4.1碳、硅及其化合物

这是一份4.1碳、硅及其化合物，共53页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，真题演练·素养通关，考点一碳及其化合物，游离态，化合态，同素异形体，正四面体，正六边形，3碳的化学性质等内容，欢迎下载使用。

【考纲要求】1.掌握碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.掌握碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。4.了解碳、硅的单质及其重要化合物的制备方法。5.了解无机非金属材料的性质和用途。
基础梳理·自我排查1.碳(1)存在形式既有__________又有__________。碳单质主要有金刚石、石墨、C60、C70，互为____________。
(2)碳单质的结构与物理性质
C＋O2 CO2
2C＋O2 2CO
3C＋Fe2O3 3CO↑＋2Fe
2C＋SiO2 Si＋2CO↑
C＋H2O(g) CO＋H2
C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
C＋4HNO3(浓) CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
2．碳的氧化物(CO、CO2)的性质比较
3.碳酸(H2CO3)弱酸、不稳定。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。H2CO3在水中与CO2共存，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。4.碳酸的正盐和酸式盐的比较
C6H12O6＋6O2
CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2
[判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体(　　)(2)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质(　　)(3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应(　　)(4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨(　　)(5)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失(　　)(6)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体(　　)(7)碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查(　　)
微点拨CO2与碱反应产物的判断(1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)具体分析过程用数轴表示如下：(2)CO2与多组分反应[如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液]，反应的顺序是①Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3④CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2
考点专练·层级突破练点一　碳及其化合物的性质判断1.近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(　　)A.石墨烯具有良好的导电性B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：A项，石墨烯是一种新发现的材料，它的物理性质是拉力好、导电性和导热性好、硬度大、熔点高等；B项，同种元素的不同单质互称同素异形体；C项，碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子；D项，碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳和二氧化硫。
4．确定混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法。
按要求回答下列问题：(1)写出下列装置的作用：A：________________________________。B：________________________________。E：________________________________。F：________________________________。(2)写出C中的化学方程式：_______________________。(3)确定混合气体中含有CO气体的实验现象：__________________________________________________________。
除去混合气体中的CO2气体
检验混合气体中的CO2是否除尽
除去尾气中的CO2气体
除去尾气中的CO气体、防止污染环境
CO＋CuO Cu＋CO2
B中无明显现象，C中的物
质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊
考点二　硅及其化合物、无机非金属材料
基础梳理·自我排查1.硅(1)硅的结构与物理性质
(2)硅的化学性质①与氢氟酸反应：____________________________________。②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===______________。③与O2反应：__________________。(3)硅的工业制法用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为______________________。
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
Na2SiO3＋2H2↑
Si＋O2 SiO2
SiO2＋2C Si＋2CO↑
2．二氧化硅(1)存在石英、水晶、玛瑙、沙子(含杂质)等。(2)物理性质熔、沸点高，硬而脆，不溶于水。(3)化学性质
2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O
CaO＋SiO2 CaSiO3
特性—与HF反应　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(4)用途：光导纤维、光学仪器。
SiO2＋2C Si＋2CO↑
2Mg＋SiO2 2MgO＋Si
Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑
Na2CO3＋H2SiO3↓
H2SiO3 SiO2＋H2O
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
4．硅酸盐的性质与表示方法(1)Na2SiO3水溶液俗称________，常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。(2)硅酸钠溶液在空气中易变质，反应的化学方程式为____________________________________。(3)硅酸盐组成的表示：如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为____________，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为_________________。
Na2SiO3＋H2O＋
CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓
CaO·3MgO·4SiO2
5．常见无机非金属材料(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。①常见硅酸盐材料比较②玻璃生产中的两个重要反应：_________________________________；_________________________________。(2)新型无机非金属材料①高温结构陶瓷　②生物陶瓷　③压电陶瓷
Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑
CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑
[判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在(　　)(2)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应(　　)(3)单质硅常用作半导体材料和光导纤维(　　)(4)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器(　　)(5)Si→SiO2→H2SiO3均能进行一步转化(　　)(6)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强(　　)(7)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料(　　)(8)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐产品(　　)(9)水玻璃是混合物，可用于生产黏合剂和防火剂(　　)
微点拨1．SiO2虽能与HF反应，但不是两性氧化物，是酸性氧化物。2．SiO2虽是酸酐，但难溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。3．H2CO3酸性强于H2SiO3，但高温下可发生Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑。4．Si还原性强于C，但高温下可发生2C＋SiO2 Si＋2CO↑。
考点专练·层级突破练点一　硅及其化合物性质应用1．下列有关硅的说法中，不正确的是(　　)A．高纯度的硅广泛用于制作计算机B．硅可由二氧化硅还原制得C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅
解析：硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A正确；2C＋SiO2 Si＋2CO↑，B正确；常温下，Si的性质稳定，但可以与F2、HF、强碱溶液反应，C正确；自然界中不存在单质硅，D错误。
2．下列关于二氧化硅的说法正确的是(　　)A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L气体(标准状况)时，得到2.8 g硅
解析：二氧化硅是酸性氧化物，但是二氧化硅不溶于水，与水不反应，故A错误；二氧化硅制成的光导纤维，由于其良好的光学特性而被用于制造光缆，故B错误；碳酸的酸性强于硅酸，二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但在高温时，二氧化硅能够与碳酸钠固体反应生成硅酸钠和二氧化碳，故C正确；由方程式SiO2＋2C Si＋2CO↑，可知当生成2.24 L(标准状况)即0.1 ml气体时，得到0.05 ml即1.4 g硅，故D错误。
3．水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是(　　)A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B．操作A与操作B完全相同C．该流程中硅元素的化合价发生改变D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
解析：A项，稻壳灰来源广泛，价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，正确；B项，操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，错误；C项，二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，错误；D项，由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，不属于复分解反应，错误。
练点二　硅的工业制取4．高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它可以按下列方法制备：下列说法正确的是(　　)A．步骤①的化学方程式为SiO2＋C Si＋CO2↑B．步骤①②③中每生成或反应1 ml Si，转移4 ml电子C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D．SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点为67.6 ℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
解析：A项，步骤①的化学方程式为SiO2＋2C Si＋2CO↑；B项，步骤②③中每生成或反应1 ml Si，转移2 ml电子；C项，硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3。
练后归纳在设计制备纯硅的过程中，常遇到的知识点(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO2＋2C Si(粗)＋2CO↑(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl SiHCl3＋H2(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：Si(粗)＋2Cl2 SiCl4(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiHCl3＋H2 Si(纯)＋3HCl(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiCl4＋2H2 Si(纯)＋4HCl
练点三　无机非金属材料5．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
解析：陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
6．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示：其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。
请回答下列问题：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：___________________________。(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________。(3)SiCl4在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为______________________________。(4)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml 氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为_______。(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式__________________________________。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓
3SiCl4＋2N2＋6H2 Si3N4
解析：石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应②是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看做Si结合四个OH－生成H4SiO4，H4SiO4不稳定失水生成H2SiO3，Cl－结合H＋生成HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息运用质量守恒求得。结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
1．[2019·全国卷Ⅰ，7]陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(　　)A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧制而成C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
解析：“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关，而氧化铁显红棕色，A项错误；秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧制而成，B项正确；陶瓷以黏土为原料，经高温烧制而成，属于人造材料，主要成分是硅酸盐，C项正确；陶瓷主要成分是硅酸盐，硅酸盐中硅元素化合价处于最高价，化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点，D项正确。
3．[2020·浙江7月，24]Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是(　　)A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能与SO2反应生成新盐D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO2
4．[江苏卷，1]CO2是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是(　　)A．光合作用 B．自然降雨C．化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积
解析：光合作用过程中植物吸收CO2，使CO2含量下降，A项不符合题意；自然降雨的过程会消耗CO2，使CO2含量下降，B项不符合题意；化石燃料燃烧时会产生CO2，使CO2含量上升，C项符合题意；碳酸盐能够与CO2反应生成可溶性的碳酸氢盐，消耗CO2，使CO2含量下降，D项不符合题意。
5．[全国卷Ⅱ，26]水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
将Fe2＋氧化为Fe3＋
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
防止胶体生成，易沉淀分离
6．[2019·天津理综，10节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。