高中化學(xué)-碳硅知識

1、碳、硅及其化合物l 教學(xué)目標(biāo)：1了解碳元素、硅元素的單質(zhì)的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。3.了解碳元素、硅元素的單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。l 教學(xué)重難點(diǎn)：了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用l 教學(xué)過程：考點(diǎn)一碳、硅及其重要化合物的性質(zhì)1碳、硅元素的存在形態(tài)(1)碳元素在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)。碳的同素異形體有金剛石、石墨、無定形碳、C60等。(2)硅元素在地殼中的含量占第二位，僅次于氧元素，全部以化合態(tài)存在，是一種親氧元素，單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種。2碳、硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途的比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)

2、構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石用于制造切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯晶體硅用作半導(dǎo)體材料，制造硅芯片和硅太陽能電池3.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(1)碳(2)硅與F2反應(yīng)：Si2F2=SiF4。與氫氟酸反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2。與NaOH溶液反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。與O2反應(yīng)：SiO2SiO2。與Cl2反應(yīng)：Si2Cl2SiCl4。硅的工業(yè)制法碳、硅單質(zhì)的特殊性1一般情況下，非金屬元素的單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金

3、剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。3Si的還原性大于C，但C在高溫下能還原出Si：SiO22CSi2CO。4非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般既作氧化劑又作還原劑，且無氫氣放出，但硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)只作還原劑，且放出氫氣：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能與HF反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2。6一般情況下，金屬(Na、K)能置換出水中的氫，但C在高溫下也能置換出H2O中的氫：CH2O(g)H2CO。物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子存在單個(gè)分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)

4、高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2OH2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2過量：CO2NaOH=NaHCO3與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如與Na2SiO3反應(yīng)：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2CaOC

5、aSiO3如與Na2O反應(yīng)：Na2OCO2=Na2CO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽碳、硅單質(zhì)的特殊性1一般情況下，非金屬元素的單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。3Si的還原性大于C，但C在高溫下能還原出Si：SiO22CSi2CO。4非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般既作氧化劑又作還原劑，且無氫氣放出，但硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)只作還原劑，且放出氫氣：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能與HF反應(yīng)：Si4HF=SiF

6、42H2。6一般情況下，金屬(Na、K)能置換出水中的氫，但C在高溫下也能置換出H2O中的氫：CH2O(g)H2CO。1判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×”(1)用活性炭去除冰箱中的異味，沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)()(2)大量燃燒化石燃料是造成霧霾的一種重要原因()(3)硅膠可作袋裝食品的干燥劑()(4)金剛石、白磷都屬于單質(zhì)()(5)由于晶體硅熔點(diǎn)高硬度大，則可用于制作半導(dǎo)體材料()(6)甲乙丙，若甲為焦炭，則丁可能是O2()(7)SiO2可與HF反應(yīng)，因而氫氟酸不能保存在玻璃瓶中()(8)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅()(9)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧?)(10)合成纖維

7、和光導(dǎo)纖維都是新型無機(jī)非金屬材料()(11) SiO2有導(dǎo)電性，所以SiO2可用于制備光導(dǎo)纖維()(12) (12)硅酸鈉溶液應(yīng)保存在帶玻璃塞的試劑瓶中()答案(1)(2)(3)(4)(5)×(6)(7)(8)(9)(10)×(11)×(12)×題組1碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)1下列關(guān)于碳和硅的敘述中，正確的是()。A其氧化物都能與NaOH溶液反應(yīng)B其單質(zhì)在加熱時(shí)都能跟O2反應(yīng)C其氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸D碳和硅兩種元素共有兩種單質(zhì)2下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化不能通過一步反應(yīng)完成的是()。ASiO2SiBCO2CCSiO2H2SiO3DSiNa2SiO3題組2碳、硅氧化

8、物的性質(zhì)3下列說法正確的是()。A反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，說明H2SiO3的酸性大于H2CO3的酸性B可在試管內(nèi)完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反應(yīng)C二氧化硅是生產(chǎn)光導(dǎo)纖維、玻璃的基本原料DCO2、CH4、N2是溫室氣體4向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持續(xù)穩(wěn)定地通入CO2氣體，當(dāng)通入氣體為8.96 L(0 ，1.01×105 Pa)時(shí)立即停止，則這一過程中，溶液中離子的物質(zhì)的量與通入CO2氣體的體積關(guān)系圖像正確的是(氣體的溶解和離子的水解忽略不計(jì))()。B C C C考點(diǎn)二硅酸鹽及無機(jī)非金屬材料1硅酸硅酸難溶于水，其

9、酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。(1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解，其化學(xué)方程式為：H2SiO3SiO2H2O。(2)硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成膠體，硅膠有很強(qiáng)的吸水能力，常用作干燥劑。2硅酸鹽(1)概念：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Na2O·SiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O·3Al2O3&

10、#183;6SiO2·2H2O。(3)硅酸鈉(Na2SiO3)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。它能與較強(qiáng)的酸反應(yīng)，如與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3；與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。3無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料三種硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)的比較：水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石和石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·A

11、l2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2硅酸鹽生產(chǎn)條件高溫主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也廣泛應(yīng)用于生活中。(2)新型無機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕性和電絕緣性等。生物陶瓷：對機(jī)體無排異反應(yīng)，不會(huì)引起代謝作用異常。壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)。2判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×”。(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(diǎn)。()(2)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿。()(3)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀，證明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強(qiáng)。()(4)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷

12、等硅酸鹽材料()(5)新型無機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的許多缺點(diǎn)()(6)高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)()(7)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、瑪瑙都屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品()(8)2MgO·SiO2中的酸根陰離子為SiO()答案(1)×(2)×(3)(4)(5)(6)(7)×(8)×示向題組1(2014·濟(jì)南聯(lián)考)下列有關(guān)硅及硅酸鹽材料的說法正確的是()。A硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中B反應(yīng)Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反應(yīng)Na2CO3Si

13、O2Na2SiO3CO2，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生C普通玻璃、石英玻璃，水泥等均屬于硅酸鹽材料D祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO22(2014·鄭州一模)材料與化學(xué)密切相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()。材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C普通水泥、普通玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅3下列物質(zhì)性質(zhì)與用途對應(yīng)關(guān)系正確的是()。性質(zhì)用途A硅酸鈉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定用作木材防火劑B硅膠具有吸附水分的能力硅用作半導(dǎo)體材料C二氧化硅硬度大、熔點(diǎn)高用氫氟酸在玻璃上刻花紋D焦炭具有可燃性焦炭還

14、原二氧化硅冶煉粗硅4(2013·海南卷，20)硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有_。(3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下：發(fā)生的主要反應(yīng)電弧爐SiO22C Si2CO流化床反應(yīng)器Si3HC SiHCl3H2還原爐SiHCl3H2 Si3HCl用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱

15、也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_；碳化硅又稱_，其晶體結(jié)構(gòu)與_相似。在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)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)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)/2 35557.631.88.230.484.9111.9SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為_。(4)氯堿工業(yè)可為上述工藝生產(chǎn)提供部分原料，這些原料是_。5(2014·濟(jì)南四校期中聯(lián)考)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(

16、含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450500 )，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a四氯化硅遇水極易水解；b硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；c有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/57.712.8315熔點(diǎn)/70.0107.2升華溫度/180300162請回答下列問題：(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。(2)裝置A中g(shù)管的作用是_；裝置C中的試劑是_；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是_。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(

17、類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是_(填寫元素符號)。A A D 4答案 (1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵)(2)石英砂、純堿和石灰石(3)SiO23CSiC2CO金剛砂金剛石(或單晶硅)精餾(或蒸餾)H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl(4)H2、HCl5答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)平衡氣壓濃H2SO4SiCl4沸點(diǎn)較低，用冷卻液冷卻可得到液態(tài)SiCl4(3)Al、B、P課后練習(xí)1了解碳元素、硅元素的單質(zhì)的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。3.了解碳元素、硅元素的單質(zhì)及其重要

18、化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。課后練習(xí)1近幾年我國載人飛船多次升空，顯示出我國航天技術(shù)已進(jìn)入世界一流，飛船應(yīng)用了許多尖端的合成材料。據(jù)報(bào)道我國科學(xué)家近年來研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纖維復(fù)合而成的。下列相關(guān)敘述不正確的是()。A它耐高溫抗氧化B它比鋼鐵輕，強(qiáng)度大，但質(zhì)地較脆C它沒有固定熔點(diǎn)D它是一種新型無機(jī)非金屬材料2關(guān)于硅及其化合物的敘述中，錯(cuò)誤的是()。A硅是良好的半導(dǎo)體材料B二氧化硅能與石灰石反應(yīng)：SiO2CaCO3CaSiO3CO2C可以用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅：SiO22CSi2COD水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO23下列離子方

19、程式書寫正確的是()。A往澄清石灰水中通入過量的二氧化碳：Ca22OHCO2=CaCO3H2OB往碳酸鈉溶液中加入二氧化硅：COSiO2=SiOCO2C二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)：SiO22OH=SiOH2D硅酸與燒堿溶液中和：H2SiO32OH=SiO2H2O4常溫下，下列不發(fā)生反應(yīng)的一組物質(zhì)是()。硅與NaOH溶液硅與鹽酸硅與氫氟酸二氧化硅與碳酸鈉二氧化硅與NaOH溶液二氧化硅與濃硝酸ABCD5下列、因果描述正確且二者有必然聯(lián)系的是()。(原因)(結(jié)果)A木炭呈黑色木炭常用作能源B一氧化碳具有還原性工業(yè)上用一氧化碳冶煉金屬C碳酸鈉屬于堿類用熱的純堿溶液清洗油污器具D二氧化碳是酸性氧化物二氧化碳

20、能與水反應(yīng)6(2014·陜西質(zhì)檢)下列關(guān)于SiO2和CO2的敘述中不正確的是()。A都是共價(jià)化合物B都是酸性氧化物，都能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)C都能溶于水且與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸DSiO2可用于制光導(dǎo)纖維，干冰可用于人工降雨7下列離子方程式不正確的是()。A石英與燒堿反應(yīng)：SiO22OH=SiOH2OB硅與燒堿反應(yīng)：Si2OH=SiOH2C硅酸鈉溶液中通入少量CO2：SiOCO2H2O=COH2SiO3D往水玻璃中加入鹽酸：2HSiO=H2SiO38將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是()。ANa2SiO3BNa2CO3、N

21、a2SiO3CNa2CO3、SiO2DSiO29用如圖裝置來分離CO2和CO混合氣體并干燥，圖中a、c、d為止水夾，b為分液漏斗活塞，通過Y形管和止水夾分別接兩個(gè)球膽，現(xiàn)裝置內(nèi)空氣已排盡，為使實(shí)驗(yàn)成功，甲、乙、丙分別盛放的試劑為()。甲乙丙A飽和NaHCO3溶液12 mol·L1鹽酸18.4 mol·L1 H2SO4B飽和Na2CO3溶液2 mol·L1 H2SO4飽和NaOH溶液C飽和NaOH溶液2 mol·L1 H2SO418.4 mol·L1 H2SO4D18.4 mol·L1 H2SO4飽和NaOH溶液18.4 mol

22、3;L1 H2SO410硅是無機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽的是_。A陶瓷B玻璃C水泥D生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為_，工藝師常用_(填物質(zhì)名稱)來雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡過的棉花不易燃燒，說明Na2SiO3可用作_。Na2SiO3可通過SiO2與純堿混合高溫熔融反應(yīng)制得，高溫熔融純堿時(shí)下列坩堝可選用的是_。A普通玻璃坩堝B石英玻璃坩堝C氧化鋁坩堝D鐵坩堝(4)工業(yè)上常利用反應(yīng)2CSiO2Si2CO制備硅單質(zhì)，該反應(yīng)中所含元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是_(填化學(xué)式，下同)

23、，氧化劑是_。11(2014·南昌模擬)硅及其化合物對人類現(xiàn)代文明具有特殊貢獻(xiàn)。請回答下列有關(guān)問題：(1)硅原子的結(jié)構(gòu)示意圖為：_。(2)下列物品或設(shè)備所用材料屬于硅酸鹽的是_。長江三峽水泥大壩光導(dǎo)纖維陶瓷坩堝普通玻璃硅太陽能電池ABCD(3)下列說法正確的是_。A在粗硅的制取中發(fā)生2CSiO22COSi，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的還原性B硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中C用SiO2制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后再通入CO2D由Na2CO3SiO2CO2Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸(4)常溫下，SiCl4為液態(tài)，沸點(diǎn)為57.6 ，在空氣中冒白霧。制備高純度硅的中間產(chǎn)物SiCl4中溶有液態(tài)雜質(zhì)，若要得到高純度SiCl4，應(yīng)采用的方法是_；用化學(xué)方程式及必要的文字解釋SiCl4在空氣中冒白霧的原因：_。12(2014·北京海淀模擬)硅及其化合物在自然界廣泛存在并被人類應(yīng)用。(1)氮化硅膜與二氧化硅膜相比較具有表面化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)