（新課標(biāo)）高考化學(xué)總復(fù)習(xí)第4章第一節(jié)碳、硅及其化合物講義.docx

第一節(jié)碳、硅及其化合物高考備考指南考綱定位1.了解碳、硅元素單質(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.了解碳、硅元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響。3.以上各部分知識的綜合應(yīng)用。核心素養(yǎng)1.變化觀念分析碳、硅及其化合物的化學(xué)反應(yīng)，預(yù)測在一定條件下碳、硅及其化合物可能發(fā)生的化學(xué)變化。2.實驗探究發(fā)現(xiàn)或提出對碳、硅及其化合物有探究價值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結(jié)論。3.社會責(zé)任關(guān)注與碳、硅有關(guān)的熱點問題(如光導(dǎo)纖維、硅電池、半導(dǎo)體材料)，具有可持續(xù)發(fā)展的意識；贊賞碳、硅及其化合物對社會發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。碳、硅的單質(zhì)(對應(yīng)復(fù)習(xí)講義第37頁)1碳、硅單質(zhì)的存在形式、物理性質(zhì)和用途碳硅存在形式游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)金剛石：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：層狀結(jié)構(gòu)；C60：足球形分子晶體硅：與金剛石類似的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石：熔點很高、硬度很大；石墨：硬度較小、電的良導(dǎo)體晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、熔點高、硬度大，有脆性用途金剛石用于制造切割刀具，石墨用于制造電極、鉛筆芯晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電池2.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)一般表現(xiàn)還原性反應(yīng)反應(yīng)與強氧化性酸反應(yīng)濃硫酸：C2H2SO4(濃)2SO2CO22H2O濃硝酸：C4HNO3(濃)4NO2CO22H2O硅SiO2SiO2Si2F2SiF4Si4HF=SiF42H2 Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(類似Al性質(zhì))3SiO2制粗硅、提純硅的一般過程SiO2Si(粗)SiCl4Si(1)硅的性質(zhì)不活潑，故自然界中存在游離態(tài)的硅元素。()(2)金剛石、石墨、C60為碳的三種同素異形體。()(3)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導(dǎo)體材料。()(4)Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維。()(5)非金屬性：CSi，則熱穩(wěn)定性：CH4SiH4。()(6)Si為非金屬，與酸不能反應(yīng)。()提示(1)(2)(3)(4)(5)(6)1有些科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列有關(guān)硅的說法中，不正確的是()A高純度的硅廣泛用于制作計算機芯片B硅可由二氧化硅還原制得C低溫時，硅與水、空氣和酸不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)D自然界中硅元素的儲量豐富，并存在大量的單質(zhì)硅D硅是一種親氧元素，主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在。2(教材改編題)單晶硅是制作電子集成電路的基礎(chǔ)材料，對硅的純度要求很高。用化學(xué)方法可制得高純度硅，其化學(xué)方程式為SiO22CSi2COSi2Cl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl。下列對上述三個反應(yīng)的敘述不正確的是()A為置換反應(yīng)B為化合反應(yīng)C均為氧化還原反應(yīng)D三個反應(yīng)的反應(yīng)物中硅元素均被還原D反應(yīng)為置換反應(yīng)，反應(yīng)為化合反應(yīng)，三個反應(yīng)均有元素化合價變化，均屬于氧化還原反應(yīng)，其中反應(yīng)和中硅元素被還原，反應(yīng)中硅元素被氧化。Si單質(zhì)特性理解誤區(qū)(1)Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO22CSi2CO。(2)非金屬單質(zhì)跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液作用卻放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：Si4HF=SiF42H2。(4)非金屬單質(zhì)大多為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。碳、硅的氧化物(對應(yīng)復(fù)習(xí)講義第38頁)1一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用(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(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)可燃性：2COO22CO2，可作燃料。還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3COFe2O32Fe3CO2，可用于冶煉金屬。2CO2與SiO2性質(zhì)的比較(1)共性均屬于酸性氧化物，均能與堿、金屬氧化物反應(yīng)，寫出二者與NaOH溶液(足量)反應(yīng)的離子方程式：CO22OH=COH2O、SiO22OH=SiOH2O；二者與CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO2CaOCaCO3、SiO2CaOCaSiO3。(2)差異性SiO2與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiO24HF=SiF42H2O。SiO2與Na2CO3、CaCO3的反應(yīng)工業(yè)制玻璃SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2；SiO2CaCO3CaSiO3CO2。CO2與H2O反應(yīng)的方程式：CO2H2OH2CO3。SiO2為高硬度、高熔沸點的固體，不溶于水，而CO2為低熔沸點的氣體，可溶于水。3CO2與SiO2的用途CO2：制飲料、碳酸鹽，干冰用作制冷劑，作滅火劑，干冰還用于人工降雨。SiO2：制作光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品。CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷以CO2與NaOH溶液反應(yīng)為例，將CO2通入NaOH溶液中，可能發(fā)生的反應(yīng)為CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2NaOH=NaHCO3。當(dāng)n(OH)n(CO2)的值不同時產(chǎn)物如下：【例】標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36 L CO2氣體通入200 mL 1.00 molL1NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(CO)與c(HCO)的比值為(不考慮CO、HCO的水解)()A11B12C21D13思路點撥確定。答案B母題變式(1)將“3.36 L”改為“4.48 L”，溶液中溶質(zhì)是_。(2)將“3.36 L”改為“2.24 L”，溶液中溶質(zhì)是_。答案(1)NaHCO3(2)Na2CO3角度1CO2、CO的性質(zhì)及應(yīng)用1下列關(guān)于CO2、CO的說法正確的是_(填序號)。(2016全國卷)燃料燃燒產(chǎn)物CO2是一種溫室氣體，屬于大氣污染物C的氧化物只有CO和CO2兩種將過量CO2分別通入CaCl2溶液、Na2SiO3溶液、NaHCO3溶液、Ca(OH)2溶液均有白色沉淀生成Na、Mg的失火均可用CO2滅火CO2、CO均為酸性氧化物，能與NaOH反應(yīng)向NaAlO2溶液中通入過量CO2，生成Al(OH)3和NaHCO3答案2甲氣體可發(fā)生如下變化：甲氣體乙氣體丙氣體乙氣體丁固體。則甲、乙、丙、丁分別為()ACO2、CO、O2、CaOBO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3DCO、CO2、O2、Ca(OH)2CO2CO2COCO2CaCO3。角度2SiO2的性質(zhì)及應(yīng)用3(2019菏澤質(zhì)檢)下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是_(填序號)。CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐(酸性氧化物)，均能與NaOH反應(yīng)SiO2為酸性氧化物，不與任何酸反應(yīng)光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，能導(dǎo)電SiO22NaOH=Na2SiO3H2O體現(xiàn)了SiO2為酸性氧化物的性質(zhì)SiSiO2H2SiO3SiO2SiO均能一步轉(zhuǎn)化SiO23CSiC2CO中SiO2作氧化劑CO2和SiO2常溫下都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成存放NaOH溶液的試劑瓶應(yīng)用橡皮塞，不用玻璃塞的理由是玻璃中含有的SiO2與NaOH反應(yīng)答案SiO2的特性及原理(1)一般情況下，堿性氧化物與酸反應(yīng)，酸性氧化物與堿反應(yīng)，不與酸反應(yīng)，但SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，所以不能用玻璃容器盛放氫氟酸，可以用氫氟酸刻蝕玻璃。(2)一般情況下，酸性氧化物與水反應(yīng)能生成相應(yīng)的酸，如CO2H2OH2CO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。(3)一般情況下，因為碳酸的酸性比硅酸強，可發(fā)生反應(yīng)，如Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，即符合“較強酸制較弱酸”的復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律。而SiO2與Na2CO3、CaCO3在高溫條件下可以發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2(原理是：難揮發(fā)性物質(zhì)制備易揮發(fā)性物質(zhì))。硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料(對應(yīng)復(fù)習(xí)講義第39頁)1硅酸的性質(zhì)、制備與應(yīng)用2硅酸鹽(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，常用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2OSiO2，鉀云母(K2H4Al6Si6O24)寫成K2O3Al2O36SiO22H2O。(3)硅酸鈉(Na2SiO3)又稱泡花堿白色、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。與較強的酸反應(yīng)生成硅酸。用途：黏合劑、耐火阻燃材料。3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。常見硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英砂黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應(yīng)：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。(2)新型無機非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。角度1硅酸及其鹽與無機非金屬材料1下列說法正確的是_(填序號)。(2016全國卷)HF與SiO2反應(yīng)實際應(yīng)用是氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記(2015全國卷)硅膠可用作食品干燥劑(2014全國卷)如圖：中為濃硝酸，中為Na2CO3，中為Na2SiO3溶液，可證明酸性：硝酸碳酸硅酸合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無機非金屬材料Na2SiO3俗名水玻璃，是一種防火劑水泥、玻璃、陶瓷的成分只有硅酸鹽答案2青石棉是一種致癌物質(zhì)，是鹿特丹公約中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法不正確的是()A青石棉是一種硅酸鹽材料B青石棉中含有一定量的石英晶體C青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使稀硝酸中的1 mol HNO3被還原B硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟硝酸反應(yīng)時，失去3 mol電子，故能使稀硝酸中的1 mol HNO3被還原。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(dāng)計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)，如鉀長石：KAlSi3O8不能寫成K2OAl2O33SiO2，應(yīng)寫成K2OAl2O36SiO2。角