1、第一节碳、硅及其化合物考纲定位要点网络1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。3.了解常见的无机非金属材料。4.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法。碳、硅及其氧化物知识梳理1碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途碳硅存在形式游离态和化合态化合态单质的结构 金刚石：立体网状结构；石墨：层状结构；C60：足球形分子晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石：熔点很高、硬度很大；石墨：硬度较小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯。C60可作催化剂或催
2、化剂载体晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池注意：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态，地壳中含量仅次于氧。2碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)(1)碳的化学性质(2)硅的化学性质与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。与O2反应：SiO2SiO2。与Cl2反应生成SiCl4。辨易错(1)金刚石、石墨、C60为碳的同位素。()(2)金刚石的熔点比C60的高，金刚石与石墨的沸点相同。()(3)根据2CSiO2Si2CO可知C的还原性强于Si。()(4)碳、硅均可与浓硝酸反应。 ()答案(1)(2)(3)(4)3碳、硅的氧化物
3、(1)一氧化碳的性质及应用物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，使人因缺氧而中毒。化学性质及应用(写出有关化学方程式)a可燃性：2COO22CO2，可作燃料。b还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O32Fe3CO2，可用于冶炼金属。(2)CO2与SiO2性质的比较共性均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO22OH=COH2O、SiO22OH=SiOH2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2CaO=CaCO3、SiO2CaOCaSiO3。SiO2的两个特性aSiO2与氢氟酸反应的化
4、学方程式：SiO24HF=SiF42H2O。bSiO2与Na2CO3、CaCO3的反应工业制玻璃SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；SiO2CaCO3CaSiO3CO2。(3)SiO2与CO2的用途CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。(4)CO2的实验室制法用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式：CaCO32H=Ca2CO2H2O。注意：用大理石制CO2时，不能用稀硫酸，因为生成的CaSO4微溶，覆盖大理石表面阻止反应进行。可以用启普发生器作发生装置制CO2。除去CO2中的HCl可以用饱和Na
5、HCO3溶液。辨易错(1)CO2、SiO2与NaOH溶液反应均只能生成正盐。()(2)SiO2与NaOH、HF均反应，故SiO2为两性氧化物。()(3)CO2通入Na2SiO3溶液中生成H2SiO3沉淀，可说明非金属性CSi。()(4)SiO2是酸性氧化物，与H2O反应生成H2SiO3。()答案(1)(2)(3)(4)知识应用1利用石英和碳为主要原料，设计制备纯硅的主要化学过程，并写出每步化学方程式。答案石英(SiO2)粗硅SiCl4Si(纯)SiO22CSi2COSiCl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl2用化学方程式回答下列问题：(1)保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞的理由 。(2)氢氟
6、酸可用于在玻璃器皿上雕刻花纹的理由 。(3)水煤气的制备反应方程式 。答案(1)2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O(2)4HFSiO2=SiF42H2O(3)CH2O(g)COH2命题点1碳、硅及其氧化物的主要性质及应用1下列说法中正确的是()A单质氧化物酸或碱盐，碳、硅单质均可以按上述关系进行转化B若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系C在标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH溶液中，溶液中溶质有2种D用二氧化硅制取单质硅的反应中硅元素被氧化CA项，SiO2与H2O不反应；B项，SiO2不
7、能直接转化为H2SiO3，H2SiO3也不能直接转化为Si；D项，SiO2与C反应制取Si，硅元素被还原。2(2020河南期末)下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅是酸性氧化物，故不能与酸反应B二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D对于2CSiO2Si2CO中，氧化剂与还原剂质量比为12CA项，SiO2与氢氟酸反应；B项，光导纤维传导光不导电；D项，反应中氧化剂(SiO2)与还原剂(C)的物质的量比为12，质量比为6024。3(2020湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高
8、纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：下列说法错误的是()AY、Z分别为H2、Cl2B制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为11CSiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为4DY与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应BB项中的反应为3CSiO2SiC2CO，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为12。(1)数轴法判断CO2与强碱(OH)反应的产物当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：(2)硅及其氧化物的性质理解一般情况，碱性氧化物酸盐水，SiO2是酸性
9、氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O。但SiO2不是两性氧化物。一般情况，较强酸较弱酸盐较弱酸较强酸盐。虽然酸性：H2CO3H2SiO3，却能发生反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但却能发生反应：CH2O(g)COH2。一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2CSiO2Si2CO，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促
10、使反应向正反应方向进行。命题点2CO、CO2的检验实验探究4确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法如图所示。请回答下列问题：(1)填写下列指定装置的作用。A： 。B： 。E： 。F： 。(2)写出C中的化学方程式： 。(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象： 。(4)该装置存在一定的安全隐患，改进方法为 。解析注意：CO的检验一般是用氧化剂氧化为CO2，检验CO2的生成进而说明含CO，但要注意原气体中CO2的干扰。答案(1)A：除去混合气体中的CO2气体 B：检验混合气体中CO2是否除尽E：除去尾气中的CO2气体F：除去尾气中的CO气体，防止污染环境(2)COCuOCuC
11、O2(3)B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊(4)在装置C、D之间加一防倒吸装置检验CO2中CO是否存在的思维模板各装置的作用是：A除去混合气体中的CO2B检验混合气体中CO2是否除尽C除去气体中的水蒸气DCO还原CuO：COCuOCuCO2E安全瓶，防倒吸F验证CO的氧化产物CO2G除去尾气中的CO，防止污染环境确定混合气体中含有CO的实验现象是：D中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。硅酸、硅酸盐和无机非金属材料知识梳理1硅酸与硅酸盐(1)硅酸注意：硅胶的形成过程及应用硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝
12、胶，称为硅胶；硅胶可用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。(2)硅酸盐由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。硅酸盐的组成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(K2Al2Si6O16)可表示为K2OAl2O36SiO2。硅酸钠(Na2SiO3)俗称泡花碱a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。b与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3
13、SO2H2O=H2SiO3Na2SO3。c用途：黏合剂、耐火阻燃材料。辨易错(1)硅酸是一种难溶性酸，与碱液不反应。()(2)硅胶是硅酸溶于水后形成的胶体。()(3)Na2SiO3可表示为Na2OSiO2，故Na2SiO3是由Na2O与SiO2混合而成。()(4)硅酸钠溶液、强碱溶液不贮存在带玻璃塞的试剂瓶中。()答案(1)(2)(3)(4)2无机非金属材料(1)传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰石、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温主要成分3CaOSiO2，2CaOSiO2，3CaOAl2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸盐注意：玻璃没
14、有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。(2)新型无机非金属材料高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。光导纤维：主要成分为SiO2，导光、制作光缆。辨易错(1)硅酸盐材料属于传统无机非金属材料，光导纤维属于新型无机非金属材料。()(2)水泥、玻璃、陶瓷的生产原料均有石灰石。()(3)光导纤维与石墨均易导电。()(4)合成纤维、塑料、石墨烯均为有机高分子材料。()答案(1)(2)(3)(4)知识应用(1)高纯度的二氧化硅广
15、泛用于制作光导纤维，但光导纤维遇强碱会造成信号中断，原因是 (用化学方程式表示)。(2)熔化纯碱时不能选用普通坩埚，理由是 (用化学方程式表示)。(3)氮化硅是一种新型无机非金属材料，其化学式为 ，其优点有 。答案(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2(3)Si3N4熔点高，硬度大，化学性质稳定等命题点1硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1下列说法不正确的是()ASiO2能与HF反应，因此可用HF刻蚀玻璃B向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料，化学式为Si3N4D石英是良好的半导体材料，可以制成光电池，
16、将光能直接转化成电能D硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，石英的主要成分为SiO2，D项不正确。2青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐产品B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原B硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物
17、形式来表示，但不代表含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟足量硝酸反应时，失去3 mol电子，而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。3我国在航天、军事、天文等领域的发展备受世界瞩目，它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是 ()A“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料B“歼20”飞机上大量使用的碳纤维是一种新型有机高分子材料C“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料D“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅CA项，钢铁为金属材料，错误；B项，碳纤维不是有机高分子材料，
18、错误；D项，太阳能电池板的主要材料应是硅晶体，错误。(1)化学材料的一般分类 (2)硅酸盐氧化物形式的表示模板氧化物的一般书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。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。当计量数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8，将K2OAl2O33SiO2，写成K2OAl2O36SiO2，但原子个数比不变。命题点2硅及其化合物的转化及应用4已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。(1)写出B、C两物质的名称：B 、C 。(
19、2)写出DB的化学方程式为 。(3)写出BC的离子方程式为 。(4)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为 。解析由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。答案(1)硅酸钠硅酸(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(3)SiOH2OCO2=COH2SiO3(4)SiO24HF=SiF42H2O硅及其化合物之间的常见转化关系草酸及其盐草酸是重要的二元羧酸，在生活中应用广泛，是近几年高考试题常用载体，通过对草酸及其盐性质的考查，体现“科学探究与创新意识”的核心素养。1草酸的性质草酸的化学式为H2C2O4，草酸晶体的化学式为H2C2O42H2O。(
20、1)弱酸性：草酸为二元弱酸，酸性比醋酸的酸性强，电离方程式为H2C2O4HHC2O，HC2OHC2O。(2)还原性：H2C2O4中C元素的化合价为3价，具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应的化学方程式为2KMnO45H2C2O43H2SO4=K2SO42MnSO410CO28H2O。(3)不稳定性：草酸晶体受热易分解，反应的化学方程式为H2C2O42H2OCOCO23H2O。2草酸盐的性质(1)(NH4)2C2O4溶于水，加热分解，由氨水和草酸溶液反应生成。(2)CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于盐酸、稀硝酸，灼烧时生成碳酸钙或氧化钙。(3)MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由对应的可
21、溶性金属盐与草酸铵反应而得到，加热分解可得到对应金属氧化物。3草酸的用途络合剂、沉淀剂、还原剂、漂白剂和媒染剂及除锈剂等。(2020启东模拟)钛酸钡被誉为“电子陶瓷工业的支柱”，工业制取方法如图所示，先获得不溶性草酸氧钛钡晶体BaTiO(C2O4)24H2O，煅烧后可获得钛酸钡粉体。(1)酸浸时发生反应的离子方程式为 。(2)加入H2C2O4溶液时，发生反应的化学方程式为 。可循环使用的物质X是 (填化学式)。设计实验方案验证草酸氧钛钡晶体是否洗涤干净： 。(3)煅烧草酸氧钛钡晶体得到BaTiO3粉体的同时，生成高温下的气态产物有CO、 。解析(2)BaCl2、TiCl4与H2C2O4在溶液中
22、发生反应生成BaTiO(C2O4)24H2O(草酸氧钛钡晶体)和HCl，化学方程式为BaCl2TiCl42H2C2O45H2O=BaTiO(C2O4)24H2O6HCl。制取方法中用盐酸溶解BaCO3，所以反应生成的HCl可循环利用。验证草酸氧钛钡晶体是否洗涤干净的方法为：取最后一次洗涤液少许，滴入稀硝酸酸化的硝酸银溶液，若无沉淀生成，则说明晶体已经洗涤干净。(3)根据草酸氧钛钡晶体的化学式可知，碳元素化合价为3，所以煅烧草酸氧钛钡晶体生成BaTiO3和CO的同时，还会生成CO2和H2O(g)。答案(1)BaCO32H=Ba2CO2H2O(2)BaCl2TiCl42H2C2O45H2O=BaT
23、iO(C2O4)24H2O6HClHCl取最后一次洗涤液少许，滴入稀硝酸酸化的硝酸银溶液，若无沉淀生成，则说明晶体已经洗涤干净(3)CO2和H2O(g)真题验收1(20207月浙江选考，T24)Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()A可发生反应：Ca3SiO54NH4ClCaSiO32CaCl24NH32H2OB具有吸水性，需要密封保存C能与SO2反应生成新盐D与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2D加热时氯化铵分解生成HCl和氨气，HCl与Ca3SiO5反应得到硅酸钙、氯化钙和水，A项正确；水泥吸水会变硬，需密封保存，B项正确；Ca3SiO5能与二氧化硫
24、反应得到亚硫酸钙，C项正确；由上述分析可知，Ca3SiO5与足量盐酸反应得不到二氧化硅，D项错误。2(2019全国卷，T7)陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是()A“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点A氧化铁的颜色为红棕色，不是青色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成；陶瓷的主要成分是硅酸盐；具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点；B、C、D项正确。3下列说法不正确的是 (填序号
25、)。(1)(2019全国卷)高纯硅可用于制作光感电池。(2)(2019全国卷)活性炭具有除异味和杀菌作用。(3)(2016全国卷)HF与SiO2反应实际应用是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(4)(2015全国卷)硅胶可用作食品干燥剂(5)(2014全国卷)如图：中为浓硝酸，中为Na2CO3，中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸碳酸硅酸(6)(2016全国卷)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一答案(2)(5)4(1)(2019全国卷，节选，有改动)在回转炉中重晶石(BaSO4)被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为 。回转炉尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为CO2
26、和一种清洁能源气体，该反应化学方程式为 。(2)(2018全国卷，节选)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式 。答案(1)BaSO44CBaS4COCOH2O(g)CO2H2(2)2SiHCl33H2O=(HSiO)2O6HCl新题预测某兴趣小组欲对草酸晶体(H2C2O42H2O)的分解产物进行探究，查阅相关资料得到草酸晶体的具体性质如表：熔点沸点热稳定性其他101102 150160 升华100.1 分解出水，175 分解成气体与Ca(OH)2反应产生白色沉淀(CaC2O4)(1)对于175 时的分解产物提出以下三种猜想：
27、CO2和H2O；CO和H2O；CO、CO2和H2O。无需实验验证便可判断猜想 一定不成立，理由是 。(2)将分解产生的气体依次通过以下装置来验证其产物(可重复使用)。各装置合理的连接顺序为分解产生的气体B C 。B装置的作用有两种，其一是通过 现象证明 ，其二是 。通过观察到 现象证明分解产物中有CO。(3)草酸晶体受热完全分解的化学方程式为 。解析(1)H2C2O4中碳元素的平均化合价为3，反应中H、O元素的化合价均没变化，CO2中C显4价，CO中C显2价，无论生成哪种物质都会发生化合价变化，根据得失电子守恒，分解产物中CO和CO2必须都有，所以、两种猜想一定不成立。(2)草酸晶体分解的产物
28、中有H2O、CO、CO2，同时还混有草酸蒸气，所以验证其分解的产物，要考虑干扰因素，选择正确的验证方法和合理的验证顺序，结合提供的装置及其中所盛装的药品，H2O是通过无水硫酸铜来检验的，而且应当最先检验，CO2是用澄清的石灰水来检验的，但要注意草酸蒸气同样能使澄清石灰水变浑浊，故要先除草酸蒸气(可以用冷凝的方法除去)，检验CO的方法是使干燥气体通过灼热的氧化铜，看到黑色的固体变红且生成的气体能使澄清石灰水变浑浊即可确定CO存在，则各装置合理的连接顺序为分解产生的气体BEDACEF。答案(1)、两种猜想均违背了得失电子守恒(其他合理答案均可)(2)EDAEF 白色粉末变蓝分解产物中有H2O使升华的草酸蒸气冷凝而除去，排除对CO2的检验的干扰C中的黑色固体变红且后面澄清的石灰水变浑浊(3)H2C2O42H2OCO2CO3H2O