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1、2022年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 第四章 第13講 碳、硅及其重要化合物學(xué)案(含解析)
[考綱解讀] 1.了解常見(jiàn)非金屬元素C、Si、Cl、S、N的單質(zhì)及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用。2.了解常見(jiàn)非金屬元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。
第13講 碳、硅及其重要化合物
一、碳、硅單質(zhì)
1.單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、存在形態(tài)、物理性質(zhì)和用途
2.碳和硅的化學(xué)性質(zhì)
3.硅的工業(yè)制法及提純
反應(yīng)①:SiO2+CSi+2CO↑。
反應(yīng)②:Si+Cl2SiCl4。
反應(yīng)③:SiCl4+2H2Si+4HCl。
二、碳、硅的氧化物
1.一氧化碳
(1)物理性
2、質(zhì)
無(wú)色氣體,有毒,難溶于水。
(2)化學(xué)性質(zhì)
①燃燒:
2CO+O22CO2,淡藍(lán)色火焰(空氣中燃燒)。
②還原Fe2O3:
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2(冶煉金屬)。
2.二氧化碳和二氧化硅的比較
續(xù)表
三、硅酸、硅酸鹽、無(wú)機(jī)非金屬材料
1.硅酸(H2SiO3)
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
通過(guò)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(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3
3、·6SiO2。
(3)硅酸鈉
①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。
②與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)
與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式
Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓。
(3)用途:黏合劑(礦物膠),耐火阻燃材料。
3.無(wú)機(jī)非金屬材料
(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料
①三種硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)的比較
②主要用途:陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料,也廣泛應(yīng)用于生活中。
(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料
①高溫結(jié)構(gòu)陶瓷:如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。
②生物陶瓷:對(duì)機(jī)體無(wú)排異反應(yīng),不會(huì)引起代謝
4、作用異常。
③壓電陶瓷:具有壓電效應(yīng)。
1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯(cuò)誤的畫“×”,并指明錯(cuò)因。
(1)硅在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)的形式存在。(×)
錯(cuò)因:硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在。
(2)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大,故可用于制作半導(dǎo)體材料。(×)
錯(cuò)因:晶體硅不是因?yàn)槠淙埸c(diǎn)高、硬度大而作半導(dǎo)體材料,是因?yàn)槠淠軐?dǎo)電的特殊性。
(3)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維。(×)
錯(cuò)因:Si不能用于制造光導(dǎo)纖維。
(4)玻璃是一種晶體,有較高的熔點(diǎn)。(×)
錯(cuò)因:玻璃是混合物,無(wú)固定的熔點(diǎn),不是晶體。
(5)硅膠多孔,吸水能力強(qiáng),常用作袋裝食品的干燥劑和抗氧化劑。(×
5、)
錯(cuò)因:硅膠不能作抗氧化劑。
(6)SiO2是酸性氧化物,可溶于強(qiáng)堿(NaOH),不溶于任何酸。(×)
錯(cuò)因:SiO2可溶于氫氟酸。
(7)向CaCl2溶液中通入CO2,溶液變渾濁。(×)
錯(cuò)因:CaCl2與CO2不反應(yīng),通入CO2無(wú)明顯變化。
2.教材改編題
(據(jù)人教必修一P81T10)下列關(guān)于碳、硅及其化合物的敘述正確的是( )
A.碳、硅都是ⅣA族元素,它們?cè)谧匀唤缰卸家曰蠎B(tài)形式存在
B.二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)相似
C.二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物,能與NaOH溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽
D.高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料
答案 C
考點(diǎn) 碳、
6、硅單質(zhì)及其氧化物
[典例1] 二氧化硅廣泛存在于自然界中,在日常生活、生產(chǎn)、科研及新型材料等方面有著重要的用途。a~e是對(duì)①~⑤反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用進(jìn)行判斷,其中正確的是( )
①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
②SiO2+2CSi+2CO↑
③SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
④Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
⑤SiO2+3CSiC+2CO↑
a.反應(yīng)①中SiO2作為玻璃的成分被消耗,用于刻蝕玻璃
b.反應(yīng)②中SiO2表現(xiàn)出氧化性
c.反應(yīng)③中SiO2表現(xiàn)了酸性氧化物的通性
d.反應(yīng)④符合用難揮發(fā)性的酸酐制取易
7、揮發(fā)性酸酐的原理
e.反應(yīng)⑤中SiO2未參加氧化還原反應(yīng)
A.a(chǎn)ce B.bde
C.cde D.a(chǎn)b
解析 通常用氫氟酸來(lái)刻蝕玻璃,與之對(duì)應(yīng)的反應(yīng)是③,因此a、c判斷錯(cuò)誤;反應(yīng)②是一個(gè)置換反應(yīng),其中二氧化硅被還原,表現(xiàn)出氧化性,b判斷正確;反應(yīng)④是一個(gè)復(fù)分解反應(yīng),用難揮發(fā)的二氧化硅制取易揮發(fā)的二氧化碳,d判斷正確;反應(yīng)⑤中碳的化合價(jià)由0變?yōu)椋?和+2,硅的化合價(jià)和氧的化合價(jià)都沒(méi)有改變,因此二氧化硅沒(méi)有參加氧化還原反應(yīng),e判斷也正確。
答案 B
名師精講
熟記硅及其化合物的特殊性質(zhì)
1.(2018·廣州模擬)硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說(shuō)法正確的
8、是( )
A.硅是人類將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料
B.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)
C.反應(yīng)Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑中,Si為氧化劑
D.硅能與氫氟酸反應(yīng),則硅可以與鹽酸反應(yīng)
答案 A
解析 由粗硅制備單晶硅的過(guò)程一般為SiSiCl4Si+HCl,都是氧化還原反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;硅不能與鹽酸反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2018·汕頭模擬)將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是( )
答案 D
解析 CO2與KOH和Ca(OH)2都會(huì)反應(yīng),但存在著競(jìng)爭(zhēng),如果先與K
9、OH反應(yīng),則反應(yīng)后生成的K2CO3立即會(huì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3,因此,可以看成CO2先與Ca(OH)2反應(yīng),所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步還要判斷CO2是先跟KOH反應(yīng)還是先與生成的CaCO3反應(yīng),同樣可以采用假設(shè)法判斷,即如果先與CaCO3反應(yīng),則生成的Ca(HCO3)2又會(huì)與KOH反應(yīng),因此是先與KOH反應(yīng),此過(guò)程生成沉淀的物質(zhì)的量不變,當(dāng)KOH反應(yīng)完全,再與CaCO3反應(yīng),直至沉淀完全溶解,故選D。
考點(diǎn) 硅酸鹽 無(wú)機(jī)非金屬材料
[典例2] 下列有關(guān)硅及硅酸鹽材料的說(shuō)法正確的是( )
A.硅酸鈉屬于鹽,不屬于堿,所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中
B
10、.反應(yīng)①Na2SiO3+H2O+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓,反應(yīng)②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑,兩反應(yīng)是相互矛盾的,不可能都能發(fā)生
C.普通玻璃、石英玻璃,水泥等均屬于硅酸鹽材料
D.祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18,用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2
解析 A項(xiàng),硅酸鈉本身是一種黏合劑,易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結(jié);B項(xiàng),兩反應(yīng)條件不同,反應(yīng)①是在溶液中進(jìn)行,強(qiáng)酸可以制弱酸,而高溫條件下,CO2是氣體,逸出反應(yīng)體系,能促使反應(yīng)發(fā)生;C項(xiàng),石英玻璃的成分為SiO2,SiO2是氧化物不是鹽;D項(xiàng)正確。
答案 D
名師精講
1.硅
11、及其化合物的特殊性
(1)無(wú)機(jī)酸一般易溶于水,而H2SiO3卻難溶于水。
(2)因H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng):Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,但在高溫下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能發(fā)生。
(3)Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃,是一種黏合劑,是制備硅膠和木材防火劑的原料,與玻璃的成分不相同;水玻璃又稱為泡花堿,但它卻是鹽溶液(存放的試劑瓶不能用玻璃塞),而不是堿溶液。
(4)不要混淆二氧化硅和硅的用途
用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2,用于制作半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片的是晶體硅
12、。
(5)熟悉幾種常見(jiàn)飾品的主要成分
水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2;珍珠的主要成分是CaCO3;鉆石是金剛石,主要成分是C;紅寶石的主要成分是Al2O3。
2.硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法
(1)氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其結(jié)構(gòu),且不可認(rèn)為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。
(2)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,不同氧化物間以“·”隔開(kāi)。
(3)各元素的化合價(jià)保持不變,且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零,各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成。
(4)當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。如長(zhǎng)石:KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2,應(yīng)寫
13、成K2O·Al2O3·6SiO2。
3.如圖所示是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程,下列說(shuō)法正確的是( )
A.SiO2屬于兩性氧化物
B.盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞
C.硅膠吸水后可重復(fù)再生
D.圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng)
答案 C
解析 SiO2是酸性氧化物,A錯(cuò)誤;Na2CO3溶液呈堿性,能與玻璃的主要成分SiO2反應(yīng),生成具有粘性的硅酸鈉,導(dǎo)致試劑瓶不易打開(kāi),故盛放Na2CO3溶液的試劑瓶不能用玻璃塞,B錯(cuò)誤;題圖中有的轉(zhuǎn)化不是氧化還原反應(yīng),如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng),D錯(cuò)誤。
4.下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說(shuō)法正確的是( )
①水玻璃既不易燃燒也不受腐蝕
②水泥、玻璃、沙子都是硅酸鹽制品
③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維
④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料
A.①② B.②③
C.①④ D.③④
答案 C
解析 水玻璃是Na2SiO3的水溶液,可用作防火劑和防腐劑,①正確;沙子不屬于硅酸鹽制品,②不正確;光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2,③不正確。