高三化学人教版复习讲义第4章 拓展链接 碳、硅及其化合物

拓展链接 碳、硅及其化合物
(对应学生用书第页)
一、碳、硅及其氧化物
1．碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途
注：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态。

2．碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)
(1)碳的化学性质
(2)硅的化学性质
①与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

③与O2反应：Si＋O2SiO2。

3．碳、硅的氧化物
(1)一氧化碳的性质及应用
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。

中毒的原因是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。

②化学性质及应用(写出有关化学方程式)
a．可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。

b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。

(2)CO2与SiO2性质的比较
①共性
均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO2＋2OH－===CO2－3＋H2O、SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2＋CaO===CaCO3、SiO2＋CaOCaSiO3。

②差异性
a．SiO2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

b．SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应——工业制玻璃
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；
SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。

c．CO 2与H2O反应的化学方程式：CO2＋H2O H2CO3。

d．SiO2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO2为低熔沸点的气体，可溶于水。

(3)SiO2与CO2的用途
①CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。

②SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。

(4)CO2的制法
用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式：
CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O。

提醒：(1)SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物；(2)不能利用大理石与稀硫酸反应制CO2，因为CaCO3与H2SO4反应生成的CaSO4微溶，覆盖在CaCO3的表面，阻止反应的继续进行。

二、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
1．硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)
提醒：硅胶的形成过程
硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。

2．硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱
(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)与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2SO3。

(3)用途：黏合剂、耐火阻燃材料。

3．无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料
瓷等。

(3)特殊功能的含硅物质
①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。

②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。

③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

[拓展练习]
1．(2019·南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是() A．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋CSi＋CO2↑
B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸
C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiO2－3均能一步转化
C[A项，反应产物不是CO2而是CO；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。

]
2．用四种溶液分别进行实验，表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()
B[CO2通入Na2SiO3溶液中，先生成沉淀H2SiO3，继续通CO2，H2SiO3
不反应，不溶解。

]
3．(2019·安庆模拟)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
A[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，A 正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，D错误。

]
4．(2019·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置：
根据装置回答问题：
(1)A装置的作用是______________________________________________。

(2)实验后通过________处理尾气，发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。

(3)若实验时观察到__________________________________________
___________________________________________________________，
则证明原气体中一定含有一氧化碳。

解析：(1)除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排除对后续实验的干扰。

(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。

(3)CO还原CuO使黑色粉末变成红色，反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊，故可利用这些现象来证明原气体中一定含有CO。

答案：(1)吸收CO2
(2)点燃2CO＋O22CO2
(3)B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊
[思维建模]检验CO2中CO是否存在的思维模板
各装置的作用是：
除去混合气体中的CO2气体
5．(2015·全国卷Ⅰ，改编)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。

草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。

草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。

回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。

装置C中可观察到的现象是_________________________________________ ___________________________________________________________，
反应的离子方程式为_____________________________________，
说明分解产物中含有________。

装置B的主要作用是___________________________________________________
___________________________________________________________。

(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、________________。

装置H反应管中盛有的物质是________。

②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是______________________
___________________________________________________________。

(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是___________________________________________________________，反应的离子方程式为________________________________________，
此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性________。

(4)氢氟酸不能用玻璃瓶盛装的理由是(写化学方程式)
___________________________________________________________，
氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的理由是(写离子方程式)___________________________________________________________。

答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊
CO2＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋H2O CO2冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO②H中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水无现象，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)C中溶液产生白色沉淀或变浑浊，且有气泡逸出
CO2＋SiO2－3＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3弱
(4)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O
SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O。