第4章 第1节 碳、硅及其化合物.doc

第章非金属及其化合物第一节碳、硅及其化合物考纲定位全国卷5年考情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质量的影响。3了解常见的无机非金属材料。4了解碳、硅及其重要化合物的制备方法。2017年：卷T13(B)、T26(2)；卷T11(C)、T27(2)2016年：卷T7；卷T7(D)2015年：卷T26；卷T7(A)、T13(D)2014年： 卷T8(A、C)、T13(D)；卷 T7(A、D)、T9(B)、T10(C)2013年：卷T7(D)；卷T9(B)、T10(C)考点1| 碳、硅及其氧化物(对应学生用书第62页) 考纲知识整合1碳、硅单质的存在形式碳硅存在形式既有游离态，又有化合态因有亲氧性，所以仅有化合态单质金刚石、石墨、C60等同素异形体晶体硅和无定形硅两大类2. 碳、硅单质的结构、物理性质与用途(1)碳、硅单质的结构金刚石：空间网状结构；石墨：层状结构；晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构。(2)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)：【提示】caebd3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。4工业制备纯硅(写出有关化学方程式)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。(2)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。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。5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，能使人中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，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CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂，作灭火剂，干冰用于人工降雨。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。提醒：(1)CO2与水反应生成碳酸，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备硅酸。(2)SiO2既能与HF反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物。(3)不能利用大理石与稀H2SO4反应制CO2，因为CaCO3与H2SO4反应生成的CaSO4微溶，覆盖在CaCO3的表面，阻止反应的继续进行。高考命题点突破命题点1碳及其氧化物的主要性质及其探究1下列说法正确的是_(填序号)。(1)(2017全国卷)燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放(2)(2016全国卷)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一(3)(2016四川高考)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明该溶液中一定含有CO(4)(2016四川高考)标准状况下，5.6 L CO2气体中含有氧原子数为0.5NA(5)(2016海南高考)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在CO(6)(2014全国卷)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体(7)(2015江苏高考)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体(8)(2013江苏高考)甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有转化关系：甲乙丙，若甲为焦炭，则丁可能是O2(9)(2017全国卷)含石墨烯的电极中石墨烯作用主要是提高电极的导电性【答案】(2)(4)(8)(9)2甲气体可发生如下变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为() 【导学号：97500063】ACO2、CO、O2、CaOBO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3DCO、CO2、O2、Ca(OH)2C根据实验过程中的现象可依次确定丁为CaCO3，乙为CO2，丙为CO，甲为O2。3(2018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)实验后通过_处理尾气，发生反应的化学方程式为_。(3)若实验时观察到_，则证明原气体中一定含有一氧化碳。【解析】(1)除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排除对下面实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。【答案】(1)吸收CO2(2)点燃2COO22CO2(3)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各装置的作用是：A除去混合气体中的CO2气体B检验混合气体中CO2是否除尽CCO还原CuO：COCuOCuCO2D验证CO的氧化产物CO2E除去尾气中的CO2气体F除去尾气中的CO气体，防止污染环境确定混合气体中含有CO气体的实验现象是：C中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊。写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法。(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(O2)：_。(4)CO2(SO2)：_。(5)CO2(HCl)：_。【答案】(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶命题点2硅及其氧化物的主要性质及应用4下列说法正确的是_(填序号)。(1)(2016全国卷)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2)(2016江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si(3)SiSiO2H2SiO3SiO2SiO均能一步转化(4)(2016上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅(5)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O体现了SiO2为酸性氧化物的性质(6)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维，光导纤维能导电(7)(2015安徽高考)SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物(8)(2014海南高考)Si和SiO2都用于制造光导纤维(9)(2013广东高考)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中(10)存放NaOH溶液的试剂瓶应用橡皮塞，不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3【答案】(1)(5)(9)(10)5(2018临沂模拟)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是()A二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物B将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸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水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐BA项，SiO2与H2O不反应；C项，H2SiO3酸性比H2CO3弱；D项，沙子的主要成分为SiO2。(1)一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应能生成相应的酸，如CO2H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2(原理是：难挥发性物质制备易挥发性物质)。命题点3CO2与碱反应的产物判断6往100 mL NaOH溶液中通入CO2，充分反应后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体M。通入CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况下，下同)与M的质量W/g的关系如图。 【导学号：97500064】(1)A点时，白色固体M的化学式为_，通入CO2的体积为_mL。(2)C点时，白色固体M的化学式为_，通入CO2的体积为_mL。(3)推算B点时M的组成_(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为_mL。【解析】首先NaOH转化为Na2CO3，继续通CO2又转化为NaHCO3，结合图形得出：A点M为Na2CO3，V(CO2)1 120 mL；C点M为NaHCO3，V(CO2)2 240 mL；B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物，由守恒法求出V(CO2)1 792 mL。【答案】(1)Na2CO31 120(2)NaHCO32 240(3)Na2CO3和NaHCO31 792当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下：7硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)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：高纯硅写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：_。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，写出配平的化学反应方程式：_；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_。(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息：.Mg在高温条件下可与SiO2反应；.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4；.SiH4在空气中自燃他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解第步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。第步实验发生反应的化学方程式是_。用稀H2SO4溶解第步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是_。【解析】在SiHCl3中，把硅考虑为4价，则氢为1价，氯为1价，SiHCl3水解时，1价氢还原水中1价的氢，生成氢气。【答案】(1)SiHCl3H2Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl高温下，H2遇O2发生爆炸(2)2MgSiO22MgOSi、2MgSiMg2Si硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si2H2SO4=2MgSO4SiH4，SiH42O2=SiO22H2O考点2| 硅酸及其盐和无机非金属材料(对应学生用书第65页) 考纲知识整合1硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)提醒：硅胶制备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。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)硅酸钠白色、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。与酸性较硅酸强的酸反应a与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。b与少量SO2的水溶液反应的离子方程式：SiOSO2H2O=H2SiO3SO。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(2)硅酸盐的组成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。提醒：(1)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。(2)硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是硅酸钠，其水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。硅胶(mSiO2nH2O)是一种很好的无毒干燥剂。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、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑生产条件高温(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物质碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。含硅元素4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。提醒：玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。高考命题点突破命题点1硅酸及其盐和无机非金属材料1下列说法正确的是_(填序号)。(1)(2016全国卷)HF与SiO2反应实际应用是氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(2)(2015全国卷)硅胶可用作食品干燥剂(3)(2014全国卷)如图：中为浓硝酸，中为Na2CO3，中为Na2SiO3溶液，可证明酸性：硝酸碳酸硅酸(4)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料(5)陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐(6)(2016四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化(7)(2016四川高考)pH2的溶液中可能大量存在Na、NH、SiO(8)(2016江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO32H=H2SiO32Na(9)(2015山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiOSO2H2O=H2SiO3SO(10)(2015重庆高考)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应【答案】(1)(2)(6)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HNO3溶液处理时，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材料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青石棉是一种硅酸盐，Si元素以盐的形式存在，不含有SiO2晶体。(1)氧化物的一般书写