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第1讲碳、硅及其化合物微专题一碳、硅及其氧化物微专题二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料总纲目录 说明:课程标准淡化本讲内容。命题点预测:(1)认识物质及其变化对环境的影响,依据物质的性质及其变化认识环境污染的成因、主要危害及其防治措施。(2)结合实例认识无机非金属材料组成、性能及应用的联系。(3)树立绿色化学的观念、能运用绿色化学思想分析和讨论化工生产的相关问题。山东省教学指导意见微专题一碳、硅及其氧化物1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途碳硅原子结构示意图① ② 存在形态游离态和化合态③化合态结构金刚石:④空间网状结构石墨:层状结构晶体硅:与金刚石类似的⑤空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软,有滑腻感晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作⑥半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.C、Si单质的化学性质 写出①~⑥的化学方程式:①C+CO2 2CO或2C+O2 2CO②CO2+C 2CO③CuO+C Cu+CO↑④C+H2O(g) CO+H2制水煤气⑤Si+4HF SiF4↑+2H2↑⑥Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2↑3.二氧化硅与二氧化碳的比较4.CO2的实验室制法(1)反应原理: CaCO3+2HCl CaCl2+CO2↑+H2O。(2)发生装置:启普发生器。(3)除去CO2中混有的HCl的试剂: 饱和NaHCO3溶液。(4)收集方法: 向上排空气法。(5)验满方法: 用燃着的小木条靠近集气瓶口,火焰熄灭。5.硅的工业制取及提纯石英砂 粗硅 SiCl4 高纯硅涉及的化学方程式:①SiO2+2C Si+2CO↑②Si+2Cl2 SiCl4③SiCl4+2H2 Si+4HCl1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的化合物 (√)(2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应 (✕)(3)C60、金刚石、石墨互为同位素 (✕)(4)SiO2与水反应生成H2SiO3 (✕)(5)SiO2既能与NaOH(aq)反应又能与HF(aq)反应,故SiO2为两性氧化物 (✕)(6)2C+SiO2 Si+2CO↑,说明C的还原性比Si强 (✕)(7)1molSiO2中含有4NA个Si—O键 (√)(8)根据反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑,可知SiO2对应水化物的酸性比H2CO3强 (✕)(9)含有1molC原子的石墨中含有3NA个C—C键 (✕)2.将下列物质和其物理性质或用途用短线连接起来。答案①—c②—a③—e④—b⑤—d⑥—g⑦—f题组一碳、硅单质的性质及应用1.(2018山东泰安模拟)下列关于碳和硅的叙述中,正确的是 (B)A.氧化物都能与NaOH溶液反应B.单质在加热时都能跟O2反应C.氧化物都能溶于水生成相应的酸D.碳和硅两种元素共有两种单质解析CO不溶于水,不能生成相应的酸,也不能与NaOH溶液反应,A错误;SiO2不溶于水,也不能与水反应生成相应的酸,C错误;碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体,硅有晶体硅和无定形硅等,所以两种元素共有多种单质,D错误。2.(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是④⑤⑥⑦。①浓HNO3②水③浓H2SO4④氢氟酸⑤NaOH溶液⑥氟气⑦氯气(2)下列事实能说明非金属性:CSi的是③④⑤⑦。①硬度:金刚石晶体硅②熔、沸点:SiO2CO2③酸性:H2CO3H2SiO3④稳定性:CH4SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下,SiO2与Na2CO3反应⑦相同条件下,碱性:Na2SiO3(aq)Na2CO3(aq)题后悟道题组二碳、硅氧化物的性质及应用3.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是 (D)选项操作及现象溶液A通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失饱和Na2CO3溶液B通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失Na2SiO3溶液C通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊不消失,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,继续通入CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊Ca(OH)2溶液解析A项,向饱和Na2CO3溶液中通入CO2,会发生反应生成碳酸氢钠,相同温度下碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠,所以会析出碳酸氢钠晶体,继续通入CO2气体,浑浊不消失,故错误;B项,向Na2SiO3溶液中通入CO2,会产生硅酸,硅酸是不溶于水的白色沉淀,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊不会消失,故错误;C项,向Ca(ClO)2溶液中通入CO2,会生成碳酸钙和次氯酸,溶液变浑浊,碳酸钙与H2O和过量的CO2反应会转化为碳酸氢钙,浑浊消失,次氯酸具有强氧化性,可使品红溶液褪色,故错误;D项,向氢氧化钙溶液中通入CO2会生成碳酸钙沉淀,溶液变浑浊,继续通入CO2气体,碳酸钙转化为碳酸氢钙,浑浊消失,加入NaOH溶液后,碳酸氢钙和氢氧化钠反应会生成碳酸钙,溶液又变浑浊,正确。4.写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法:(1)CO(CO2):。(2)CO2(CO):。(3)CO2(O2):。(4)CO2(SO2):。(5)CO2(HCl):。答案(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶5.(2018河南信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳,某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置:根据装置回答问题: (1)A装置的作用是。(2)实验后怎样处理尾气:,发生反应的化学方程式为。(3)若实验时观察到,则证明原气体中一定含有一氧化碳。答案(1)吸收CO2(2)将尾气通入盛有NaOH溶液的洗气瓶后,再点燃2CO+O2 2CO2(3)B中无明显现象,装置C中黑色粉末变成光亮的红色,D中澄清石灰水变浑浊题后悟道确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法 各装置的作用是: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C——CO还原CuO:CO+CuO Cu+CO2D——验证CO的氧化产物CO2E——除去尾气中的CO2气体F——除去尾气中的CO气体、防止污染环境确定混合气体中含有CO气体的实验现象是:C中的物质由黑色变成红色,B中无明显现象,D中的澄清石灰水变浑浊。题组三硅的制备6.(2019湖南长沙期末)半导体工业中,有一句行话:“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是 (B)A.2C+SiO2 Si+2CO↑B.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2OC.Si+2Cl2 SiCl4D.SiCl4+2H2 Si+4HCl解析制Si流程:SiO2 粗硅 SiCl4 Si。7.(2018山东青岛模拟)晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:①高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅,同时得到一种可燃性气体;②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si+3HCl SiHCl3+H2);③SiHCl3与过量的H2在1100~1200℃的温度下反应制得纯硅,已知Si-HCl3能与水剧烈反应,在空气中易自燃。请回答:(1)第一步制取粗硅的化学方程式为。(2)粗硅与HCl气体反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点-84.7℃),提纯SiHCl3采用的方法为。(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅的装置如图所示(加热和夹持装置略去): ①装置B中的试剂是,装置C中的烧杯需要加热,目的是。②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是,装置D不能采用普通玻璃管的原因是,装置D中发生反应的化学方程式是。③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及。答案(1)2C+SiO2 Si+2CO↑(2)分馏(或蒸馏)(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在题给反应温度下(1100~1200℃),普通的玻璃会软化SiHCl3+H2 Si+3HCl③排尽装置中的空气解析(1)制取粗硅是在高温条件下,碳与二氧化硅发生反应。(2)根据沸点的不同提纯物质,采用的方法是分馏或蒸馏。(3)①因SiHCl3与水剧烈反应,故装置A中产生的H2必须干燥,因此装置B中的试剂为浓H2SO4,起干燥作用;装置C烧瓶需加热,其目的是使SiHCl3汽化,进入装置D中与H2反应。②石英管中产生的物质应为硅,故装置D中有固体产生;由题给信息,制纯硅的反应条件为1100~1200℃,此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2反应容易爆炸,故还应排尽装置中的空气。微专题二硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1.硅酸的性质、制备及用途 2.硅酸盐(1)硅酸盐是由⑥硅、氧元素和⑦金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。(2)Na2SiO3水溶液俗称⑧水玻璃,是无色液体,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。(3)硅酸钠溶液在空气中易变质,反应的化学方程式为Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3↓。(4)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,排列顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为⑨Na2O·SiO2,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为⑩CaO·3MgO·4SiO2。3.无机非金属材料(1)传统无机非金属材料玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物质。a.碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。b.含硅元素4%的硅钢具有导磁性。c.硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(1)(2018天津理综)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土 (√)(2)(2018江苏单科)SiO2熔点高、硬度大,可用于制光导纤维 (√)(3)(2017江苏单科)下列转化能一步实现:CaCO3 CaO CaSiO3 (✕)(4)(2016课标Ⅲ)因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记 (√)(5)(2016江苏单科)下列转化在一定条件下能够实现:SiO2 SiCl4 Si (✕)(6)(2016课标Ⅱ)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一 (√)2.【深度思考】利用下图中的装置和试剂验证非金属性:ClCSi,能否达到实验目的,为什么? 答案不能。挥发出来的HCl气体进入硅酸钠溶液后,也能与硅酸钠反应生成白色沉淀,和CO2与硅酸钠反应的现象相同,且HCl不是氯元素的最高价含氧酸,无法达到实验目的。题组一H2SiO3、硅酸盐的性质及应用1.用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧,说明Na3SiO3可用作。向Na2SiO3溶液中通入CO2产生白色沉淀,说明酸性:H2SiO3(“大于”或“小于”)H2CO3。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得,高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是。A.普通玻璃坩埚B.石英玻璃坩埚C.氧化铝坩埚D.铁坩埚答案防火剂小于D解析高温条件下Na2CO3与SiO2反应:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑。2.(2018安徽合肥模拟)《天工开物》记载:“凡埏泥造瓦,掘地二尺余,择取无沙粘(黏)土而为之”,“凡坯既成,干燥之后,则堆积窖中燃薪举火”,“浇水转釉(主要为青色),与造砖同法”。下列说法中错误的是 (A)A.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐B.“燃薪举火”使黏土发生