高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第1节碳、硅及其化合物教学案新人教版.docx

第一节碳、硅及其化合物考纲定位要点网络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。 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化合态单质的结构 金刚石：立体网状结构；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物理性质金刚石：熔点很高、硬度很大；石墨：硬度较小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯。C60可作催化剂或催化剂载体晶体硅用作半导体材料、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。2碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)(1)碳的化学性质(2)硅的化学性质与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。与O2反应：SiO2SiO2。补短板硅的工业制备与提纯(1)流程：石英砂Si(粗)SiCl4Si(纯)。(2)原理：Si(粗)制备：SiO22CSi2CO。Si(粗)提纯：Si(粗)2Cl2SiCl4；SiCl42H2Si(纯)4HCl。3碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用物理性质：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血红蛋白相结合，使人因缺氧而中毒。化学性质及应用(写出有关化学方程式)a可燃性：2COO22CO2，可作燃料。b还原性：CO还原Fe2O3的反应为3COFe2O32Fe3CO2，可用于冶炼金属。(2)CO2与SiO2性质的比较共性均属于酸性氧化物，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：CO22OH=COH2O、SiO22OH=SiOH2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2CaO=CaCO3、SiO2CaOCaSiO3。差异性aSiO2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO24HF=SiF42H2O。bSiO2与Na2CO3、CaCO3的反应工业制玻璃SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；SiO2CaCO3CaSiO3CO2。cCO2与H2O反应的化学方程式：CO2H2OH2CO3。dSiO2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。(3)SiO2与CO2的用途(熟记)CO2：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。SiO2：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：CaCO32H=Ca2CO2H2O。注意：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。可以用启普发生器作发生装置制CO2。除去CO2中的HCl可以用饱和NaHCO3溶液。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：SiO24HF=SiF42H2O。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：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。其原理为难挥发性物质制备易挥发性物质。(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：CH2O(g)COH2。(4)一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2H2OH2CO3，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：2CSiO2Si2CO，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。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_。(4)SiO2制备H2SiO3的反应方程式_。(5)将2 mol CO2通入含3 mol NaOH的溶液中，反应的化学方程式为_。答案(1)2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O(2)4HFSiO2=SiF42H2O(3)CH2O(g)COH2(4)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O、Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl(5)2CO23NaOH=Na2CO3NaHCO3H2O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SiO2CSiCO2B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DSiSiO2H2SiO3SiO2SiO均能一步转化CA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。2下列说法中正确的是()A单质氧化物酸或碱盐，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CA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。3(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：下列说法错误的是()AY、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11CSiHCl3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4DY与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应BB项中的反应为3CSiO2SiC2CO，氧化剂与还原剂均为C，二者之比为12。命题点2CO2与NaOH溶液反应产物的判断4在标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A11 B12C21 D13Bn(CO2)0.15 mol，n(NaOH)0.2 mol，n(CO2) n(NaOH)34，其反应方程式：3CO24OH=CO2HCOH2O，故c(CO)c(HCO)12。5在标准状况下，将4.48 L CO2通入100 mL 3 molL1的NaOH溶液中，溶液中的溶质为_，其物质的量之比为_。解析n(CO2)0.2 mol，n(NaOH)0.3 mol，n(CO2) n(NaOH)23，可发生反应2CO23NaOH=Na2CO3NaHCO3H2O。答案Na2CO3、NaHCO311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：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：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_。(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？_。答案(1)吸收CO2，防止干扰CO检验(2)COCuOCuCO2(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CO2B检验混合气体中CO2是否除尽CCO还原CuO：COCuOCuCO2D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：C中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，E中的澄清石灰水变浑浊。 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)注意：硅胶的形成过程及应用硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶；硅胶可用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。2硅酸盐由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(1)硅酸盐的组成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Na2OSiO2，长石(K2Al2Si6O16)可表示为K2OAl2O36SiO2。注意：氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的；硅酸盐大多难溶于水。(2)硅酸钠(Na2SiO3)俗称泡花碱白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3SO2H2O=H2SiO3Na2SO3。用途：黏合剂、耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料黏土、石灰石纯碱、石灰、石英砂黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温主要成分3CaOSiO2，2CaOSiO2，3CaOAl2O3Na2SiO3，CaSiO3，SiO2硅酸盐注意：玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。(2)新型无机非金属材料高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。光导纤维：主要成分为SiO2，导光、制作光缆。(1)硅酸的酸酐为SiO2，故SiO2与H2O反应可制硅酸。()(2)同浓度的Na2SiO3与Na2CO3溶液的pH，前者大。()(3)Mg2、H、SiO、SO在水溶液中能大量共存。()(4)传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐。()(5)KAlSi3O8可写成K2OAl2O33SiO2。()(6)硅酸在干燥的空气中形成硅胶，可以作食品的干燥剂。()(7)水泥、玻璃、陶瓷的生产原料均有石灰石。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)命题点1硅酸及其盐和无机非金属材料1下列说法正确的是 ()A向含K、Na、Br、SiO的溶液中通入CO2后仍能大量共存B合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料CNaHCO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可通入少量CO2后过滤DSiO2中含Al2O3杂质，可加入足量稀盐酸溶液，然后过滤除去DA项，SiO会生成H2SiO3沉淀而减少，错误；B项，合成纤维为有机材料，错误；C项，通少量CO2，生成Na2CO3，引入新杂质，错误；D项，Al2O3溶于盐酸而SiO2不溶于盐酸，正确。2青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐产品B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原B硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；虽然青石棉可用氧化物形式来表示，但不代表含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟足量硝酸反应时，失去3 mol电子，而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。3世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃的说法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起A普通玻璃的原料为石灰石、纯碱和石英砂，A错误。硅酸盐氧化物形式的表示模板(1)氧化物的一般书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。(3)当计量数配置出现分数时一般应化为整数。如正长石：KAlSi3O8，将K2OAl2O33SiO2，写成K2OAl2O36SiO2，但原子个数比不变。命题点2硅及其常见化合物的转化4SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是 ()A高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为炉渣B纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料C用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D图中所含反应都不属于氧化还原反应DSi的制备和提纯过程涉及氧化还原反应，D错误。5已知A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。(1)写出B、C两物质的名称：B_、C_。(2)写出DB的化学方程式为_。(3)写出BC的离子方程式为_。(4)D不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。解析由题意知：A为Si，B为Na2SiO3，C为H2SiO3，D为SiO2。答案(1)硅酸钠硅酸(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(3)SiOH2OCO2=COH2SiO3(4)SiO24HF=SiF42H2O硅及其化合物之间的常见转化关系 一题串知，落实考法(2015全国卷，改编)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102，K25.4105。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O42H2O)无色，熔点为101 ，易溶于水，受热脱水、升华，170 以上分解。回答下列问题：(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_，反应的离子方程式为_，说明分解产物中含有_。装置B的主要作用是_。考查CO2的检验和主要性质(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、_。装置H反应管中盛有的物质是_。能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_。考查CO的检验与性质(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是_，反应的离子方程式为_，此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性_。考查硅酸及硅酸盐的性质(4)氢氟酸不能用玻璃瓶盛装的理由是(写化学方程式)_ _，氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的理由是(写离子方程式)_ _ _。考查SiO2的主要性质答案(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2Ca22OH=CaCO3H2OCO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验(2)F、D、G、H、D、ICuOH中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水无现象，其后的D中澄清石灰水变浑浊(3)C中溶液产生白色沉淀或变浑浊，且有气泡逸出CO2SiOH2O=H2SiO3CO弱(4)4HFSiO2=SiF42H2OSiO22