第二单元 第12讲 碳、硅及其化合物.ppt

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1、第 12 讲 碳、硅及其化合物考纲定位选项示例1.掌握硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐的性质和用途。2了解硅、二氧化硅在高科技领域的用途。3了解环境保护，消除碳氧化合物污染的综合应用。1.将CO2通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸。(2010年全国高考T7B)2SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。(2010年山东高考T13A)3关于硅单质及其化合物的说法正确的是硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。(2009年广东高考T22C)一、碳及其重要化合物1碳族元素的主要特征 碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素。碳族元素原子最外层均有_，特殊的结构决定了该族元素易形成_化合

2、物，碳是构成有机物的主角，硅是构成矿物的主角，因而碳族元素形成物质的种类繁多。2碳元素的单质常见的碳单质有_、_、C60 等，它们之间互为_。4 个电子共价金刚石石墨同素异形体3碳的氧化物化学式COCO2碳的化合价24类别不成盐氧化物酸性氧化物主要化学性质 制取方法 实验室：CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O；工业上：CaCO3CaOCO2COH2CuCO22Fe3CO22CO2CaCO3 H2OH2CO32CO2MgOC4.碳酸和碳酸盐(1)碳酸(H2CO3)不稳定，容易分解成_和_。(2)热稳定性：正盐酸式盐酸。例如：Ca(HCO3)2在溶液中加热可以分解，NaHCO3在溶液中稳定

3、，加热固体可以分解，而 Na2CO3 加强热也难分解。CO2H2O例如：常温下，S(CaCO3)S(NaHCO3)。(4)正盐与酸式盐可以相互转化：(3)溶解性：第A族元素对应的碳酸的正盐溶解性小于其酸式盐，而第A族元素对应的碳酸的正盐溶解性大于其酸式盐。二、硅和二氧化硅1硅(1)硅具有_结构，为带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大，有脆性。(2)硅在常温下化学性质稳定，只能与 F2、HF、NaOH溶液等反应。正四面体SiO2 Na2SiO32H22二氧化硅(1)二氧化硅具有_结构，_溶于水。(2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。正四面体不Si2CONa2SiO3H2OCaSiO3

4、CO2Na2SiO3CO2三、硅酸、硅酸盐1硅酸(1)性质。硅酸是难溶于水的_酸，其酸性比碳酸_，硅酸不能使紫色石蕊试液变红色。硅酸不稳定，受热易分解：硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程式为：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。弱还弱硅 酸 在 水 中 易 聚 合 形 成 胶 体。浓度较小时_；浓度较大时凝胶。硅酸凝胶干燥脱水变成硅酸干胶(或硅胶)，硅酸干胶吸附水分能力强，常用作_，也用作催化剂的载体。(2)制备。硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学方程式为：Na2SiO32HCl=_，Na2SiO3CO2H2O=_。无色透明溶液干燥剂2NaClH

5、2SiO3 Na2CO3H2SiO3 2硅酸盐(1)硅酸盐是由_、_和_组成的化合物的总称。硅酸盐是一类结构复杂的物质，一般都_。化学性质很_，通常用_和_的形式表示其组成。(2)三种常见的硅酸盐产品。硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑2CaOSiO2，3CaOSiO2，3CaOAl2O3玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃熔炉Na2OCaO6SiO2陶瓷黏土硅氧金属不溶于水稳定二氧化硅金属氧化物3.新型陶瓷 1900 1300【基础导练】1对于A 族元素，下列叙述中不正确的是()。ASiO2和CO2中，Si 和 O、C 和 O 之间都是共价键BC、Si 和 Ge 的最外层电子数都

6、是 4，次外层电子数都是 8CCO2 和 SiO2 都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D该族元素的主要化合价是4 价和2 价 B 解析：A中SiO2和CO2为共价化合物，原子间以共价键结合；B中C、Ge的次外层电子数分别为2、18；C、D显然正确。2在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是()。AF2CKOH 溶液BHFDCl2解析：在室温下，Cl2不能与Si发生反应，而F2、HF、KOH溶液能与 Si 发生反应。D()。ACBD解析：氢氟酸及呈碱性的石灰水、Na2CO3溶液、NaOH溶液都不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中。3下列溶液中不能保存在带玻璃塞的试剂瓶中的是氢氟酸；NaCl；KNO

7、3；石灰水；CuSO4；NaOH；Na2CO3；NaHSO4。A4下列说法正确的是()。二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应；的酸性比碳酸强；二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸；二氧化硅常被用来制造光导纤维。ABCD解析：SiO2可与HF反应；反应是由于CO2在高温下逸出反应体系，并不能说明硅酸的酸性比碳酸强。C5某科研小组用高岭土(主要成分是 Al2O32SiO22H2O，并含少量 CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)，其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。(

8、1)写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程式 是(Al2O3 与 纯 碱 的 反 应 和 SiO2 与 纯 碱 的 反 应 相 似)：_。(2)最后的沉淀物是_，生成该沉淀的离子方程式是：_。(3)实验室中常用瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在熔融高岭土时应选用的坩埚是_。解析：(1)由题意可知Al2O3与纯碱反应和SiO2与纯碱反应类似，均是生成盐和CO2，Al2O3与Na2CO3反应生成NaAlO2，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3。(2)滤液中含有Na2SiO3和NaAlO2，向其中加入盐酸，二者均可与盐酸反应，Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3沉淀，而NaA

9、lO2与盐酸反应先生成Al(OH)3沉淀，后又溶解，所以最后的沉淀是H2SiO3。(3)由于高温下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反应，所以应选择铁坩埚。考点 1 碳、硅单质的化学性质由于硅元素原子的最外层电子数与碳元素原子的最外层电子数都是 4，所以硅的许多化学性质与碳相似，但也有不同。具体见下表：碳硅相似点不同点【例 1】下列关于硅的说法中，不正确的是()。A硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体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：硅既有金属性，又有非金属性，其导电

10、性也介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质不活泼，但常温下仍能与氟气、氟化氢和 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。答案：C【变式训练】1下列说法正确的是()。A硅材料广泛应用于光纤通讯B工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 A考点 2 CO2和SiO2的比较物质二氧化碳二氧化硅分类均为酸性氧化物结构特点由二氧化碳分子构成由氧原子与硅原子构成立体网状结构物理性质熔沸点低，可溶于水坚硬难熔的固体，不溶于水化学性质与碱(如NaOH)反应CO2NaOH=Na2CO3H2OSi

11、O22NaOH=Na2SiO3H2O与水反应CO2H2O=H2CO3物质二氧化碳二氧化硅化学性质与CaO反应CaOCO2=CaCO3与HF反应4HFSiO2=SiF42H2O用途制饮料、碳酸盐等光导纤维、光学仪器、电子部件存在空气岩石、水晶、硅藻土【例 2】(双选)下列关于二氧化硅的叙述中，正确的是()。A二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸B二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应C 二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和 CO2，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸 制较弱的酸D二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异硅酸思路指导：解答本题要注意以下两点：SiO2的性

12、质：稳定性强、酸性氧化物。SiO2的特性：能与氢氟酸反应，不能与水直接反应生成 解析：SiO2是由 Si 和 O 按12的比例所组成的立体网状结构的晶体，不存在SiO2分子，而二氧化碳则是由碳、氧原子结合成的二氧化碳分子构成的，SiO2和CO2在组成微粒及微粒间的相互作用方面有很大的区别，故性质有很大差别，二氧化硅在常温下为固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂，答案：AD【变式训练】2常温下二氧化硅是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原因是()。A硅的非金属性比碳弱B硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属C二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧结合的化学键的种类不同D二氧化硅是原子晶

13、体，二氧化碳是分子晶体解析：化合物在常温下的存在状态取决于它们的熔沸点高低，SiO2和CO2的熔沸点不同，主要原因在于二者晶体类型的差异。D碳、硅及其化合物在推断题中的考查考向分析历年高考常以推断题形式对 C、Si 元素的单质及其重要化合物的主要性质、应用及对环境质量的影响进行考查。【典例】A、B、C、D、E 代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如图 2121 所示。A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。图 2121请填空：(1)形成单质 A 的原子的结构示意图为_，它的最高化合价为_。(2)B 的化学式为_，B 和碳反应生成 A 和 E 的化学方程式是：_。

14、(3)C 的化学式为_，D 的化学式为_。考查要点：硅及其化合物的相互转化。思路指导：“A 为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”可推知 A 为 Si，是本题的突破口。答案：(1)4加氧化钙 高温加氢氧化钙 高温加炭高温【突破训练】1下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质和化合物的组成元素皆为短周期元素。根据上述关系判断：(1)单质 A 只可能是_。(2)单质 B 是_(填“金属”或“非金属”)。(3)写出各化合物的化学式：甲：_、乙：_、丙：_、丁：_。图 2122答案：(1)硅(2)非金属(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4 解析：本题是元素及

15、化合物的推断题，解题的突破口是短周期元素的单质A与NaOH溶液反应生成氢气，此元素可能是Al或Si，而产生的化合物乙与过量盐酸溶液反应，生成的化合物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出A单质不是金属Al，而只能是Si。又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲的一种产物为化合物丙，丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2、丙为水、甲为二氧化碳，继而推出丁为原硅酸。题组一 碳和硅的单质1下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是()。A4 价氧化物都与氢氧化钠溶液反应B单质在加热时都能与氧气反应C氧化物都能溶于

16、水生成相应的酸D碳和硅两种元素都有能导电的单质解析：A 项，碳和硅的4 价氧化物都是酸性氧化物，都能与氢氧化钠溶液反应；B 项，碳和硅的单质在加热时都能与O2反应，生成氧化物；C项，SiO2不溶于水，不能与水反应生成硅酸；D 项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导电。答案：C2(2011 年山东高考)某短周期非金属元素的原子核外最外)。层电子数是次外层电子数的一半，该元素(A在自然界中只以化合态的形式存在B单质常用作半导体材料和光导纤维C最高价氧化物不与酸反应D气态氢化物比甲烷稳定答案：A 解析：依据原子核外电子的排布规律可知，在短周期元素中原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的元素可以是

17、Li或Si元素，但Li属于金属不符合题意，因此该元素是Si元素。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相化合的，因此在自然界中硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，选项A正确；硅位于金属和非金属的分界线附近常用作半导体材料，二氧化硅才用作光导纤维，选项B不正确；硅的最高价氧化物是二氧化硅，SiO2与一般的酸不反应但氢氟酸例外，与氢氟酸反应生成SiF4和水，因此氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，选项C不正确；硅和碳都属于A，但硅位于碳的下一周期，非金属性比碳的弱，因此其气态氢化物的稳定性比甲烷弱，选项D也不正确。题组二 CO2和SiO2的性质3关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()。A水晶的成分是二氧

18、化硅B二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应答案：D 解析：水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅，A正确；CO2在通常状况下为气体，与SiO2的物理性质相差很大，B正确；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3，制取H2SiO3是利用可溶性硅酸盐与酸的反应，C正确；SiO2虽然是酸性氧化物，但它可以与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，这是它的特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质，D错误。()。焦炭；纯碱；碳酸钙；氢氟酸；硝酸；氢氧化钠；硝酸钙。ABCD4在一定条件下，下列物质不能

19、与二氧化硅反应的是B 解析：由于SiO2不与HNO3反应，也不能与Ca(NO3)2反应，故选项B正确；焦炭能在高温下与SiO2反应；与纯碱反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；与氢氟酸反应：4HFSiO2=SiF42H2O；与氢氧化钠反应：2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O。题组三 碳酸盐和硅酸盐的性质5下列有关 Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同点的描述中不正确的是()。A水溶液均显碱性B滴入盐酸均有气泡产生C均能与 CO2 反应D均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存 B 解析：二者水解均呈碱性，故A、D正确；均能与CO2反应，分别生成NaHCO3、H2SiO3，C正确

20、；B项Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3，不能放出气泡，B错误。6 青花瓷中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为2 价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()。A可用氧化物形式表示为 BaOCuO2SiO2B性质稳定，不易脱色C易溶解于强酸和强碱Dx 等于 6答案：C 解析：硅酸铜钡能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。硅酸铜钡中Ba为2价，Cu为2价，Si为4价，O为2价，则x6，用氧化物形式表示复杂的硅酸盐的组成

21、，具体方法为：遵循各元素种类和原子个数比不变的原则，分别写成氧化物的形式；氧化物一般按活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、最后为水的顺序排列；氧化物之间用圆点隔开，各氧化物前面的化学计量数均为整数，因此，A、B、D均正确。题组四 新型无机材料7未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无水冷发动机。这类材料中研究得较多的是化合物 G。(1)化合物G的相对分子质量为140，G中硅元素的质量分数为60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含两种元素)与NH3反应而生成，同时产生HCl气体。请推断：化合物G的化学式为_，1 mol NH3和0.75 mol E恰好完全反应生成G和HCl，则化

22、合物E的分子式为_。(2)粉末状 G 能够分别与空气中的氧气和水作用，所得产物中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与氧反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成另一种产物是该种单质元素的氢化物。请写出化合物 G 与水反应的化学方程式：_。(3)为了使化合物 G 能成为新一代汽车发动机材料，现采用常压下在 G 中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化学通式可表达为Si6xAlxOxY8x。在接近于1 700 时x的极限值约为4.0，在1 400 时x为2.0，以保持整个化合物呈电中性。试问：赛伦中Y元素的化合价为_。答案：(1)Si3N4SiCl4(2)Si3N46H2O=3SiO24NH3(3)3