2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第四章第3课时 碳、硅及其化合物
展开第3课时 碳、硅及其化合物
[课型标签:知识课 基础课]
知识点一 碳及其重要化合物
1.碳单质
(1)存在形态、结构、物理性质和用途
存在形态 | 游离态和化合态 |
结构 | 金刚石:空间网状结构; 石墨:层状结构 |
同素异形体 | 金刚石、石墨、C60、C70 |
物理性质 | 金刚石:熔点高、硬度大; 石墨:硬度小、电的良导体、有滑腻感 |
用途 | 金刚石用作切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯、高温润滑剂 |
(2)碳的化学性质
2.碳的氧化物
(1)一氧化碳
①物理性质、用途
无色、无味的有毒气体,难溶于水,可作气体燃料和冶金工业的还原剂。
②化学性质
a.可燃性:2CO+O22CO2。
b.还原性:工业炼铁原理:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
(2)二氧化碳
①物理性质
无色、无味的气体,能溶于水(1∶1),固态CO2俗称干冰。
②化学性质
(3)用途
制饮料、灭火剂、干冰可用于人工降雨、化工原料。
(4)CO2在自然界中的循环
①CO2的主要来源:大量含碳燃料的燃烧。
②自然界消耗CO2的主要反应:
a.溶于江水、海水中:CO2+H2OH2CO3;
b.光合作用:6CO2+6H2OC6H12O6+6O2;
c.岩石的风化:CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2。
[名师点拨] 1.除去碳的氧化物中的杂质气体常用方法
(1)CO中混有CO2,通过盛有澄清石灰水(或氢氧化钠溶液)的洗气瓶。
(2)CO2中混有CO,通过装有灼热CuO的硬质玻璃管。
(3)CO2中混有SO2、HCl,通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶。
2.碳酸的酸式盐和正盐的比较
(1)在水中的溶解性
①含K+、Na+、N的正盐易溶于水,其余一般不溶于水;酸式盐均能溶于水。
②一般来说,在相同温度下,难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度,如溶解度:Ca(HCO3)2>CaCO3;可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度,如溶解度:Na2CO3>NaHCO3。
(2)热稳定性
一般来说,热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸,如稳定性:Na2CO3>NaHCO3>H2CO3。可溶性正盐>难溶性正盐,如CaCO3高温分解,而K2CO3不易分解。
1.(2019·江苏常州田家炳高级中学月考)国务院印发的《控制温室气体排放工作方案》中,明确提出到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%,碳排放总量得到有效控制,下列说法不正确的是( D )
A.CO2属于酸性氧化物
B.使用氢能源替代化石燃料可减少CO2排放
C.可用Na2CO3溶液捕捉(吸收)CO2
D.CO2是导致酸雨发生的主要原因
解析:二氧化碳和碱反应生成盐和水,故其是酸性氧化物,A正确;氢气的燃烧产物是水,故使用氢能代替化石燃料可以减少二氧化碳的排放,B正确;碳酸钠溶液可以吸收二氧化碳生成碳酸氢钠,C正确;酸雨是由NO2和SO2导致的,与CO2无关,D不正确。
2.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( B )
选项 | 操作及现象 | 溶液 |
A | 通入CO2,溶液变浑浊 | 饱和Na2CO3溶液 |
B | 通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失 | Na2SiO3溶液 |
C | 通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去 | Ca(ClO)2溶液 |
D | 通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊 | 澄清石灰水 |
解析:A项,由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3,Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3,因而会析出NaHCO3晶体,正确;B项,CO2+Na2SiO3+H2ONa2CO3+H2SiO3↓,CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3,H2SiO3与CO2不反应,浑浊不会消失,错误;C项,CO2+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO,溶液变浑浊,加入品红溶液,被HClO氧化褪色,正确;D项,首先CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O,继续通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入足量的NaOH,则:2NaOH+Ca(HCO3)2CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,溶液又变浑浊,正确。
3.将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中,生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是( D )
解析:依次发生的反应为Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O,2KOH+CO2K2CO3+H2O,K2CO3+CO2+H2O2KHCO3,CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2。
知识点二 硅及其化合物、无机非金属材料
1.硅的单质
(1)硅的存在:硅在自然界中以化合态存在,在地壳中的含量仅次于氧。
(2)物理性质:灰黑色,硬度大,熔、沸点高,具有金属光泽。
(3)化学性质:常温下与F2、HF、NaOH反应;加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4,加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下:
①与非金属单质反应
②与氢氟酸反应:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。
③与NaOH溶液反应:
Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。
(4)制法:SiO2+2CSi+2CO↑。
(5)用途:①良好的半导体材料;②太阳能电池;③计算机芯片。
2.二氧化硅
(1)自然界中的存在
沙子和石英的主要成分是二氧化硅,透明的石英晶体即水晶,它是SiO2(写化学式)晶体,有很高的熔点和很大的硬度。
(2)二氧化硅的化学性质
二氧化硅是一种酸性氧化物,能与碱、碱性氧化物及部分盐反应:
①与烧碱溶液反应的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O;
②高温时与氧化钙反应的化学方程式为CaO+SiO2CaSiO3;
③与碳酸盐(如Na2CO3、CaCO3等)反应的化学方程式为Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
(3)其他性质
①常温下可与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O;
②高温与碳反应生成Si或SiC,化学方程式分别为
SiO2+2CSi+2CO↑;SiO2+3CSiC+2CO↑。
(4)用途
①以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料;
②电子工业的重要部件、光学仪器;
③是信息高速公路的骨架——光导纤维的主要成分;
④用石英、玛瑙制作饰物和工艺品。
3.硅酸、硅酸盐
(1)硅酸
①硅酸的物理性质
硅酸不溶于水,其酸性比碳酸弱,硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
②硅酸的化学性质
ⅰ.硅酸不稳定,受热易分解:H2SiO3SiO2+H2O。
ⅱ.硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O。
ⅲ.硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强,常用作干燥剂。
(2)硅酸盐
①代表物硅酸钠的性质
硅酸钠为白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称水玻璃,有黏性,水溶液显碱性。
硅酸钠能与酸性比硅酸强的酸反应:
与盐酸反应:Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓。
与CO2水溶液反应:Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3。
②硅酸盐的用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
③硅酸盐组成的表示
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成:如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。
4.无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
①常见硅酸盐材料比较
| 水泥 | 玻璃 | 陶瓷 |
生产原料 | 石灰石、黏土 | 纯碱、 石灰石、石英 | 黏土 |
主要设备 | 水泥回转窑 | 玻璃窑 | 陶瓷窑 |
②玻璃生产中的两个重要反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
(2)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。
[名师点拨] 硅及其化合物的特殊性质
物质 | 一般规律 | 硅及其化合物的特性 |
Si | 硅还原性强于碳 | 2C+SiO2Si+2CO↑ |
非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2 | 硅可与强碱溶液反应产生H2 | |
非金属单质一般不与非氧化性酸反应 | Si+4HFSiF4↑+2H2↑ | |
非金属单质一般为绝缘体 | 硅为半导体 | |
SiO2 | 酸性氧化物一般与水反应生成相应酸 | SiO2不溶于水,也不与水反应 |
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 | SiO2+4HF SiF4↑+2H2O | |
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律,H2CO3酸性大于H2SiO3,故可发生反应:Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓ | 以下反应不能说明酸性的强弱: Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑ | |
H2SiO3 | 无机酸一般易溶于水 | 硅酸难溶于水 |
1.(2019·全国Ⅰ卷)陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( A )
A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁
B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成
C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐
D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
解析:陶瓷是以天然黏土以及各种天然矿物为主要原料,经过粉碎混匀、成型和煅烧制得的各种日用品、工艺制品。氧化铁为红棕色固体,瓷器的青色不可能来自氧化铁,故A错误。
2.(2019·福建厦门外国语学校月考)下列叙述正确的是( A )
A.NH4F的水溶液不能存放在玻璃试剂瓶中
B.SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维
C.“天宫一号”使用的碳纤维,是一种新型有机高分子材料
D.石英玻璃的主要成分是硅酸盐,可制作化学精密仪器
解析:NH4F水解生成氢氟酸,氢氟酸能够腐蚀玻璃,所以NH4F的水溶液不能存放在玻璃试剂瓶中,A正确;SiO2有导光性,所以SiO2可用于制备光导纤维,B错误;碳纤维,主要成分为碳单质,属于无机物,C错误;石英成分为二氧化硅,不属于硅酸盐,D错误。
3.由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是( D )
A.①②③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
解析:反应①为SiO2+2CSi+2CO↑,反应②为 Si(粗)+3HClSiHCl3+H2,反应③为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl,三个方程式中均有元素化合价的变化,均属于氧化还原反应,故A正确;由生产高纯硅的流程示意图可知,H2和HCl既是反应物,又是生成物,所以可重复利用的物质是H2和HCl,故B正确;SiO2是空间网状结构,硬度大、熔点高,故C正确;SiHCl3摩尔质量为 135.5 g/mol,故D错误。
4.(2019·福建永安三中月考)现有如图所示的转化关系,水和部分产物已略去。
已知:①X和Z是两种透明、不溶于水的坚硬固体,其中Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料;
②无色气体A是引起温室效应的主要气体;
③B、D均为难溶于水的白色固体;
④高纯度的F是使用最广泛的半导体材料。
据此回答下列问题:
(1)Z的名称是 ,工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为 (填名称)。
(2)由X、Y制F的化学方程式为
,此反应中Y作 (填“氧化”或“还原”)剂。
(3)转化①的化学方程式为
;转化②(A少量)的离子方程式为
。
解析:①X、Z为透明、不溶于水的坚硬固体,Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料,判断为玻璃,X为SiO2;②无色气体A是引起温室效应的主要气体,A为CO2;③B、D均为难溶于水的白色固体,由流程分析可知B为 CaCO3,D为H2SiO3;④高纯度F是使用最广泛的半导体材料,F为Si。由流程可知Y为C,C为Na2SiO3。
(1)Z无固定熔点,是现代建筑不可缺少的装饰和采光材料,判断为玻璃;工艺师在Z表面刻蚀花纹图案需用的试剂为氢氟酸。
(2)由X、Y制F的化学方程式为SiO2+2C2CO↑+Si,C作还原剂。
(3)转化①的化学方程式为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,无色气体A是引起温室效应的主要气体,则A为CO2,转化②(A少量)的离子方程式为Si+CO2+H2OH2SiO3↓+C。
答案:(1)玻璃 氢氟酸 (2)SiO2+2C2CO↑+Si 还原 (3)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O Si+CO2+H2OH2SiO3↓+C
