第12讲 碳、硅及其化合物

提示:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
4.CO2和SiO2的比较
结构 主要物 理性质
化学 性质
二氧化碳 存在单个 CO2 分子 熔、沸点低,常温 下为气体, 能 溶 于水
水
酸
碱
空间立体网状
二氧化硅 结构,不存在单个分子
硬度 大 ,熔、沸点 高 ,常温下为 固 体, 不 溶于水
CO2+H2O
H2CO3
不反应
CO2+2NaOH Na2CO3+H2O 或 CO2+NaOH NaHCO3
H2SiO3:Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3↓,但以下反应不能说明酸性的强
弱:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑;CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑。
【思维诊断】 判断下列说法是否正确,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)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。( ) (3)SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物。( )
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,该反应不是酸性氧 化物的通性,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价和+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。
Si+2CO↑
解析:氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应,A正确;单晶硅也可将太阳能转化为 热能,B错误;高温下NaOH能与瓷坩埚中的SiO2反应,C正确;沙子的主要成 分是SiO2,与碳反应时得到的是CO,D正确。
2.下列有关硅的叙述中,正确的是( D ) A.工业上通常以SiO2为原料,用氧化剂与其反应制备单质硅 B.硅是构成矿物和岩石的主要元素,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第 一位 C.硅的化学性质不活泼,在自然界中可以以游离态存在 D.硅在电子工业中,是重要的半导体材料
Na2CO3 CO2+C 2CO 化工原料、灭火剂,干 冰用于人工降雨
SiO2+Na2CO3 (制玻璃)
Na2SiO3+CO2 ↑
SiO2+CaO CaSiO3
SiO2+2C Si+2CO↑ 光学镜片、石英坩埚、光导 纤维
二氧化硅性质的特殊性
(1)非金属氧化物的熔、沸点一般较低,但 SiO2 的熔、沸点很高。
答案:(1)吸收CO2 (2)点燃 2CO+O2 2CO2 (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
考点二 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
1.硅酸
知识梳理
难
弱
2.硅酸盐 (1)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 显碱性。
,有黏性,水溶液
②与酸性较硅酸强的酸反应:
a.与盐酸反应的化学方程式:Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3↓。
b.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。
(2)硅酸盐组成的表示方法:通常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
ห้องสมุดไป่ตู้
可知,H2 和 HCl 既是反应物,又是生成物,所以可重复利用的物质是 H2 和 HCl,
故 B 正确;SiO2 是空间网状结构,硬度大、熔点高,故 C 正确;SiHCl3 摩尔质量
为 135.5 g/mol,故 D 错误。
练后反思
1.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。 2.水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2而不是硅酸盐;珍珠的主要成分是 CaCO3;钻石是金刚石;宝石的主要成分是Al2O3。
作电极、铅笔芯
芯片和硅太阳能电池
微 (1)碳单质的结构不同导致物理性质不同,但化学性质相似。
点 (2)同素异形体之间的转化是化学变化,但不是氧化还原反应。
拨
2.碳、硅单质的化学性质(写化学方程式)
微 (1)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但硅能与HF反应。
点 (2)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生,但硅能与碱溶液作用 拨 放出H2。
A.2C+SiO2 C.Si+2Cl2
Si+2CO↑ SiCl4
B.SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O D.SiCl4+2H2 Si+4HCl
解析:工业制取纯硅的工艺流程为 SiO2 程中不涉及 SiO2 与 NaOH 溶液的反应。
粗硅
SiCl4
纯硅,该工艺流
4.由二氧化硅制高纯硅的流程如下,下列判断中错误的是( D )
第四章 非金属及其化合物 第12讲 碳、硅及其化合物
【考纲要求】 1.了解碳、硅元素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.了解碳元素和硅元素的重要化合物对环境的 影响。
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考点一 碳、硅单质及其氧化物的性质
知识梳理
1.存在形态、物理性质和用途
微 (2)酸性氧化物一般与水反应生成相应酸,但 SiO2 不溶于水,不与水反应。
(3) 酸 性 氧 化 物 一 般 不 与 酸 发 生 反 应 , 但 SiO2 能 与 氢 氧 酸 反 应 :
点
拨 SiO2+4HF
SiF4↑+2H2O。
(4) “ 较强 酸 制较 弱酸 ”是 复 分解 反应 的 一般 规律 , 如 H2CO3 酸 性强 于
K2O·Al2O3·6SiO2
。
用氧化物形式表示硅酸盐的方法: (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。 微 (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 点 个数比符合原来的组成。 拨 (3)当计量数配置出现分数时应化为整数。 (4)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构,切不可认为硅酸 盐是由氧化物混合而成的。
3.硅的工业制取 原料 → 石英砂和焦炭
制备
SiO2+2C Si+2CO↑
Si 2Cl2 高温 SiCl4
提纯
SiCl4 +2H2 高温 Si 4HCl
微 (1)用焦炭还原SiO2,产物是CO而不是CO2,但反应需隔绝空气(或O2)。 点 (2)粗硅中含碳等杂质,与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质,经 拨 过分馏提纯SiCl4后,再用H2还原,得到高纯度硅。
(4)粗硅 SiCl4 Si,各步转化均能一步实现。( )
提示:(1)√ (2)× (3)× (4)√
(5)SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应。( ) (6)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸,不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱 使其熔化。( ) (7)元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体。( ) (8)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
提示:(5)× (6)√ (7)× (8)√
考点演练
考向一 碳、硅的性质及用途
1.下列有关说法中错误的是( B )
A.氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中
B.单晶硅可将太阳能转化为电能,但不能将太阳能转化为热能
C.灼烧NaOH固体时不能使用瓷坩埚,因瓷坩埚中的SiO2能与NaOH反应
D.由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2+2C
不反应 _S_i_O_2+_4_H_F_____S_i_F_4_↑__+_2_H_2O_____
(特例) _S_i_O_2_+_2_Na_O_H_____N_a_2_S_i_O_3+_H_2_O___ (盛碱液的试剂瓶用 橡胶 塞)
化学 性质
用途
盐
碱性氧化物 碳
Ca(ClO)2+CO2+H2O CaCO3↓+2HClO, CO2+Na2CO3+H2O 2NaHCO3 CO2+Na2O
Na2SiO3+CO2↑ ; CaSiO3+CO2↑ 。
(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。
【思维诊断】 1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。( ) (2)水玻璃是一种特殊的玻璃,泡花碱属于碱。( ) (3)Na2CaSi6O14可以写成Na2O·CaO·6SiO2。( ) (4)烧结黏土制陶瓷,不涉及化学反应。( ) (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。( )
解析:A项,工业上制单质Si的反应为SiO2+2C Si+2CO↑,C为还原剂,错误; B项,硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位,错误;C项,硅在自然界中 都以化合态存在,错误。
练后反思 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.非金属单质大多为绝缘体,但硅为半导体,石墨为电的良导体。