2014高三《《碳、硅及其化合物》总复习

2013为梦想奋斗1碳、硅及其化合物总复习本考点知识结构碳族元素碳族元素的特征碳族元素原子最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，易形成共价键，难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高如金刚石、晶体硅。碳族元素的化合价碳族元素的主要化合价有2，4，其中铅2价稳定，其余元素4价稳定。碳族元素的递变规律从上到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属，锡、铅是金属，硅、锗是半导体材料。碳族元素在自然界里的存在自然界里碳有游离态和化合态两种；硅在地壳里无游离态，主要以含氧化合物的形式存在。几种同素异形体碳金刚石、石墨、C60、C70等；硅晶体硅，无定形硅。元素CSIGESNPB单质颜色状态无色固体或黑色固体无色到棕色固体灰白色晶体银白色晶体蓝白色晶体与H2化合的难易程度在高温下化合在高温下化合不能直接化合不能直接化合不能直接化合氢化物CH4SIH4分解温度800450最高价氧化物CO2SIO2GEO2SNO2PBO2最高价氧化物对应水化物H2CO3H2SIO3H4SIO4GE（OH）4SN（OH）4PB（OH）42013为梦想奋斗2最高价氧化物对应水化物的酸碱性酸性逐渐减弱碳（1）物理性质碳元素形成的同素异形体由于碳原子的排列方式不同，导致物理性质有较大的差别。（2）化学性质在常温下碳很稳定，只在高温下能发生反应，通常表现为还原性。燃烧反应CO2CO2；2CO22CO与某些氧化物的反应CCO22CO；C2CUOCO22CU；CH2OCOH2O（CO、H2的混合气体叫水煤气）；2CSIO2SI2CO与氧化性酸反应C2H2SO4（浓）CO22SO22H2O；C4HNO3（浓）CO24NO22H2O碳的同素异形体的比较同素异形体金刚石石墨C60晶体结构正四面体，空间网状结构的原子晶体平面层状正六边形结构，层与层之间以分子间作用力结合分子内碳碳之间以共价键结合成空心笼状结构，由20个六边形和12个五边形构成的20面体主要物理性质熔沸点高、硬度极大，难溶于溶剂，不能导电、无色透明的晶体熔点很高，深灰色、质软有滑腻感，易导电的片状固体灰黑色固体物理性质不同的原因结构不同，碳原子的排列方式不同化学性质相同用途钻具、装饰品电极、润滑剂、耐火材料超导、磁性、光学、催化、材料、生物方面有优异的性能注意碳元素不仅可以形成多种同素异形体，而且还可以形成多种无机化合物和有机化合物，是形成化合物种类最多的元素。例题1（1）质量相等的石墨与足球烯（C60）所含质子数（）A前者多B相等C后者多D无法确定（2）设计一个实验证明金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的。答案（1）B（2）分别将三种物质在氧气充足的条件下燃烧，若三者产生的都是无色无味的气体且将所得气体通入澄清石灰水中，若气体都使澄清的石灰水变浑浊，则说明它们都是由碳元素组成的。解析（1）等质量的石墨与足球烯含有相同物质的量碳原子，所含质子数也相等硅硅在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅。硅元素在地壳中的存在形式SIO2、硅酸盐。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。2013为梦想奋斗3硅在自然界中的存在较特殊，硅的活泼性较差，在常温下，与空气中的（CO2，O2，H2O，N2）不反应，但硅只有化合态。单质硅有晶体硅和无定形硅两种。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。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。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SI2F2SIF4、SI4HFSIF42H2、SI2NAOHH2ONA2SIO32H2；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合SIO2SIO2，SI2CL2SICL4，SI2H2SIH4。制备在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅SIO22CSI2CO（制粗硅，隔绝空气条件进行，C过量），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、SICL42H2SI4HCL。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。硅及其化合物的“反常”非金属单质一般为非导体，如硫，但SI却为半导体；非金属氧化物一般为分子晶体，而SIO2却为原子晶体。非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化剂又作还原剂，而SI与碱反应只作还原剂；C、SI同属A族，还原性是SI大于C，而C却能将SI从SIO2中还原出来条件是高温，原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出，SIO22CSI2CO；非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而SI能与HF发生反应，SI4HFSIF42H2非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，但硅与强碱溶液反应却生成氢气。SI2NAOHH2ONA2SIO32H2SIO2不溶于水，但其是硅酸的酸酐，因此硅酸不能用SIO2直接与水反应制得，只能采用可溶性硅酸盐与酸作用生成，如NA2SIO32HCL2NACLH2SIO3。C、SI同属A族，还原性是SI大于C，而C却能将SI从SIO2中还原出来条件是高温，原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出，SIO22CSI2CO；酸性氧化物一般不与酸反应，但二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水。SIO24HFSIF42H2O，雕花玻璃就是利于该反应原理在玻璃上进行蚀刻制得的。无机酸一般易溶于水，而硅酸（通常指正硅酸H4SIO4是一种弱酸。游离态的硅酸，包括偏硅酸H2SIO3、二硅酸H2SI2O5，酸性很弱。）和原硅酸（H4SIO4）却难溶于水。在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，因此二氧化碳能与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀。CO2NA2SIO3H2ONA2CO3H2SIO3，但在高温下碳酸钠与二氧化硅却能反应2013为梦想奋斗4生成硅酸钠和二氧化碳，SIO2NA2CO3NA2SIO3CO2，其原因是在高温条件下生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。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。C、SI单质性质及其用途的比较。碳硅存在形态既有游离态，又有化合态；主要单质有金刚石、石墨、C60等同素异形体在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在；主要单质有晶体硅和无定性硅两大类单质的物理性质金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高（比金刚石高）硬度较小，能导电，有滑腻感。晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半导体材料。与非金属单质反应22CO点燃CO2点燃SG高温22SII42SIFI（不稳定）4H高温与氧化物反应UU2高温FECOFE332高温SISI电炉2高温COAC23高温与FEO反应FESIOFESI22高温与酸反应与浓硫酸、浓硝酸反应C2H2SO4浓CO22SO22H2OC4HNO3浓CO24NO22H2O只与氢氟酸反应SI4HFSIF42H2化学性质与水或碱反应与碱不反应22HCGOHC高温与NAOH溶液反应SI2NAOHH2ONA2SIO32H2用途金刚石用作切割工具；石墨用作电极、铅笔芯。含硅4的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；含硅15的硅钢具有很好2013为梦想奋斗5一氧化碳不溶于水，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COCUOCO2CU，COH2OGCO2H2O二氧化碳直线型（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CAOH2CO2CACO3H2O用于检验CO2氧化性CO2C2CO；2MGCO22MGOC碳的氧化物（CO、CO2）性质的比较氧化物一氧化碳二氧化碳物理性质无色无味气体、有毒、难溶于水，能与人体中血红蛋白迅速结合，是一种严重的大气污染物无色略带酸味气体，无毒，能溶于水，固态时俗称“干冰”。是产生温室效应的气体之一。化学性质1可燃性2还原性（CUO、FE2O3、H2O反应）3不成盐氧化物1不能燃烧2与C、MG等反应，表现氧化性3酸性氧化物（与碱反应）实验室制法HCOOHCOH2OCACO32HCLCACL2H2OCO2收集方法排水法向上排空气法检验方法点燃后在火焰上分别罩上干燥的烧杯和沾有澄清石灰水的烧杯使澄清石灰水变浑浊用途燃料、化工原料化工原料、灭火等相互转化CCO22CO（高温）2COO22CO2（点燃）二氧化硅SIO2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。由于它是一种酸性的耐酸性能，作为耐酸材料；制光电池等浓硫酸2013为梦想奋斗6氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。SIO2CAOCASIO3、SIO22NAOHNA2SIO3H2O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NA2SIO32HCLH2SIO32NACL。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SIO24HFSIF42H2O氢氟酸不能盛放在玻璃容器中常保存在铅制器具中或塑料瓶中。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，耐高温，加热时不易爆炸。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。天然的又叫做硅石。CO2和SIO2的比较物质二氧化硅二氧化碳类别酸性氧化物酸性氧化物晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应SIO24HFSIF42H2O不反应与碱反应SIO22NAOHNA2SIO3H2O盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO22NAOHNA2CO3H2O或CO2NAOH2NAHCO3化学性与盐反应SIO2NA2CO3NA2SIO3CACLO2CO2H2OCACO32HCLO2013为梦想奋斗7CO2SIO2CACO3CASIO3CO2CO2NA2CO3H2O2NAHCO3与碱性氧化物反应SIO2CAOCASIO3CO2NA2ONA2CO3质联系324232CNASIHOCSINAIIH4除去下列物质中的杂质（括号内为杂质）。写出所加试剂或方法，并写出相关反应的化学方程式物质试剂（或方法）化学方程式CO（CO2）NAOH溶液CO22NAOHNA2CO3H2OCO2（CO）灼热的氧化铜COCUOCUCO2FE2O3（SIO2）NAOH溶液，过滤SIO22NAOHNA2SIO3H2O硅酸和硅胶硅酸硅酸有多种形式，如H4SIO4、H2SIO3、H2SI2O5等。一般用通式XSIO2YH2O表示，由于“H2SIO3”分子式最简单，习惯采用H2SIO3作为硅酸的代表。物理性质与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。化学性质弱酸性是二元弱酸，酸性比碳酸弱，由下列反应可证明NA2SIO3CO2H2OH2SIO3NA2CO3与NAOH溶液反应的化学方程式为H2SIO32NAOHNA2SIO32H2O。不稳定性受热易分解，化学方程式为H2SIO3H2OSIO2。制备通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如NA2SIO3溶液与盐酸反应NA2SIO32HCLH2SIO32NACL制取硅酸胶体将1ML硅酸钠的溶液倒入510ML稀盐酸溶液中，振荡。NA2SIO32HCLH2SIO3（胶体）2NACL硅胶刚制得的硅酸是单个小分子，能溶于水，在存放过程中，它会逐渐失水聚合，形成各种多硅酸，接着就形成不溶于水，但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质，则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质，具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用，所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。蓝色硅胶加入氯化钴，干燥时呈蓝色，吸水后呈红色。碳酸盐2013为梦想奋斗8溶解性CAHCO32CACO3；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硅酸盐硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。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NA2SIO3NA2OSIO2；镁橄榄石MG2SIO42MGOSIO2；高岭石AL2SI2O5OH4A12O32SIO22H2O。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。硅酸钠NA2SIO3硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，是一种矿物胶，显碱性，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料，是建筑业常见的一种黏合剂。用水玻璃浸泡过的木材或纺丝品既耐腐蚀，又不易着火，称木材防护剂。还可以用作肥皂材料及耐火材料等。硅酸盐组成的表示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（KALSI3O8）可表示为K2OAL2O36SIO2。（注意硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为活泼金属的氧化物较活泼金属的氧化物二氧化硅水。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。思考1、保存NAOH溶液时能使用玻璃塞吗为什么不能。因NAOH会与玻璃塞磨口处的SIO2反应，生成的NA2SIO3溶液会使瓶塞与瓶壁粘连在一起。2、实验室使用的石英坩埚或瓷坩埚能否用来加热碱性物质为什么不能。石英坩埚和瓷坩埚的成分含SIO2，能与碱性物质反应，因此不能用来加热碱性物质。3、氢氟酸为什么可以用来雕刻玻璃，制造艺术品因玻璃成分中含SIO2，氢氟酸与SIO2反应，化学方程式为SIO24HFSIF4H2O。4、截止到目前为止，你知道能与NAOH溶液反应的单质是什么吗写出反应的化学方程式。金属AL和非金属SI。2013为梦想奋斗92AL2NAOH2H2O2NAALO23H2，SI2NAOHH2ONA2SIO32H2。5、在常温下，硅的化学性质不活泼，加热时可以与一些非金属及其他物质反应。下列物质在一定条件下能与硅单质反应的有_。F2HFNAOHO2CL2CCOCAO水泥、玻璃、陶瓷普通水泥的主要成分是硅酸三钙（3CAOSIO2）、硅酸二钙（2CAOSIO2）和铝酸三钙（3CAOAL2O3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，主要反应是SIO2NA2CO3NA2SIO3CO2、SIO2CACO3CASIO3CO2，玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色，加入氧化亚铜后的玻璃呈红色，普通玻璃一般呈淡绿色，这是因为原料中混有二价铁的缘故。制造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分AL2O32SIO22H2O。硅酸盐材料是传统的无机非金属材料玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下硅酸盐产品水泥玻璃原料主要原料石灰石、黏土（主要成分是铝硅酸盐）辅料石膏（加入石膏作用调节水泥的硬化速度。水泥的硬化是复杂的物理，化学变化）纯碱、石灰石、石英（SIO2）反应原理发生复杂的物理化学变化（不作要求）SIO2NA2CO3NA2SIO3CO2SIO2CACO3CASIO3CO2主要设备水泥回转窑玻璃熔炉主要成分3CAOSIO2、2CAOSIO2、3CAOAL2O3NA2SIO3、CASIO3、SIO2反应条件高温煅烧高温熔融无机非金属材料无机非金属材料包含除传统陶瓷外的各种性能优异的精细陶瓷耐高温的二氧化锆（ZRO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（SI3N4）和碳化硅（SIC）陶瓷；透明的氧化铝、砷化镓（GAAS）、硫化锌（ZNS）、硒化锌（ZNSE）、氟化镁（MGF2）、氟化钙（CAF2）等氧化物或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超细微粉体粒子制造的纳米陶瓷等。新型无机非金属材料2013为梦想奋斗10材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷模具等汽轮机叶片、轴承、永久性半导体陶瓷具有电学特性氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷钉人造骨、人造关节、接骨螺常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料的比较材料无机非金属材料金属材料复合材料涵义以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品金属及其合金两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而而制成的主要成分各种硅酸盐的混合物各种金属及硅等少量非金属由基体（黏结作用）和增强体（骨架作用）组成特性抗腐蚀、耐高温、硬度大耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等强度高、坚韧塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料品种示例玻璃、水泥、各种陶瓷（粘土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）、光导纤维黑色金属材料（铁、铬、锰及它们的合金）钢铁；有色金属材料（铁、铬、锰以外的金属及合金）金、银、铜及合金生产生活中的复合材料（玻璃钢玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维碳纤维增强树脂基复合材料）；航空航天中的复合材料（飞机、火箭纤维增强金属基复合材料；航天飞机纤维增强陶瓷基复合材料）材料2013为梦想奋斗11碳及其化合物的知识网络硅及其化合物的知识网络CAHCO32CCO2CACO3CAC2C2H2CO有机物NH4HCO3CH4H2CO3NA2CO3NAHCO3O2SIC、CCL4不完全燃烧O2不足O2不足O2CUO炽热的碳NH3H2OO2点燃H2OCAOSI、CL2MG点燃O2点CUOC、CONA2O2NAOHH2ONAOHHCAOH2高温HCA2CO2、H2OCAOH2CO2水OH加热NA2SIO3CO2,H2ONAOHH2SIO3SIH4SISIO2CASIO3SIF4H4SIO4SICSICL4O2自燃H2O2FEO高温F2HFCL2高温H2高温C高温C高温足量NA2CO3高温NAOH溶液CAOCACO3CA2H2OC适量2013为梦想奋斗12拓展金属的冶炼【资料卡片】自然资源与可持续发展1自然资源指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。2可持续发展包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。一金属矿物的开发和利用1金属元素在自然界存在的形态（1）游离态极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态存在（单质的形式）（2）化合态绝大多数金属在自然界中是以化合态（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。2金属的冶炼金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。（1）金属冶炼的一般方法金属的活动性不同，冶炼的方法不同。热分解法对于不活泼金属（活动顺序中，HG及HG以后）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如2HGO2HGO22013为梦想奋斗132AG2O4AGO2热还原法在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（ZNCU,通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如FE2O33CO高温2FECO2WO33H2高温W3H2OZNOC高温ZNCOFE2O32AL高温2FEAL2O3（铝热反应）CR2O32AL高温2CRAL2O3（铝热反应）【实验41】铝热反应I操作1把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起（内层滤纸底部剪一小孔，用水湿润）架在铁架台上，下面放置一盛沙子的蒸发皿。2将5G干燥的氧化铁粉末和2G铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。3用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。现象1镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。2引起混合物剧烈燃烧，发光发热。3纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣（AL2O3，可以发现落下的是铁珠。反应FE2O32AL高温2FEAL2O3（铝热反应）铝热剂及应用1铝热剂铝粉与某些金属（