(人教通用版)2015屆高考化學一輪總復習講義 第一節(jié) 碳、硅及其化合物
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(人教通用版)2015屆高考化學一輪總復習講義 第一節(jié) 碳、硅及其化合物
第一節(jié)碳、硅及其化合物明考綱要求理主干脈絡(luò)1.了解碳、硅單質(zhì)及其化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解碳、硅及其化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。3.了解常見無機非金屬材料的性質(zhì)和用途。碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用1單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途碳硅存在形態(tài)游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)物理性質(zhì)金剛石:熔點高、硬度大石墨:硬度小、電的良導體灰黑色固體,有金屬光澤、熔點高、硬度大,有脆性用途金剛石用作切割刀具,石墨用作電極、鉛筆芯半導體材料、太陽能電池和合金材料2碳和硅的化學性質(zhì)(1)碳單質(zhì)的化學性質(zhì)還原性。OO2與O2的反應(yīng):O2不足:2CO22CO;O2充足:CO2CO2。與其他物質(zhì)的反應(yīng):a與CuO反應(yīng):2CuOC2CuCO2(可用于金屬的冶煉);b與CO2反應(yīng):CO2C2CO;2 / 17c與水蒸氣反應(yīng):CH2O(g)COH2(制水煤氣);d與濃硫酸反應(yīng):C2H2SO4(濃)CO22SO22H2O。(2)硅的化學性質(zhì)還原性。與F2、氫氟酸、NaOH與O2、Cl2等反應(yīng) 與氫氟酸反應(yīng):Si4HF=SiF42H2;與NaOH溶液反應(yīng):Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2;與O2反應(yīng):SiO2SiO2。1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”,錯誤的打“×”)。(1)(2013·廣東高考)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅。()(2)(2013·浙江高考)碳有多種同素異形體,而氧不存在同素異形體。()(3)(2012·新課標全國卷)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某S貌牧稀?)(4)(2011·山東高考)單質(zhì)硅常用作半導體材料和光導纖維。()(5)(2011·山東高考)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。()(6)硅的化學性質(zhì)不活潑,常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)。()答案:(1)(2)×(3)(4)×(5)(6)×2將碳、硅的單質(zhì)和其物理性質(zhì)或用途用短線連接起來。答案:c,a,e,b,d3根據(jù)元素周期律,硅的還原性比碳強,但工業(yè)上為什么能用焦炭與SiO2反應(yīng)制取粗硅?提示:工業(yè)上制取粗硅的反應(yīng)為SiO22CSi2CO,可以從平衡的角度理解,該反應(yīng)的產(chǎn)物CO是氣體,CO不斷從反應(yīng)體系中脫離,從而使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行。4(2013·安徽高考改編)W的一種核素的質(zhì)量數(shù)為28,中子數(shù)為14,則W元素是哪種元素?W的單質(zhì)與氫氟酸反應(yīng)生成兩種無色氣體,試寫出該反應(yīng)的化學方程式。提示:Si元素,Si4HF=SiF42H25中學化學中,能和NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2的非金屬單質(zhì)是什么?提示:Si硅的工業(yè)制法1制取粗硅工業(yè)上,用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅。SiO22CSi2CO2粗硅提純(1)Si2Cl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl(2)Si3HClSiHCl3H2SiHCl3H2Si3HCl3注意問題(1)用焦炭還原SiO2,產(chǎn)物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等雜質(zhì),與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCl4等雜質(zhì),經(jīng)過分餾提純SiCl4后,再用H2還原,得到高純度硅。1.半導體工業(yè)中,有一句行話:“從沙灘到用戶”,即由SiO2制取Si。制取過程中不涉及的化學反應(yīng)是()A2CSiO2Si2COBSiO22NaOH=Na2SiO3H2OCSi2Cl2SiCl4DSiCl42H2Si4HCl2制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純硅的主要方法,生產(chǎn)過程示意圖如下:(1)寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式_。(2)整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì),寫出該反應(yīng)的化學方程式_;H2還原SiHCl3過程中若混入O2,可能引起的后果是_。 答案專區(qū)1.解析:工業(yè)制取純硅的工藝流程為:SiO2粗硅SiCl4純硅,該工藝流程中不涉及SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。答案:B2.解析:(1)H2還原SiHCl3得到Si和HCl。(2)SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì),依據(jù)原子守恒,判斷另一物質(zhì)是H2。因H2還原SiHCl3的反應(yīng)條件是高溫(1 357 K),若混入O2,則H2、O2混合加熱可能發(fā)生爆炸,同時,O2也可能氧化SiHCl3。答案:(1)SiHCl3H2Si3HCl(2)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氧氣與氫氣混合,可能引起爆炸;氧氣可能會氧化SiHCl3碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性質(zhì):無色無味的氣體,難溶于水,能使人中毒的原因是:與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合,因缺氧而中毒。(2)化學性質(zhì):可燃性:2COO22CO2;還原性:CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3COFe2O32Fe3CO2。2二氧化碳與二氧化硅的比較(1)物理性質(zhì):熔、沸點:SiO2的熔、沸點比CO2的熔、沸點高。溶解性:CO2可溶于水,SiO2不溶于水。(2)化學性質(zhì):物質(zhì)二氧化硅二氧化碳化學性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2OH2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng):SiO24HF=SiF42H2O不反應(yīng)與堿(NaOH) 溶液反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛堿液的試劑瓶用橡皮塞)CO2少量:CO22NaOH=Na2CO3H2O CO2足量:CO2NaOH=NaHCO3與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng):SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如與Ca(ClO)2反應(yīng):Ca(ClO2)CO2H2O=CaCO32HClO與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng):SiO2CaOCaSiO3如與Na2O反應(yīng):CO2Na2O=Na2CO3(3)主要用途:CO2:制飲料、碳酸鹽、干冰用作致冷劑。SiO2:光導纖維、制光學儀器、電子部件、水晶可制作飾品。1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”,錯誤的打“×”)。(1)(2013·廣東高考)氫氟酸不能保存在玻璃瓶中的原因是SiO2能與HF反應(yīng)。()(2)(2013·福建高考)石英只能用于生產(chǎn)光導纖維。()(3)(2012·天津高考)二氧化硅與酸、堿均不反應(yīng)。()(4)(2012·廣東高考)SiO2有導電性,所以SiO2可用于制備光導纖維。()(5)(2011·江蘇高考)SiO2不與任何酸反應(yīng),可用石英制造耐酸容器。()(6)(2011·大綱全國卷)將足量CO2通入含K、SiO、Cl、NO溶液中,離子將不能大量共存。()答案:(1)(2)×(3)×(4)×(5)×(6)2指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用,在AE選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()SiO22CSi2CO()SiO23CSiC2CO()SiO24HF=SiF42H2O()A作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B氧化性C酸性氧化物的通性D將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E未參加氧化還原反應(yīng)答案:CDBEA3長距離聯(lián)網(wǎng)所使用的傳輸速度快、信息量大的線路,其材料的主要化學成分為_,該材料的名稱是_。這種材料被埋在地下時,如果裸露在堿性土壤中,會導致斷路,用離子方程式說明原因:_。答案:SiO2光導纖維SiO22OH=SiOH2O4玻璃的主要成分之一是SiO2,以下物質(zhì)必須貯存在帶有橡膠塞的玻璃試劑瓶中的是_。NaOH溶液飽和Na2CO3溶液鹽酸水玻璃(Na2SiO3的水溶液)氫氟酸澄清石灰水答案:、5如何除去二氧化硅中混有的少量碳酸鈣雜質(zhì)?提示:先用足量鹽酸溶解后過濾、水洗可得SiO2。二氧化硅性質(zhì)的特殊性一般規(guī)律二氧化硅的特性酸性氧化物一般與水反應(yīng)生成相應(yīng)酸SiO2不溶于水,不與水反應(yīng)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復分解反應(yīng)SiO24HF=SiF42H2O“較強酸制較弱酸”是復分解反應(yīng)的一般規(guī)律,H2CO3酸性強于H2SiO3Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3以下反應(yīng)不能說明酸性的強弱Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO21.(2014·陜西高三質(zhì)量檢測)下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述中不正確的是()A都是共價化合物BSiO2可用于制光導纖維,干冰可用于人工降雨C都能溶于水且與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸D都是酸性氧化物,都能與強堿溶液反應(yīng)2如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號填入下表內(nèi)相應(yīng)的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑,則對應(yīng)答案欄可不填寫)??晒┻x擇的試劑:A.鹽酸B氫氧化鈉溶液C氧氣D水E二氧化碳可選用的操作:水洗;加熱;高溫灼燒;過濾;結(jié)晶。粉末狀混合物選擇的試劑選用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)SiO2(NaHCO3)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(H2SiO3)答案專區(qū)1.解析:SiO2和CO2中都只含有共價鍵,均為共價化合物,A項正確;干冰升華吸熱,可用于人工降雨,B項正確;SiO2不溶于水且與水不反應(yīng),C項錯誤;SiO2與強堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽,CO2與強堿溶液反應(yīng)生成碳酸鹽或碳酸氫鹽。D項正確。答案:C2.解析:(1)利用SiO2與NaOH溶液反應(yīng)生成可溶性的Na2SiO3,而CaCO3與NaOH不反應(yīng)。(2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶,加水后過濾可除去SiO2中的NaHCO3。(3)Fe2O3能溶于鹽酸而SiO2不溶,用鹽酸溶解后過濾可得SiO2。(4)H2SiO3加強熱能分解為SiO2。答案: (1)B(2)D(3)A(4)硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料1硅酸(1)溶解性:溶解度很小。(2)化學性質(zhì):弱酸性:酸性比碳酸弱。不穩(wěn)定性:H2SiO3SiO2H2O。(3)用途:硅膠可用作干燥劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑。2硅酸鹽(1)硅酸鹽:是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱,是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。(2)硅酸鹽組成的表示方法:通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成,如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2,長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。(3)硅酸鈉:白色、可溶于水的粉末狀固體,其水溶液俗稱水玻璃,有黏性,水溶液顯堿性。它能與酸性較硅酸強的酸反應(yīng),化學方程式分別為與鹽酸反應(yīng):Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。與CO2水溶液反應(yīng):Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。用途:黏合劑(礦物膠),耐火阻燃材料。3無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料:如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料如下表。水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔窯陶瓷窯(2)新型無機非金屬材料:如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。1.判斷下列描述的正誤(正確的打“”,錯誤的打“×”)。(1)(2012·新課標全國卷)合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料。()(2)(2010·江蘇高考)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑。()(3)(2009·廣東高考)陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料。()(4)(2009·四川高考)氮化硅陶瓷是新型無機非金屬材料。()(5)(2009·廣東高考)水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品。()答案:(1)×(2)(3)(4)(5)×2將下列材料與主要化學成分用短線連接起來。剛玉A碳酸鈣大理石、石灰石 B硅酸鹽普通玻璃 C二氧化硅石英、水晶 D三氧化二鋁答案:D,A,B,C3SiO2與水不反應(yīng),如何由SiO2制取硅酸?提示:制備流程為:SiO2Na2SiO3H2SiO3。4Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃,水玻璃能否露置于空氣中長期存放?為什么?提示:不能;原因是Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。5將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。(1)NaAlSi3O8_;(2)Mg2Si3O8·nH2O_。答案:(1)Na2O·Al2O3·6SiO2(2)2MgO·3SiO2·nH2O硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法(1)氧化物的書寫順序:活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前計量數(shù)的配置原則:除氧元素外,其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置計量數(shù),且不同氧化物間以“·”隔開。(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石:KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2,應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。(4)實例:高嶺土(Al2Si2O7·2H2O)Al2O3·2SiO2·2H2O石棉(CaMg3Si4O12)CaO·3MgO·4SiO2沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O云母(KAl3Si3O17·H2O)K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O1.歌曲青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目,但古瓷中所用顏料的成分一直是個謎。近年來科學家才得知古瓷中所用的顏料大多為硅酸鹽,如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox,銅的化合價為2)。下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是()A可用氧化物的形式表示為BaO·CuO·2SiO2B性質(zhì)穩(wěn)定,不易脫色C易溶于強酸和強堿Dx等于62(2013·上海高考)SiO2是硅酸鹽玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可寫成Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的試劑瓶若用玻璃塞容易形成瓶體與瓶塞粘連,而無法打開,發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_。長石是鋁硅酸鹽,不同類長石其氧原子的物質(zhì)的量分數(shù)相同。由鈉長石化學式NaAlSi3O8可推知鈣長石的化學式為_。答案專區(qū)1.解析:BaCuSi2Ox中Ba的化合價為2,Cu的化合價為2,Si的化合價為4,O的化合價為2,由化合價規(guī)則:(2)(2)2×(4)x(2)0,得x6,則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為BaO·CuO·2SiO2,A、D項正確;由題干信息可知硅酸銅鋇的性質(zhì)穩(wěn)定,不易脫色,B項正確,C項錯誤。答案:C2.解析:玻璃的成分中含有SiO2,能與NaOH溶液反應(yīng)生成粘性很強的Na2SiO3而發(fā)生粘連,反應(yīng)方程式為:SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。由于鈣長石和鈉長石中氧原子的物質(zhì)的量分數(shù)相同,鈉長石中鈉與鋁的原子個數(shù)比為11,擴2倍后可知鈣長石中鈣和鋁的原子個數(shù)比為12。鈉長石中氧原子的物質(zhì)的量分數(shù)為,則鈣長石用氧化物的形式表示為CaO·Al2O3·nSiO2,因此:132n8,n2,鈣長石的化學式為CaO·Al2O3·2SiO2,即為CaAl2Si2O8。答案:SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCaAl2Si2O8以“高純硅的制備”為載體串聯(lián)硅元素單質(zhì)及其化合物知識高考載體(2013·海南高考T20)高純硅是現(xiàn)代信息、半導體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路線,其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下:知識串聯(lián)設(shè)計(1)制硅的工藝流程中,在電弧爐中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_。(2)用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生成金剛砂(SiC)。試寫出該反應(yīng)的化學方程式_。并指出氧化劑_、還原劑_。(3)在流化床反應(yīng)器中,加熱到250300,粗硅和HCl發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為_。(4)在還原爐中,加熱到1 1001 200時,SiHCl3被H2還原的化學方程式為_。(5)石英砂的主要成分是什么?石英既能與NaOH溶液反應(yīng),又能與氫氟酸反應(yīng),它是兩性氧化物嗎?試分別寫出它與NaOH溶液,氫氟酸發(fā)生反應(yīng)的化學方程式。(6)中學化學中能與NaOH溶液反應(yīng)生成H2的單質(zhì)有哪些?試分別寫出反應(yīng)的化學方程式。(7)陶瓷、水泥、玻璃是常用的硅酸鹽材料,其中,生產(chǎn)普通玻璃的主要原料是什么?(8)在流化床反應(yīng)器的產(chǎn)物中,SiHCl3大約占80%,還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表,提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降,冷凝和_。物質(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點/2 35557.631.88.230.484.9111.9答案:(1)SiO22CSi2CO(2)SiO23CSiC2COCC(3)Si3HClSiHCl3H2(4)SiHCl3H2Si3HCl(5)SiO2;不是;SiO22NaOH=Na2SiO3H2O,SiO24HF=SiF42H2O(6)Al和Si;2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2,Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(7)石英砂、純堿和石灰石(8)精餾(或蒸餾) 希望對大家有所幫助,多謝您的瀏覽!