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第1讲含硅矿物与信息材料【2020·备考】最新考纲：1.了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质和重要应用。2.了解碳元素、硅元素的单质及重要化合物对环境的影响。新课标要求：结合实例认识非金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。最新考情：硅、碳作为ⅣA族的代表元素，需要掌握碳、硅单质，氧化物，酸及其盐的性质，一是在选择题中考查Si、SiO2、Na2SiO3的用途及相互转化关系，二是在流程题中考查SiO2的性质。考点一碳、硅及其氧化物的性质1.碳、硅元素的原子结构与存在[知识梳理]碳硅原子结构示意图在元素周期表中的位置第2周期族第3周期族单质的结构金刚石：结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有态ⅣAⅣA空间网状化合2.碳、硅单质的性质(1)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)：(2)碳的化学性质C＋O2=====点燃CO22C＋O2=====点燃2CO3C＋Fe2O3=====高温3CO↑＋2Fe2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑C＋2H2SO4(浓)=====△CO2↑＋2SO2↑＋2H2O(3)硅的化学性质及制取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=====△SiO2④工业制法：提醒：①自然界中没有游离态硅，工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅。②Si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。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑3.二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个分子主要物理性质硬度，熔、沸点，常温下为体，不溶于水熔、沸点，常温下为气体，微溶于水化学性质①与水反应不反应②与酸反应只与氢氟酸反应：________________________________不反应大高固低CO2＋H2OH2CO3SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O化学性质③与碱反应______________________________________(盛碱液的试剂瓶用_________塞)CO2少量：_____________________________、CO2过量：___________________________④与盐反应如与Na2CO3反应：__________________________________________如与Na2SiO3反应：________________________________________________或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3⑤与碱性氧化物反应如与CaO反应：___________________________如与Na2O反应：______________________用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O橡胶CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3SiO2＋CaO=====高温CaSiO3Na2O＋CO2===Na2CO3提醒：①SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水；CO2与水反应生成碳酸，但SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。②SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。③不能依据反应SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2对应的水化物(即H2SiO3)的酸性比H2CO3强。1.下列关于碳和硅的叙述中，正确的是()A.其氧化物都能与NaOH溶液反应B.其单质在加热时都能跟O2反应C.其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；SiO2不溶于水，也不能生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素有多种单质。答案B[题组诊断]碳、硅的性质及应用2.下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是()A.SiO2―→SiB.CO2―→CC.SiO2―→H2SiO3D.Si―→Na2SiO3解析A项，SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑；B项，CO2＋2Mg=====高温2MgO＋C；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，也无法与其他物质通过一步反应生成H2SiO3；D项，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。答案C3.制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：(1)写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为_________________________________________________________________________________________。(2)整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式___________________________________________________________________________________________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是______________________________________________________________________________________。石英砂――→焦炭高温粗硅――→HCl573K以上SiHCl3（粗）――→粗馏SiHCl3（纯）――→H21357K高纯硅解析(1)H2还原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，依据原子守恒.判断另一物质是H2。因H2还原SiHCl3的反应条件是高温(1357K)，若混入O2，则H2与O2混合加热可能发生爆炸，同时，O2也可能氧化SiHCl3。答案(1)SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl(2)SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3【总结归纳】硅的特性非金属的一般规律硅的特性硅还原性强于碳2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑非金属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：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑非金属一般不与非氧化性酸反应Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件4.下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A.都是共价化合物B.SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸D.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应解析SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。答案CCO2、SiO2的结构与性质5.下列有关说法中错误的是()A.氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中B.单晶硅可将太阳能转化为电能但不能将太阳能转化为热能C.灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚，因坩埚中的SiO2能与NaOH反应D.由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑解析氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应，A正确；单晶硅也可将太阳能转化为热能，B错误；高温下NaOH能与瓷坩埚中的SiO2反应，C正确；沙子的主要成分是SiO2，与碳反应时得到的是CO，D正确。答案B6.研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO－3占95%。写出CO2溶于水产生HCO－3的方程式：_____________________________________________________________________________________________________________。(2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。①写出钙化作用的离子方程式：_________________________________________。②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：________＋________=====光能叶绿体(CH2O)x＋x18O2＋xH2O(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol·L－1HCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L－1。解析(1)CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H＋和HCO－3。(2)①根据钙化作用的反应物是HCO－3和Ca2＋，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCO－3＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为xCO2和2xH182O。(3)①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂为稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。②根据该滴定过程得关系式：CO2～HCO－3～HCl，n(CO2)＝n(HCl)＝xmol·L－1×y×10－3L＝xy×10－3mol，所以c(CO2)＝xy×10－3z×10－3L＝xyzmol·L－1。答案(1)CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCO－3(2)①2HCO－3＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O②xCO22xH182O(3)①②xyz【归纳总结】SiO2特性一般规律SiO2的特性酸性氧化物一般与水反应生成相应酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，H2CO3酸性强于H2SiO3，Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓以下反应不能说明酸性的强弱Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑考点二硅酸、硅酸盐、无机非金属材料1.硅酸[知识梳理]难碳酸Na2CO3＋H2SiO3↓H2SiO3=====△SiO2＋H2ONa2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl2.硅酸盐(1)硅酸盐：是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸盐组成的表示方法：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，长石(KAlSi3O8)可表示为。(3)硅酸钠：①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称，有黏性，水溶液显碱性。②与酸性较硅酸强的酸反应：a.与盐酸反应的