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第4讲含硅矿物与信息材料-2-考纲要求:1.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。-3-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破碳、硅及其氧化物的特性及应用导学诱思下列叙述中正确的是。①光导纤维、石英钟的主要成分是单质硅②计算机芯片、太阳能电池板、半导体晶体管的主要成分是单质硅③金刚石、石墨、C60是碳元素的同素异形体,它们之间的转化属于化学变化④在自然界中有游离态的碳,但没有游离态的硅⑤CO2溶于水生成碳酸,所以SiO2溶于水也能生成硅酸⑥SiO2是酸性氧化物,不与任何酸反应⑦SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应⑧SiO2既能与碱反应,又能与酸(氢氟酸)反应,属于两性氧化物②③④⑦-4-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础1.碳、硅单质(1)原子结构、存在形态、物理性质及用途。碳硅原子结构示意图存在形态既有,也有,是组成有机物的基本元素只有,是构成矿物和岩石的主要元素化合态游离态化合态-5-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破碳硅物理性质金刚石:熔点、硬度、电石墨:硬度、电灰黑色固体,有金属光泽,熔点、硬度、有脆性,导电性介于导体和绝缘体之间用途用于切割刀具,用作电极、铅笔芯材料和合金材料高大不导小导高大金刚石石墨半导体-6-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)碳单质的化学性质。CO2CO2↑+2Cu2COCO+H2CO2↑+2SO2↑+2H2OCO2↑+4NO2↑+2H2O2CO-7-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.碳、硅的氧化物(1)CO2和SiO2的性质比较。CO2SiO2物理性质水溶性熔沸点氧化性C+CO22C+SiO22CO↑+Si与NaOH溶液反应与CaO反应可溶不溶低高2COCO2+2NaOHNa2CO3+H2OSiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OCO2+CaOCaCO3SiO2+CaOCaSiO3-8-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破CO2SiO2与水反应不反应与Na2CO3溶液反应Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑特性SiO2与HF溶液反应:CO2+H2OH2CO3SiO2+4HFSiF4↑+2H2O-9-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)SiO2的用途。①存在:二氧化硅广泛存在于自然界的硅石、石英、水晶、玛瑙中。②用途:光导纤维的主要成分是,石英可制作石英玻璃和石英钟。二氧化硅-10-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一硅、二氧化硅的用途例1下列说法正确的是()A.硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中B.高纯硅可以制作太阳能电池,其工作原理与原电池不相同C.SiO2可用于制造光导纤维,其性质稳定,不溶于强酸、强碱溶液D.SiO2具有导电性,可用于制造半导体材料答案解析解析关闭在自然界中无单质Si,A选项错误;B选项,高纯硅制作太阳能电池是把光能转化为电能,原电池是把化学能转化为电能,正确;C选项,SiO2与强碱溶液反应,错误;D选项,SiO2无导电性,半导体材料是晶体硅,错误。答案解析关闭B-11-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导一般与光有联系的材料是二氧化硅,与电有联系的材料是晶体硅。-12-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二SiO2的结构与性质例2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,说明碳的还原性强于硅的还原性B.酸性氧化物可以与碱反应,但均不能与酸反应C.澄清石灰水贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中D.氢氟酸贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中E.SiO2是酸性氧化物,能与NaOH溶液反应F.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物G.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸答案解析解析关闭A选项,碳、硅在同一主族,硅在碳的下面,所以硅的还原性大于碳的,题述反应可以进行的原因是反应物均为固体,生成物CO是气体,为熵增反应,错误;由SiO2与氢氟酸反应,可知B、D选项错误;SiO2不溶于水,也不与水反应,G选项错误。答案解析关闭CE-13-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导熟记硅及其化合物的特殊性质:(1)硅单质的特殊性。非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能与HF作用:Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。(2)SiO2的特殊性。①SiO2是酸性氧化物,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3;②SiO2既能与氢氟酸反应,又能与碱反应,但它是酸性氧化物,不属于两性氧化物,与两性氧化物Al2O3不同。Al2O3与所有的强酸、强碱均反应,SiO2只与特殊的酸(氢氟酸)反应,不能与其他酸反应。-14-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度三除去CO2、CO气体中的杂质例3下列除杂方法中正确的是()A.CO2中的CO杂质,可以通入适量氧气,然后点燃B.SO2中的CO2杂质,可以通过盛有澄清石灰水的洗气瓶C.CO2中的HCl杂质,可以通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶D.CO2中的SO2杂质,可以通过盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶答案解析解析关闭混合气体中的少量CO不易点燃,且又混入O2,A错误;二氧化硫也与石灰水反应,B错误;HCl与NaHCO3反应生成CO2,C正确;CO2也与碳酸钠溶液反应,D错误。答案解析关闭C-15-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究(1)CO中含HCl杂质是否可以通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶除去?(2)列举几种除去CO中混有的SO2的方法。答案:(1)不能,又生成了新的杂质CO2;(2)通过氢氧化钠溶液、溴水或酸性高锰酸钾溶液等。-16-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导除去CO2、CO气体中的杂质常用方法:(1)CO中混有CO2:通过盛有NaOH溶液的洗气瓶。(2)CO2中混有CO:通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管。(3)CO2中混有O2:通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管。(4)CO2中混有SO2:通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶。(5)CO2中混有HCl:通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。-17-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度四CO2与碱、盐反应A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.1∶3例4标准状况下,将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L-1NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO32-)与c(HCO3-)的比值为(不考虑CO32-、HCO3-的水解)()答案解析解析关闭n(CO2)=0.150mol、n(NaOH)=0.200mol,𝑛(NaOH)𝑛(CO2)=0.200mol0.150mol=43,即1𝑛(NaOH)𝑛(CO2)2,所以溶液中的溶质为Na2CO3、NaHCO3,设其物质的量分别为x、y,则2𝑥+𝑦=0.200mol𝑥+𝑦=0.150mol,解得𝑥=0.05mol𝑦=0.10mol。答案解析关闭B-18-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液时,生成物与CO2气体的通入量有关。当CO2通入少量时,生成碳酸盐;当CO2通入过量时,生成碳酸氢盐;当CO2的通入量介于两者之间时,既有正盐生成又有酸式盐生成。因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例:当n(OH-)∶n(CO2)的值不同时产物如下:CO2+2NaOHNa2CO3+H2OCO2+NaOHNaHCO3-19-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破跟踪训练1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)NH4F水溶液中含有HF,因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中()(2)Ca(HCO3)2溶液与过量NaOH溶液反应可得到Ca(OH)2()(3)晶体硅熔点高、硬度大,所以可用于制作半导体材料()(4)甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化关系:(5)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅()甲乙丙。若甲为焦炭,则丁可能是O2()答案解析解析关闭(2)中,Ca(HCO3)2溶液与过量NaOH反应,Ca2+全部生成CaCO3沉淀,错误;(3)中,熔点高、硬度大与作半导体材料无关,错误;(4)中,按照题中转化关系,若甲为焦炭,丁是O2,则乙是CO,丙是CO2,正确。答案解析关闭(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√-20-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.近年来,美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是()A.Si24是一种新型化合物B.Si24是硅的一种同素异形体C.Si24易与稀硫酸反应生成氢气D.硅太阳能电池供电原理与原电池相同答案解析解析关闭Si24是由一种元素组成的纯净物,属于单质而不是化合物,A项错误;同种元素形成的不同种单质互称同素异形体,所以Si24是硅的一种同素异形体,B项正确;Si24与碱反应,而与稀硫酸不反应,C项错误;硅太阳能电池供电原理是将光能转化为电能,而原电池是将化学能转化为电能,D项错误。答案解析关闭B-21-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.下列除杂方法正确的是()A.SiO2中含Al2O3杂质,可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去B.CO2中含有CO杂质,可以通入盛有CuO的玻璃管且加热C.CO2中含有HCl杂质,可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶D.Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质,可以通入足量的CO2,然后过滤答案解析解析关闭A项,SiO2、Al2O3均与NaOH溶液反应;C项,Na2CO3溶液会吸收CO2生成NaHCO3,应通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶;D项,Na2CO3溶液能与CO2反应生成NaHCO3。答案解析关闭B-22-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破4.(2018河北衡水中学调研)下列说法中不正确的是()A.硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中B.将适量CO2通入漂白粉的水溶液中,可以生成白色沉淀C.在燃煤中加入石灰石可减少SO2的排放,发生的总反应为2CaCO3+2SO2+O22CO2+2CaSO4D.不能用玻璃瓶来盛装氟化钠水溶液答案解析解析关闭硅是亲氧元素,在自然界中以化合态形式存在,故A错误;漂白粉中含有次氯酸钙,根据碳酸的酸性比次氯酸的酸性强,漂白粉的水溶液中通入适量CO2时发生反应Ca2++2ClO-+CO2+H2O2HClO+CaCO3↓,生成碳酸钙白色沉淀,故B正确;在燃煤中加入石灰石可减少SO2的排放,发生的反应为2CaCO3+2SO2+O22CO2+2CaSO4,故C正确;玻璃的主要成分为二氧化硅,氟化钠是强碱弱酸盐,在水溶液中水解生成氢氟酸和氢氧化钠,氢氟酸能与二氧化硅发生反应,因此不能用玻璃瓶来盛装氟化钠水溶液,故D正确。答案解析关闭A-23-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破硅酸及硅酸盐工业导学诱思下列说法中正确的是。①硅酸易溶于水,酸性比碳酸的弱②水玻璃是纯净物③硅胶是SiO2④硅酸化学性质比较稳定,受热不分解⑤实验室中可以用水玻璃与CO2反应生成硅酸⑥SiO2溶于水即得硅酸⑦生产水泥和玻璃的共同原料是石英⑧高温结构陶瓷比金属材料具有更多优点,如不怕氧化、密度小等优点⑨新型无机非金属材料具有光学特性、生物功能、电学特性、耐高温、强度高⑩玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐⑤⑧⑨-24-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础1.硅酸(H2SiO3)(1)物理性质硅酸溶于水。(2)化学性质①弱酸性(比碳酸还弱)与NaOH溶液反应的化学方程式:;向Na2SiO3溶液中通入CO2的化学方程式:。②不稳定性硅酸受热分解的化学方程式:。不2NaOH+H2SiO3Na2SiO3+2H2ONa2SiO3+H2O+CO2H2SiO3↓+Na2CO3H2SiO3H2O+SiO2-25-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(3)用途硅胶可用作干