質(zhì)是制造玻璃的主要原料 B.CaSiO3可用來制造太陽能電池 C.水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 D.二氧化硅是制造光導纖維的材料,答案 D 生產(chǎn)玻璃的主要原料是純堿、石英砂和石灰石,故A項錯誤; 硅單質(zhì)可用來制造太陽能電池,故B項錯誤;水泥的主要成分是硅酸三 鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣等,故C項錯誤;制造光導纖維的主要材料是 SiO2,故D項正確。,5.下列說法錯誤的是 ( ) A.古代的陶瓷、磚瓦,現(xiàn)代的玻璃、水泥等,都是硅酸鹽產(chǎn)品 B.工業(yè)上制取水泥的主要原料為黏土、石灰石 C.博物館窗戶上普通玻璃的主要成分是SiO2 D.青花瓷胎體的原料為高嶺土Al2Si2O5(OH)4,若以氧化物形式可表示 為Al2O32SiO22H2O,答案 C 普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,故C錯誤。,題組三 硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關系,6.(2016江蘇鎮(zhèn)江模擬)下圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程, 下列說法正確的是 ( ) A.SiO2屬于兩性氧化物 B.非金屬性:SiC C.硅膠吸水后可重復再生 D.圖中所示轉(zhuǎn)化反應都是氧化還原反應,答案 C SiO2是酸性氧化物,它能與氫氟酸反應是其特殊性質(zhì),A錯;C 和Si位于同一主族,從上到下,非金屬性依次減弱,故非金屬性:CSi,B錯 誤;硅膠吸水后加熱可使其失去水分,獲得再生,C正確;在圖示轉(zhuǎn)化關系 中有的是氧化還原反應,有的是非氧化還原反應,D錯誤。,7.(2016山西太原調(diào)研)SiO2是一種化工原料,可以制備一系列物質(zhì)。下 列說法正確的是 ( ) A.圖中所有反應都不屬于氧化還原反應 B.硅酸鹽的化學性質(zhì)穩(wěn)定,常用于制造光導纖維 C.可用鹽酸除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣 D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的,其熔點很高,答案 C 圖中SiO2與CaO、CaCO3、Na2CO3的反應不屬于氧化還原反 應,SiO2與C、Si與Cl2、SiCl4與H2的反應屬于氧化還原反應,A錯誤;光導 纖維的主要成分是SiO2,B錯誤;玻璃沒有固定的熔點,D錯誤。,