1、第四章 非金属及其化合物 第12讲 碳、硅及其化合物,【考纲要求】 1.了解碳、硅元素单质及其重要化合物的制备方法,掌握其主要性质及其应用。2.了解碳元素和硅元素的重要化合物对环境的影响。,考点1 碳、硅单质及其氧化物的性质,知识梳理,1.单质存在形态、结构、物理性质与用途,空间网状,化合态,高,大,高,大,高,金刚石,石墨,半导体,2.碳、硅单质的化学性质(写化学方程式),3.硅的工业制取 原料 石英砂和焦炭制备 _提纯,4.CO2和SiO2的比较,空间立体网状,能,大,高,固,不,橡胶,【多维思考】 1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (1)硅在自然界中只以化合态的形式
2、存在。( ) (2)SiSiO2H2SiO3均能一步转化。( ) (3)常温下硅既不能与强酸反应也不能与强碱反应。( ) (4)加热到一定温度,硅能与氧气、氯气等非金属反应。( ) (5)SiO2不与任何酸反应,可用石英制造耐酸容器。( ) (6)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸,不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化。( ) (7)将气体通入澄清石灰水,溶液变浑浊,证明原气体是CO2。( ) (8)SiO2可与HF反应,因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。( ),提示:(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8),2.碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接起来):,提示:c,
3、a,e,b,d,3.SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应,SiO2是两性氧化物吗?为什么?,提示:不是,因为SiO2与氢氟酸反应生成的不是盐。,考点演练,考向一 碳、硅的性质及用途 1.常温下,下列不发生反应的一组物质是( ) 硅与NaOH溶液 硅与盐酸 硅与氢氟酸 二氧化硅与碳酸钠 二氧化硅与NaOH溶液 A. B. C. D.,D,解析:硅不与除氢氟酸外的其他酸反应,不反应;二氧化硅与碳酸钠反应需要高温,常温下不反应。,2.下列有关硅的叙述中,正确的是( ) A.工业上通常以SiO2为原料,用氧化剂与其反应制备单质硅 B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第
4、一位 C.硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在 D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料,D,解析:A项,工业上制单质Si的反应为SiO2+2C Si+2CO,C为还原剂,错误;B项,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,错误;C项,硅在自然界中都以化合态存在,错误。,归纳总结,碳、硅单质的特殊性 1.一般情况下,非金属元素的单质熔、沸点低,硬度小,但晶体硅、金刚石熔沸点高、硬度大,其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。 2.非金属单质大多为绝缘体,但硅为半导体,石墨为电的良导体。 3.Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2C Si+2CO。,考向二 硅的制备 3
5、.(2017福建厦门开学质检)由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是( )A.均属于氧化还原反应 B.H2和HCl均可循环利用 C.SiO2是一种坚硬难熔的固体 D.SiHCl3摩尔质量为135.5 g,D,D,考向三 碳、硅氧化物的性质和应用 5.(2017广东宝安区校级期中)下列说法正确的是( ) A.因SiO2不溶于水,故H2SiO3不是SiO2对应的酸,或者说SiO2不是H2SiO3的酸酐 B.CO2通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸 C.因为高温时SiO2与Na2CO3反应生成CO2,故硅酸的酸性比碳酸强 D.硅的性质稳定,所以在自然界中可以以游离态存在,B,6.二氧化硅
6、广泛存在于自然界中,在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。ae是对反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断,其中正确的是( ),B,解析:通常用氢氟酸来刻蚀玻璃,与之对应的反应是,a、c判断错误;反应是一个置换反应,SiO2表现出氧化性,b正确;反应是一个复分解反应,符合用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳,d正确;反应中硅的化合价和氧的化合价都没有改变,e正确。,归纳总结,含硅化合物的特殊性 1.SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。,3.不要混淆二氧化硅和硅的用途 用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是
7、晶体硅。 4.水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2;珍珠的主要成分是CaCO3;钻石是金刚石;红、蓝宝石的主要成分是Al2O3。,考点2 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料,知识梳理,1.硅酸,难,弱,2.硅酸盐 (1)硅酸钠 白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称 ,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:Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3。 b.与CO2水溶液反应的化学方程式:Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2SiO3。 用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。 (2)硅酸盐组成的表示方法:通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表
8、示硅酸盐的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2,长石(KAlSi3O8)可表示为 。,水玻璃,K2OAl2O36SiO2,3.无机非金属材料 (1)传统无机非金属材料,(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。,石灰石、黏土,纯碱、石灰石、石英砂,【多维思考】 1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (1)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。( ) (2)水玻璃是一种特殊的玻璃,泡花碱属于碱。( ) (3)Na
9、2CaSi6O14可以写成Na2OCaO6SiO2。( ) (4)玻璃是一种晶体,有较高的熔点。( ) (5)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点。( ),提示:(1) (2) (3) (4) (5),(6)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐产品。( ) (7)硅胶可用作食品干燥剂。( ) (8)2MgOSiO2中的酸根阴离子为Si 。( ),提示: (6) (7) (8),2.如何由SiO2制备H2SiO3?用化学方程式表示。,考点演练,考向一 硅酸盐及无机非金属材料的结构与性质 1.(2017山东潍坊期中)世界著名的科技史专家李约瑟博士考证说:“中国至少
10、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错误的是( ) A.制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂 B.盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞 C.玻璃在加热熔化时有固定的熔点 D.普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅,C,解析:工业上生产玻璃的原料有:纯碱、石灰石和石英砂,故A正确;二氧化硅属于酸性氧化物,可以和强碱氢氧化钠反应,生成硅酸钠,具有黏性,能将瓶口和瓶塞粘在一起,所以盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,故B正确;玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅,属于混合物,在加热熔化时没有固定的熔沸点,故C错误;制造普通玻璃的原料是石英砂、石灰石和纯碱,制出的普通
11、玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅,故D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Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O D.1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原,解析: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;青石棉是一种纯净物,不可能含有一定量的石英晶体;1 mol
12、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。,B,归纳总结,硅酸盐改写成氧化物形式的方法,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。,考向二 化工生产中碳、硅及其化合物的转化 3.导学号 96656075 蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验,首先将其溶于过量的盐酸,过滤后,在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述不正确的是( ) A.沉淀X的成分是SiO2 B.将蛇纹
13、石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤,可得到红色颜料Fe2O3 C.在溶液Y中加入过量的NaOH溶液,过滤得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2 D.溶液Y中的阳离子主要是Mg2+、Al3+、Fe3+、H+,B,4.导学号 16972092 氮化硅可用作高温陶瓷复合材料,在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示:,其中NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题: (1)石英砂不能与碱性物质共同存放,以NaOH为例,用化学方程式表示其原因: 。 (2)图示的变化中,属于氧化还原反应的是 。,(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水
14、解,产生白雾,军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学方程式为 。 (4)在反应中,3 mol Si(NH2)4在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体,则氮化硅的化学式为 。 (5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中,也能反应生成氮化硅,B和C两种气体在一定条件下化合生成A。 写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式: 。,解析:石英砂不能与碱性物质共同存放的原因是SiO2与碱性物质可以发生反应。反应是石英砂与焦炭发生氧化还原反应,反应是硅单质与Cl2反应,也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看作Si结合四个OH-生成H4SiO4,H4SiO4不稳定失水
15、生成H2SiO3, Cl-结合H+生成HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得。结合题给信息,SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。,(2),(4)Si3N4,微点突破11 二氧化碳与碱或盐溶液反应产物的判断,1.CO2与碱反应产物的判断 (1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)具体分析过程用数轴表示如下:,2.CO2与盐溶液反应产物或现象的判断 一般从强酸制弱酸的角度去分析。由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(偏铝酸)的酸性强,能用CO2制取上述弱酸,常涉及的变化如下:,【题组巩固】 1.导学号 16972091 在1.00 L 1 mol/
16、L氢氧化钠溶液中通入16.8 L标准状况下的CO2气体,所得的溶液中含有的溶质是( ) A.Na2CO3 B.NaHCO3 C.Na2CO3和NaHCO3 D.NaOH、Na2CO3和NaHCO3,C,2.用四种溶液进行实验,表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( ),B,3.导学号 96656076 将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中,生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是( ),B,解析:CO2优先与Ba(OH)2反应(图像中Oa段),然后与KOH反应(图像中ab段),接着与KAlO2反应(图像中
17、bc段),再与K2CO3反应(图像中cd段),最后与BaCO3反应(图像中de段)。,真题体验 感悟考法明确考向,考向一 碳及其化合物的性质,答案:(1) (2) (3) (4),答案: (5) (6) (7) (8),2.(2016江苏卷,1)大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是( ) A.燃烧煤炭供热 B.利用风力发电 C.增加植被面积 D.节约用水用电,A,解析:燃烧煤炭供热会产生CO2,A正确;利用风力发电不会产生CO2,B错误;增加植被面积,会增加植物的光合作用,减少大气中CO2的含量,C错误;节水节电不会增加CO2的排放,D错误。,考向二
18、 硅及其氧化物的性质及制备 3.判断下列描述的正误(正确的打“”,错误的打“”)。 (1)(2017江苏卷)SiO2硬度大,可用于制造光导纤维。( ) (2)(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。( ),(4)(2016海南卷)石英砂可用于生产单晶硅。( ),答案:(1) (2) (3) (4),(5)(2016上海卷)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅。( ),答案: (5) (6) (7) (8),(7)(2015广东卷)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维。( ) (8)(2015安徽卷)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。( ),考向三 硅酸盐、无机非金属材料 4.判断下列描述的正误(正确的打“”,错误的打“”)。 (1)(2017北京卷)由 中的红棕色气体,推断产生的气体一定是混合气体。( ) (2)(2016四川卷)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化。( ),答案:(1) (2) (3) (4),答案: (5) (6),(6)(2015重庆卷)烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应。( ),
