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1、第 16 讲 碳、硅及其化合物,第三单元,元素及化合物,考点 1,碳和硅,2,A,A,3,2C+O2 2CO,C+O2 CO2,3C+Fe2O3,2Fe+3CO,Si+2F2=SiF4,Si+4HF=SiF4+2H2 ,Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2,Si+O2 SiO2,Si+2H2 SiH4,SiO2+2C,Si+2CO,半导体材料,计算机芯片,太阳能电池,1碳和硅在自然界存在形态是什么？答：碳在自然界的存在形态有单质和化合态，单质如石墨、金刚石等，化合态有 CO2、碳酸盐、有机物等；硅在自然界的存在形态只有化合态，主要以硅酸盐形式存在。2硅既能与酸反应，也能与碱反应，是
2、否为两性元素？答：硅不是两性元素，因只能与氢氟酸反应。能与碱反应是硅的特性。,_。,CH2O,H2CO,3工业生产水煤气的原理用化学方程式表示为_,1(2010 年广东广州检测)有些科学家提出硅是“21 世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程,中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是(,),A高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片B硅可由二氧化硅还原制得C常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅解析：自然界的硅存在形态为化合态，通常与氧元素、金属元素等构成硅酸盐。答案：D,2在 SiO23C,SiC2CO反应中，氧化剂
3、和还原剂,),B6036D12,的质量比为(A3630C21,答案：D,考点 2,碳和硅的氧化物,1一氧化碳(1)物理性质通常情况下，CO 是无色无味的气体，难溶于水。(2)化学性质CO 的化学性质主要表现为可燃性和还原性。CO 燃烧时的火焰呈_，干燥小烧杯罩于火焰之上，无水雾，沾有澄清石灰水的烧杯罩上时出现浑浊，此法可,以检验 CO。,淡蓝色,3COFe2O3,3CO22Fe,作为还原剂时，主要应用于高炉炼铁，主要反应为_。此外 CO 是有毒气体，吸入过量会导致血红蛋白与 CO 结合而阻碍输氧功能。,2二氧化碳和二氧化硅,酸性,酸性,CO2+H2O H2CO3,SiO2+4HF=SiF4+2
4、H2O,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,CO2+NaOH=NaHCO3,SiO2+Na2CO3,Na2SiO3+CO2,SiO2+CaCO3,CaSiO3+CO2,Ca(ClO)2+CO2+H2O=,CaCO3+2HClO,CO2+Na2CO3+H2O=,2NaHCO3,答：不能，SiO2 易与碱液反应生成 Na2SiO3，Na2SiO3 水溶液是一种矿物胶，有很强的黏合性。3能否用 SiO2 与水作用制备 H2SiO3?答：SiO2 不溶于水，不能直接将它与水作用制备 H2SiO3。4怎样除去 CO2 中的杂质气体 CO?答：将气体通过
5、灼热的 CuO 粉末。,1哪些物质的主要成分是 SiO2，试写出这些物质的名称。答：石英、水晶、硅石、硅藻土、 光纤。,2盛碱性溶液的瓶子能否用玻璃塞(或中和滴定时所用标,准碱液能否用酸式滴定管来盛装)?,A B C D,解析：SiO2 为酸性氧化物，不与 HNO3、盐酸等酸发生反应，但能与氢氟酸发生反应；SiO2 不溶于水，也不与水反应，但能与强碱溶液反应。答案：C,液中，能与二氧化硅起化学反应的是(,),3在浓硝酸、水、王水、氢氟酸、氢氧化钾溶,根据反应 SiO2CaCO3,CaSiO3CO2可推知硅酸酸,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,A B
6、C D,解析：SiO2 可与 HF 反应，反应是由于 CO2 在高温下逸出反应体系，并不能说明硅酸酸性比碳酸酸性强。答案：C,4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,考点 3,硅酸及硅酸盐,1硅酸,不溶于水,强,H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O,H2SiO3 SiO2+H2O,2.硅酸盐,水玻璃,粘合剂,耐火材料,(1)硅酸钠：其水溶液(浓)俗名_，无色粘稠液体，可,防腐剂,做_、_、_。(2)硅酸盐工业：玻璃和水泥的比较,向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体(适量或过量)，有沉淀,析出,Na2SiO3 CO2 H2O=H2SiO3Na2
7、CO3( 适量),Na2SiO3 2CO2H2O=H2SiO32NaHCO3(过量),2普通的硅酸盐材料称为传统无机非金属材料。 新型无,机非金属材料是什么？试举例两种材料。,答：具有特殊结构和特殊性能的无机非金属材料称作新型无机非金属材料。如陶瓷、水泥、玻璃等属于传统无机非金属材；高温结构陶瓷、生物陶瓷、透明陶瓷等属于新型无机非金属材料。,1如何制备硅酸，写出相应的化学方程式。,答：向硅酸钠溶液中滴入盐酸，有沉淀析出Na2SiO3HCl=H2SiO32NaCl,5化学与科学发展、生产、生活密切相关。下列有关说法,中错误的是(,),A卫生部公布的首批非法食品添加剂中的三聚氰胺是一种含氮量很高的
8、蛋白质B“神七”飞船返回舱的绝热层所使用的是耐高温、抗氧化的新型材料C“碳纳米泡沫”被称为第五形态的单质碳，与石墨互为同素异形体D陶瓷、玻璃、水泥是使用量最大的无机非金属材料，都属于硅酸盐产品,解析：蛋白质是天然有机高分子化合物，三聚氰胺不是蛋白质。答案：A,6下列材料的特性及用途叙述不正确的是(,),A氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C光导纤维传导光的性能很强，是非常好的通讯材料D人造刚玉硬度高，用于制造刚玉球磨机,解析：根据不同材料的特性及相应用途来判断。氧化铝陶瓷对人体无毒，不溶于水，强度高，耐磨损、耐酸碱腐蚀，对人体组织的适应性好，所
9、以可用来制人造牙齿，但不具有两性。答案：A,热点 1,CO2 与强碱反应,反应原理： NaOH,Na2CO3,NaHCO3,反应后溶质成分的判断也可用数轴表示：图 3161,D低温蒸干溶液，所得固体的质量为原溶液中 NaOH 的,质量4.4 g,解析 ：根据 n(NaOH) 0.15 mol ， n(CO2) 0.1 mol ，n(CO2)n(NaOH)23，可确定溶质为 Na2CO3、NaHCO3。低温蒸干溶液过程， 所得固体的质量(原溶液中NaOH的,质量4.4 g)，会有水的生成。,答案：AC,【典例1】(双选)向 0.50 L 0.3 mol/L 的 NaOH 溶液中缓慢通,),入 C
10、O2 气体至溶液增重 4.4 g，下列说法正确的是(A增重的 4.4 g 为参加反应的 CO2 的质量B溶质为 Na2CO3C溶质为 Na2CO3、NaHCO3,气体的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略,不计)(,),1向含有 0.2 mol NaOH 和 0.1 mol Ba(OH)2 的溶液中持续稳定地通入 CO2 气体，当通入气体为 8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入 CO2,解析：当未通入 CO2 气体时，溶液中离子的物质的量为0.2mol Na、0.1 mol Ba2、0.4 mol OH；当通入2.24 L
11、CO2气体时，发生反应Ba2CO22OH=BaCO3H2O，此时溶液中离子的物质的量为 0.2 mol Na、0.2 mol OH；当,通入 4.48 L CO2 时，发生反应2OHCO2=CO32H2O，此时溶液中离子的物质的量为 0.2 mol Na、0.1 mol CO32；当通入 6.72 L CO2 时，发生反应CO32CO2H2O=2HCO3，,此时溶液中离子的物质的量为 0.2 mol Na、0.2 mol HCO3；当通入 8.96 L CO2时，发生反应BaCO3CO2H2O,=Ba(HCO3)2，此时溶液中离子的物质的量为 0.2 mol Na、0.1mol Ba2、0.4
12、 mol HCO3。对比图象可知选项 C 正确。,答案：C,热点 2,HCO3 、CO32 的检验,(1)CO32 的检验原理：CO32Ca2=CaCO3方法：向待检验溶液中滴加一定量的 Ca2或 Ba2的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成。再加入适量的盐酸白色沉淀溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有 CO32。(2)HCO3 的检验原理：HCO3H=H2OCO2检验方法：向待检验溶液中滴加足量的 Ca2或 Ba2可溶性盐溶液无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中有 HCO3。,【典例 2】可以肯定溶液中大量存在 CO32 的理由是(,),A加入 Ag
13、NO3 溶液，有大量白色沉淀产生B加入酸，有无色无味气体产生C加入 BaCl2 溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体D加入 Ba(OH)2 溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如 C所述,2H=Ba2CO2H2O，其现象与 CO32反应现象相同，D 错误。答案：C,解析：溶液中含有 Cl、SO32 时，可与 AgNO3 溶液反应产生白色沉淀，A 错误；HCO3与酸反应会产生无色无味气体 CO2，B 错误；向含有 HCO3的溶液中加入 Ba(OH)2 时：HCO3 OHBa2=BaCO3H2O，再加盐酸，BaCO3,(,),A若加入 AgNO3 溶液，可生
14、成白色沉淀，加稀盐酸沉淀不消失，则可确定该溶液中一定含有 Cl离子B若加入 Ba(NO3)2 溶液，能生成白色沉淀，加稀盐酸沉淀不消失，可确定溶液中一定含有 SO42离子,2关于某无色溶液中所含离子的鉴定，下列判断正确的是,C若通入 Cl2 后，溶液变为黄色，加入淀粉溶液后变蓝色，,可确定溶液中含有 I离子,D若加入盐酸，生成无色无味的气体且能使澄清的石灰水,变浑浊，则原溶液中一定含有大量的 CO32离子,盐酸沉淀不消失，A错误；Ba(NO3)2溶液中含有NO3 时，加,入H+时会形成强氧化性的硝酸，能将SO2-3氧化为SO42，,解析：若硫酸根加入 AgNO3 溶液，可生成白色沉淀，加稀,所
15、以无法判断 SO42 来自反应生成的还是原来的 SO42，B,错误；生成无色无味的气体且能使澄清的石灰水变浑浊是,CO2 ，但是可以是 CO32 或 HCO3与盐酸反应得到，D 错误。,答案：C,硅是制造太阳能电池和光导纤维的主要原料减少 CO2 排放，可遏制全球气候变暖纯铁比碳素钢易生锈,AC,BD,解析：太阳能电池板的材料是硅，而光导纤维材料则是二氧化硅；碳素钢内碳和铁可以形成原电池，加速生锈。答案：D,),1(2011 年广东深圳调研)下列叙述中，正确的是(汽车尾气中的氮氧化物与光化学烟雾的形成有关大量燃烧含硫燃料是形成酸雨的主要原因,合而成，下列叙述正确的是(,),2(2010 年广东
16、佛山模拟)我国研制的新型“连续纤维增韧”航空材料宇航服，其主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复,A它耐高温，抗氧化B它比钢铁轻、硬，但质地较脆C它有固定的熔、沸点D它是一种新型有机高分子材料解析：宇航服是混合物，且有很好的韧性，所用材料均耐高温、不易氧化，故选 A。答案：A,素是(,),单质,氧化物,酸或碱,盐,A硅,B硫,C铜,D铁,3(2010 年广东佛山模拟)能实现下列物质间直接转化的元,解析：二氧化硅、氧化铜、氧化铁或四氧化三铁都不与水反应，而二氧化硫或三氧化硫与水反应生成对应的酸，故选 B。答案：B,确的是(,),硅是构成一些岩石和矿物的基本元素,水泥、玻璃、,水晶饰物都是硅酸盐制品,高
17、纯度的硅单质广泛用于制作光,导纤维,陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料,AC,BD,4(2009 年广东理基)下列关于硅单质及其化合物的说法正,解析：中的水泥和玻璃是硅酸盐制品，而水晶的主要成分是二氧化硅，是氧化物，不属于硅酸盐；制造光导纤维的是二氧化硅而不是单质硅，故错误。答案：C,5(2010 年广东广州调研)华裔科学家高锟因“在光纤传输信息领域中的突破性成就”获得 2009 年诺贝尔物理学奖，下列,有关硅材料的说法正确的是(,),A光纤的主要成分是高纯度的单质硅B金刚砂的主要成分是二氧化硅C28 g 硅含有 6.021023 个电子D28Si、29Si、30Si 是不同的核素,解析：光纤的主
18、要成分为高纯度的二氧化硅，A 错；金刚砂的主要成分为碳化硅，B 错；1 个硅原子中含有 14 个电子，,因此 28 g 硅含有电子的数目为,28 g28 g/mol,146.021023 mol1,8.4281024，C 错。答案：D,6(2011 年广东东莞调研)高岭土化学组成为 Al2O3(25%34%)、SiO2(40%50%)、Fe2O3(0.5%3.0%)以及少量杂质和水分。已知氧化铝有多种不同的结构，化学性质也有差异，且一定条件下可相互转化；高岭土中的氧化铝难溶于酸。聚合氯化铝是一种新型、高效絮凝剂和净水剂，其单体是液态的碱式氯化铝Al2(OH)nCl6n。用高岭土制备碱式氯化铝的
19、工艺流程如图 3162。,根据流程图回答下列问题：,(1)“煅烧”的目的是_,_。,图 3162,(2)实验室用 36.5%的浓盐酸(密度约为 1.2 g/cm3)配制 4.00mol/L 950 mL 的盐酸，需要用到的仪器有烧杯、玻璃棒、量筒、酸式滴定管、_、_等。,(3)“溶解”过程反应的离子方程式有_、_。(4)加适量铝粉的主要作用是_,_。,(5)“蒸发浓缩”需保持温度在 90100 ，可采用的加热,方法是_。,解析：(1)煅烧的过程发生的变化有物理变化和化学变化，主要是为了使原料利于进行下一步处理。由题给信息知，高岭土中的氧化铝难溶于酸，所以煅烧是为了改变氧化铝的结构，使其在下一步
20、反应中能被酸溶解；(2)配制 950 mL 盐酸的浓度是4.00 mol/L，故应使用 1 000 mL 容量瓶定容，同时还缺少仪器,胶头滴管；(4)溶解过程盐酸过量，产生铁离子，加铝置换除去铁离子；(5)需要控制加热温度在一定范围时，当加热温度低于100 时选用水浴，加热温度高于 100 时选用油浴、沙浴等。,(2)1 000 mL 容量瓶,胶头滴管,(3)Al2O36H=2Al33H2OFe2O36H=2Fe33H2O(4)除去溶液中的铁离子(5)水浴加热,答案：(1)改变高岭土中氧化铝的结构，使其能溶于酸,1(2007 广东)下列说法正确的是(,),A硅材料广泛用于光纤通讯B工艺师利用盐
21、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解析：硅与生活密切相关，B 中刻蚀石英用氢氟酸，C 中水晶成分为二氧化硅，D 中粗硅与氯气反应再还原成硅是氧化还原反应。答案：A,2下列物质属于新型无机非金属材料的是(,),陶瓷,水泥,玻璃,半导体材料,氧化铝高温,陶瓷,氮化硅高温陶瓷,光导纤维,人造宝石,人造,金刚石,人造发光材料,A全部BCD答案：D,3德国化学家格哈德埃特尔获得 2007 年度诺贝尔化学奖，因他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。表面化学反应在工农业操作中有着重要作用：金属表面暴露在潮湿的空气中时生锈；电子工业中，制作半导体元
22、件。下列有关叙述正确,的是(,),A二氧化硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是半导体材料B二氧化硅制作的光导纤维非常细，导光能力很强C纯净的硅酸钠晶体俗称“水玻璃”D玻璃在加热熔化时有固定的熔点,解析：A 中二氧化硅是绝缘体，硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是半导体材料；C 中硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”；D 中玻璃是混合物，无固定的熔点。答案：B,4下列叙述不正确的是(,),A金刚砂的成分是 Al2O3，可用作砂纸、砂轮的磨料B水晶和玛瑙的主要成分都是 SiO2C含硅的钢具有良好的导磁性D利于环保、节能的太阳能电池可用硅材料制作,解析：A 中金刚砂的成分是 SiC。答案：A,5下列关于碳和硅的
23、叙述中，正确的是(,),A其氧化物都能与 NaOH 溶液反应B其单质在加热时都能跟 O2 反应C其氧化物都能溶于水生成相应的酸D碳和硅两种元素共有两种单质解析：CO 不能与 NaOH 溶液反应，A 错；SiO2 不能溶于水，也不生成相应的酸，C 错；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅，D 错。答案：B,6有一不纯的铝样品中含有硅和铁两种杂质，现取两份等质量的样品分别与足量的盐酸、氢氧化钠溶液反应，充分反应后生成等质量的气体则此不纯的铝样品中含铁和硅的质量之,比为(,),A41,B21,C31,D11,解析：反应的离子方程式：盐酸中 Fe2H=Fe2H2、2Al6H=2Al33H
24、2；氢氧化钠中 Si2OH H2O=SiO322H2、2Al2OH2H2O=2AlO2 3H2。样品中，由 Al 生成的 H2相等，总气体质量相等，则由 Fe、Si 生成的 H2 量相等，Fe 和 Si 的物质的量之比为 21，质量比为(256)2841。答案：A,7(2008 广东)硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下,列问题：,(1) 制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：, 写 出 由 纯 SiHCl3 制 备 高 纯 硅 的 化 学 反 应 方 程 式,_。,整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3 遇
25、水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_；H2 还原 SiHCl3 过程中若混入 O2，可能引起的后果是_。,(2)下列有关硅材料的说法正确的是_(填字母)。A碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥,B氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导,纤维,D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高E盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释_。,解析：(1)H2 还原 SiHCl3 可制
26、备高纯硅。SiHCl3 遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和 H2，H2 还原 SiHCl3 过程中若混入 O2，可能引起爆炸。(2)水泥为硅酸盐，不含 SiC，A 错；Si3N4 性质是硬度大、熔点高，性质稳定，可用于制作高温陶瓷和轴承，B 正确；光导纤维的材料为 SiO2，C 正确；普通玻璃的主要成分为 Na2SiO3 和 CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)为主要原料反应制成的，Na2CO3,SiO2,Na2SiO3 CO2 ， CaCO3 SiO2,CaSiO3 ,CO2，但其无一定熔点，D 错误；常温下，Si 只能与唯一一种酸HF反应不与HCl反应，E错。(3)SiO32与NH4发生双水解反应，SiO422NH4+2H2O=2NH3H2OH2SiO3。,答案：(1)SiHCl3H2,Si3HCl,3SiHCl3,3H2O=H2SiO3H23HCl,高温下，H2遇O2发生爆炸,(2)BC(3)生成白色絮状沉淀，同时有刺激性气味的气体生成,
