【三維設(shè)計】(人教通用版)2015屆高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí)講義 第一節(jié) 碳、硅及其化合物 第一節(jié) 碳、硅及其化合物 1單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途 2碳和硅的化學(xué)性質(zhì) (1)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)還原性。 2 CO2、SiO2 CCuO、濃硫酸4COOCO2 不足常溫下不活潑O2充足2 與O2的反應(yīng)： 點燃點燃O2不足：C與其他物質(zhì)的反應(yīng)： 高溫a與CuO反應(yīng)：2CuOC=2CuCO2(可用于金屬的冶煉)； 1 高溫b與CO2反應(yīng)：高溫c與水蒸氣反應(yīng)：CH2O(g)=COH2(制水煤氣)； d與濃硫酸反應(yīng)：C2H2SO4(濃)=CO22SO22H2O。 (2)硅的化學(xué)性質(zhì)還原性。 與F2、氫氟酸、 酸、濃硝酸等 Si 與O2、Cl2等反應(yīng) 與氫氟酸反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2； 與NaOH溶液反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2； 與O2反應(yīng)：SiO2=SiO2。 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)。 (1)(2013·廣東高考)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅。( ) (2)(2013·浙江高考)碳有多種同素異形體，而氧不存在同素異形體。( ) (3)(2012·新課標(biāo)全國卷)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀? ) (4)(2011·山東高考)單質(zhì)硅常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維。( ) (5)(2011·山東高考)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。( ) (6)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)。( ) 答案：(1) (2)× (3) (4)× (5) (6)× 2將碳、硅的單質(zhì)和其物理性質(zhì)或用途用短線連接起來。 強(qiáng)氧化劑氧化不能被濃硫 答案：c，a，e，b，d 3根據(jù)元素周期律，硅的還原性比碳強(qiáng)，但工業(yè)上為什么能用焦炭與SiO2反應(yīng)制取粗硅？ 高溫提示：工業(yè)上制取粗硅的反應(yīng)為SiO22C= Si2CO，可以從平衡的角度理解，該 2 反應(yīng)的產(chǎn)物CO是氣體，CO不斷從反應(yīng)體系中脫離，從而使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。 4(2013·安徽高考改編)W的一種核素的質(zhì)量數(shù)為28，中子數(shù)為14，則W元素是哪種元素？W的單質(zhì)與氫氟酸反應(yīng)生成兩種無色氣體，試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。 提示：Si元素，Si4HF=SiF42H2 5中學(xué)化學(xué)中，能和NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2的非金屬單質(zhì)是什么？ 提示： Si 硅的工業(yè)制法 1制取粗硅 工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅。 高溫SiO22C= Si2CO 2粗硅提純 高溫(1)Si2Cl2= SiCl4 高溫SiCl42H2= Si4HCl 250300(2)Si3HClCu粉或=Ag粉SiHCl3H2 1 1001 200SiHCl3H2=Si3HCl 3注意問題 (1)用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。 (2)粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。 1.半導(dǎo)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(xué)反應(yīng)是( ) 高溫A2CSiO2= Si2CO BSiO22NaOH=Na2SiO3H2O CSi2Cl2= SiCl4 高溫DSiCl42H2= Si4HCl 2制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當(dāng)前制備高純 3 硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下： 焦炭HCl石英砂粗硅SiHCl3粗高溫573 K以上精餾SiHCl3純 H2高純硅 1 357 K (1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式_。 (2)整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_； H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是_ _。 答案專區(qū) CCl2H21.解析：工業(yè)制取純硅的工藝流程為：SiO2粗硅SiCl純硅，該工藝流程中不4 涉及SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。 答案：B 2.解析：(1)H2還原SiHCl3得到Si和HCl。 (2)SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，依據(jù)原子守恒，判斷另一物質(zhì)是H2。因H2還原SiHCl3的反應(yīng)條件是高溫(1 357 K)，若混入O2，則H2、O2混合加熱可能發(fā)生爆炸，同時，O2也可能氧化SiHCl3。 高溫答案：(1)SiHCl3H2= Si3HCl (2)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2 氧氣與氫 氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3 1一氧化碳 (1)物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒的原因是：與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，因缺氧而中毒。 (2)化學(xué)性質(zhì)： 點燃可燃性：2COO2=2CO2； 高溫還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3COFe2O3=2Fe3CO2。 4 2二氧化碳與二氧化硅的比較 (1)物理性質(zhì)： 熔、沸點：SiO2的熔、沸點比CO2的熔、沸點高。 溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。 (2)化學(xué)性質(zhì)： (3)主要用途： CO2：制飲料、碳酸鹽、干冰用作致冷劑。 SiO2：光導(dǎo)纖維、制光學(xué)儀器、電子部件、水晶可制作飾品。 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)。 (1)(2013·廣東高考)氫氟酸不能保存在玻璃瓶中的原因是SiO2能與HF反應(yīng)。( ) (2)(2013·福建高考)石英只能用于生產(chǎn)光導(dǎo)纖維。( ) (3)(2012·天津高考)二氧化硅與酸、堿均不反應(yīng)。( ) (4)(2012·廣東高考)SiO2有導(dǎo)電性，所以SiO2可用于制備光導(dǎo)纖維。( ) (5)(2011·江蘇高考)SiO2不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器。( ) (6)(2011·大綱全國卷)將足量CO2通入含K、SiO3、Cl、NO3溶液中，離子將不能大量共存。( ) 5 2 答案：(1) (2)× (3)× (4)× (5)× (6) 2指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在AE選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。 SiO22NaOH=Na2SiO3H2O( ) 高溫SiO2Na2CO3= Na2SiO3CO2( ) 高溫SiO22C= Si2CO( ) 高溫SiO23C= SiC2CO( ) SiO24HF=SiF42H2O( ) 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(yīng) 答案：C D B E A 3長距離聯(lián)網(wǎng)所使用的傳輸速度快、信息量大的線路，其材料的主要化學(xué)成分為_，該材料的名稱是_。這種材料被埋在地下時，如果裸露在堿性土壤中，會導(dǎo)致斷路，用離子方程式說明原因：_ _。 答案：SiO2 光導(dǎo)纖維 SiO22OH=SiO3H2O 4玻璃的主要成分之一是SiO2，以下物質(zhì)必須貯存在帶有橡膠塞的玻璃試劑瓶中的是_。 NaOH溶液 飽和Na2CO3溶液 鹽酸 水玻璃(Na2SiO3的水溶液) 氫氟酸 澄清石灰水 答案：、 5如何除去二氧化硅中混有的少量碳酸鈣雜質(zhì)？ 提示：先用足量鹽酸溶解后過濾、水洗可得SiO2。 二氧化硅性質(zhì)的特殊性 2 6 1.(2014·陜西高三質(zhì)量檢測)下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述中不正確的是( ) A都是共價化合物 BSiO2可用于制光導(dǎo)纖維，干冰可用于人工降雨 C都能溶于水且與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸 D都是酸性氧化物，都能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng) 2如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號填入下表內(nèi)相應(yīng)的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑，則對應(yīng)答案欄可不填寫)。 可供選擇的試劑：A.鹽酸 D水 E二氧化碳 可選用的操作：水洗；加熱；高溫灼燒；過濾；結(jié)晶。 答案專區(qū) B氫氧化鈉溶液 C氧氣 7 1.解析：SiO2和CO2中都只含有共價鍵，均為共價化合物，A項正確；干冰升華吸熱，可用于人工降雨，B項正確；SiO2不溶于水且與水不反應(yīng)，C項錯誤；SiO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，CO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成碳酸鹽或碳酸氫鹽。D項正確。 答案：C 2.解析：(1)利用SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3與NaOH不反應(yīng)。 (2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后過濾可除去SiO2中的NaHCO3。 1硅酸 (1)溶解性：溶解度很小。 (2)化學(xué)性質(zhì)： 弱酸性：酸性比碳酸弱。 不穩(wěn)定性：H2SiO3=SiO2H2O。 (3)用途：硅膠可用作干燥劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑。 2硅酸鹽 (1)硅酸鹽：是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。 (2)硅酸鹽組成的表示方法： 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，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。 (3)硅酸鈉： 白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。 它能與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為 與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。 8 (3)Fe2O3能溶于鹽酸而SiO2不溶，用鹽酸溶解后過濾可得SiO2。 (4)H2SiO3加強(qiáng)熱能分解為SiO2。 答案： 與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。 用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 3無機(jī)非金屬材料 (1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料： 如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料如下表。 (2)新型無機(jī)非金屬材料： 如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。 1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”，錯誤的打“×”)。 (1)(2012·新課標(biāo)全國卷)合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無機(jī)非金屬材料。( ) (2)(2010·江蘇高考)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑。( ) (3)(2009·廣東高考)陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料。( ) (4)(2009·四川高考)氮化硅陶瓷是新型無機(jī)非金屬材料。( ) (5)(2009·廣東高考)水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品。( ) 答案：(1)× (2) (3) (4) (5)× 2將下列材料與主要化學(xué)成分用短線連接起來。 剛玉 大理石、石灰石 普通玻璃 石英、水晶 答案：D，A，B，C 3SiO2與水不反應(yīng)，如何由SiO2制取硅酸？ NaOH溶液HCl提示：制備流程為：SiO2NaH2SiO3。 2SiO3 4Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，水玻璃能否露置于空氣中長期存放？為什么？ 提示：不能；原因是Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。 5將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。 (1)NaAlSi3O8_； (2)Mg2Si3O8·nH2O_。 答案：(1)Na2O·Al2O3·6SiO2 A碳酸鈣 B硅酸鹽 C二氧化硅 D三氧化二鋁 9 (2)2MgO·3SiO2·nH2O 硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法 (1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。 (2)氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計量數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。 11(3)當(dāng)計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成K2O·22 Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。 (4)實例： 高嶺土(Al2Si2O7·2H2O)?Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉(CaMg3Si4O12)?CaO·3MgO·4SiO2 沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)?Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O 云母(KAl3Si3O17·H2O)?K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2 O 1.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于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料的成分一直是個謎。近年來科學(xué)家才得知古瓷中所用的顏料大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅的化合價為2)。下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是( ) A可用氧化物的形式表示為BaO·CuO·2SiO2 B性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C易溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿 Dx等于6 2(2013·上海高考)SiO2是硅酸鹽玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可寫成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的試劑瓶若用玻璃塞容易形成瓶體與瓶塞粘連，而無法打開，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。 長石是鋁硅酸鹽，不同類長石其氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同。由鈉長石化學(xué)式NaAlSi3O8可推知鈣長石的化學(xué)式為_。 10 答案專區(qū) 1.解析：BaCuSi2Ox中Ba的化合價為2，Cu的化合價為2，Si的化合價為4，O的化合價為2，由化合價規(guī)則：(2)(2)2×(4)x(2)0，得x6，則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為BaO·CuO·2SiO2，A、D項正確；由題干信息可知硅酸銅鋇的性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色，B項正確，C項錯誤。 答案：C 2.解析：玻璃的成分中含有SiO2，能與NaOH溶液反應(yīng)生成粘性很強(qiáng)的Na2SiO3而發(fā)生粘連，反應(yīng)方程式為：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。由于鈣長石和鈉長石中氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，鈉長石中鈉與鋁的原子個數(shù)比為11，擴(kuò)2倍后可知鈣長石中鈣和鋁的原子個數(shù)比為12。鈉長石中氧原子的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為8，則鈣長石用氧化物的形式表示為58 CaO·Al2O3·nSiO2，因此：132n8，n2，鈣長石的化學(xué)式為CaO·Al2O3·2SiO2，即為CaAl2Si2O8。 答案：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O CaAl2Si2O8 以“高純硅的制備”為載體串聯(lián)硅元素單質(zhì)及其化合物知識 高考載體(2013·海南高考T20) 高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下： 知識串聯(lián)設(shè)計 (1)制硅的工藝流程中，在電弧爐中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。 考查粗硅的制備原理 (2)用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生成金剛砂(SiC)。試寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_。并指出氧化劑_、還原劑_。 考查氧化還原反應(yīng)的基礎(chǔ)知識 11 (3)在流化床反應(yīng)器中，加熱到250300，粗硅和HCl發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。 考查硅的化學(xué)性質(zhì) (4)在還原爐中，加熱到1 1001 200時，SiHCl3被H2還原的化學(xué)方程式為_。 考查氧化還原方程式的書寫 (5)石英砂的主要成分是什么？石英既能與NaOH溶液反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，它是兩性氧化物嗎？試分別寫出它與NaOH溶液，氫氟酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。 考查SiO2的性質(zhì) (6)中學(xué)化學(xué)中能與NaOH溶液反應(yīng)生成H2的單質(zhì)有哪些？試分別寫出反應(yīng)的化學(xué)方程 式。考查鋁、硅的化學(xué)性質(zhì) (7)陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸鹽材料，其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料是什么？ 考查硅酸鹽產(chǎn)品制備 (8)在流化床反應(yīng)器的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占80%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降，冷凝和_。 考查混合物的分離與提純 高溫答案：(1)SiO22C= Si2CO 高溫(2)SiO23C= SiC2CO C C 250300(3)Si3HCl=SiHCl3H2 1 1001 200(4)SiHCl3H2=Si3HCl (5)SiO2；不是；SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，SiO24HF=SiF42H2O (6)Al和Si；2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 (7)石英砂、純堿和石灰石 (8)精餾(或蒸餾) 12