最新高三总复习必备专题碳硅及其化合物汇总

2014高三总复习必备专题碳硅及其化合物
一、知识点
一、碳、硅及其化合物
1．碳
碳在常温下非常稳定，但在高温条件下活动性增强，主要表现为还原性
(1)与单质反应
2C+O22CO C+O2CO2
(2)与某些氧化物反应
C+CO22CO C+H2O(g)CO+H2
2C+SiO2Si+2CO↑
C+2CuO2Cu+CO2↑
(3)与氧化性酸反应
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O
2．碳的氧化物
(1)CO
物理性质：无色无味、难溶于水，有剧毒的气体。

具有可燃性和还原性。

化学性质：
2CO+O22CO2
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
CO+H2O CO2+H2
(2)CO2
物理性质：无色无味，能溶于水(1∶1)的气体。

密度比空气大，易液化。

化学性质：
①氧化性：CO2+C2CO
②酸性氧化物的通性
CO 2+H2O H2CO3
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
CO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)2
2CO2+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2
CO2+CaO CaCO3
3．碳酸盐
(1)溶解性
正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水，所有酸式盐均溶于水。

一般酸式盐比相应正盐易溶，但碱金属的碳酸氢盐比正盐溶解度小。

(2)热稳定性
一般规律：可溶性碳酸正盐＞不溶性碳酸正盐＞酸式碳酸盐。

Na2CO3＞CaCO3＞NaHCO3
(3)正盐与酸式盐的相互转化
4．硅
(1)与单质反应
Si+2Cl2SiCl4(无色液体)
Si+O2SiO2
(2)硅的制取：
SiO2+2C Si+2CO↑(得到粗硅)
精制：Si+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl
5．二氧化硅
(1)酸性氧化物的通性
SiO2+CaO CaSiO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
(2)氧化性
SiO2+2C Si+2CO↑
(3)和HF反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
6．硅酸和硅酸盐
(1)硅酸是不溶于水的白色固体，酸性比碳酸还弱。

设计实验验证硅酸酸性比碳酸还弱：
Na2SiO3+2 HCl= H2SiO3（胶体）+2 NaCl
Na2SiO3+ CO2+H2O= H2SiO3（胶体）+ Na2CO3
(2)硅酸盐
硅酸盐种类繁多，结构复杂，是构成地壳岩石的主要成分。

常用SiO2和金属氧化物表示它的组成。

如黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O
7．硅酸盐工业
水泥玻璃陶瓷原料黏土、CaCO3、石膏纯碱、石灰石、石英黏土
反应原理复杂反应原理Na
2CO
3
+SiO
2Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
水泥的主要成分：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
8．碳及其化合物转化关系
9．硅及其化合物转化关系
二、典型例题
例1.工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：
SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g);mol(Q＞0)
某温度、压强下，将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应(此条件下为可逆反应)，下列叙述正确的是（）。

A.反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率
B.若反应开始时SiCl4为1 mol,则达平衡时，吸收热量为Q kJ
C.反应至4 min时，若HCl浓度为0.12 mol/L,则H2的反应速率为0.03 mol/(L.min)
D.当反应吸收热量为0.025Q kJ时，生成的HCl通入100 mL 1 mol/L的NaOH溶液恰好反应
【解析】本题以制取高纯硅工业生产原理为背景，主要知识内容有可逆反应的概念、反应热和热化学方程式、化学反应速率、化学平衡的移动和有关基本计算，知识覆盖面较大。

本题侧重于考查考生能否敏捷、准确地汲取试题所给信息并进行思维转换，对化学平衡等原理和概念理解的整体性和严密性、思维的灵活性和应变性有一定要求。

本题题干情景新，虽然设问角度比较常规，仍能较好地考查考生对有关知识的掌握程度及观察能力和思维能力。

本题为较容易题。

审题时要仔细、全面，抓住要点，即该反应的可逆性、产物Si为固态及正反应为气体体积增大的吸热反应等。

增大体系压强会使化学平衡向缩小气体体积的方向移动，即该反应向逆向移动，必然会降低SiCl4的转化率。

从反应的热化学方程式可以看出，1mol SiCl4完全参加反应吸收热量为Q kJ，但反应是可逆的，1mol SiCl4没有全部转化，吸收的热量应小于Q kJ。

HCl的反应速率为 0.03 mol/ (L·min)，化学方程式中H2与HCl的化学计量数之比为1∶2，H2的反应速率为0.015 mol/ (L·min)。

当反应有4 mol HCl生成时吸收热量为Q kJ，现吸收0.025Q kJ热量，必然有0.1mol HCl生成，100 mL 1mol/L NaOH 溶液中NaOH
的物质的量为0.1mol，可与生成的HCl恰好反应。

【答案】D
例2．将足量CO2通人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（y）的关系正确的是
A B C D
【解析】解答此题的关键是掌握碳酸正盐和酸式盐的转化关系及条件。

起始时反应的离子方程式为：CO2＋2OH－＋Ca2＋CaCO3↓＋H2O，当Ca2＋完全沉淀时，溶液中还剩余OH－，再通CO2，反应的离子方程式为：CO2＋2OH－CO32－＋
H 2O，继续通CO
2
，反应式为：CO
3
2－＋CO
2
＋H
2
O2HCO
3
－，再通CO
2
，反应式为：
CaCO
3＋CO
2
＋H
2
O Ca（HCO
3
）
2。

反映在图象上即为D。

【答案】D
【例3】向下列物质的浓溶液中缓慢地通入过量CO2气体，整个过程中无明显现象的是
A．水玻璃 B．苯酚钠 C．漂白粉 D．饱和碳酸钠 E．氯化钙
答案：E。

规律总结：此题易出错的地方有三个：①CO2通入氯化钙溶液无明显现象；②题干中CO2是过量的；③碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。

例4．(09年广东理基·22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②B．②③C．①④
D．③④
答案：C
三、课时作业
1、从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如
下：
① SiO2＋2C Si（粗）＋2CO
② Si（粗）＋2Cl2SiCl4
③ SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl
关于上述反应的分析不正确的是（）
A．①、③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．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
2、现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是
①SiO2→Na2SiO3②CuSO4→CuCl2③SiO2→H2SiO3④CuO→Cu (OH)2⑤Ca3(PO4)2→Ca(H2PO4)2
A．①② B．③④ C．②③
④ D．②③④⑤
3、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
4、.能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（）。

A.二氧化碳溶于水生成碳酸，二氧化硅不溶于水也不跟水直接反应生成硅酸
B.在高温条件下，二氧化硅跟碳酸钠反应，生成硅酸钠和二氧化碳
C.二氧化硅的熔点比二氧化碳高
D.二氧化碳通入Na2SiO3的稀溶液中，生成白色胶状沉淀
5、将足量CO2气体通入下列溶液中，始终没有沉淀生成的是（）
A．CaCl2溶
液
B．石灰水
C．饱和Na2CO3溶
液
D．硅酸钠溶液
6、晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤为：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si+3HCl SiHCl3+H2；③
SiHCl3与过量的氢气在1000℃～1100℃时反应制得纯硅。

已知SiHCl3能与水剧烈反应，且在空气中易自燃。

请回答下列问题：
（1）第①步制备粗硅的化学方程式为___________________。

（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点为33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl3常用的方法为
____________。

（3）用SiHCl3与过量的氢气反应制备纯硅的装置如下图所示（热源及夹持装置略去）。

①装置B中的试剂是______，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______，装置D中发生反应的化学方程式为____
_____________________。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反应温度以及____________。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需加入的试剂是__________（填写字母代号）。

a.碘水
b.氯水
c.NaOH溶液
d.KSCN溶液
e.Na2SO3溶液
四、课后作业
1、下列物质的溶液中，通入过量的CO2溶液仍为浑浊的是（）
①Na2SiO3②Ca(OH)2③CaCl2④NaAlO2⑤苯酚钠⑥Ca(ClO)2
A．①③④⑤ B．①④
⑤ C．②③ D．①②③④
2、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（）
①焦炭②纯碱③碳酸钙④氢氟酸⑤硝酸⑥氢氧化钠⑦碳酸钙
A．③⑤⑦ B．⑤
⑦ C．③
⑤ D．⑤
3、向下列溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸，沉淀溶解的是
A．Na2SiO3 B．BaCl2 C．FeCl3
D．NaAlO2
4、下列反应中说明硅具有弱氧化性的是（）。

A.2Mg+SiO22MgO+Si
B.Si+2F2SiF4
C.Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
D.3C+SiO22CO↑+SiC
5、下列关于二氧化硅的叙述正确的是（）。

A.二氧化硅是由二氧化硅分子组成的，它的熔点高，硬度大
B.二氧化硅用于制造晶体管、集成电路
C.二氧化硅用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维
D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
7、A、B、C、D是在中学化学中常见的四种化合物，它们各由两种元素组成，甲、乙是两种单质，这些化合物和单质之间存在下图关系：
（1）化合物C中一定
含 (填“甲元素”或“乙
元素”)。

（2）单质甲的化学式
是，化合物A的化学式
为。

（3）写出化合物B和化合物D在高温下发生化学反应并有化合物A产生的化学方程
式：。

17、如下图所示的物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。

据图填写：（1） B的化学式是_________，目前B已被用作___________的主要原料。

（2） B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________。

（3） A和a溶液反应的化学方程式是_____________________________。

（4） C和过量盐酸反应的离子方程式是____________________________。

答案：1、D 2、B
3、C
4、D
5、A
6、
B 7、D 8、D 9、A 10、C
15、（1）SiO2+2C Si+2CO
↑
（2）蒸馏（分馏）（3）①浓硫酸；使SiHCl3汽化②有固体生成；在高温
下普通玻璃会软化；SiHCl3+H2Si+3HCl ③排尽装置内的空气④bd 【试题分析】
（1）制备粗硅的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO↑。

（2）SiHCl3、SiCl4和HCl是沸点相差较大的三种液体，其分离的方法为蒸馏（或分馏），在33.0℃接收到的馏分就是SiHCl3。

（3）①用锌和稀硫酸反应制得的氢气，含杂质水蒸气，又因为SiHCl3能与水发生剧烈反应，所以水蒸气必须事先除去，装置B中所盛的试剂应为浓硫酸，用于除去氢气中的水蒸气。

装置C加热的目的是使SiHCl3变为蒸气，进入到装置D中与氢气在高温下反应。

②在D 中SiHCl3蒸气与过量的氢气反应制得纯硅，生成HCl气体，现象为有固体物质生成。

因为装置D中的反应是在1000℃～1100℃的高温下进行，而在高温下普通玻璃会软化，因此需用石英玻璃，它耐高温。

D中发生的反应为SiHCl3+H2Si+3HCl。

③由于SiHCl3易在空气中发生自燃，因此还必须排尽装置内的空气。

④若硅中含有铁单质，加稀盐酸溶解之后，硅不溶解，铁单质与盐酸反应变成Fe2+，检验Fe2+的存在，可先加入氯水，发生反应：Cl2+2Fe2+=2Fe3++2Cl-，氯水把Fe2+氧化成Fe3+，再加入KSCN 后溶液显血红色，可以检验铁单质的存在
16、（1）乙（2） O2；CO2（3）CO＋H2O CO2＋H2。

17、（1）SiO2光导纤维（2）SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O
（3）Si + 2Na2SiO3 + H2O = Na2SiO3 + 2H2↑（4）SiO32- + 2H+ = H2SiO3↓。