搜索
第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅最新考试说明要求命题热点预测1.了解碳、硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用2.了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境的影响1.硅及其化合物的性质、用途及制备2.以新材料、新科技为背景考查碳、硅及重要化合物基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理一、碳、硅1.单质的存在形态、物理性质及用途碳硅存在形态游离态、化合态化合态物理性质金刚石:熔点高、硬度大石墨:熔点高、硬度小灰黑色固体,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、铅笔芯半导体材料和合金材料基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理2.化学性质碳、硅在参与化学反应时,一般表现还原性。基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理二、碳、硅的氧化物1.一氧化碳CO是无色无味的有毒气体,不溶于水,可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。燃烧的化学方程式为2CO+O22CO2。还原Fe2O3的化学方程式为3CO+Fe2O32Fe+3CO2。2.CO2和SiO2的比较物质二氧化碳二氧化硅熔沸点很低较高溶解性可溶不溶基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理与水反应CO2+H2OH2CO3不反应与酸反应不反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O与碱溶液反应(如NaOH溶液)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O或CO2+NaOHNaHCO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)与碱性氧化物反应与Na2O反应:CO2+Na2ONa2CO3与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3与盐反应(如Na2CO3)Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理(1)有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应,所以认为它是一种两性氧化物,你同意这种看法吗?(2)实验室中要熔化NaOH固体,手头上有三种坩埚:石英坩埚、陶瓷坩埚和铁坩埚。请大家讨论我们应当使用哪一种,为什么?提示:(1)不同意,因为SiO2只与HF反应,这是SiO2的特性,与其他的酸不反应,SiO2是一种酸性氧化物。(2)石英坩埚和陶瓷坩埚中均含有SiO2,在加热的情况下会与NaOH发生反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,因此应当选用铁坩埚。基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理三、硅酸、硅酸盐1.硅酸(1)物理性质:与一般的无机含氧酸不同,硅酸的溶解度很小。(2)化学性质①弱酸性:酸性比碳酸弱,与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O。②不稳定性:受热易分解,化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O。(3)制备:通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得,如Na2SiO3溶液与盐酸反应:Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3(胶体)。(4)用途:硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。基础自主梳理典例解析方法考点能力突破基础知识梳理2.硅酸盐(1)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。(2)硅酸钠硅酸钠溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。3.常见硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰石和石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑4.特殊功能的含硅物质(1)碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。(2)含硅元素4%的钢具有导磁性。(3)硅橡胶具有耐高温和低温的性质。基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法考点一碳、硅及其化合物的特性及应用物质一般规律碳、硅及其化合物特性C、Si硅还原性大于碳2C+SiO2Si+2CO↑非金属单质与强碱溶液一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si+4HFSiF4↑+2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体,石墨为电的良导体非金属元素单质,熔沸点低,硬度小硅、金刚石熔沸点高,硬度大,其中金刚石为硬度最大的物质一般情况,非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢C+H2O(g)CO+H2基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法SiO2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SiO2+4HFSiF4↑+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律,H2CO3酸性大于H2SiO3但以下反应不符合此规律Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑H2SiO3无机酸一般易溶于水硅酸和原硅酸均难溶于水硅酸盐大多数硅酸盐难溶于水常见的可溶硅酸盐为Na2SiO3,水溶液称水玻璃、泡花碱基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法常见非金属置换出非金属的反应:2H2+SiCl4Si+4HCl,C+H2O(g)CO+H2,2C+SiO2Si+2CO↑,Si+4HFSiF4↑+2H2↑,O2+2H2S2S+2H2O,2F2+2H2O4HF+O2,Cl2+2NaBr2NaCl+Br2,Br2+2KI2KBr+I2。基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（）A.在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性B.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C.用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D.由Na2CO3＋SiO2CO2＋Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸思维解码①由二氧化硅制备单质硅的化学原理是什么？②如何判断两种酸的酸性强弱？答案试解：C基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法解析：依据元素周期律知硅的还原性大于碳的还原性，但上述反应能发生是因为产物中有气体CO生成，使平衡向右移动，所以A项错误；硅酸钠是一种黏合剂，所以B项错误；D项中的反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，所以D项错误。感悟提升：硅及其化合物的考查尽管多结合材料、能量等实际问题进行设题，但最终离不开硅及其化合物的相互转化。下面是硅及其化合物的相互转化关系：1.(2016·湖北七市)下列说法中正确的是()A.硅是亲氧元素，在自然界中不存在单质硅，主要以硅的氧化物和硅酸盐的形式存在B.单质硅可用来制作计算机的芯片和太阳能光电池，而二氧化硅由于导电能力强而被用于制造光缆C.SiO2与某些酸和碱能反应，所以属于两性氧化物D.制备金刚砂SiC的反应SiO2＋3CSiC＋2CO↑中，氧化剂为SiO2，还原剂为C高温解析：B选项：二氧化硅制作光导纤维，并不是由于导电能力强；C选项：SiO2只与氢氟酸反应，而不与一般的酸反应，所以SiO2并没有表现出碱性氧化物的性质；D选项：在反应SiO2＋3CSiC＋2CO↑中，硅元素反应前后的的价态均为＋4价，而SiC和CO中C元素的价态分别为－4和＋2价，所以氧化剂和还原剂均为C。答案：A高温基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法2.硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是()A.硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B.从Si(s)+O2(g)SiO2(s)ΔH=-858.6kJ/mol可知，硅燃烧放出的热量较多C.自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析：硅燃烧可以放出较多热量，生成二氧化硅，二氧化硅不是气体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、贮存比较容易；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，C错误。答案：C基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法考点二CO2与碱、盐的反应及CO32-、HCO3-的检验1.与碱的反应(1)反应原理(2)反应后溶质成分的判断x=𝑛(NaOH)𝑛(CO2)溶质成分x≤1∶1NaHCO31∶1x2∶1Na2CO3、NaHCO3x=2∶1Na2CO3x2∶1NaOH、Na2CO3基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法也可用数轴表示2.与盐溶液的反应(1)CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3(2)CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO(3)CO2+Na2SiO3+H2OH2SiO3↓+Na2CO3基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法3.CO32-、HCO3-的检验离子CO32-HCO3-原理CO32-+Ca2+CaCO3↓HCO3-+H+CO2↑+H2O方法向待检验溶液中滴加一定量的Ca2+或Ba2+的可溶性盐溶液,有白色沉淀生成,再加入适量的酸,白色沉淀溶解且生成无色无味的气体,则待检溶液中有CO32-向待检验溶液中滴加足量的Ca2+或Ba2+的可溶性盐溶液,无明显现象,再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无色无味的气体生成,则待检验溶液中有HCO3-基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法(1)不能用Ca(OH)2溶液和Ba(OH)2溶液检验CO32-和HCO3-,原因是OH-能将HCO3-转化为CO32-。(2)加酸后可根据气体是否有气味排除SO32-、HSO3-的干扰。(3)不能用加酸看是否有无色无味气体产生的方法检验,因CO32-与HCO3-两种离子都有该现象发生。基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法往100mLNaOH溶液中通入CO2，充分反应后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体M。通入CO2的体积V(CO2)(mL)(标准状况，下同)与M的质量W(g)的关系如图。(1)A点时，白色固体M的化学式为，通入CO2的体积为mL；(2)C点时，白色固体M的化学式为，通入CO2的体积为mL；(3)推算B点时M的组成(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为mL。思维解码①将CO2持续通入NaOH溶液中，其中的反应原理有哪些？②A、B、C三个点对应的溶质是什么？基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法解析:首先NaOH转化为Na2CO3,继续通CO2又转化为NaHCO3,结合图形得出:A点M为Na2CO3,V(CO2)=1120mL;C点M为NaHCO3,V(CO2)=2240mL;B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物,由守恒法求出V(CO2)=1792mL。答案:(1)Na2CO31120(2)NaHCO32240(3)Na2CO3和NaHCO31792基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法2.将足量的CO2不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中,生成沉淀与通入CO2的量的关系可表示为()解析:CO2通入溶液后发生反应的顺序是:①Ba(OH)2+CO2BaCO3↓+H2O;②2NaOH+CO2Na2CO3+H2O;③2AlO2-+CO2+3H2O2Al(OH)3↓+CO32-;④CO32-+CO2+H2O2HCO3-;⑤BaCO3+CO2+H2OBa(HCO3)2,符合的图象为C。答案:C基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法考点三硅的制取及硅酸盐组成的表示方法1.硅的制取反应(1)粗硅的制取:SiO2+2CSi+2CO↑(2)粗硅制纯硅:Si(粗)+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。2.硅酸盐组成的表示方法硅酸盐的种类多,结构复杂,其组成的表示方法有两种:(1)盐化学式法如:硅酸钠Na2SiO3,硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。基础知识梳理考点研析突破考点能力突破典例解析方法(2)氧化物法如:高岭土Al2O3·2SiO2·2H2O石棉:CaO·3MgO·4SiO2沸石:Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O云母:K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O滑石:3MgO·4SiO2·H2O氧化物的顺序:活泼金属