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第12讲碳、硅及其化合物考纲定位选项示例1.掌握硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐的性质和用途。2.了解硅、二氧化硅在高科技领域的用途。3.了解环境保护，消除碳氧化合物污染的综合应用。1.能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是：CO2能溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水。(2013年广东模拟)2.单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。(2012年全国高考T8－B)3.SiO2与酸、碱均不反应。(2012年天津高考T2－B)一、碳及其重要化合物1．碳族元素的主要特征4个电子共价碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素。碳族元素原子最外层均有____________，特殊的结构决定了该族元素易形成__________化合物。碳是构成有机物的主角，硅是构成矿物的主角，因而碳族元素形成物质的种类繁多。2．碳元素的单质金刚石石墨同素异形体常见的碳单质有________、________、C60等，它们之间互为________________。3．碳的氧化物化学式COCO2碳的化合价＋2＋4类别不成盐氧化物酸性氧化物主要化学性质①还原性：CuO＋CO____________，Fe2O3＋3CO___________；②可燃性：2CO＋O2____________①酸性氧化物的通性：CO2＋Ca(OH)2===____________________，CO2＋H2O===________；②氧化性：CO2＋C__________，CO2＋2Mg________Cu＋CO22Fe＋3CO22CO2CaCO3↓＋H2OH2CO32CO2MgO＋C（续表）化学式COCO2制取方法①实验室：HCOOHCO↑＋H2O；②工业上：C＋H2O(g)CO＋H2①实验室：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O；②工业上：CaCO3CaO＋CO2↑4.碳酸和碳酸盐CO2H2O(1)碳酸(H2CO3)不稳定，容易分解成________和_______。(2)热稳定性：正盐酸式盐酸。例如：Ca(HCO3)22NaHCO3CaCO3↓＋CO2↑＋H2ONa2CO3＋CO2↑＋H2OCa(HCO3)2在溶液中加热可以分解，NaHCO3在溶液中稳定，加热固体可以分解，而Na2CO3加强热也难分解。(3)溶解性：第ⅡA族元素对应的碳酸的正盐溶解性小于其酸式盐，而第ⅠA族元素对应的碳酸的正盐溶解性大于其酸式盐。例如：常温下，S(CaCO3)S[Ca(HCO3)2]；S(Na2CO3)S(NaHCO3)。(4)正盐与酸式盐可以相互转化：二、硅和二氧化硅1．硅正四面体SiO2Na2SiO3＋2H2↑(1)硅具有____________结构，为带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大，质脆。(2)硅在常温下化学性质稳定，只能与F2、HF、NaOH溶液等反应。①Si＋O2________(可在空气中燃烧)。②Si＋2NaOH＋H2O===____________________。2．二氧化硅正四面体不(1)二氧化硅具有____________结构，______溶于水。(2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。高温例：①SiO2＋2C=====_______________。②SiO2＋2NaOH===________________。Si＋2CO↑Na2SiO3＋H2O③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。Na2SiO3＋CO2↑高温④SiO2＋CaCO3=====_______________。高温⑤SiO2＋Na2CO3=====________________。CaSiO3＋CO2↑三、硅酸、硅酸盐1．硅酸弱弱(1)性质。硅酸是难溶于水的________酸，其酸性比碳酸________，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。③硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时形成________________；浓度较大时形成凝胶。硅酸凝胶干燥脱水变成硅酸干胶(或硅胶)，硅酸干胶吸附水分能力强，常用作__________，也用作催化剂的载体。(2)制备。无色透明溶液干燥剂硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl===________________，Na2SiO3＋CO2＋H2O===________________。2NaCl＋H2SiO3↓Na2CO3＋H2SiO3↓2．硅酸盐硅氧金属不溶于水(1)硅酸盐是由______、______和________组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都__________。化学性质很______，通常用__________和____________的形式表示其组成。稳定二氧化硅金属氧化物(2)三种常见的硅酸盐产品。硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑2CaO·SiO2，3CaO·SiO2，3CaO·Al2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃熔炉Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土————3.新型陶瓷(1)碳化硅：SiO2＋3C========1900℃SiC＋2CO↑。(2)氮化硅：3Si＋2N2======1300℃Si3N4，3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。考点1碳、硅单质的化学性质由于硅元素原子的最外层电子数与碳元素原子的最外层电子数都是4，所以硅的许多化学性质与碳相似，但也有不同。具体见下表：项目碳硅相似点①常温下较稳定；②还原性(高温)：C＋O2=====点燃CO2，C＋2CuO=====高温CO2↑＋2Cu，C＋CO2=====高温2CO,2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑，C＋H2O=====高温CO＋H2(水煤气)，Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl4，Si＋C=====高温SiC(金刚砂)不同点C＋2SCS2，2C＋O2(不足)=====点燃2CO，碳能与浓硫酸、浓硝酸等反应Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，硅不溶于浓硫酸、浓硝酸等【例1】下列关于硅的说法中，不正确的是(···)。A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应解析：硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质不活泼，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应；加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。答案：C【例2】(2013年江西太原模拟)下列试剂能与硅反应的是()。①浓氨水；②浓氢氧化钠；③浓硝酸；④氢氟酸；⑤氟气；⑥浓硫酸。A．②④⑤B．①②C．②③⑥D．②④⑥解析：Si和NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2，与氢氟酸反应生成SiF4和H2，与F2化合生成SiF4。答案：A考点2CO2和SiO2的比较物质二氧化碳二氧化硅分类均为酸性氧化物结构特点由二氧化碳分子构成由氧原子与硅原子构成立体网状结构物理性质熔沸点低，可溶于水坚硬难熔的固体，不溶于水与碱反应(如NaOH)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与水反应CO2＋H2O===H2CO3——与CaO反应CaO＋CO2=====高温CaCO3CaO＋SiO2=====高温CaSiO3化学性质与HF反应——4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O用途制饮料、碳酸盐等光导纤维、光学仪器、电子部件存在空气岩石、水晶、硅藻土【例3】(双选)下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是()。A．二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸B．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应C．二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和CO2，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸制较弱的酸D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异思路指导：解答本题要注意两点：①SiO2的性质：稳定性强、酸性氧化物；②SiO2的特性：能与氢氟酸反应，不能与水直接反应生成硅酸。Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑解析：二氧化硅在常温下为固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂，而二氧化碳在常温下为气体，熔沸点低，可溶于水形成碳酸。二氧化硅为酸性氧化物，不能与一般的酸反应，但可与氢氟酸反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。二氧化硅在高温下可与Na2CO3、CaCO3发生反应：高温高温但上述两个反应能发生并不是由于硅酸的酸性强于碳酸，而是遵循高沸点物质制低沸点物质的反应原理。答案：AD【例4】(2013年广东东莞模拟)二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是()。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的道理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A．aceB．bdeC．cdeD．ab解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a判断错误，c判断也错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确；所以选项B正确。答案：B硅酸及硅酸盐考点31．硅酸受热易分解：H2SiO3项目硅酸化学式H2SiO3溶解性不溶于水酸性碳酸强于硅酸化学性质与碱反应(NaOH)H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O稳定性SiO2＋H2O用途作吸潮干燥剂、催化剂，或用作其他催化剂的载体2.硅酸盐(1)硅酸钠：其水溶液俗名水玻璃，无色粘稠液体，可做粘合剂、耐火材料、防腐剂等。(2)硅酸盐材料：玻璃和水泥的比较：项目玻璃水泥原料纯碱、石灰石、石英主要原料：石灰石、黏土；辅助原料：适量的石膏等化学方程式Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，Ca2CO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑—(续表）项目玻璃水泥产品的主要成分及特性普通玻璃主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。玻璃是混合物，属于玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品水泥主要成分：3CaO·SiO2硅酸三钙2CaO·SiO2硅酸二钙3CaO·Al2O3铝酸三钙具有水硬性(熟料中加适量石膏以调节水泥硬化速度)【例5】(2013年广东模拟)能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是()。A．CO2是气体，SiO2是固体B．高温下能发生反应Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑C．CO2能溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水D．CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成解析：酸性强弱与这种酸的氧化物所处的状态及化学活动性无关，所以A、B项都不正确；C项是它们的物理性质，只有D项较强酸制弱酸能够证明。答案：D【例6】下列材料的特性及用途叙述不正确的是()。A．氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C．光导纤维传导光的性能很强，是非常好的通讯材料D．人造刚玉硬度高，用于