專題3.9 碳族方面試題的解題方法與技巧隨著新能源，新材料，新工藝的發(fā)展應(yīng)用，硅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用有逐漸增多的趨勢(shì)。高考將對(duì)硅及其化合物的性質(zhì)和有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重點(diǎn)考查，以選擇題為基礎(chǔ)題型，以化工綜合應(yīng)用題為提高題型，將有多種考查方式出現(xiàn)。常見考查方式：關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的實(shí)驗(yàn)探究；有關(guān)硅單質(zhì)及其化合物的物質(zhì)推斷；硅的單質(zhì)和化合物的綜合利用及有關(guān)工藝流程。預(yù)計(jì)2019年高考在注重對(duì)非金屬元素單質(zhì)及其化合物性質(zhì)及轉(zhuǎn)化關(guān)系考查的同時(shí)，將會(huì)更加突出對(duì)物質(zhì)組成、性質(zhì)和反應(yīng)原理的探究，考查學(xué)生分析解決問題的能力和對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，并同時(shí)強(qiáng)化化學(xué)知識(shí)與生活、社會(huì)實(shí)際問題的聯(lián)系。一、硅及其化合物：注意1、不要混淆二氧化硅和硅的用途：用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片的是晶體硅。 2、水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。方法技巧：1、三種“反?！保?）還原性強(qiáng)弱規(guī)律反常：SiO22CSi2CO，該反應(yīng)中C作還原劑，SiO2中硅原子得電子，而失電子的能力SiC。這反常情況可從化學(xué)平衡的角度理解，由于產(chǎn)物CO為氣體，能及時(shí)離開反應(yīng)體系降低了生成物的濃度，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。（2）強(qiáng)酸制弱酸規(guī)律反常：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2、CaCO3SiO2CaSiO3CO2。一般情況下，因?yàn)樘妓岬乃嵝员裙杷釓?qiáng)，溶液中可發(fā)生反應(yīng)Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，即符合“較強(qiáng)酸制較弱酸”的復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律。而上述反應(yīng)之所以能進(jìn)行，是因?yàn)樵摲磻?yīng)是在高溫干態(tài)條件下進(jìn)行的，可從化學(xué)平衡角度理解，高溫時(shí)，SiO2這種高沸點(diǎn)、難揮發(fā)的固體制得了低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的CO2氣體，因CO2生成后離開反應(yīng)體系，使反應(yīng)向右進(jìn)行到底。（3）氧化物的反應(yīng)規(guī)律反常：一般情況，堿性氧化物酸鹽水，SiO2是酸性氧化物卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HFSiF42H2O(SiF4不屬于鹽)。2、五種溶液：通入過量CO2后溶液仍渾濁，符合條件的五種溶液是：Na2SiO3溶液；NaAlO2溶液；苯酚鈉溶液；飽和的Na2CO3溶液；飽和NaCl的氨溶液(侯氏制堿原理)。3、八個(gè)反應(yīng)：常見非金屬置換出非金屬的反應(yīng)：2H2SiCl4Si4HCl、CH2O(g) COH2、2CSiO2Si2CO、O22H2S2S2H2O、2F22H2O=4HFO2、Cl22NaBr=2NaClBr2。二、碳、硅的氧化物1、一氧化碳：（1）物理性質(zhì)：無色氣體，有毒，難溶于水。（2）化學(xué)性質(zhì)：燃燒：CO燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，2COO22CO2。還原CuO：CuCOCuCO2（冶煉金屬）。2、二氧化硅和二氧化碳：物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子存在單個(gè)CO2分子，其結(jié)構(gòu)為直線型主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2OH2CO3 與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HFSiF42H2O不反應(yīng)與堿液反應(yīng)(NaOH) SiO22NaOHNa2SiO3H2O (盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞)CO2少量：CO22NaOHNa2CO3H2O；CO2過量：CO2NaOHNaHCO3與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如與Na2SiO3反應(yīng)：Na2SiO3H2OCO2(不足)H2SiO3Na2CO3 或Na2SiO3H2O2CO2(足量)H2SiO32NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2CaOCaSiO3如與Na2O反應(yīng)：Na2OCO2Na2CO3 與碳反應(yīng)SiO22CSi2COCO2C2CO注意玻璃中含有SiO2，SiO2能夠與堿液緩慢反應(yīng)，帶玻璃塞的玻璃試劑瓶一般都是磨砂口的，接觸非常嚴(yán)密，接觸堿液時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)生成具有黏合性很強(qiáng)的Na2SiO3水溶液，從而使瓶塞與瓶頸黏在一起，不易分開。方法技巧：1、熟記可用CO2制取的弱酸：碳酸酸性比硅酸、次氯酸、偏鋁酸等強(qiáng)，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。2、反應(yīng)順序的判斷：當(dāng)有多種組分與一種物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，判斷反應(yīng)順序的方法：先假設(shè)與其中的一種組分反應(yīng)，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應(yīng)，則假設(shè)錯(cuò)誤。如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設(shè)CO2先與KOH反應(yīng)，則生成的K2CO3會(huì)與Ba(OH)2繼續(xù)反應(yīng)生成BaCO3，故假設(shè)錯(cuò)誤，應(yīng)該是CO2先與Ba(OH)2反應(yīng)。3、CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷：以CO2與NaOH溶液反應(yīng)為例：CO22NaOHNa2CO3H2O、CO2NaOHNaHCO3，當(dāng)n(OH)n(CO2)的值不同時(shí)產(chǎn)物如下：三、硅酸鹽及其無機(jī)非金屬材料1、由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。硅酸鹽的表示方法：硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成的表示方法有兩種： D、該反應(yīng)為高溫固體之間的反應(yīng)，不能判斷非金屬性強(qiáng)弱；【詳解】【點(diǎn)睛】本題考查非金屬元素在周期表中的位置及性質(zhì)遞變規(guī)律和酸性比較等知識(shí)，解題關(guān)鍵：理解元素的金屬性和非金屬性的概念和比較方法，易錯(cuò)點(diǎn)A，用氧化性和還原性比較元素的金屬性和非金屬性時(shí)，注意物質(zhì)的氧化性和還原性受溫度等外界條件影響。1下列我國(guó)古代優(yōu)秀藝術(shù)作品中，所用材料不屬于無機(jī)非金屬材料的是A.商代后母戊鼎B.新石器時(shí)代人面魚紋彩陶盆C.明永樂青花竹石芭蕉紋梅瓶D.三國(guó)青瓷羊形燭臺(tái)AA BB CC DD【答案】A【解析】【分析】商代后母戊鼎是青銅器，所用材料屬于金屬材料，陶瓷屬于硅酸鹽產(chǎn)品，所用原料屬于無機(jī)非金屬材料?！驹斀狻俊军c(diǎn)睛】本題考查了無機(jī)非金屬材料，難度不大，無機(jī)非金屬材是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料，注意基礎(chǔ)知識(shí)的積累。2要將NaOH高溫熔化，下列坩堝中可選用的是A普通玻璃坩堝 B石英玻璃坩堝 C氧化鋁坩堝 D鐵坩堝【答案】D【解析】【詳解】A.玻璃中含有二氧化硅,二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng),故A錯(cuò)誤;B.石英中含有二氧化硅,二氧化硅能和氫氧化鈉反應(yīng),故B錯(cuò)誤;C.三氧化二鋁能和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉,故C錯(cuò)誤;D.鐵坩堝含有鐵,鐵與氫氧化鈉不反應(yīng),所以D選項(xiàng)是正確的。答案：D。 7用四種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是選項(xiàng)操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2，溶液不變渾濁BaCl2溶液B通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失，再加入足量的NaOH溶液，又變渾濁Ca(OH)2溶液AA BB CC DD【答案】B【解析】【詳解】8下列關(guān)于硅的說法不正確的是A硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體B硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)D加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬單質(zhì)反應(yīng)【答案】C【解析】【分析】硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，但常溫下仍能與氟氣、氫氟酸、NaOH溶液等發(fā)生反應(yīng)，加熱至一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等發(fā)生反應(yīng)。 【詳解】【點(diǎn)睛】本題考查了硅的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，注意硅常溫下、加熱條件下能夠發(fā)生的反應(yīng)是解題關(guān)鍵。9下列物質(zhì)性質(zhì)與用途對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是性質(zhì)用途A硅酸鈉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定制備木材防火劑B硅酸溶膠具有吸附水分的能力硅作半導(dǎo)體的材料C二氧化硅硬度大、熔點(diǎn)高氫氟酸在玻璃上刻花紋D焦炭具有可燃性焦炭還原二氧化硅冶煉粗硅AA BB CC DD【答案】A【解析】【詳解】A、硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不燃不爆，是制備木材防火劑的原料，選項(xiàng)A正確；B、硅膠吸附水，與硅作半導(dǎo)體的材料無關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C、二氧化硅硬度大，與氫氟酸和玻璃反應(yīng)無關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D、焦炭具有可燃性，與焦炭還原二氧化硅無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案選A。10硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，高性能晶硅電池是建立在高質(zhì)量晶硅材料基礎(chǔ)上的。工業(yè)上可以用如圖所示的流程制取高純硅。（1）硅在周期表中的位置是_，反應(yīng)1中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為：_（2）粗硅與HCl反應(yīng)完全后,經(jīng)冷凝得到的SiHCl3 (沸點(diǎn)31.8)中含有少量SiCl4 (沸點(diǎn)57.6)和SiH2Cl2 (沸點(diǎn)8.2)、SiH3Cl(沸點(diǎn)-30.4)提純SiHCl3采用的方法為_，整個(gè)過程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)X是：_（填化學(xué)式）（3）提純粗硅的過程中必須嚴(yán)格控制無水無氧，原因之一是硅的鹵化物極易水解，寫出SiCl4遇水劇烈反應(yīng)的化學(xué)方程式_（4）硅在有HNO3存在的條件下，可以與HF生成H2SiF6，同時(shí)有不溶于水的氣體生成，該氣體遇空氣變?yōu)榧t棕色，硅單質(zhì)發(fā)生的化學(xué)方程式為_（5）某工廠用100噸純度為75%的石英砂為原料經(jīng)第一步反應(yīng)制得的粗硅中含硅28噸，則該過程中硅的產(chǎn)率是：_（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位）【答案】 第三周期第IVA族 1:2 蒸餾或分餾 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號(hào)元素，在周期表中位于第三周期第IVA族，反應(yīng)1為二氧化硅和碳的反應(yīng)：SiO2+3CSiC+2CO，反應(yīng)中氧化劑是二氧化硅和C，還原劑是C，氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為1:2，故答案為：第三周期第IVA族；1:2； (3)提純粗硅的過程中必須嚴(yán)格控制無水無氧，原因之一是硅的鹵化物極易水解，SiCl4遇水劇烈反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl，故答案為：SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl；