1、第一节碳、硅及其化合物明考纲要求理主干脉络1.了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅及其化合物对环境质量的影响。3.了解常见无机非金属材料的性质和用途。碳、硅单质的性质及应用1单质的存在形态、物理性质和用途碳硅存在形态游离态和化合态化合态物理性质金刚石：熔点高、硬度大石墨：硬度小、电的良导体灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯半导体材料、太阳能电池和合金材料2碳和硅的化学性质(1)碳单质的化学性质还原性。OO2与O2的反应：O2不足：2CO22CO；O2充足：CO2CO2。与其他物质的反应：a与CuO反应：2CuOC2Cu
2、CO2(可用于金属的冶炼)；b与CO2反应：CO2C2CO；c与水蒸气反应：CH2O(g)COH2(制水煤气)；d与浓硫酸反应：C2H2SO4(浓)CO22SO22H2O。(2)硅的化学性质还原性。与F2、氢氟酸、NaOH与O2、Cl2等反应 与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2；与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2；与O2反应：SiO2SiO2。1.判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2013广东高考)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(2)(2013浙江高考)碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体。()(3)(2012新课标全国卷)
3、单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()(4)(2011山东高考)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。()(5)(2011山东高考)硅在自然界中只以化合态的形式存在。()(6)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2将碳、硅的单质和其物理性质或用途用短线连接起来。答案：c，a，e，b，d3根据元素周期律，硅的还原性比碳强，但工业上为什么能用焦炭与SiO2反应制取粗硅？提示：工业上制取粗硅的反应为SiO22CSi2CO，可以从平衡的角度理解，该反应的产物CO是气体，CO不断从反应体系中脱离，从而使反应向正反应方向进行。4(2013安徽高考改编)
4、W的一种核素的质量数为28，中子数为14，则W元素是哪种元素？W的单质与氢氟酸反应生成两种无色气体，试写出该反应的化学方程式。提示：Si元素，Si4HF=SiF42H25中学化学中，能和NaOH溶液反应产生H2的非金属单质是什么？提示：Si硅的工业制法1制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO22CSi2CO2粗硅提纯(1)Si2Cl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl(2)Si3HClSiHCl3H2SiHCl3H2Si3HCl3注意问题(1)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂
5、质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。1.半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A2CSiO2Si2COBSiO22NaOH=Na2SiO3H2OCSi2Cl2SiCl4DSiCl42H2Si4HCl2制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式_。(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式_；H2还原SiHCl3过程
6、中若混入O2，可能引起的后果是_。 答案专区1.解析：工业制取纯硅的工艺流程为：SiO2粗硅SiCl4纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。答案：B2.解析：(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒，判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1 357 K)，若混入O2，则H2、O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。答案：(1)SiHCl3H2Si3HCl(2)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiH
7、Cl3碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是：与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。(2)化学性质：可燃性：2COO22CO2；还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O32Fe3CO2。2二氧化碳与二氧化硅的比较(1)物理性质：熔、沸点：SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高。溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。(2)化学性质：物质二氧化硅二氧化碳化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱(NaOH) 溶液反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用
8、橡皮塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O CO2足量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Ca(ClO)2反应：Ca(ClO2)CO2H2O=CaCO32HClO与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2Na2O=Na2CO3(3)主要用途：CO2：制饮料、碳酸盐、干冰用作致冷剂。SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件、水晶可制作饰品。1.判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2013广东高考)氢氟酸不能保存在玻璃瓶中的原因是SiO2能与HF反应。()
9、(2)(2013福建高考)石英只能用于生产光导纤维。()(3)(2012天津高考)二氧化硅与酸、碱均不反应。()(4)(2012广东高考)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维。()(5)(2011江苏高考)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。()(6)(2011大纲全国卷)将足量CO2通入含K、SiO、Cl、NO溶液中，离子将不能大量共存。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案填入括号内。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()SiO22CSi2
10、CO()SiO23CSiC2CO()SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应答案：CDBEA3长距离联网所使用的传输速度快、信息量大的线路，其材料的主要化学成分为_，该材料的名称是_。这种材料被埋在地下时，如果裸露在碱性土壤中，会导致断路，用离子方程式说明原因：_。答案：SiO2光导纤维SiO22OH=SiOH2O4玻璃的主要成分之一是SiO2，以下物质必须贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是_。NaOH溶液饱和Na2CO3溶液盐酸水玻璃(Na2SiO3的水溶液)氢氟酸澄清石灰水答案：、
11、5如何除去二氧化硅中混有的少量碳酸钙杂质？提示：先用足量盐酸溶解后过滤、水洗可得SiO2。二氧化硅性质的特殊性一般规律二氧化硅的特性酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO24HF=SiF42H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，H2CO3酸性强于H2SiO3Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3以下反应不能说明酸性的强弱Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO21.(2014陕西高三质量检测)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A都是共价化合物BSiO2可用于制光导
12、纤维，干冰可用于人工降雨C都能溶于水且与水反应生成相应的酸D都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应2如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可不填写)。可供选择的试剂：A.盐酸B氢氧化钠溶液C氧气D水E二氧化碳可选用的操作：水洗；加热；高温灼烧；过滤；结晶。粉末状混合物选择的试剂选用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)SiO2(NaHCO3)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(H2SiO3)答案专区1.解析：SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于
13、人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐。D项正确。答案：C2.解析：(1)利用SiO2与NaOH溶液反应生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3与NaOH不反应。(2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后过滤可除去SiO2中的NaHCO3。(3)Fe2O3能溶于盐酸而SiO2不溶，用盐酸溶解后过滤可得SiO2。(4)H2SiO3加强热能分解为SiO2。答案： (1)B(2)D(3)A(4)硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸(1)溶解性：溶解度很小。(2)化学性质：弱酸性：酸性比碳酸弱。不稳定
14、性：H2SiO3SiO2H2O。(3)用途：硅胶可用作干燥剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。2硅酸盐(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的表示方法：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，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2OAl2O36SiO2。(3)硅酸钠：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与CO2水溶液反应：Na2SiO
15、3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料：如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见硅酸盐材料如下表。水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑(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、压电陶瓷等。1.判断下列描述的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)(2012新课标全国卷)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。()(2)(2010江苏高考)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。()(3)(2009广东高考)陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。()(4)(2
16、009四川高考)氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料。()(5)(2009广东高考)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2将下列材料与主要化学成分用短线连接起来。刚玉A碳酸钙大理石、石灰石 B硅酸盐普通玻璃 C二氧化硅石英、水晶 D三氧化二铝答案：D，A，B，C3SiO2与水不反应，如何由SiO2制取硅酸？提示：制备流程为：SiO2Na2SiO3H2SiO3。4Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气中长期存放？为什么？提示：不能；原因是Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。5将下列硅酸盐改写成氧化物的形式。(1)NaAlSi3O
17、8_；(2)Mg2Si3O8nH2O_。答案：(1)Na2OAl2O36SiO2(2)2MgO3SiO2nH2O硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。(4)实例：高岭土(Al2Si2O72H2O)Al2O32SiO22H2O石棉(CaMg3Si4O12)CaO3MgO4SiO2沸石(Na2A
18、l2Si3O102H2O)Na2OAl2O33SiO22H2O云母(KAl3Si3O17H2O)K2O3Al2O36SiO22H2O1.歌曲青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜。近年来科学家才得知古瓷中所用的颜料大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜的化合价为2)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A可用氧化物的形式表示为BaOCuO2SiO2B性质稳定，不易脱色C易溶于强酸和强碱Dx等于62(2013上海高考)SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6
19、O14也可写成Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃塞容易形成瓶体与瓶塞粘连，而无法打开，发生反应的化学方程式为_。长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为_。答案专区1.解析：BaCuSi2Ox中Ba的化合价为2，Cu的化合价为2，Si的化合价为4，O的化合价为2，由化合价规则：(2)(2)2(4)x(2)0，得x6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaOCuO2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡的性质稳定，不易脱色，B项正确，C项错误。答案：C2.解析：玻璃的成分中含有SiO2，能与NaOH溶液
20、反应生成粘性很强的Na2SiO3而发生粘连，反应方程式为：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。由于钙长石和钠长石中氧原子的物质的量分数相同，钠长石中钠与铝的原子个数比为11，扩2倍后可知钙长石中钙和铝的原子个数比为12。钠长石中氧原子的物质的量分数为，则钙长石用氧化物的形式表示为CaOAl2O3nSiO2，因此：132n8，n2，钙长石的化学式为CaOAl2O32SiO2，即为CaAl2Si2O8。答案：SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCaAl2Si2O8以“高纯硅的制备”为载体串联硅元素单质及其化合物知识高考载体(2013海南高考T20)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业
21、都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：知识串联设计(1)制硅的工艺流程中，在电弧炉中发生反应的化学方程式为_。(2)用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生成金刚砂(SiC)。试写出该反应的化学方程式_。并指出氧化剂_、还原剂_。(3)在流化床反应器中，加热到250300，粗硅和HCl发生反应的化学方程式为_。(4)在还原炉中，加热到1 1001 200时，SiHCl3被H2还原的化学方程式为_。(5)石英砂的主要成分是什么？石英既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，它是两性氧化物吗？试分别写出它与NaOH溶液，氢氟酸发生反应的化学方程式。(6
22、)中学化学中能与NaOH溶液反应生成H2的单质有哪些？试分别写出反应的化学方程式。(7)陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸盐材料，其中，生产普通玻璃的主要原料是什么？(8)在流化床反应器的产物中，SiHCl3大约占80%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降，冷凝和_。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/2 35557.631.88.230.484.9111.9答案：(1)SiO22CSi2CO(2)SiO23CSiC2COCC(3)Si3HClSiHCl3H2(4)SiHCl3H2Si3HCl(5)SiO2；不是；SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，SiO24HF=SiF42H2O(6)Al和Si；2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(7)石英砂、纯碱和石灰石(8)精馏(或蒸馏)
