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第四章非金属及其化合物第一节碳、硅及其化合物2考纲定位要点网络1.掌握碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响。3.了解常见的无机非金属材料。4.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法。3A层级必备知识·关键能力4碳、硅及其氧化物1．碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途碳硅存在形式游离态和化合态________单质的结构金刚石：__________结构；石墨：层状结构；C60：足球形分子晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构化合态立体网状5物理性质金刚石：熔点____、硬度；_____石墨：硬度______、电的____导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点____、硬度____、有脆性用途__________用于制造切割刀具，_______用于制造电极、铅笔芯。C60可作催化剂或催化剂载体晶体硅用作_______材料、硅芯片和硅太阳能电池注：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态。很高较小良高大金刚石石墨半导体很大62．碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)(1)碳的化学性质7(2)硅的化学性质①与氢氟酸反应：___________________________。②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。③与O2反应：____________________。Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋O2=====△SiO28[补短板]硅的工业制备与提纯(1)流程：石英砂――→①焦炭高温Si(粗)――→②Cl2加热SiCl4――→③H2高温Si(纯)。(2)原理：①Si(粗)制备：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。②Si(粗)提纯：Si(粗)＋2Cl2=====△SiCl4；SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl。93．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内____________相结合，使人因缺氧而中毒。②化学性质及应用(写出有关化学方程式)a．可燃性：_____________________，可作燃料。b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为____________________________，可用于冶炼金属。血红蛋白2CO＋O2=====点燃2CO23CO＋Fe2O3=====高温2Fe＋3CO210(2)CO2与SiO2性质的比较①共性均属于_____氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：_________________________、____________________________；二者与CaO反应的化学方程式：______________________、_________________________。酸性CO2＋2OH－===CO2－3＋H2OSiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2OCO2＋CaO===CaCO3SiO2＋CaO=====高温CaSiO311②差异性a．SiO2与氢氟酸反应的化学方程式：______________________________。b．SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应——工业制玻璃SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑。c．CO2与H2O反应的化学方程式：CO2＋H2OH2CO3。d．SiO2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO2为低熔沸点的气体，可溶于水。SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O12(3)SiO2与CO2的用途(熟记)①CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。②SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。(4)CO2的实验室制法用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式：___________________________________。CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O13注意：①用大理石制CO2时，不能用稀硫酸，因为生成的CaSO4微溶，覆盖大理石表面阻止反应进行。②可以用启普发生器作发生装置制CO2。③除去CO2中的HCl可以用饱和NaHCO3溶液。14[补短板](1)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。但SiO2不是两性氧化物。(2)一般情况，较强酸＋较弱酸盐―→较弱酸＋较强酸盐。虽然酸性：H2CO3H2SiO3，却能发生反应：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑。其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。15(3)一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但却能发生反应：C＋H2O(g)=====高温CO＋H2。(4)一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。(5)Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。16[知识应用]用化学方程式回答下列问题：(1)保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞的理由______________________________________________________________________。(2)氢氟酸可用于在玻璃器皿上雕刻花纹的理由__________________________________________________________________。(3)水煤气的制备反应方程式__________________________________________________________________________________。17(4)SiO2制备H2SiO3的反应方程式_________________________________________________________________________________。(5)将2molCO2通入含3molNaOH的溶液中，反应的化学方程式为___________________________________________________________________________________________________________。18[答案](1)2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O(2)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O(3)C＋H2O(g)=====高温CO＋H2(4)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O、Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl(5)2CO2＋3NaOH===Na2CO3＋NaHCO3＋H2O19命题点1碳、硅及其氧化物的性质及应用1．(2019·南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是()A．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋C=====高温Si＋CO2↑B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸20C[A项，反应产物不是CO2而是CO；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。]C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO2－3均能一步转化212．下列说法中正确的是()A．单质――→O2氧化物――→H2O酸或碱―――――→NaOH或HCl盐，碳、硅单质均可以按上述关系进行转化B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系C．二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中D．向Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液、Ca(OH)2溶液中分别通入过量CO2，溶液均有白色沉淀22C[A项，SiO2与H2O不反应；B项，SiO2不能直接转化为H2SiO3，H2SiO3也不能转化为Si；D项，Ca(OH)2溶液中通入过量CO2，无沉淀生成。]233．(2019·湖南六校联考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：24B[B项中的反应为3C＋SiO2=====△SiC＋2CO↑，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为1∶2。]下列说法错误的是()A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋4D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应25B[n(CO2)＝0.15mol，n(NaOH)＝0.2mol，n(CO2)∶n(NaOH)＝3∶4，其反应方程式：3CO2＋4OH－===CO2－3＋2HCO－3＋H2O，故c(CO2－3)∶c(HCO－3)＝1∶2。]命题点2CO2与NaOH溶液反应产物的判断4．在标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO2－3)与c(HCO－3)的比值为(不考虑CO2－3、HCO－3的水解)()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3265．在标准状况下，将4.48LCO2通入100mL3mol·L－1的NaOH溶液中，溶液中的溶质为________，其物质的量之比为________。[解析]n(CO2)＝0.2mol，n(NaOH)＝0.3mol，n(CO2)∶n(NaOH)＝2∶3，可发生反应2CO2＋3NaOH===Na2CO3＋NaHCO3＋H2O。[答案]Na2CO3、NaHCO31∶127数轴法判断CO2与强碱(OH－)反应的产物当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：28命题点3CO、CO2的有关性质探究6．(2019·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图所示的实验装置：29根据装置回答问题：(1)A装置的作用是____________________________________。(2)C中发生反应的方程式为_________________________________________________________________________________。(3)B装置的作用是_________________________________________________________________________________________。30(4)若实验时观察到____________________________________________________________________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。(5)该装置从安全角度考虑应如何改进？__________________________________________________。31[答案](1)吸收CO2，防止干扰CO检验(2)CO＋CuO=====△Cu＋CO2(3)检验CO2是否除尽(4)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(5)在装置C、D之间加一防倒吸装置，装置D加CO处理装置32检验CO2中CO是否存在的思维模板各装置的作用是：A——除去混合气体中的CO233B——检验混合气体中CO2是否除尽C——CO还原CuO：CO＋CuO=====△Cu＋CO2D——安全瓶，防倒吸E——验证CO的氧化产物CO2F——除去尾气中的CO，防止污染环境确定混合气体中含有CO的实验现象是