2020年高考化学一轮总复习文档：第四章第13讲碳、硅及其重要化合物 学案

第四章　非金属元素及其重要化合物

[考纲解读]　1.了解常见非金属元素C、Si、Cl、S、N的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2.了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。

第13讲　碳、硅及其重要化合物

一、碳、硅单质

1．单质的结构、存在形态、物理性质和用途

2．碳和硅的化学性质

3．硅的工业制法及提纯

反应①：SiO2＋CSi＋2CO↑。

反应②：Si＋Cl2SiCl4。

反应③：SiCl4＋2H2Si＋4HCl。

二、碳、硅的氧化物

1．一氧化碳

(1)物理性质

无色气体，有毒，难溶于水。

(2)化学性质

①燃烧：

2CO＋O22CO2，淡蓝色火焰(空气中燃烧)。

②还原Fe2O3：

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(冶炼金属)。

2．二氧化碳和二氧化硅的比较

续表

三、硅酸、硅酸盐、无机非金属材料

1．硅酸(H2SiO3)

2．硅酸盐

(1)硅酸盐

是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。

(2)硅酸盐组成的表示方法

通过用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

(3)硅酸钠

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②与酸性较硅酸强的酸反应

与CO2水溶液反应的化学方程式

Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

3．无机非金属材料

(1)传统无机非金属材料

①三种硅酸盐工业生产的比较

②主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，也广泛应用于生活中。

(2)新型无机非金属材料

①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。

②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。

③压电陶瓷：具有压电效应。

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。

(1)硅在自然界中以游离态和化合态的形式存在。(×)

错因：硅在自然界中只以化合态的形式存在。

(2)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料。(×)

错因：晶体硅不是因为其熔点高、硬度大而作半导体材料，是因为其能导电的特殊性。

(3)Si和SiO2都可用于制造光导纤维。(×)

错因：Si不能用于制造光导纤维。

(4)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。(×)

错因：玻璃是混合物，无固定的熔点，不是晶体。

(5)硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂。(×)

错因：硅胶不能作抗氧化剂。

(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸。(×)

错因：SiO2可溶于氢氟酸。

(7)向CaCl2溶液中通入CO2，溶液变浑浊。(×)

错因：CaCl2与CO2不反应，通入CO2无明显变化。

2．教材改编题

(据人教必修一P81T10)下列关于碳、硅及其化合物的叙述正确的是(　　)

A．碳、硅都是ⅣA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在

B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似

C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐

D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料

答案　C

考点　碳、硅单质及其氧化物

[典例1]　二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是(　　)

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2CSi＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑

⑤SiO2＋3CSiC＋2CO↑

a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃

b．反应②中SiO2表现出氧化性

c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性

d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的原理

e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应

A．ace   B．bde 

C．cde   D．ab

解析　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0变为－4和＋2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。

答案　B

名师精讲

熟记硅及其化合物的特殊性质

1．(2018·广州模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是(　　)

A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂

D．硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应

答案　A

解析　由粗硅制备单晶硅的过程一般为SiSiCl4Si＋HCl，都是氧化还原反应，B项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。

2．(2018·汕头模拟)将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　)

答案　D

解析　CO2与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。

考点　硅酸盐　无机非金属材料

[典例2]　下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是(　　)

A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中

B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生

C．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料

D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2

解析　A项，硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结；B项，两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出反应体系，能促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。

答案　D

名师精讲

1．硅及其化合物的特殊性

(1)无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。

(2)因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生。

(3)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂的原料，与玻璃的成分不相同；水玻璃又称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，而不是碱溶液。

(4)不要混淆二氧化硅和硅的用途

用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。

(5)熟悉几种常见饰品的主要成分

水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石，主要成分是C；红宝石的主要成分是Al2O3。

2．硅酸盐改写成氧化物形式的方法

(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，且不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

(2)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。

 (3)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。

(4)当计量数配置出现分数时应化为整数。如长石：KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。

3．如图所示是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是(　　)

A．SiO2属于两性氧化物

B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞

C．硅胶吸水后可重复再生

D．图中所示的转化都是氧化还原反应

答案　C

解析　SiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，能与玻璃的主要成分SiO2反应，生成具有粘性的硅酸钠，导致试剂瓶不易打开，故盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。

4．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(　　)

①水玻璃既不易燃烧也不受腐蚀

②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品

③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维

④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②   B．②③ 

C．①④   D．③④

答案　C

解析　水玻璃是Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；沙子不属于硅酸盐制品，②不正确；光导纤维的主要成分是SiO2，③不正确。