四川省2017_2018学年高中化学下学期第14周《碳、硅单质及无机金属材料》教学设计

碳、硅单质及无机金属材料
课题
碳、硅单质及无机金属材
料
总课时
班级（类
型）
学习目标1.了解C、Si元素单质及其重要化合物
的制备方法，掌握其主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物
对环境质量的影响。

重、难点
学习环节和内容学生活动
教
师
反
思
考点一碳、硅单质及氧化物
1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。

碳
单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

(2)单质的结构、物理性质与用途比较
碳硅
结构金刚石：空间网状结构，石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理
性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软，有滑腻感
晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬
度大、熔点高
用途
金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅
笔芯
晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太
阳能电池
2.碳、硅单质的化学性质——还原性
碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。

(1)碳的还原性
碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等，完成上图转化关系中①～④的化学方程式。

①CO2＋C2CO；
②SiO2＋2CSi＋2CO↑；
③C＋H2O(g)CO＋H2；
④2CuO＋C2Cu＋CO2↑。

碳的还原性还表现为可将强氧化性的浓硫酸、浓硝酸分别还原为SO2和NO2，本身被氧化为CO2。

(2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。

完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。

⑥Si＋2Cl2SiCl4；
⑦Si＋2F2===SiF4；
⑧Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

3.二氧化硅和二氧化碳的比较
物质二氧化硅二氧化碳
结构立体网状结构，不存在单个分子存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为
固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质与水反应不反应CO2＋H2O H2CO3
与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应与碱
(NaOH)
反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛
碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；
CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应：SiO2＋
Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不
足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O
＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3
与碱性氧
化物反应
如与CaO反应：SiO2＋CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐
深度思考
1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体(×)
解析12C、13C、14C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。

(2)硅在自然界中只以化合态的形式存在(√)
(3)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料(×)
(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(×)
解析Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维。

(5)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4(√)
(6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸(×)
解析SiO2可溶于氢氟酸：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

2.从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？
答案没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。

3.写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：
(1)CO(CO2)：____________________________________________________________。

(2)CO2(CO)：____________________________________________________________。

(3)CO2(HCl)：___________________________________________________________。

答案(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
4.写出除去下列固体粉末中混有杂质(括号内为杂质)可采取的方法，写出有关反应的方程式。

(1)CaCO3(SiO2)___________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)SiO2(CaCO3)___________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(3)SiO2(NH4Cl)___________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案(1)在固体混合物中加入足量氢氧化钠溶液，充分反应后，过滤、洗涤。

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)在固体混合物中加入足量稀盐酸，充分反应后，过滤、洗涤。

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
(3)方法一：在固体中加入适量水溶解、过滤。

方法二：将固体混合物在坩埚中充分灼烧，除去NH4Cl。

NH4ClNH3↑＋HCl↑
解析(1)可根据SiO2可溶于NaOH溶液除去。

(2)可根据CaCO3可溶于盐酸除去。

(3)可根据NH4Cl的热稳定性，或NH4Cl易溶于水的性质除去。

题组一碳及氧化物的性质及应用
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( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔：平面网状结构的全碳分
子，具有优良的化学稳定性
纳米碳管：具有优良的
场发射性能，制作阴极
显像管、储氢材料
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
答案 D
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。

2.(2016·石家庄质检)下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是( )
A.过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”
B.一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合
C.金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大
D.石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应
答案 D
解析A项，二氧化碳是一种温室气体；B项，一氧化碳有毒，容易与血红蛋白结合；C项，金刚石是空间立体网状结构，硬度大熔点高，石墨是层状结构，每一层是平面网状结构，质软，可导电，物理性质差别较大；D项，二者的转化属于化学反应，但反应中没有元素化合价的改变，不属于氧化还原反应。

题组二硅和二氧化硅的特性
3.(2016·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 ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑中，Si 为还原剂，NaOH 和H 2O 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Si ――→Cl 2SiCl 4――→H 2
Si ＋HCl ，都是氧化还原反应，B 项错误；Si 与烧碱溶液反应时，H 2O 是氧化剂，C 项错误；硅不能与盐酸反应，D 项错误。

4.(2016·樟树一模)由下列实验事实得出的结论正确的是( ) A.由SiO 2不能与水反应生成H 2SiO 3，可知SiO 2不是H 2SiO 3的酸酐 B.由SiO 2＋2CSi ＋2CO ↑，可知碳的非金属性大于硅
C.CO 2通入Na 2SiO 3溶液产生白色沉淀，可知酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3
D.SiO 2可与NaOH 溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO 2为两性氧化物 答案 C
解析 二氧化硅难溶于水，硅酸分解生成二氧化硅，二氧化硅是硅酸的酸酐，故A 错误；该反应中C 的还原性大于Si 的还原性，无法比较C 、Si 的非金属性，非金属性应根据氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等比较，故B 错误；碳酸酸性大于硅酸，可以强酸制备弱酸，CO 2通入Na 2SiO 3溶液产生白色沉淀，可知酸性H 2CO 3＞H 2SiO 3，故C 正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是因其特殊性，不能和其他酸发生反应，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，故D 错误。

5.二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SiO 2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是( ) ①SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O ②SiO 2＋2CSi ＋2CO ↑ ③SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ④Na 2CO 3＋SiO 2Na 2SiO 3＋CO 2↑ ⑤SiO 2＋3CSiC ＋2CO ↑
a.反应①中SiO 2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃
b.反应②中SiO 2表现出氧化性
c.反应③中SiO 2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的酸酐的道理
e.反应⑤中SiO 2未参加氧化还原反应
A.ace
B.bde
C.cde
D.ab
答案 B
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价变为－4和＋2价，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。

熟记硅及其化合物的特殊性质
(1)硅单质的特殊性
①Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑；
②非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
③非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。

(2)含硅化合物的特殊性
①SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3；
②酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能跟HF反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；
③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水；
④因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑也能发生。

题组三硅的制取方法
6.从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
②Si(粗)＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
关于上述反应的叙述不正确的是( )
A.①③是置换反应，②是化合反应
B.高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C.任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D.高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅
答案 D
解析 在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的还原性强，B 正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g(1 mol)硅，均转移4 mol 电子，C 正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D 错误。

7.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(SiHCl 3)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：
石英砂――→焦炭高温粗硅――――→HCl 573 K 以上
SiHCl 3粗――→粗馏
SiHCl 3纯
――→H 2
1 357 K
高纯硅 ①写出由纯SiHCl 3制备高纯硅的化学反应方程式：____________________________。

②整个制备过程必须严格控制无水无氧。

SiHCl 3遇水剧烈反应生成H 2SiO 3、HCl 和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：___________________________________________； H 2还原SiHCl 3过程中若混有O 2，可能引起的后果是___________________________。

(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息： Ⅰ.Mg 在高温条件下可与SiO 2反应；
Ⅱ.金属硅化物与稀H 2SO 4反应生成硫酸盐和SiH 4； Ⅲ.SiH 4在空气中自燃。

他们根据信息进行实验，当用足量稀H 2SO 4溶解第①步实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。

①第Ⅰ步实验发生反应的化学方程式是______________________________________ ________________________________________________________________________。

②用稀H 2SO 4溶解第Ⅰ步实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案 (1)①SiHCl 3＋H 2Si ＋3HCl
②SiHCl 3＋3H 2O===H 2SiO 3↓＋H 2↑＋3HCl 高温下，H 2遇O 2发生爆炸 (2)①2Mg ＋SiO 22MgO ＋Si 、2Mg ＋SiMg 2Si
②硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH 4可自燃，即发生反应Mg 2Si ＋2H 2SO 4===2MgSO 4＋SiH 4↑，SiH 4＋2O 2===SiO 2＋2H 2O
解析 (1)在SiHCl 3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl 3水解时，－1
价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。

在设计制备纯硅的实验题中，常遇到的知识点有：
(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：
SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑
(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：
Si＋3HClSiHCl3＋H2
(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：
Si(粗)＋2Cl2SiCl4
(4)SiHCl3与过量H2在高温下反应制得纯硅：
SiHCl3＋H2Si(纯)＋3HCl
(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：
SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
(6)SiO2＋2Mg2MgO＋Si
(7)SiHCl3、SiCl4能与水发生反应：
SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑SiCl4＋3H2O===H2SiO3↓＋4HCl
(8)SiH4在空气中易自燃：
SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O
考点二硅酸盐及无机非金属材料
1.硅酸和硅酸钠
(1)硅酸
硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。

①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。

②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。

③硅酸在水中易聚合形成胶体。

硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

(2)硅酸钠(Na2SiO3)
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它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：
与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

2.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
水泥玻璃陶瓷
生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土
主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑
②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

深度思考
1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点( )
(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱( )
(3)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料( )
(4)光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料( )
(5)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点( )
(6)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品( )
答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(6)×
解析(1)普通玻璃是非晶体。

2.玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。

由上述两个反应能说明H2SiO3的酸性比碳酸强吗？为什么？
答案不能；此反应中生成的CO2气体脱离反应体系有利于反应向右进行，与其氧化物对应酸的强弱无关；强酸制弱酸的规律一般适用于在溶液中发生的反应。

3.实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。

你认为选哪一
种？简述选择的依据。

答案选择铁坩埚。

依据：铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH 反应使得坩埚受损。

题组一无机非金属材料的组成性质及应用
1.下列关于硅材料的说法不正确的是( )
A.钢化玻璃与普通玻璃的主要成分基本相同
B.制普通玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂
C.陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
D.水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂
答案 D
解析钢化玻璃是普通玻璃经一定物理方法处理后得到的，A项正确；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是混合物，D项不正确。

2.硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是( )
A.氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B.碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D.二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
答案 D
解析A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。

3.化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO4－4，然后SiO4－4迅速水解生成H4SiO4。

下列有关说法正确的是( )
A.原硅酸钠(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质
B.石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C.2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl说明Cl的非金属性强于Si
D.半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅
答案 D
解析原硅酸钠(Na4SiO4)是强电解质，A项错误；石英玻璃的主要成分是SiO2，不属于硅酸
盐产品，B项错误；HCl不是Cl的最高价氧化物对应的水化物，无法通过盐酸与硅酸钠的反应比较Cl、Si的非金属性强弱，C项错误。

题组二无机非金属材料的组成性质及应用4.和田玉在我国至少有7 000年的历史，也称为软玉，是我国玉文化的主体。

和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐，某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述正确的是( )
A.其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2O
B.它能够抵抗任何酸碱的腐蚀
C.其中铁元素的化合价为＋3
D.其中铁元素的化合价为＋2
答案 D
解析假设和田玉中铁元素的化合价为＋x，根据化合物中各元素的化合价代数和为零，可得：(＋2)×2＋(＋2)×3＋(＋x)×2＋(＋4)×8＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，即x＝2，所以其化学式改写为氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O；硅酸盐一般耐酸碱的腐蚀，但不是所有的酸碱都不能腐蚀它，如氢氟酸可以和其中的硅元素反应生成SiF4气体，浓硝酸可以将其中所含的Fe2＋氧化成Fe3＋。

5.(2016·新疆伊犁质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是( )
A.寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触
B.寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物
C.潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质
D.久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质
答案 C
解析根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A正确；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C项错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D 正确。

6.硅与铝同周期。

SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2。

盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成黏性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为__________________________________________________
________________________________________________________________________。

长石是铝硅酸盐，不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。

由钠长石的化学式NaAlSi 3O 8可推知钙长石的化学式为__________________________________________________。

答案 SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O CaAl 2Si 2O 8
解析 根据不同类长石其氧原子的物质的量分数相同，结合化合价代数和是0可写出钙长石的化学式。

硅酸盐改写成氧化物形式的方法
(1)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。

(2)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。

(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。

如正长石：KAlSi 3O 8不能写成12K 2O ·1
2Al 2O 3·3SiO 2，
应写成K 2O ·Al 2O 3·6SiO 2。

1.CO 2与盐溶液反应产物或现象的判断
一般从强酸制弱酸的角度去分析。

由于碳酸比硅酸、次氯酸、苯酚、Al(OH)3(偏铝酸)的酸性强，能用CO 2制取上述弱酸，常涉及的变化如下：
――――――――――――――→CaCl 2溶液、CH 3COO 2Ca 溶液
酸性比H 2CO 3强的酸对应的盐不反应 CO 2
―――――――→Na 2CO 3溶液自身对应的盐
NaHCO 3 CO 2＋Na 2SiO 3＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓ (或CO 2＋Na 2SiO 3＋2H 2O===H 4SiO 4↓＋Na 2CO 3) CO 2＋Ca(ClO)2＋H 2O===CaCO 3↓＋2HClO CO 2＋
ONa ＋H 2O ―→
OH ＋NaHCO 3
CO 2(过量)＋NaAlO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3 CO 2(少量)＋2NaAlO 2＋3H 2O===2Al(OH)3↓＋Na 2CO 3
2.CO 2与碱反应产物的判断
(1)CO 2与单一组分反应(如CO 2通入NaOH 溶液)产物的分析 ①反应原理
NaOH ――――→少量CO 2Na 2CO 3――→CO 2
NaHCO 3 ②反应后溶质成分的判断
x ＝n NaOH
n CO 2
溶质成分 x ≤1∶1
NaHCO 3 1∶1＜x ＜2∶1
Na 2CO 3、NaHCO 3
x ＝2∶1 Na 2CO 3 x ＞2∶1
NaOH 、Na 2CO 3
③用数轴来表示
(2)CO 2与多组分[如CO 2通入NaOH 、Ca(OH)2的混合溶液]，反应的顺序是 ①Ca(OH)2＋CO 2===CaCO 3↓＋H 2O ②2NaOH ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2O ③Na 2CO 3＋CO 2＋H 2O===2NaHCO 3 ④CaCO 3＋CO 2＋H 2O===Ca(HCO 3)2 专题训练
题组一 CO 2与盐溶液反应产物或现象
1.正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)向C 6H 5ONa 溶液中通入CO 2气体，溶液变浑浊(√) 解析 生成苯酚浊液。

(2)向Na 2SiO 3溶液中通入CO 2，溶液变浑浊，继续通入CO 2至过量，浑浊消失(×) 解析 H 2SiO 3不溶于CO 2。

(3)向Ca(ClO)2溶液中通入CO 2气体，溶液变浑浊，继续通入CO 2至过量，浑浊消失(√) 解析 开始生成CaCO 3沉淀，CO 2过量时，CaCO 3又与CO 2、H 2O 反应生成Ca(HCO 3)2。

(4)向CaCl2溶液中通入CO2，无明显现象，若先通入NH3再通CO2，溶液会变浑浊(√)
解析CO2在CaCl2溶液中的溶解度小，产生的CO2－3很小，Q c＜K sp，因而不会产生沉淀，CO2在氨水碱性溶液中溶解度大，产生CO2－3浓度大，因而能产生CaCO3沉淀。

(5)向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出(√)
解析NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小。

(6)向NaAlO2溶液中通入CO2气体，一开始有白色沉淀生成，CO2过量，沉淀溶解(×)
解析Al(OH)3不能溶于H2CO3。

(7)向饱和NaCl的氨溶液中通入过量CO2气体，有晶体析出(√)
解析会析出NaHCO3晶体。

题组二CO2与碱反应产物
2.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。

3.标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO2－3)与c(HCO－3)的比值为( 不考虑CO2－3、HCO－3的水解)( )
A.1∶1
B.1∶2
C.2∶1
D.1∶3
答案 B 解析 n (CO 2)＝
3.36 L 22.4 L ·mol
－1＝0.150 mol ，n (NaOH)＝0.200 L ×1.00 mol ·L
－1
＝0.200 mol n NaOH n CO 2＝0.2 mol 0.15 mol ＝43 ，即1＜n NaOH
n CO 2
＜2，反应产物为Na 2CO 3、NaHCO 3，设其物质的
量分别为x 、y ，则⎩⎪⎨
⎪⎧
2x ＋y ＝0.2 mol x ＋y ＝0.15 mol
，解得⎩⎪⎨
⎪⎧
x ＝0.05 mol
y ＝0.10 mol
，所以n CO 2－
3n HCO －
3＝1
2。

4.向300 mL KOH 溶液中缓慢通入一定量的CO 2气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题：
(1)由于CO 2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。

(2)若通入CO 2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g 白色固体，请通过计算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH 的物质的量浓度为多少？ 答案 (1)
n CO 2
n KOH
固体组成 0＜比值＜1
2
KOH 、K 2CO 3 ＝12 K 2CO 3 1
2
＜比值＜1 K 2CO 3和KHCO 3
≥1
KHCO 3
(2)白色固体为K 2CO 3和KHCO 3的混合物 质量分别为K 2CO 3 6.9 g 和KHCO 3 5 g c (KOH)＝0.5 mol ·L －1
解析 (1)可能发生的反应有： CO 2不足时，CO 2＋2KOH===K 2CO 3＋H 2O ①
CO 2过量时，CO 2＋KOH===KHCO 3
②
其中
n CO 2n KOH 分别为12、1。

所以可确定1
2
、1为临界点。

画数轴：
根据数轴、列表得出结果。

(2)根据题意：n (CO 2)＝
2.24 L
22.4 L ·mol
－1＝0.1 mol ，若生成的固体全部为K 2CO 3，则其质量为
0.1 mol ×138 g ·mol －1
＝13.8 g ，若生成的固体全部为KHCO 3，则其质量为0.1 mol ×100 g ·mol
－1
＝10 g 。

现固体质量为11.9 g 。

所以，此固体为K 2CO 3和KHCO 3的混合物。

设K 2CO 3和KHCO 3
的物质的量分别为a mol 、b mol ，则有：
⎩
⎪⎨
⎪⎧
a ＋
b ＝0.1138a ＋100b ＝11.9，
解得a ＝b ＝0.05，所以，白色固体中m (K 2CO 3)＝0.05 mol ×138 g ·mol －1
＝6.9 g ；
m (KHCO 3)＝0.05 mol ×100 g ·mol －1＝5 g ，反应中消耗n (KOH)＝2a mol ＋b mol ＝0.15 mol 。

故c (KOH)＝0.15 mol 0.3 L
＝0.5 mol ·L －1。

1.高考选项正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)硅胶可用作食品干燥剂(√) (2015·全国卷Ⅱ，7A)
(2)Si 和SiO 2都用于制造光导纤维(×) (2014·海南，10D)
(3)SiO 2既能和NaOH 溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物(×) (2015·安徽理综，9D)
(4)SiO 2既能与KOH 溶液反应又能与浓盐酸反应(×) (2014·福建理综，9②改编)
解析 SiO 2是酸性氧化物，不能与盐酸反应。

(5)SiO 2―――→HCl(aq)
SiCl 4――→H 2
高温Si ，各步转化能够在给定条件下实现(×) (2016·江苏，9A)
解析 SiO 2不能与盐酸反应。

2.[2015·北京理综，27(1)(2)(3)]研究CO 2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

(1)溶于海水的CO 2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO －
3占95%。

写出CO 2溶于水产生HCO －
3的方程式：_________________________________________________________。

(2)在海洋碳循环中，通过下图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：____________________________________________。

②同位素示踪法证实光合作用释放出的O 2只来自于H 2O 。

用18
O 标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：
________＋________(CH 2O)x ＋x 18
O 2＋x H 2O
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。

测量溶解无机碳，可采用如下方法：
①气提、吸收CO 2。

用N 2从酸化后的海水中吹出CO 2并用碱液吸收(装置示意图如下)。

将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。

将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO 3，再用x mol ·L －1
HCl 溶液滴定，消耗y mL HCl 溶液。

海水中溶解无机碳的浓度＝________ mol ·L －1。

答案 (1)CO 2＋H 2O
H 2CO 3、H 2CO 3H ＋＋HCO －
3
(2)①2HCO －
3＋Ca 2＋
===CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O ②x CO 2 2x H 18
2O
(3)①②xy
z
解析 (1)CO 2溶于水生成H 2CO 3，H 2CO 3电离出H ＋
和HCO －
3 。

(2) ①根据钙化作用的反应物是HCO －
3 和Ca 2＋
，生成物是CaCO 3和CO 2，故不难写出反应的离子方程式为2HCO －
3＋Ca 2＋
===CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 。

②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的空白处为x CO 2和2x H 18
2O 。

(3) ①该装置为洗气装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂
稀硫酸，因HCl 易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。

②根据该滴定过程得关系式：CO 2～HCO －
3～HCl ，n (CO 2) ＝n (HCl)＝x mol ·L
－1
×y ×10－3L ＝xy ×10－3
mol ，所以c (CO 2)＝
xy ×10－3 mol z ×10－3
L ＝xy z
mol ·L －1。

3.[2014·天津理综，7(4)]晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。

由粗硅制纯硅过程如下：
Si(粗)――→Cl 2460 ℃SiCl 4――→蒸馏
SiCl 4(纯)―――→H 2
1 100 ℃Si(纯)
写出SiCl 4的电子式：______________；在上述由SiCl 4制纯硅的反应中，测得每生成1.12 kg 纯硅需吸收a kJ 热量，写出该反应的热化学方程式：___________________________ ________________________________________________________________________。

答案
SiCl 4(g)＋2H 2(g)Si(s)＋4HCl(g) ΔH ＝＋0.025a kJ ·mol
－1。