2022高三总复习化学教案-知识讲解--碳硅(提高）.doc

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1、高考总复习 碳硅编稿：房鑫责编：曹玉婷 【考纲要求】1了解C、Si及其化合物的主要性质及应用。2掌握CO2的实验室制取。3了解玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料的制备原料、原理和特性，能用氧化物形式表示硅酸盐的组成。【知识网络】1、碳及其化合物转化关系2硅及其化合物转化关系【考点梳理】考点一碳及其化合物【高清课堂：356213碳及其化合物】1碳单质同素异形体：定义：由同种元素形成的不同单质称为同素异形体。种类：金刚石、石墨、C60、C70等。化学性质：由于碳原子最外层有4个电子，故碳在常温下性质比较稳定，很难被氧化，但在点燃或加热的条件下活动性增强，主要表现为还原性。与单质反应2C+O22CO C+

2、O2CO2与某些氧化物反应C+CO22CO C+H2O(g) CO+H2（水煤气）2C+SiO2Si+2COC+2CuO2Cu+CO2(CuO足量) C+CuO Cu +CO(C足量) 与氧化性酸反应C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2OC+4HNO3(浓) CO2+4NO2+2H2O2一氧化碳物理性质：无色无味气体，有毒，不溶于水。化学性质可燃性：2CO+O22CO2(用点燃的方法除去CO)；还原性(与Fe3O4、CuO、H2O的反应)Fe3O4+4CO3Fe+4CO2；CuO+COCu+CO2；H2O+COH2+CO2(工业制H2)毒性：CO有剧毒，与血液里的血红蛋白结合，使人

3、体缺氧而死亡；主要来自汽车尾气、煤和石油燃烧及钢铁冶炼等。3二氧化碳物理性质：无色无味，密度比空气大的气体，微溶于水，固体CO2叫做“干冰”。分子结构：电子式 ；结构式O=C=O。化学性质：弱氧化性CO2+C2CO；CO2+2Mg2MgO+C酸性氧化物的通性CO2+ H2OH2CO3CO2+Ca(OH)2CaCO3H2O；CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2CO2+CaOCaCO3与盐的反应（相对较强的酸制取较弱的酸）：(A)往漂白粉溶液中不断通入CO2气体的反应为：Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2(B)在NaAl

4、O2溶液中不断通入CO2气体至过量时，反应为：2AlO2+CO2 (少量)+3H2O=2Al(OH)3+CO32AlO2+CO2 (过量)+2H2O=Al(OH)3+HCO3（C）往Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量时，反应为：SiO32+CO2+H2O=H2SiO3 (胶体)+CO32，SiO32+2CO2+2H2O=H2SiO3 (胶体)+2HCO3（D）往饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，反应为： 2Na+CO32+CO2+H2O=2NaHCO3(E)C6H5ONa+CO2+H2OC6H5OH+NaHCO3制法：工业制法：煅烧石灰石CaCO3CaO+CO2实验室制法：石灰石

5、和稀盐酸反应原理：CaCO3+2HClCaCl2+CO2装置：“固液气”或启普发生器及其简易装置知识拓展除杂： 被提纯气体杂质除杂方法COCO2通过盛有NaOH溶液的洗气瓶CO2CO通过盛放灼热氧化铜的硬质玻璃管CO2O2通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管CO2SO2通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性高锰酸钾溶液CO2HCl通过饱和NaHCO3溶液4碳酸盐(1)溶解性正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水，所有酸式盐均溶于水。一般酸式盐比相应正盐易溶，但碱金属的碳酸氢盐比正盐溶解度小。(2)热稳定性一般规律：可溶性碳酸正盐不溶性碳酸正盐酸式碳酸盐。Na2CO3CaCO3NaHCO3(3)正盐与酸式盐的

6、相互转化考点二硅及其化合物1硅 ( 1)硅的化学性质。 在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反应，但可与氟气、氢氟酸和强碱反应。 硅和氟气反应：Si+2F2=SiF4。 硅和氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4+2H2。 硅和氢氧化钠溶液反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2。 硅在氧气中加热：Si+O2SiO2。 (2)硅的工业制法。 SiO22C Si(粗硅)2CO(注意产物) 提纯：Si+2Cl2SiCl4 ；SiCl4+2H2Si+4HCl (3)晶体硅的用途。 用来制造半导体器件，制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。2二氧化硅(SiO2)

7、 物理性质：硬度大、熔点高，难溶于水。化学性质：酸性氧化物的通性：SiO2是酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水：SiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O (Na2SiO3是强的粘合剂)弱氧化性：SiO2+2C Si+2CO特性：SiO24HF=SiF42H2O要点诠释：（A）由于玻璃的成分中含有SiO2，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。 （B）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的，故盛放碱液可以用玻璃瓶（不能用玻璃塞）。 （C）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiO2反应，所以氢氟酸既不能用玻璃塞、也不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑

8、料瓶或铅皿中。 用途：SiO2是制造光导纤维的主要原料。石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。石英砂常用作制玻璃和建筑材料。SiO2与CO2化学性质的比较物 质二氧化硅(SiO2)二氧化碳(CO2)与水反应 CO2+H2O H2CO3与酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O不 反 应与碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2OCO2+NaOH=NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2+CaOCaSiO3CO2+Na2O=Na2CO3与碳反应SiO2+2C Si+2COCO2+C=2CO3硅酸

9、(H4SiO4、H2SiO3)不稳定性：H2SiO3SiO2 +H2O极弱酸性：不能使酸碱指示剂变色：H2SiO32NaOH=Na2SiO3+2H2O 制备：Na2SiO3+CO2+H2O=H4SiO4(白色胶状)+Na2CO3 或Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl， H4SiO4H2SiO3+H2O(不稳定、易分解)4硅酸盐常用的硅酸盐是Na2SiO3，俗称“泡花碱”，易溶于水，其水溶液称为水玻璃，是一种矿物胶，密封保存。可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。硅酸盐改写为氧化物形式（顺序为：较活泼金属氧化物金属氧化物二氧化硅水）如高岭石Al2(Si2O5)(OH)4改写为： A

10、l2O32SiO22H2O 再如：钾长石KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。 (3)无机非金属材料。传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥。水泥玻璃陶瓷原料黏土、CaCO3、石膏纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂反应原理Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2水泥的主要成分：3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。【典型例题】类型一、 碳及其化合物例1、将过量的CO2分

11、别通入CaCl2溶液Na2SiO3溶液 Ca(ClO)2溶液 饱和Na2CO3溶液，最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）A B C D 【思路点拨】题干中CO2是过量的；碳酸的酸性比盐酸弱，而比硅酸、次氯酸强。碳酸可与碳酸盐反应生成碳酸氢盐。 【答案】B 【解析】本题考查CO2及H2CO3的性质。中通入CO2不会产生白色沉淀；中通入CO2，发生反应：Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3，当CO2过量时，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，所以能得到白色沉淀H2SiO3；中通入CO2，反应如下：Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClOCO2过量时，C

12、aCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2，所以也不会产生白色沉淀；中通入CO2，反应如下：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，由于原Na2CO3饱和，该反应生成NaHCO3的质量比Na2CO3质量大，同时消耗掉部分溶剂水，并且NaHCO3的溶解度比Na2CO3溶解度更小，所以会析出白色NaHCO3固体。所以答案应为B。 【总结升华】相对较强的酸与弱酸盐反应可以制取相对较弱的酸，弱酸一般不能制强酸。举一反三：【高清课堂：356213 例题3】【变式1】经过下列实验，溶液仍为澄清透明的是 A饱和Na2CO3溶液中通入CO2 BNaHCO3溶液中加入过量的NaOH溶液 CCa(HCO

13、3)2溶液中加入过量的KOH溶液 D少量的CO2通入CaCl2溶液中 【答案】BD【变式2】下列离子方程式书写不正确的是（ ）。 A往NaOH溶液中通入过量CO2：CO2+OH=HCO3 BH2SiO3与NaOH溶液混合：2OH+H2SiO3=2H2O+SiO32 C石英砂与烧碱反应制水玻璃：SiO2+2OH=SiO32+H2O D往水玻璃中通入二氧化碳：Na2SiO3+H2O+CO2=H2SiO3+2Na+CO32【答案】D【解析】D项，Na2SiO3应写成离子，应删去Na+。【变式3】能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（ ）ACO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 BCO2通入可溶性

14、硅酸盐中析出硅酸沉淀C高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2D氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀【答案】B类型二、单质硅例2、下列关于硅的说法不正确的是（ ）A硅是非金属，但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应D当加热到一定温度时，硅能与氧气、氯气等非金属反应 【思路点拨】硅在周期表中的处于金属与非金属的分界线附近，虽为非金属，但有某些金属性。【答案】C 【解析】硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体，A正确；硅是良好的半导体材料，B正确；硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应

15、，C错误；在加热时，硅与氧气、氯气等反应，D正确。【总结升华】要注意归纳硅的特殊性质：硅的化学性质稳定，常温下可与氟气、烧碱溶液发生；在加热条件下，硅能与氧气、氯气等非金属反应。举一反三：【变式1】下列叙述正确的是（ ）A太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能B常温下硅很稳定，不能跟强酸、强碱 C2C+SiO22CO+Si，说明碳的非金属性比硅强D硅的非金属性比碳弱，说明SiO2是固体而CO2是气体【答案】A【变式2】有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应： （1）C与烧碱反应生成A和水； （2）A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D； （3）B在空气中燃烧生成C； （

16、4）C在高温下与碳反应生成单质B。 根据上述变化，写出A、B、C、D的化学式：A_，B_，C_，D_。【答案】Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3【高清课堂：356213 例题7】【变式3】晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下： 高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HCl SiHCl32 SiHCl3与过量2在10001100反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题： （1）第步制备粗硅的化学反应方程式为。 （2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33.0） 中含有少

17、量SiCl4（沸点57.6）和HCl（沸点84.7）， 提纯SiHCl3采用的方法为：。（3）用SiHCl3与过量2反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）： 装置中的试剂是，装置中的烧瓶需要加热，其目的是： 。 反应一段时间后，装置中观察到的现象是 ，装置不能采用普通玻璃管的原因是 ， 装置中发生反应的化学方程为 。 为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及。 为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是。 a碘水 b氯水 cNaOH溶液 dKSCN溶液 eNa2SO3溶液【答案】（1）SiO22C

18、 Si2CO（2）分馏（蒸馏）（3）浓硫酸，使滴入烧瓶的SiHCl3气化。有固体物质生成，在反应温度下，普通玻璃会融化。SiHCl32Si3HCl 排尽装置中的空气bd类型三、 硅的化合物例3、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（ ）焦炭 纯碱 碳酸钙 氢氟酸 浓硝酸 烧碱溶液 氧化钙 氮气A B C D 【思路点拨】二氧化硅既有酸性氧化物的某些通性，还要考虑其特性，如有氢氟酸反应。【答案】C 【解析】SiO2作为酸性氧化物，可与强碱和碱性氧化物反应，在常温下SiO2可与氢氟酸反应，在加热时SiO2可被焦炭还原，可与碳酸钙、纯碱反应。【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定，常温下只与氢

19、氟酸、强碱溶液反应，在加热条件下可体现二氧化硅酸性氧化物的通性。举一反三：【高清课堂：356213 例题1】【变式1】材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是 （ ）材 料 主要化学成分 A 金刚石 三氧化二铝 B 大理石、石灰石 碳酸钙 C 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐 D. 砂子、石英 二氧化硅 【答案】A【高清课堂：356213 例题2】【变式2】关于工业生产的叙述中，错误的是 （ ）A制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英 B氨是制作氮肥、硝酸、铵盐的重要原料 C制造普通水泥的主要原料为黏土、石灰石 D制造金属铝的原料为氯化铝 【答案】D【变式3】地壳中含量位于第一、二位的元素之间形成

20、的化合物不具有的性质是（ ） A常温下与苛性钠反应 B常温下与水反应 C常温下与氢氟酸反应 D高温下与氧化钙反应【答案】B【高清课堂：356213 例题4】【变式4】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的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8 CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应 DSi可用于制备光导纤维和半导体 【答案】BD类型四、推断题【高清课堂：356213 例题6】例4、化合物A是制玻璃的主要原料之一。常温下，化合物B、H、I为气体，B不溶于水，H、I易溶于水，H的水溶液呈碱性，I的水溶液呈

21、酸性。D元素是地壳中含量仅次于氧的非金属元素。化合物J是一种可用于制造发动机的新型无机非金属材料，其相对分子质量为140，其中D元素的质量分数为60 %。上述物质间的转化关系如下图所示。A 焦炭 高温 B D的单质 FG I H Cl2 J I一定条件（1）除A外，制玻璃的主要原料还有物质（填化学式） 、 。盛放NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，原因是（用化学方程式表示） 。（2）D元素在元素周期表中的位置是 。（3）H的电子式是 。（4）F和H反应生成J和I反应的化学方程式是 。（5）下列说法正确的是（填选项序号） 。 a上述由A生成D的单质的反应属于置换反应 bD元素在自然界中主要以单质形

22、式存在cG是含有极性共价键的离子化合物dI是强电解质，G是弱电解质，二者的水溶液都显酸性【思路点拨】化合物A是制玻璃的主要原料之一，可联想A是二氧化硅硅。本题可从硅及其化合物的性质及相互转化入手分析。【答案】（1）（1分）Na2CO3 CaCO3 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O（2）第3周期IVA族 （3）（4）3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl（5）ac【解析】D元素是地壳中含量仅次于氧的非金属元素，则D为Si元素；A是制玻璃的主要原料之一，且能与焦炭在高温下反应生成硅单质，则可判断A为SiO2，产物B为CO气体。Si与氯气反应生成SiCl4，则F为SiCl4。H为气

23、体且水溶液呈碱性，可得H为NH3；I为气体且水溶液呈酸性，能与氨气反应，则I为HCl气体，G为氯化铵。J的相对分子质量为140，其中含有Si元素，且质量分数为60%，可求得J中含硅原子个数为3，J中还应含有N元素，则N原子个数为4，即J的化学式为Si3N4。（1）制玻璃的主要原料除SiO2外，还有Na2CO3、CaCO3。盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，其原因是二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，硅酸钠具有黏性。（2）硅元素在周期表中的位置为第三周期第A族。（3）氨气的电子式为。（4）氨气与氯化硅反应生成氮化硅和氯化氢，方程式为3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl。（5）A生成

24、D的反应属于置换反应，a正确；硅元素在自然界中主要以硅酸盐的形式存在，b错误；氯化铵是含有极性键的离子化合物，c正确；氯化铵是强电解质，故d错误。正确的为ac。【点评】本题是一道无机推断题，主要考查硅元素及其化合物的性质。本题难度中等。举一反三：【变式1】A、B、C、D、E、F、G、H、I九种物质有如下图所示反应关系：已知：单质E可作为半导体材料；化合物F是不能生成盐的氧化物；化合物I溶于水呈酸性，它能跟氧化物A起反应。据此，请填空：（1）化合物F是_。（2）化合物I是_。（3）反应的化学方程式是_。（4）反应的化学方程式是_。【答案】（1）CO（一氧化碳） （2）HF （3）C+H2O (g

25、)CO+H2 （4）2F2+2H2O=4HF+O2【解析】由“单质E可作为半导体材料”可猜想E为硅，则A为SiO2，A与B反应生成的F为CO，CO是不成盐氧化物，则A为SiO2，B为碳；碳与氧化物C反应生成CO，则C是H2O，G是H2；G与H生成H2O，则H是O2；与H2O反应生成O2的有K、Na、F2，但满足I能溶于水呈酸性且与SiO2反应的只有F2。【变式2】下图是几种中学常见的物质之间的转化关系，氧化物A是光导纤维的主要原料，、为非金属单质、为主族元素的金属单质。 （1）氧化物A的化学式为_，写出氧化物A与NaOH溶液反应的化学方程式_；（2）向盐乙的水溶液中通入过量CO2，发生反应的离子方程式为_，向乙溶液中逐渐加入氯水能看到的实验现象为_。（3）单质的用途非常广泛，如用作_（只需写一种）；工业上制备单的化学方程式为_。【答案】SiO2 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O AlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+HCO3产生白色沉淀，然后沉淀逐渐溶解至消失 半导体材料（其他合理答案也可）SiO2+2CSi+2CO