2013年高考化学一轮复习课件(人教版)：第二单元第12讲碳、硅及其化合物.ppt

第12讲碳、硅及其化合物 考纲定位 1.掌握硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐的性质和用途。 2.了解硅、二氧化硅在高科技领域的用途。 3.了解环境保护，消除碳氧化合物污染的综合应用。 一、碳及其重要化合物 1碳族元素的主要特征 4 个电子共价 碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素。碳族元素原 子最外层均有_，特殊的结构决定了该族元素易形成_ 化合物，碳是构成有机物的主角，硅是构成矿物的主角，因而 碳族元素形成物质的种类繁多。 2碳元素的单质 金刚石石墨 同素异形体 常见的碳单质有_、_、C60 等，它们之间互为 _。 CuCO2 2Fe3CO2 2CO2 CaCO3H2O H2CO3 2CO 2MgOC COH2O； 3碳的氧化物 4.碳酸和碳酸盐 CO2H2O(1)碳酸(H2CO3)不稳定，容易分解成_和_。 (2)热稳定性：正盐酸式盐酸。例如： Ca(HCO3)2 2NaHCO3 CaCO3CO2H2O； Na2CO3CO2H2O。 Ca(HCO3)2 在溶液中加热可以分解，NaHCO3 在溶液中稳 定，加热固体可以分解，而 Na2CO3 加强热也难分解。 (3)溶解性：第A 族元素对应的碳酸的正盐溶解性小于其 酸式盐，而第A 族元素对应的碳族的正盐溶解性大于其酸式 盐。 例如：常温下，S(CaCO3) S(NaHCO3)。 (4)正盐与酸式盐可以相互转化： 二、硅和二氧化硅 1硅 正四面体(1) 硅具有_ 结构，为带有金属光泽的灰黑色固 体，熔点高、硬度大，有脆性。 (2)硅在常温下化学性质稳定，只能与 F2、HF、NaOH 溶液 等反应。 SiO2 SiO2_(可在空气中燃烧)。 Si2NaOHH2O=_。 2二氧化硅 正四面体 不 (1)二氧化硅具有_结构，_溶于水。 (2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。 Na2SiO32H2 Si2CO Na2SiO3H2O CaSiO3CO2 Na2SiO3CO2 三、硅酸、硅酸盐 1硅酸 弱 (1)性质。 硅酸是难溶于水的_酸，其酸性比碳酸_，硅酸不能 使紫色石蕊试液变红色。 硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。 硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程 式为：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。 还弱 硅酸在水中易聚合形成胶体。浓度较小时_ _；浓度较大时凝胶。硅酸凝胶干燥脱水变成硅酸干 胶(或硅胶)，硅酸干胶吸附水分能力强，常用作_，也用 作催化剂的载体。 干燥剂 (2)制备。 硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学 方程式为：Na2SiO32HCl=_，Na2SiO3 CO2H2O=_。 无色透明 溶液 硅酸盐产品原料主要设备主要成分 水泥石灰石、黏土 水泥回 转窑 2CaOSiO2， 3CaOSiO2， 3CaOAl2O3 玻璃纯碱、石灰石、石英 玻璃熔炉 Na2OCaO6SiO2 陶瓷黏土 2硅酸盐 硅金属 不溶于水 稳定 (1)硅酸盐是由_、_和_组成的化合物的总称。硅 酸盐是一类结构复杂的物质，一般都_。化学性质很 _，通常用_和_的形式表示其组成。 (2)三种常见的硅酸盐产品。 二氧化硅 金属氧化物 氧 考点1 碳、硅单质的化学性质 由于硅元素原子的最外层电子数与碳元素原子的最外层电 子数都是 4，所以硅的许多化学性质与碳相似，但也有不同。 具体见下表： 续表 【例1】下列关于硅的说法中，不正确的是( )。 A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体 C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 解析：硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导 体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质不活泼， 但常温下仍能与氟气、氟化氢和 NaOH 溶液等发生反应；加热 至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。 答案：C 【变式训练】 1下列说法正确的是()。 A硅材料广泛应用于光纤通讯 B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品 C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品 D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 原反应，如SiCl42H2=Si(纯)4HCl，D错。 解析：盐酸和石英不反应，B 错；水晶项链的主要成分是 SiO2 而不是硅酸盐制品，C 错；由粗硅制备单晶硅涉及氧化还 高温 答案：A 物质二氧化碳二氧化硅 分类均为酸性氧化物 结构特点由二氧化碳分子构成 由氧原子与硅原子构成立体网 状结构 物理性质熔沸点低，可溶于水 坚硬难熔的固体，不溶于水 化 学 性 质 与碱(如 NaOH)反应 CO22NaOH= Na2CO3H2O SiO22NaOH=Na2SiO3 H2O 与水反应CO2H2O=H2CO3 与 CaO 反应 CaOCO2 = CaCO3 高温 CaOSiO2=CaSiO3 与 HF 反应 4HFSiO2=SiF42H2O 用途制饮料、碳酸盐等 光导纤维 、光学仪器、电子部 件 存在空气岩石、水晶、硅藻土 考点2CO2 和SiO2 的比较 【例 2】(双选)下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是()。 A二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸 B二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应 C二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和 CO2， 说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸制较弱的酸 D二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异 思路指导：解答本题要注意以下两点： SiO2 的性质：稳定性强、酸性氧化物。 SiO2 的特性：能与氢氟酸反应，不能与水直接反应生成 硅酸 解析：SiO2 是由Si 和O 按 12 的比例所组成的立体网状 结构的晶体，不存在SiO2 分子，而二氧化碳则是由碳、氧原子 结合成的二氧化碳分子构成的，SiO2 和CO2 在组成微粒及微粒 间的相互作用方面有很大的区别，故性质有很大差别，二氧化 硅在常温下为固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂， 而二氧化碳在常温下为气体，熔沸点低，可溶于水形成碳酸。 二氧化硅为酸性氧化物，不能与一般的酸反应，但可与氢氟酸 反应，化学方程式为：SiO24HF=SiF42H2O。二氧化硅 在高温下可与Na2CO3、CaCO3 发生反应： Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2； CaCO3SiO2=CaSiO3CO2。 高温 高温 但上述两个反应能发生并不是由于硅酸的酸性强于碳酸， 而是遵循高沸点物质制低沸点物质的反应原理。 答案：AD 【变式训练】 2常温下二氧化硅是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原 因是()。 A硅的非金属性比碳弱 B硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属 C二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧 结合的化学键的种类不同 D二氧化硅是原子晶体，二氧化碳是分子晶体 解析：化合物在常温下的存在状态取决于它们的熔沸点高 低，SiO2 和CO2 的熔沸点不同，主要原因在于二者晶体类型的 差异。 答案：D 碳、硅及其化合物在推断题中的考查 考向分析历年高考常以推断题形式对C、Si 元素的单质 及其重要化合物的主要性质、应用及对环境质量的影响进行考 查。 【典例】A、B、C、D、E 代表单质或化合物，它们之间的 相互转换关系如图 2121 所示。A 为地壳中含量仅次于氧的 非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。 图 2121 请填空： (1)形成单质 A 的原子的结构示意图为_，它的最高 化合价为_。 (2)B 的化学式为_，B 和碳反应生成 A 和 E 的化学 方程式是：_。 (3)C 的化学式为_，D 的化学式为_ _。 考查要点：硅及其化合物的相互转化。 思路指导：“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单 质，其晶体结构与金刚石相似”可推知A 为Si，是本题的突破 口。 SiO22C=Si2CO 解析：由“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质， 其晶体结构与金刚石相似”推知A 为Si，根据B 加炭 高温 AE， B 加氧化钙 高温 C，B 加氢氧化钠 加热 DH2O，不难推知B 为SiO2，C 为CaSiO3，D 为Na2SiO3。 答案：(1)4 (2)SiO2 高温 (3)CaSiO3 Na2SiO3 【突破训练】 1下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质 和化合物的组成元素皆为短周期元素。 图 2122 根据上述关系判断： (1)单质 A 只可能是_。 (2)单质 B 是_(填“金属”或“非金属”)。 (3)写出各化合物的化学式：甲：_、乙：_、 丙：_、丁：_。 解析：本题是元素及化合物的推断题，解题的突破口是短周 期元素的单质A 与NaOH 溶液反应生成氢气，此元素可能是 Al 或 Si，而产生的化合物乙与过量盐酸溶液反应，生成的化合物丁 能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出 A 单质不是 金属Al，而只能是 Si。又由于单质 A 和化合物甲都能跟NaOH 溶 液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过 A 的另一种产物是氢 气，而化合物甲的一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B 反应生成，故单质B 为O2、丙为水、甲为二氧化碳，继而推出丁 为原硅酸。 答案：(1)硅 (2)非金属 (3)SiO2 Na2SiO3 H2O H4SiO4 1下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是()。 A4 价氧化物都与氢氧化钠溶液反应 B单质在加热时都能与氧气反应 C氧化物都能溶于水生成相应的酸 D碳和硅两种元素都有能导电的单质 解析：A 项，碳和硅的4 价氧化物都是酸性氧化物，都 能与氢氧化钠溶液反应；B 项，碳和硅的单质在加热时都能与 O2 反应，生成氧化物；C 项，SiO2 不溶于水，不能与水反应生 成硅酸；D 项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导电。 答案：C 2(2011 年山东高考)某短周期非金属元素的原子核外最外 )。层电子数是次外层电子数的一半，该元素( A在自然界中只以化合态的形式存在 B单质常用作半导体材料和光导纤维 C最高价氧化物不与酸反应 D气态氢化物比甲烷稳定 解析：依据原子核外电子的排布规律可知，在短周期元素中 原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的元素可以是Li 或 Si 元素，但Li 属于金属不符合题意，因此该元素是Si 元素。硅是 一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相化合的，因此在自然界中 硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，选项 A 正确； 硅位于金属和非金属的分界线附近常用作半导体材料，二氧化硅 才用作光导纤维，选项B 不正确；硅的最高价氧化物是二氧化硅， SiO2 与一般的酸不反应但氢氟酸例外，与氢氟酸反应生成SiF4 和 水，因此氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，选项 C 不正确；硅和碳都 属于A，但硅位于碳的下一周期，非金属性比碳的弱，因此其气 态氢化物的稳定性比甲烷弱，选项 D 也不正确。 答案：A 3关于二氧化硅，下列叙述不正确的是( )。 A水晶的成分是二氧化硅 B二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸 D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应 解析：水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅，A 正确；CO2 在通 常状况下为气体，与SiO2 的物理性质相差很大，B 正确；SiO2 晶 体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3，制取H2SiO3 是利用可 溶性硅酸盐与酸的反应，C 正确；SiO2 虽然是酸性氧化物，但它 可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，这是它的 特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质，D 错误。 答案：D 4在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是()。 焦炭；纯碱；碳酸钙；氢氟酸；硝酸；氢氧 化钠；硝酸钙。 ABCD 解析：由于SiO2 不与HNO3 反应，也不能与Ca(NO3)2 反应， 故选项B 正确；焦炭能在高温下与SiO2 反应；与纯碱反应： 高温 SiO2=SiF4 2H2O ； 与氢氧化钠反应：2NaOH SiO2=Na2SiO3H2O。 Na2CO3SiO2=Na2SiO3CO2；与氢氟酸反应：4HF 答案：B 不正确的是( 5下列有关 Na2CO3 溶液、Na2SiO3 溶液的共同点的描述中 )。 A水溶液均显碱性 B滴入盐酸均有气泡产生 C均能与 CO2 反应 D均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存 解析：二者水解均呈碱性，故A、D 正确；均能与CO2 反 应，分别生成NaHCO3、H2SiO3，C 正确；B 项 Na2SiO3 与盐酸 反应生成H2SiO3，不能放出气泡，B 错误。 答案：B 硅酸铜钡的说法不正确的是( 6 青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、 “色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷 中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸 盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为2 价)，下列关于 )。 A可用氧化物形式表示为 BaOCuO2SiO2 B性质稳定，不易脱色 C易溶解于强酸和强碱 Dx 等于 6 解析：硅酸铜钡能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色， 不易与酸、碱反应。硅酸铜钡中Ba为2 价，Cu 为2 价，Si 为4 价，O为2 价，则x6，用氧化物形式表示复杂的硅 酸盐的组成，具体方法为：遵循各元素种类和原子个数比不 变的原则，分别写成氧化物的形式；氧化物一般按活泼金属 氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、最后为水的顺序排列； 氧化物之间用圆点隔开，各氧化物前面的化学计量数均为整 数，因此，A、B、D 均正确。 答案：C 7未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水 冷发动机。这类材料中研究得较多的是化合物 G。 (1)化合物 G 的相对分子质量为 140，G 中硅元素的质量分数 为 60%，另有元素 Y。G 可以由化合物 E(含两种元素)与 NH3 反应 而生成，同时产生 HCl 气体。请推断：化合物 G 的化学式为 _，1 mol