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-1-第3课时碳、硅及其化合物[课型标签:知识课基础课]知识点一碳及其重要化合物1.碳单质(1)存在形态、结构、物理性质和用途存在形态游离态和化合态结构金刚石:空间网状结构;石墨:层状结构同素异形体金刚石、石墨、C60、C70物理性质金刚石:熔点高、硬度大;石墨:硬度小、电的良导体、有滑腻感用途金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯、高温润滑剂(2)碳的化学性质2.碳的氧化物(1)一氧化碳①物理性质、用途无色、无味的有毒气体,难溶于水,可作气体燃料和冶金工业的还原剂。②化学性质-2-a.可燃性:2CO+O22CO2。b.还原性:工业炼铁原理:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。(2)二氧化碳①物理性质无色、无味的气体,能溶于水(1∶1),固态CO2俗称干冰。②化学性质(3)用途制饮料、灭火剂、干冰可用于人工降雨、化工原料。(4)CO2在自然界中的循环①CO2的主要来源:大量含碳燃料的燃烧。②自然界消耗CO2的主要反应:a.溶于江水、海水中:CO2+H2OH2CO3;b.光合作用:6CO2+6H2OC6H12O6+6O2;c.岩石的风化:CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2。[名师点拨]1.除去碳的氧化物中的杂质气体常用方法(1)CO中混有CO2,通过盛有澄清石灰水(或氢氧化钠溶液)的洗气瓶。(2)CO2中混有CO,通过装有灼热CuO的硬质玻璃管。(3)CO2中混有SO2、HCl,通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。2.碳酸的酸式盐和正盐的比较(1)在水中的溶解性①含K+、Na+、N4H的正盐易溶于水,其余一般不溶于水;酸式盐均能溶于水。-3-②一般来说,在相同温度下,难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度,如溶解度:Ca(HCO3)2CaCO3;可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度,如溶解度:Na2CO3NaHCO3。(2)热稳定性一般来说,热稳定性顺序为正盐酸式盐碳酸,如稳定性:Na2CO3NaHCO3H2CO3。可溶性正盐难溶性正盐,如CaCO3高温分解,而K2CO3不易分解。1.(2019·江苏常州田家炳高级中学月考)国务院印发的《控制温室气体排放工作方案》中,明确提出到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%,碳排放总量得到有效控制,下列说法不正确的是(D)A.CO2属于酸性氧化物B.使用氢能源替代化石燃料可减少CO2排放C.可用Na2CO3溶液捕捉(吸收)CO2D.CO2是导致酸雨发生的主要原因解析:二氧化碳和碱反应生成盐和水,故其是酸性氧化物,A正确;氢气的燃烧产物是水,故使用氢能代替化石燃料可以减少二氧化碳的排放,B正确;碳酸钠溶液可以吸收二氧化碳生成碳酸氢钠,C正确;酸雨是由NO2和SO2导致的,与CO2无关,D不正确。2.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(B)选项操作及现象溶液A通入CO2,溶液变浑浊饱和Na2CO3溶液B通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊澄清石灰水解析:A项,由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3,Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3,因而会析出NaHCO3晶体,正确;B项,CO2+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3↓,CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3,H2SiO3与CO2不反应,浑浊不会消失,错误;C项,CO2+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO,溶液变浑浊,加入品红溶液,被HClO氧化褪色,正确;D项,首先CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O,继续通CO2,生成可溶于水的-4-Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,则:2NaOH+Ca(HCO3)2CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,溶液又变浑浊,正确。3.将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(D)解析:依次发生的反应为Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O,2KOH+CO2K2CO3+H2O,K2CO3+CO2+H2O2KHCO3,CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2。知识点二硅及其化合物、无机非金属材料1.硅的单质(1)硅的存在:硅在自然界中以化合态存在,在地壳中的含量仅次于氧。(2)物理性质:灰黑色,硬度大,熔、沸点高,具有金属光泽。(3)化学性质:常温下与F2、HF、NaOH反应;加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4,加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下:①与非金属单质反应222224224O:Si+OSiOF:Si+2FSiFCl:Si+2ClSiCl②与氢氟酸反应:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。③与NaOH溶液反应:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。(4)制法:SiO2+2CSi+2CO↑。(5)用途:①良好的半导体材料;②太阳能电池;③计算机芯片。2.二氧化硅(1)自然界中的存在沙子和石英的主要成分是二氧化硅,透明的石英晶体即水晶,它是SiO2(写化学式)晶体,有很高的熔点和很大的硬度。(2)二氧化硅的化学性质二氧化硅是一种酸性氧化物,能与碱、碱性氧化物及部分盐反应:①与烧碱溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O;-5-②高温时与氧化钙反应的化学方程式为CaO+SiO2CaSiO3;③与碳酸盐(如Na2CO3、CaCO3等)反应的化学方程式为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。(3)其他性质①常温下可与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;②高温与碳反应生成Si或SiC,化学方程式分别为SiO2+2CSi+2CO↑;SiO2+3CSiC+2CO↑。(4)用途①以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料;②电子工业的重要部件、光学仪器;③是信息高速公路的骨架——光导纤维的主要成分;④用石英、玛瑙制作饰物和工艺品。3.硅酸、硅酸盐(1)硅酸①硅酸的物理性质硅酸不溶于水,其酸性比碳酸弱,硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。②硅酸的化学性质ⅰ.硅酸不稳定,受热易分解:H2SiO3SiO2+H2O。ⅱ.硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O。ⅲ.硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强,常用作干燥剂。(2)硅酸盐①代表物硅酸钠的性质硅酸钠为白色、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。硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应:与盐酸反应:Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓。与CO2水溶液反应:Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3。②硅酸盐的用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。③硅酸盐组成的表示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Na2O·SiO2,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。-6-4.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。①常见硅酸盐材料比较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窑陶瓷窑②玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。(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。[名师点拨]硅及其化合物的特殊性质物质一般规律硅及其化合物的特性Si硅还原性强于碳2C+SiO2Si+2CO↑非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si+4HFSiF4↑+2H2↑非金属单质一般为绝缘体硅为半导体SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水,也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”是复分解反应的一般规律,H2CO3酸性大于H2SiO3,故可发生反应:Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓以下反应不能说明酸性的强弱:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑H2SiO3无机酸一般易溶于水硅酸难溶于水1.(2019·全国Ⅰ卷)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)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-7-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、抗氧化等优点解析:陶瓷是以天然黏土以及各种天然矿物为主要原料,经过粉碎混匀、成型和煅烧制得的各种日用品、工艺制品。氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁,故A错误。2.(2019·福建厦门外国语学校月考)下列叙述正确的是(A)A.NH4F的水溶液不能存放在玻璃试剂瓶中B.SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维C.“天宫一号”使用的碳纤维,是一种新型有机高分子材料D.石英玻璃的主要成分是硅酸盐,可制作化学精密仪器解析:NH4F水解生成氢氟酸,氢氟酸能够腐蚀玻璃,所以NH4F的水溶液不能存放在玻璃试剂瓶中,A正确;SiO2有导光性,所以SiO2可用于制备光导纤维,B错误;碳纤维,主要成分为碳单质,属于无机物,C错误;石英成分为二氧化硅,不属于硅酸盐,D错误。3.由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是(D)A.①②③均属于氧化还原反应B.H2和HCl均可循环利用C.SiO2是一种坚硬难熔的固体D.SiHCl3摩尔质量为135.5g解析:反应①为SiO2+2CSi+2CO↑,反应②为Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,反应③为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl,三个方程式中均有元素化合价的变化,均属于氧化还原反应,故A正确;由生产高纯硅的流程示意图可知,H2和HCl既是反应物,又是生成物,所以可重复利用的物质是H2和HCl,故B正确;SiO2是空间网状结构,硬度大、熔点高,故C正确;SiHCl3摩尔质量为135.5g/mol,故D错误。4.(2019·福建永安三中月考)现有如图所示的转化关系,水和部分产物已略去。-8-已知:①X和Z是两种透明、不溶于水的坚硬固体,其中Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料;②无色气体A是引起温室效应的主要气体;③B、D均为难溶于水的白色固体;④高纯度的F是使用最广泛的半导体材料。据此回答下列问题:(1)Z的名称是,工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为(填名称)。(2)由X、Y制F的化学方程式为,此反应中Y作(填“氧化”或“还原”)剂。(3)转化①的化学方程式为;转化②(A少量)的离子方程式为。解析:①X、Z为透明、不溶于水的坚硬固体,Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料,判断为玻璃,X为SiO2;②无色气体A是引起温室效应的主要气体,A为CO2;③B、D均为难溶于水的白色固体,由流程分析可知B为CaCO3,D为H2SiO3;④高纯度F是使用最广泛的半导体材料,F为Si。由流程可知Y为C,C为Na2SiO3。(1)Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料,判断为玻璃;工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为氢氟酸。(2)由X、Y制F的化学方程式为SiO2+2C2CO↑+Si,C作还原剂。(3)转化①的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,无色气体A是引起温室效应的主要气体,则A为CO2,转化②(A少量)的离子方程式为Si23O+CO