高中化学-碳硅知识

碳、硅及其化合物教学目标：1．了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。

2.了解碳元素、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。

教学重难点：了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用教学过程：考点一碳、硅及其重要化合物的性质1．碳、硅元素的存在形态(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。

碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。

(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。

2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的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于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池(1)碳⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧与O 2反应⎩⎨⎧O 2足量：C ＋O 2=====点燃CO 2O2不足：2C ＋O 2=====点燃2CO与氧化物反应⎩⎪⎨⎪⎧CuO ：2CuO ＋C=====△2Cu ＋CO 2↑冶炼金属SiO 2：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑制取粗硅H 2O ：C ＋H 2O g =====高温CO ＋H 2制取水煤气与强氧化性酸反应⎩⎨⎧浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4浓=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 浓HNO 3：C ＋4HNO 3浓=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O(2)硅①与F 2反应：Si ＋2F 2===SiF 4。

②与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。

③与NaOH 溶液反应：Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

④与O 2反应：Si ＋O 2=====△SiO 2。

⑤与Cl2反应：Si＋2Cl2=====△SiCl4。

硅的工业制法碳、硅单质的特殊性1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

6．一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)=====高温H 2＋CO。

CO2＋H2O H2CO3碳、硅单质的特殊性1．一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

2．一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

3．Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。

4．非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

5．非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

6．一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C＋H2O(g)=====高温H2＋CO。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应( )(2)大量燃烧化石燃料是造成雾霾的一种重要原因( )(3)硅胶可作袋装食品的干燥剂( ) (4)金刚石、白磷都属于单质( )(5)由于晶体硅熔点高硬度大，则可用于制作半导体材料( ) (6)甲――→丁乙丁甲丙，若甲为焦炭，则丁可能是O 2( )(7)SiO 2可与HF 反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中( ) (8)高温下用焦炭还原SiO 2制取粗硅( ) (9)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料( ) (10)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料( )(11)SiO 2有导电性，所以SiO 2可用于制备光导纤维( ) (12)(12)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中( )答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)× (11)× (12)×题组1 碳、硅单质的性质1．下列关于碳和硅的叙述中，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O 2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 2．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( )。

A ．SiO 2―→Si B ．CO 2―→C C ．SiO 2―→H 2SiO 3 D ．Si ―→Na 2SiO 3题组2 碳、硅氧化物的性质 3．下列说法正确的是( )。

A ．反应：SiO 2＋Na 2CO 3=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑，说明H 2SiO 3的酸性大于H 2CO 3的酸性 B ．可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO 2)制取硅的反应 C ．二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料 D ．CO 2、CH 4、N 2是温室气体4．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CO 2气体，当通入气体为8.96 L(0 ℃，1.01×105 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CO 2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)( )。

B C C C考点二硅酸盐及无机非金属材料1．硅酸硅酸难溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。

(1)硅酸不稳定，受热易分解，其化学方程式为：H2SiO3=====△SiO2＋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，硅胶有很强的吸水能力，常用作干燥剂。

2．硅酸盐(1)概念：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。

(3)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它能与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与CO2水溶液反应的化学方程式为：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

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、水泥是主要建筑材料，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。

2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。

(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)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。

( )(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料( )(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点( )(6)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( )(7)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品( )(8)2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO2－4( )答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)√(6)√(7)×(8)×[示向题组]1．(2014·济南联考)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＋SiO2=====高温Na2SiO3＋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·Al2O3·6SiO22．(2014·郑州一模)材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )。

中有广泛应用。

回答下列问题：(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。

这种“金属”可能是________。

(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。

其中，生产普通玻璃的主要原料有________。

(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。

工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：发生的主要反应①用方程式为____________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。

②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________________________________________________________________________。

3(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是____________。

5．(2014·济南四校期中联考)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。

通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。