1、,专题二 元素及其化合物,第12讲 碳、硅及其化合物,问题思考 问题1：为什么不能用带有玻璃塞的玻璃瓶装碱液？,问题2：粗硅提纯的常见方法有哪些？,1. (全国各地高考试题汇集)判断下列说法的正误，正确的打“”，错误的打“”。 (1) Si和SiO2都用于制造光导纤维( ) 解析 SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造半导体材料。 (2) NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中( ) 解析 NH4F水解产生HF，HF易和玻璃中的SiO2反应，所以NH4F溶液不能存放于玻璃试剂瓶中。 (3) 合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料( ) 解析 合成纤维不是无机非金属材
2、料，而是有机物。,(4) 漂白粉、石英都属于纯净物( ) 解析 漂白粉是次氯酸钙和氯化钙的混合物，石英的主要成分是二氧化硅。 (5) 因为晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料( ) 解析 晶体硅可用于制作半导体材料是因为其位于金属与非金属交界处。 (6) 二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸( ) 解析 二氧化硅不与强酸反应，但HF能与石英的成分SiO2发生反应SiO24HF=SiF42H2O，所以石英容器不能存放氢氟酸。,(7) 浓硫酸可刻蚀石英制艺术品( ) 解析 浓硫酸不与石英的成分二氧化硅发生反应，而二氧化硅与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，所以工艺师用
3、氢氟酸刻蚀石英制作艺术品。 (8) 用含硅胶、铁粉透气小袋与食品一起密封保存过程中没有化学变化( ) 解析 硅胶具有吸水性，可防止食品受潮，属于物理变化；铁粉可防止食品被氧化，属于化学变化。 (9) HF能与SiO2反应，所以氢氟酸能在玻璃器皿上刻蚀标记 ( ),(10) 硬度比较：晶体硅金刚石( ) 解析 晶体硅与金刚石都为原子晶体，原子半径碳小于硅，键长CCSiSi，键长越短，键能越大，则硬度越大。 (11) 烧结黏土制陶瓷不涉及化学反应( ) 解析 制陶瓷的原料是黏土，发生化学变化生成硅酸盐产品。 (12) SiO2既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物( ) 解析 二
4、氧化硅可以与碱反应生成盐和水，因此二氧化硅是酸性氧化物，二氧化硅能和氢氟酸反应是二氧化硅的特性。,(13) 可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液( ) 解析 玻璃中含有二氧化硅，能与氢氧化钠反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘连在一起。 (14) 水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂( ) (15) 石英砂可用于生产单晶硅( ) 解析 石英砂为SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅。,2. (2016新课标卷)下列关于燃料的说法错误的是( ) A. 燃料燃烧产物CO2是温室气体之一 B. 化石燃料完全燃烧不会造成大气污染 C. 以液化石油气代替燃油可减少大气污染 D. 燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物
5、之一 解析 化石燃料燃烧会产生SO2，造成环境污染，故B错误。,B,3. 二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(各种转化见下图)。下列说法正确的是( )A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物 B. SiO2和Si都是光导纤维材料 C. 在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效 D. 图中所示转化反应都是非氧化还原反应,C,已知：SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃； 步骤中粗硅与HCl反应时会生成少量SiCl4。 (1) 粗硅与HCl反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl3。该提纯方法为_。 (2) 用SiHCl3与过量H2
6、反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：,蒸馏,依次连接的合理顺序为_；装置D中g管的作用是_；装置B中的试剂是_；装置C中的烧瓶加热的目的是_。 装置A中发生反应的化学方程式为_。,DBCAE,平衡压强,浓硫酸,使滴入烧瓶中的SiHCl3气化,操作时应先打开装置_(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是_。 (3) 请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，_。,D,因为SiHCl3容易在空气中自燃，实验时要先通一段时间H2排尽装置中的空气,取上层清液于试管中，加入NaOH溶液，若出现白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，则样品中含铁单质,考点1 碳、硅单质的
7、存在及性质 基 础 梳 理 1. 单质的存在形态、物理性质及用途,游离,化合,化合,高,大,小,高,大,金刚石,石墨,半导体,Si(粗)2CO,2. 化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。,2CO,2CO,SiF42H2, 举 题 说 法 典型例题1 下列对物质用途的描述错误的是( ) A. 高温下用焦炭还原SiO2得到粗硅和一氧化碳 B. 在高温下，粗硅提纯涉及的反应是氧化反应 C. 硅是一种良好的半导体材料 D. 制备光导纤维的原料是SiO2 解析 粗硅提纯涉及的反应是先氧化后还原反应，B项错误。,B,变式训练1 下列关于硅的说法不正确的是 ( ) A. 硅是非金属元素，晶体硅
8、是灰黑色有金属光泽的固体 B. 常温下硅可以与氢氟酸反应生成两种气体 C. 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D. 加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 解析 晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属，A正确；硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气， B正确；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，C错误，D正确。,C,分馏(或蒸馏),装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要水浴加热，其目的是_。 反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原
9、因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。 为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是_(填字母)。 a. 碘水 b. 氯水 c. Mg(OH)2固体 d. KSCN溶液 e. Na2SO3溶液,浓硫酸,使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化,有固体物质生成,在高温下，普通玻璃会软化,排尽装置中的空气,bd,解析 (2) 沸点不同的液体可以采用蒸馏的方法分离，这几种物质沸点不同，所以可以采用蒸馏的方法分离。(3) 为防止SiHCl3与H2O强烈反应，需要干燥氢气，浓硫酸具有吸水性且
10、不和氢气反应，所以可以作干燥剂；升高温度能使SiHCl3气化，从而使SiHCl3和氢气在D中反应。D中发生反应SiHCl3H2=Si3HCl，Si为固态，所以看到的现象是有固体物质生成。Si在空气中易自燃，所以需要排尽装置中的空气。向溶液中加入强氧化剂，然后加入KSCN溶液检验铁离子，这几种物质中氯水具有强氧化性。,变式训练2 我国目前制备多晶硅主要采用三氯氢硅氢还原法、硅烷热解法和四氯化硅氢还原法。由于三氯氢硅氢还原法具有一定优点，被广泛应用。其简化的工艺流程如下：(1) 制备三氯氢硅的反应为Si(s)3HCl(g)=SiHCl3(g)H2(g) H210 kJmol1。伴随的副反应有Si(
11、s)4HCl(g)=SiCl4(g)2H2(g) H241 kJmol1。SiCl4在一定条件下与H2反应可转化为SiHCl3，反应的热化学方程式为SiCl4(g)H2(g)=SiHCl3(g)HCl(g) H_。,31 kJmol1,(2) 由纯SiHCl3制备高纯硅的化学方程式为_。该生产工艺中可以循环使用的物质是_(至少写出两种)。 (3) 由于SiH4具有易提纯的特点，因此硅烷热分解法是制备高纯硅很有发展潜力的方法。工业上广泛采用的合成硅烷方法是让硅化镁和固体氯化铵在液氨介质中反应得到硅烷，化学方程式是_； 整个制备过程必须严格控制无水，否则反应将不能生成硅烷，而是生成硅酸和氢气等，其
12、化学方程式为_； 整个系统还必须与氧隔绝，其原因是_。,由于硅烷在空气中易燃，浓度高时容易发生爆炸,考点2 碳、硅的主要化合物的比较 基 础 梳 理 1. SiO2与CO2,原子,分子,SiF42H2O,橡皮塞,碱式,Na2CO3H2O,NaHCO3,水玻璃,2NaHCO3,2. 硅酸与碳酸,3. 无机非金属材料,黏土、石灰石,纯碱、石灰石、石英,黏土,4. 硅酸盐的书写 硅酸盐的种类多，结构复杂，其组成的表示方法有两种： (1) 盐化学式法，如硅酸钠Na2SiO3、硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。 (2) 氧化物法 氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水
13、。 氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。 硅酸盐用氧化物的形式表示时，遵循各元素化合价不变的原则。 如：高岭土Al2O32SiO22H2O、石棉CaO3MgO4SiO2。, 举 题 说 法 典型例题3 为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的实验装置，一次实验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答下列问题：,(1) 锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为_。 (2) 装置B所盛试剂是_，其作用是_。 (3) 装置C所盛试剂是_，C中反应的离子方程式是_。 (4) 由此得到酸性：_。,盐酸,饱和NaHC
14、O3溶液,吸收HCl气体,Na2SiO3溶液,HCl,H2CO3,H2SiO3,解析 根据强酸弱酸盐弱酸强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3，根据Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可知，酸性：HClH2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判断酸性：H2CO3H2SiO3，但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸收，但不能吸收CO2，故选用饱和NaHCO3溶液。,变式训练3 (2015新课标卷)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K15.4102、
15、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) 甲组同学按照如下图所示的装置，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_，由此可知草酸晶体分解的产物中有_。装置B的主要作用是_。,有气泡产生，澄清石灰水变浑浊,CO2,冷凝(水、草酸等)，防止草酸进入C装置生成草酸钙沉淀，干扰二氧化碳的检验,(2) 乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有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
16、，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_。,F、D、G、H、D,CuO(氧化铜),H中的黑色粉末变成红色，H前的装置D中的澄清石灰水不变浑浊，H后的装置D中的澄清石灰水变浑浊,(3) 设计实验证明。 草酸的酸性比碳酸的强：_。 草酸为二元酸：_。,向1 molL1NaHCO3溶液中加入1 molL1草酸溶液，若产生大量气泡，则说明草酸的酸性比碳酸强,用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍，则说明草酸是二元酸,解析 (1) 根据题干信息，草酸晶体(H2C2O42H2O)受热脱水、升华，170 以上分解，
17、结合装置图中澄清石灰水，可知生成物中有CO2，实验现象是澄清石灰水变浑浊。(2) 要检验草酸晶体分解的产物中含有CO，首先要用浓的氢氧化钠溶液除去生成的CO2，再用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽，利用CO的还原性以及生成的产物是CO2检验CO，装置连接的顺序是A、B、F、D、G、H、D；装置H反应管中盛有的物质是CuO(氧化铜)。(3) 要证明草酸的酸性比碳酸的强，利用强酸制弱酸原理。要证明草酸为二元酸，只要证明用NaOH标准溶液滴定草酸溶液时，NaOH的用量为草酸的两倍即可。,D,2. 昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为( )
18、 A. CaOMgOSiO2H2O B. 2CaO5MgO8SiO2H2O C. 2CaOMgOSiO22H2O D. 5CaO2MgO8SiO2H2O 解析 书写规则：活泼金属氧化物在前，较活泼金属氧化物在后，然后写二氧化硅和水，在书写过程中注意原子个数守恒。,B,B,4. 硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。 (1) 下列物质不属于硅酸盐的是_(填字母)。 A. 陶瓷 B. 玻璃 C. 水泥 D. 生石灰 (2) SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。,D,SiO22NaOH=Na2
19、SiO3H2O,氢氟酸,(3) 用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_(填字母)。 A. 普通玻璃坩埚 B. 石英玻璃坩埚 C. 氧化铝坩埚 D. 铁坩埚,防火剂,D,C,SiO2,解析 (1) 生石灰是CaO，为碱性氧化物，不属于硅酸盐。(2) SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。(3) Na2SiO3水溶液又称“水玻璃”，具有阻燃的功能，因此可用作防火剂；SiO2和Na2CO3在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，故含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。(4) 题给反应中C(碳)被氧化，SiO2中4价的硅被还原，因此SiO2作氧化剂。,放映结束，谢谢观看！,
