【必修一同步课程第十一讲】碳、硅及其化合物.doc

个性化教案【必修一同步课程第十一讲】碳、硅及其化合物适用学科高中化学适用年级高中三年级适用区域通用课时时长（分钟）60知识点碳元素的单质、氧化物及氢化物的性质和用途碳酸盐的性质碳酸氢盐的性质硅的性质及用途二氧化硅的性质硅酸和硅酸盐的性质教学目标知识与技能：记忆碳及其化合物的化学性质，并且硅及其化合物的化学性质，尤其是碳酸盐和碳酸氢盐的性质等，能够对碳酸钠和碳酸氢钠进行区分。过程与方法：通过对碳、硅及其化合物化学性质的学习，能够掌握第四主族化合物之间的转化。进而自主总结出第四主族的性质规律，提高运用比较、归纳、推理的能力，对热化学方程式能够灵活应用。情感态度与价值观：培养学生的应用能力。体验反应的奥秘，让学生关注有关的生活、生产问题，感受化学的发展对当代社会发展的重要意义。教学重点1、 碳的化学性质；2、 碳酸盐及碳酸氢盐的化学性质；3、 二氧化硅及硅酸盐教学难点1、 碳酸钠与碳酸氢钠的比较及碳酸盐的性质；2、 物质之间的转化；教学过程一、 复习预习对初中知识关于碳及碳的氧化物的复习。二、知识讲解考点1：碳在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。燃烧反应与某些氧化物的反应：CCO22CO；C2CuOCO22Cu；CH2OCOH2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）；2C+SiO2Si+2CO与氧化性酸反应：C2H2SO4（浓）CO22SO22H2O；C4HNO3（浓）CO24NO22H2O考点2：CO与CO21. CO不溶于水，有毒(CO和血红蛋白结合，使血红蛋白无法和O2结合，而使细胞缺氧引起中毒)，但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。可燃性还原性：CO+CuOCO2Cu，CO+H2O(g)CO2+H2O2.CO2直线型（OCO）非极性分子，无色能溶于水，密度大于空气，可倾倒，易液化。固态CO2俗称干冰，能升华，常用于人工降雨。实验室制法：CaCO32HClCaCl2CO2H2O。酸性氧化物一酸酐Ca(OH)2CO2CaCO3H2O(用于检验CO2)氧化性：CO2C2CO；2MgCO22MgOC考点3：碳酸盐溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3；Na2CO3NaHCO3。热稳定性：Na2CO3CaCO3；碱金属正盐碱金属酸式盐: Na2CO3NaHCO3。相互转化：碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用) 考点4：硅硅在地壳中只有化合态，没有游离态。其含量在地壳中居第二，仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。硅的化学性质不活泼，常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应:Si+2F2SiF4、Si+4HFSiF4+2H2、Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合：SiO2SiO2。制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅：SiO22CSi2CO，将制得的粗硅，再与C12反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：Si十2C12SiCl4、 SiCl4+2H2Si+4HCl。硅在高新技术中的应用：高纯硅可作半导体材料，晶体硅还可做光电转换材料及制作DNA芯片为代表的生物工程芯片。 注意：硅与碱溶液的反应特点硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式：进行分析，似乎和都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行 其中反应为氧化还原反应，反应为非氧化还原反应。合并两式得总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H2O。所以H2O是式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成： 考点5：SiO2SiO2为原子晶体，是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。而CO2通常状况下是气体，固体熔点很低。其差别在于晶体类型不同。CO2是分子晶体，故熔点很低。二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应。由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。SiO2+CaO CaSiO3、SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(碱溶液不能在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。a酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟盐酸作用制得：首先让SiO2和NaOH（或Na2CO3）在熔化条件下反应生成相应的硅酸钠：SiO22NaOHNa2SiO3H2O，SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，然后用酸与硅酸钠作用制得硅酸：Na2SiO3+2HCl =H2SiO3+2NaCl。b酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应：SiO2+4HFSiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)。光导纤维：从高纯度的SiO2或石英玻璃熔融体中，拉出的直径约100m的细丝，称为石英玻璃纤维，这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术，它将光信号在光导纤维中进行全反射传播，取代了电信号在铜线中的传播，达到两地通信的目的。光纤通信优点：信息传输量大，每根光缆可同时通过10亿路电话；原料来源广；质量轻，每千米27克；不怕腐蚀，铺设方便；抗电磁干扰，保密性好。石英、水晶及其压电效应石英的主要成分是SiO2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。纯净的SiO2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。考点6：硅及其化合物的“反常”Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22CSi2CO非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si却放出H2：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：Si+4HFSiF4+2H2非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HFSiF4+2H2O无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通人CO2能发生下列反应：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3，但在高温下SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2也能发生。Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 考点7：硅酸盐硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。例如：硅酸钠Na2SiO3(Na2OSiO2)；镁橄榄石Mg2SiO4(2MgOSiO2)；高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(A12O32SiO22H2O)云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。人造硅酸盐：主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠，其水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂，防腐剂。三、例题精析【例题1】在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品，用图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。A是制取C02的装置。写出A中发生反应的化学方程式：_。仪器加入试剂加入该试剂的目的B饱和NaHC03溶液CD填写表中空格： 写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：_。 试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：_。【解题思路】命题意图就是验证过氧化钠与水或二氧化碳的反应及对供氧剂信息的理解认识。实验仪器中的A是二氧化碳发生装置，B、D是除杂装置，C是反应装置，E是收集装置。本实验可能存在的杂质气体有：制取二氧化碳的是HCl和水，但由于过氧化钠与二氧化碳和水都能反应产生氧气，故水不必除去。本题涉及CO2实验室制法，实验室用碳酸钙和盐酸反应指取CO2所得气体中，由于盐酸具有挥发性，所制备气体中含有氯化氢气体和水蒸汽，氯化氢气体也会与过氧化钠反应，因此需要用饱和碳酸钠溶液进行洗气，以除去HCl气体，水蒸汽和CO2气体都会与过氧化钠反应生成氧气，所以不必除去水蒸汽，紧接着，让含有少量水蒸汽的CO2气体通过过氧化钠（过氧化钠是粉末状物质，为了防止被气体吃入导气管，最好是用石棉绒包住过氧化钠）进行反应，然后用氢氧化钠除去位反应的CO2，最后用排水法收集氧气，进行检验。不难看出题目涉及知识点都来自课本中的主干知识，要求学生一定要重视课本。【答案】 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 B 饱和NaHCO3 除CO2中的HCl C Na2O2粉末 反应物 D NaOH溶液 除去未反应的CO2 2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2来 把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气。【例题2】下列关于碳族元素的说法正确的是（ ）A单质都是无色晶体 B单质中硅单质熔点最高C碳族元素形成的化合物种类最多 D在化合物中最稳定的化合价都是+4价【解题思路】对选项A：在碳族元素所形成的单质中，只有金刚石为无色晶体，故A是错的。对选项B：在碳族元素形成的单质中，金刚石、晶体硅为原子晶体，金刚石的熔点比晶体硅高。本族单质的熔点与卤族元素单质熔点递变趋势不同，卤族单质熔点从F2I2依次升高，碳族元素单质由CPb熔点呈降低趋势，故B项是错误的。对选项C：碳族元素位于周期表中部，易形成共价化合物特别是碳元素是构成种类繁多的有机物的最重要元素。对选项D：Pb的稳定价态为+2，故选项D也是错误的。【答案】C【例题3】下列说法正确的是 （ ）A二氧化硅溶于水显酸性B二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸C因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强D二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸【解题思路】此题是关于硅及其化合物性质的选择题，宜采用筛选法。ASiO2很难溶于水，无法显酸性。B原硅酸酸性比碳酸弱，CO2通入水玻璃（Na2SiO3溶液）会发生强酸制取弱酸的复分解反应：Na2SiO32H2OCO2=Na2CO3H4SiO4C高温时如下反应可以进行：SiO2Na2CO3=Na2SiO3CO2但因为CO2成气态逸出，并不说明硅酸比碳酸强，硅酸和碳酸酸性强弱的比较是指在水溶液中的情况。DSiO2可以溶于氢氟酸中，这是SiO2的一个重要特性。SiO24HF=SiF42H2O【答案】B【例题4】物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸，硝酸等强酸。A与纯碱熔融反应，生成化合物B，同时放出气体C；把气体C通过B的溶液中，则得到化合物D；D在干燥空气中转变为化合物E；将E加热又得到化合物A。试写出A、B、C、D、E的化学式：A_、B_、C_、D_、E_。【解题思路】此题应根据对实验现象的分析，得出结论。A是不溶于硫酸、硝酸等强酸的高熔点化合物，它能与纯碱熔融反应，而且放出气体C，可初步判断A可能是SiO2，B可能是Na2SiO3，C可能是CO2。若把CO2通过Na2SiO3溶液中，会得到胶状沉淀H4SiO4，H4SiO4在干燥空气中易脱水生成H2SiO3，H2SiO3只有加热才能生成SiO2。这些都是与题目所给出的实验现象相符合，这就证实A确实是SiO2。A判断出来了，其它物质的推断就迎刃而解。【答案】A：SiO2、B：Na2SiO3、C：CO2、D：H4SiO4、E：H2SiO3四、课堂运用【基础】1下列关于二氧化硅的说法是否正确？简释理由。A二氧化硅分子是由1个硅原子和两个氧原子构成；B二氧化硅又叫硅酐；C二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸；D二氧化硅为酸酐与碱反应不与酸反应；E二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2，所以硅酸酸性比碳酸强。2. （2009广东卷）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（ ） 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A. B. C. D.答案及解析：1.B解析：判断是非题，一般属于概念性知识多，判断的正确率决定于掌握知识的正确性和完整性。A错，二氧化硅为原子晶体，晶体是氧原子与硅原子个数比为21的网状主体结构，没有分子，SiO2为化学式而非分子式；B对，二氧化硅是硅酸的酸酐；C错，二氧化硅是不溶于水的酸酐；D错，二氧化硅为酸酐，具有酸酐的通性，能于碱反应，但二氧化硅具有特性，可与氢氟酸反应；E错，二氧化硅与碳酸钠反应生成硅酸钠是在高温，利用CO2的挥发性，促使反应完成，并不能说明硅酸酸性强于碳酸。2. C解析：本题考查硅及其化合物的相关知识。符合,C正确。中水晶的主要成分是SiO2,不是硅酸盐制品。中光导纤维的原料是SiO2,而不是Si。【巩固】1最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60，下列说法正确的是（ ）AC60是一种新型的化合物BC60和石墨都是碳的同素异形体CC60中含离子键DC60的式量是7202. （1）怎样用化学方法检验生石灰里混有的石英和石灰石？并写出有关的化学方程式。（2）怎样用一种试剂鉴别硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠3瓶未知液？并写出实验现象及结论。3.（2007上海卷）目前，关于二氧化碳是否为大气污染物有不同的观点。认为“二氧化碳不是大气污染物”的理由是( )。二氧化碳是重要的化工原料二氧化碳是植物光合作用的必需原料二氧化碳是无色、无味、无毒的气体除二氧化碳外，甲烷、一氧化二氮也是温室气体A. B. C. D.答案及解析：1.BD解析: 足球烯C60是课本正文中未曾学到过的，但只要明确单质、化合物、同素异形体、化学键、式量的概念，对各选项进行认真辩析，不难作答。C60是由同种元素（碳）组成的纯净物，属于单质；碳原子之间以共价键相结合；C60和石墨都是由碳元素形成的不同单质，都是碳的同素异形体，C60的式量=1260=720。解题方法为概念辩析法。 2.答案见分析，解析: （1）生石灰的成分是氧化钙，若不含杂质，加盐酸能完全溶解并且无气体生成。加盐酸充分反应后仍有不溶于水的固体，说明有石英杂质存在。加盐酸溶解，但放出无色无味并能使石灰水变浑的气体，说明生石灰中含有石灰石。CaO2HCl=CaCl2+H2OCaCO3+2HCl=CaCl2H2OCO2CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O（2）三种未知液均为钠盐，故应根据酸根离子的特性选择鉴别方法。碳酸盐和硅酸盐都能与盐酸反应，但现象不同，所以能用盐酸鉴别。用三支小试管分别取三种未知液各少许，分别滴加稀盐酸，有气体生成的是碳酸钠溶液，有白色胶状沉淀生成的是硅酸钠溶液，无明显现象的是硫酸钠溶液。3.B解析：支持二氧化碳不是大气污染物的理由一是无色、无味、无毒，二是绿色植物光合作用的原料。 【拔高】1. 如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质）。将所选答案的编号填入在表内相应的空格内（如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着）。1可供选择的试剂：A盐酸 B氢氧化钠溶液 C氧气D水 E二氧化碳可选用的操作：水洗 加热 高温灼烧 过滤 结晶2. （2011海南卷）“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示（部分条件及物质未标出）。下列有关该方法的叙述中正确的是A.能耗大是该方法的一大缺点B.整个过程中，只有一种物质可以循环利用C.“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤D.该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品答案及解析：1. （1）B， （2）D， （3）A， （4）A， （5） （6）解析: 可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸（氢氟酸除外）反应；它受热不分解等性质。而三氧化二铁，碳酸钙跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。通过一定操作，除去杂质。除杂过程中所发生的化学方程式如下：（1）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（3）Fe2O36HCl=2FeCl33H2O（4）CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O（5）H2SiO3SiO2H2O（6）NH4ClNH3HCl2.AD解析：由题可知基本过程中有两个反应：二氧化碳与氢氧化钠反应，碳酸钙的高温分解。A选项正确，循环利用的应该有CaO和NaOH 两种物质，B选项错误；“反应分离”过程中分离物质的操作应该是过滤，C选项错误；D选项中甲醇工业上可用CO2制备。【技巧点拨】根据题中信息可知，捕捉室中反应为二氧化碳与氢氧化钠反应，得到的Na2CO3和CaO在溶液中反应得到NaOH和CaCO3，由此可分析出各选项正误。课程小结1、 本节内容从简单出发，培养学生学习兴趣，学生需要掌握碳、硅及其化合物的化学性质，并且会自主总结出第四主族元素以及化合物的性质和规律，能够对碳酸钠和碳酸氢钠等碳的化合物性质进行比较并且能够灵活应用，由简单到复杂建立学生的自信心和学习兴趣。让学生爱学习，想学习。2、 通过练习，引导学生自己总结各概念时能对概念灵活应用；并且掌握碳的化合物以及硅的化合物之间的转化反应的原理，培养学生谨慎、认真的习惯。3、 本讲内容重在应用，在高考中是必考知识点，应该多引导学生进行一定量的练习，以熟悉并掌握相关应用。课后作业【基础】1. （2010福建卷）下列各组物质中，满足下图物质一步转化关系的选项是XYZANaNaOHNaHCO3BCuCuSO4Cu(OH)2CCCOCO2DSiSiO2H2SiO32.（2009全国卷）下列叙述中正确的是( ) A.向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2 至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成B.向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为12C.等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同D.向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出3. （2009上海卷）人们常用干冰营造云雾缭绕的舞台效果，这是因为干冰在室温下很容易直接变成气体。在此过程中体积可以增大很多倍，原因是（ ） 答案及解析：1.C解析：本题考察考生对常见元素及其化合物知识的掌握情况，可用代入法，即把各选项中的X,Y,Z带入又吐的圆圈中进行判断，C中CO2在一定条件下与单质钠反应可以生成金刚石和碳酸钠。2.D解析：向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，溶液为Ca(HCO3)2，与加入的NaHCO3 饱和溶液不反应，不能生成CaCO3沉淀，A错；向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成了NaHCO3，不会放出CO2，B错；等质量的NaHCO3和Na2CO3，n(NaHCO3)n(Na2CO3),分别与足量盐酸反应，在同温同压下，NaHCO3生成的CO2体积大，C错；同温度下，NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，所以将CO2通入饱和Na2CO3溶液时，NaHCO3会结晶析出。3.D解析：“干冰”是固态的二氧化碳。常温下二氧化碳是气体，因此干冰的沸点很低，在常温下极易直接升华为气体。在此过程中其体积可以增大很多倍是由于组成干冰的二氧化碳气体分子间的距离增大的缘故。故答案为D。【巩固】1（2011山东卷）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2. （2010山东卷）下列推断正确的是ASiO2 是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应BNa2O、Na2O2组成元素相同，与 CO2反应产物也相同CCO、NO、 NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在D新制氯水显酸性，向其中滴加少量紫色石蕊试液，充分振荡后溶液呈红色答案及解析：1. A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件常用作半导体材料，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。2.A解析：酸性氧化物能够跟碱反应，生成盐和水的氧化物，故A正确，因为, 与反应生成, 与反应除生成外，还生成，故B错；在空气中会发生反应，故C错；因为新制氯水中含有,故滴入少量的紫色石蕊的现象是先变红，后褪色，故D错。【拔高】1我国科学家