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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)展應用，硅及其化合物的性質(zhì)和應用有逐漸增多的趨勢。高考將對硅及其化合物的性質(zhì)和有關實驗進行重點考查，以選擇題為基礎題型，以化工綜合應用題為提高題型，將有多種考查方式出現(xiàn)。常見考查方式：關于硅單質(zhì)及其化合物的實驗探究；有關硅單質(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工藝流程。預計2019年高考在注重對非金屬元素單質(zhì)及其化合物性質(zhì)及轉(zhuǎn)化關系考查的同時，將會更加突出對物質(zhì)組成、性質(zhì)和反應原理的探究，考查學生分析解決問題的能力和對知識的應用能力，并同時強化化學知識與生活、社會實際問題的聯(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：用于制作光導纖維的是SiO2，用于制作半導體材料、計算機芯片的是晶體硅。 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?！? （1）還原性強弱規(guī)律反常：SiO2＋2CSi＋2CO↑，該反應中C作還原劑，SiO2中硅原子得電子，而失電子的能力Si＞C。這反常情況可從化學平衡的角度理解，由于產(chǎn)物CO為氣體，能及時離開反應體系降低了生成物的濃度，促使反應向正反應方向進行。 （2）強酸制弱酸規(guī)律反常：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。一般情況下，因為碳酸的酸性比硅酸強，溶液中可發(fā)生反應Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“較強酸制較弱酸”的復分解反應規(guī)律。而上述反應之所以能進行，是因為該反應是在高溫干態(tài)條件下進行的，可從化學平衡角度理解，高溫時，SiO2這種高沸點、難揮發(fā)的固體制得了低沸點、易揮發(fā)的CO2氣體，因CO2生成后離開反應體系，使反應向右進行到底。 （3）氧化物的反應規(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：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O(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：①Na2SiO3溶液；②NaAlO2溶液；③苯酚鈉溶液；④飽和的Na2CO3溶液；⑤飽和NaCl的氨溶液(侯氏制堿原理)。 3、八個反應：常見非金屬置換出非金屬的反應：2H2＋SiCl4Si＋4HCl、C＋H2O(g) CO＋H2、2C＋SiO2Si＋2CO↑、O2＋2H2S2S↓＋2H2O、2F2＋2H2O===4HF＋O2、Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。 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）化學性質(zhì)： ①燃燒：CO燃燒產(chǎn)生淡藍色火焰，2CO＋O22CO2。 ②還原CuO：Cu＋COCu＋CO2（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)，不存在單個分子 存在單個CO2分子，其結(jié)構(gòu)為直線型 主要物理性質(zhì) 硬度大，熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水 熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水 化 學 性 質(zhì) ①與水反應 不反應 CO2＋H2OH2CO3 ②與酸反應 只與氫氟酸反應：SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O 不反應 ③與堿液反應(NaOH) SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O (盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞) CO2少量：CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O；CO2過量：CO2＋NaOH＝NaHCO3 ④與鹽反應 如與Na2CO3反應：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 如與Na2SiO3反應：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)＝H2SiO3↓＋Na2CO3 或Na2SiO3＋H2O＋2CO2(足量)＝H2SiO3↓＋2NaHCO3 ⑤與堿性氧化物反應 如與CaO反應： SiO2＋CaOCaSiO3 如與Na2O反應：Na2O＋CO2＝Na2CO3 ⑥與碳反應 SiO2＋2CSi＋2CO↑ CO2＋C2CO 注意 玻璃中含有SiO2，SiO2能夠與堿液緩慢反應，帶玻璃塞的玻璃試劑瓶一般都是磨砂口的，接觸非常嚴密，接觸堿液時間長了會生成具有黏合性很強的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，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應而生成相應的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強酸制弱酸”原理的應用。。 2、反應順序的判斷：當有多種組分與一種物質(zhì)反應時，判斷反應順序的方法：先假設與其中的一種組分反應，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應，則假設錯誤。如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設CO2先與KOH反應，則生成的K2CO3會與Ba(OH)2繼續(xù)反應生成BaCO3，故假設錯誤，應該是CO2先與Ba(OH)2反應。 3、CO2與堿反應產(chǎn)物的定量判斷：以CO2與NaOH溶液反應為例：CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O、CO2＋NaOH＝NaHCO3，當n(OH－)∶n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下： 三、硅酸鹽及其無機非金屬材料 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)復雜，其組成的表示方法有兩種： D、該反應為高溫固體之間的反應，不能判斷非金屬性強弱； 【詳解】 【點睛】 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，解題關鍵：理解元素的金屬性和非金屬性的概念和比較方法，易錯點A，用氧化性和還原性比較元素的金屬性和非金屬性時，注意物質(zhì)的氧化性和還原性受溫度等外界條件影響。 1．下列我國古代優(yōu)秀藝術(shù)作品中，所用材料不屬于無機非金屬材料的是 A.商代后母戊鼎 B.新石器時代人面魚紋彩陶盆 C.明永樂青花竹石芭蕉紋梅瓶 D.三國青瓷羊形燭臺 A．A B．B C．C D．D 【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，所用原料屬于無機非金屬材料。 【詳解】 【點睛】 本題考查了無機非金屬材料，難度不大，無機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，注意基礎知識的積累。 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,故A錯誤;B.石英中含有二氧化硅,二氧化硅能和氫氧化鈉反應,故B錯誤;C.三氧化二鋁能和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉,故C錯誤;D.鐵坩堝含有鐵,鐵與氫氧化鈉不反應,所以D選項是正確的。答案：D。 7．用四種溶液進行實驗，表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應關系錯誤的是 選項 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 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】 【詳解】 8．下列關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．硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料 C．硅的化學性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)發(fā)生反應 D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬單質(zhì)反應 【答案】C 【解析】 【分析】 硅的化學性質(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，加熱至一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等發(fā)生反應。 【詳解】 【點睛】 本題考查了硅的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)等知識點，難度不大，注意硅常溫下、加熱條件下能夠發(fā)生的反應是解題關鍵。 9．下列物質(zhì)性質(zhì)與用途對應關系正確的是 性質(zhì) 用途 A 硅酸鈉化學性質(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 硅作半導體的材料 C 二氧化硅硬度大、熔點高 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 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【解析】 【詳解】 A、硅酸鈉的化學性質(zhì)很穩(wěn)定，不燃不爆，是制備木材防火劑的原料，選項A正確； B、硅膠吸附水，與硅作半導體的材料無關，選項B錯誤； C、二氧化硅硬度大，與氫氟酸和玻璃反應無關，選項C錯誤； D、焦炭具有可燃性，與焦炭還原二氧化硅無關，選項D錯誤。 答案選A。 10．硅是最理想的太陽能電池材料，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反應完全后,經(jīng)冷凝得到的SiHCl3 (沸點31.8℃)中含有少量SiCl4 (沸點57.6℃)和SiH2Cl2 (沸點8.2℃)、SiH3Cl(沸點-30.4℃)提純SiHCl3采用的方法為__________，整個過程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)X是：_____________（填化學式） （3）提純粗硅的過程中必須嚴格控制無水無氧，原因之一是硅的鹵化物極易水解，寫出SiCl4遇水劇烈反應的化學方程式___________________________________ （4）硅在有HNO3存在的條件下，可以與HF生成H2SiF6，同時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號元素，在周期表中位于第三周期第IVA族，反應1為二氧化硅和碳的反應：SiO2+3CSiC+2CO，反應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遇水劇烈反應的化學方程式為SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl，故答案為：SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl；