（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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1、 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

2、化學性質(zhì)——還原性。 OO2 ①與O2的反應： O2不足：2C＋O22CO；O2充足：C＋O2CO2。 ②與其他物質(zhì)的反應： a．與CuO反應：2CuO＋C2Cu＋CO2↑(可用于金屬的冶煉)； b．與CO2反應：CO2＋C2CO； 2 / 17 c．與水蒸氣反應：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤氣)； d．與濃硫酸反應：C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。 (2)硅的化學性質(zhì)——還原性。 與F2、氫氟酸、NaOH 與O2、Cl2等反應

3、 ①與氫氟酸反應：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑； ②與NaOH溶液反應：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑； ③與O2反應：Si＋O2SiO2。 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)

4、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。(　　) 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：①—c，②—a，③—e，④—b，⑤—d 3．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反應制取粗硅？ 提示：工業(yè)上制取粗硅的反應為SiO2＋2CSi＋2CO↑，可以從平衡的角度理解，該反應的產(chǎn)物CO是氣體，CO不斷從反應

5、體系中脫離，從而使反應向正反應方向進行。 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)與氫氟酸反應生成兩種無色氣體，試寫出該反應的化學方程式。 提示：Si元素，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ 5．中學化學中，能和NaOH溶液反應產(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。 SiO2＋2CSi＋2CO↑ 2．粗硅提純 (1)Si＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si＋4HCl (2)Si＋3HC

6、lSiHCl3＋H2 SiHCl3＋H2Si＋3HCl 3．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是(　　) A．2C＋SiO2Si＋2CO↑ B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O C．Si＋2Cl2SiCl4 D．SiCl4＋2H2Si＋4HCl 2．制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl

7、3)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遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應的化學方程式_______________________________________________； H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是____________________________ ______________________________

8、___________________________________________。 [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。 答案：B 2.解析：(1)H2還原SiHCl3得到Si和HCl。 (2)SiHCl3遇水劇烈反應生成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)SiHCl3＋H2Si＋3HCl　(2)Si

9、HCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑　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)： ①可燃性：2CO＋O22CO2； ②還原性：CO還原Fe2O3的反應為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。 2．二氧化碳與二氧化硅的比較 (1)物理性質(zhì)： ①熔、沸點：SiO2的熔、沸點比CO2的熔、沸點高。 ②溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。 (2)化學性質(zhì)：

10、 物質(zhì) 二氧化硅 二氧化碳 化學性質(zhì) ①與水反應 不反應 CO2＋H2OH2CO3 ②與酸反應 只與氫氟酸反應：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 不反應 ③與堿(NaOH) 溶液反應 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛堿液的試劑瓶用橡皮塞) CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3 ④與鹽反應 如與Na2CO3反應：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ 如與Ca(ClO)2反應：Ca(ClO2)＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO ⑤與堿性氧化

11、物反應 如與CaO反應：SiO2＋CaOCaSiO3 如與Na2O反應：CO2＋Na2O===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。(　　) (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。(　　) (4)(2012

12、·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，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．指出下列反應中SiO2所表現(xiàn)的化學性質(zhì)或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。 ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　) ②SiO2＋Na2CO3N

13、a2SiO3＋CO2↑(　　) ③SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　) ④SiO2＋3CSiC＋2CO↑(　　) ⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(　　) 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 答案：①C?、贒　③B?、蹺　⑤A 3．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：_____________________

14、_______________________ ________________________________________________________________________。 答案：SiO2　光導纖維　SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 4．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________。 ①NaOH溶液　②飽和Na2CO3溶液?、埯}酸?、芩Ａ?Na2SiO3的水溶液)　⑤氫氟酸　⑥澄清石灰水 答案：①、②、④、⑥ 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。

15、 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生成相應酸 SiO2不溶于水，不與水反應 酸性氧化物一般不與酸發(fā)生復分解反應 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O “較強酸制較弱酸”是復分解反應的一般規(guī)律，H2CO3酸性強于H2SiO3 Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ 以下反應不能說明酸性的強弱 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑ 1.(2014·陜西高三質(zhì)量檢測)下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述中

16、不正確的是(　　) A．都是共價化合物 B．SiO2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生成相應的酸 D．都是酸性氧化物，都能與強堿溶液反應 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)相應的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑，則對應答案欄可不填寫)。 可供選擇的試劑：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：①水洗；②加熱；③高溫灼燒；④過濾；⑤結(jié)晶。 粉末狀混合物 選擇的試劑 選用的操作 (1) CaCO3(SiO2) (2) SiO2(NaH

17、CO3) (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，C項錯誤；SiO2與強堿溶液反應生成硅酸鹽，CO2與強堿溶液反應生成碳酸鹽或碳酸氫鹽。D項正確。 答案：C 2.解析：(1)利用SiO2與NaOH溶液反應生成可溶性的Na2SiO3，而CaCO3與NaOH不反應。 (2)利用NaHCO3溶于水而SiO2不溶，加水后過濾可除去SiO2中的NaHCO3。

18、(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 ④ (2) D ④ (3) A ④ (4) ③ 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)： ①弱酸性：酸性比碳酸弱。 ②不穩(wěn)定性：H2SiO3SiO2＋H2O。 (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。

19、(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： 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它能與酸性較硅酸強的酸反應，化學方程式分別為 與鹽酸反應：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。 與CO2水溶液反應：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 ③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。 3

20、．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&

21、#183;廣東高考)陶瓷是人類應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。 ①剛玉　　　　　　 A．碳酸鈣 ②大理石、石灰石 B．硅酸鹽 ③普通玻璃 C．二氧化硅 ④石英、水晶 D．三氧化二鋁 答案：①—D，②—A，③—B，④—C 3．SiO2與水不反應，如何由SiO2制取硅酸？ 提示：制備流

22、程為：SiO2Na2SiO3H2SiO3。 4．Na2SiO3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Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。 5．將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式。 (1)NaAlSi3O8______________________________________________________________； (2)Mg2Si3O8·nH2O__________________________________________________________。 答案：(1)Na2

23、O·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)時應化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2，應寫成K2O·Al2O3·6SiO2。 (4)實例： 高嶺土(Al2Si2O7&#

24、183;2H2O)?Al2O3·2SiO2·2H2O 石棉(CaMg3Si4O12)?CaO·3MgO·4SiO2 沸石(Na2Al2Si3O10·2H2O)?Na2O·Al2O3·3SiO2·2H2O 云母(KAl3Si3O17·H2O)?K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 1.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

25、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·2SiO2 B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C．易溶于強酸和強堿 D．x等于6 2．(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)生反應的化學方程式為________________________。 長石是鋁硅酸鹽，不同類長石其

26、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x＝6，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：C 2.解析：玻璃的成分中含有SiO2，能與NaOH溶液反應生成粘性很強的Na2

27、SiO3而發(fā)生粘連，反應方程式為：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。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1∶1，擴2倍后可知鈣長石中鈣和鋁的原子個數(shù)比為1∶2。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：1＋3＋2n＝8，n＝2，鈣長石的化學式為CaO·Al2O3·2SiO2，即為CaAl2Si2O8。 答案：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　CaAl2Si2O8 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

28、 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)。試寫出該反應的化學方程式__________________________。并指出氧化劑________、還原劑________。 (3)在流化床反應器中，加熱到250℃～300℃，粗硅和HCl發(fā)

29、生反應的化學方程式為________________________________________________________________________。 (4)在還原爐中，加熱到1 100℃～1 200℃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，又能與氫氟酸反應，它是兩性氧化物嗎？試分別寫出它與NaOH溶液，氫氟酸發(fā)生反應的化學方程式。 (6)中學化學中能與NaOH溶液反應生成H2的單質(zhì)有哪些？試分別寫出反應的化學方程式。 (7)陶瓷、水泥、玻璃是常用的

30、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) Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸點/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑ (2)SiO2＋3CSiC＋2CO↑　C　C (3)Si＋3HClSiHCl3＋H2 (4)SiHCl3＋H2Si＋3HCl (5)SiO2；不是；SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (6)Al和Si；2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ (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！