第12讲+碳、硅及其化合物-【一轮备课首选】2024年高考化学一轮复习课件

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复习目标　1.结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。　2.结合实例认识碳、硅及其化合物性质的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
考点一　碳、硅及其氧化物
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2.碳和硅的化学性质——还原性
写出①～⑥的化学方程式：①　 __________________　；②　 __________________　；③　______________________________；
④　_______________________________；⑤　______________________________；⑥　_______________________________。
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
3．硅的工业制法及提纯
涉及的化学方程式：①　_______________________________________； ②　__________________________________； ③　__________________________________。
4．性质迥异的两种氧化物——CO2与SiO2
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH===NaHCO3
CO2＋Ca(ClO)2＋H2O==CaCO3↓＋2HClO
CO2＋Na2O===Na2CO3
非金属单质与强碱反应一般不生成氢气
非金属单质一般不与非氧化性酸反应
一般非金属单质为绝缘体
酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
SiO2不溶于水，不与水反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
(1)加热到一定温度，硅能与氧气、氯气等非金属反应(　　)(2)常温下硅既不能与强酸反应也不能与强碱反应(　　)(3)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(　　)(4)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2 SiCl4 Si(　　) (5)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(　　)(6)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体(　　)
能力一　碳及其化合物性质应用1．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列3种物质的相关说法错误的是(　　)
A．石黑烯具有良好的导电性B．上述3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3种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
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
碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳、二氧化硫和水
2．下列关于CO2的说法正确的是(　　)A．CO2是一种温室气体，但它是植物光合作用的 必要反应物B．将过量CO2分别通入CaCl2溶液、Na2SiO3溶液、 NaHCO3溶液、Ca(OH)2溶液，均有白色沉淀生成C．Na、Mg的失火均可用CO2灭火D．CO2、CO、SiO2均为酸性氧化物
A项，植物光合作用需要CO2，CO2是温室气体，正确
B项，过量CO2通入CaCl2溶液、Ca(OH)2溶液，最终不能得到沉淀，错误
C项，Na着火生成的Na2O2与CO2反应生成O2，Mg可以在CO2中燃烧生成C和MgO，故Na、Mg失火不能用CO2灭火，错误
D项，CO不是酸性氧化物，错误
3．碳和碳的氧化物是生活中的常见物质，回答下列问题：(1)下列有关说法正确的是____________(填字母)。a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以减缓二氧化碳对环境的影响b．金刚石、石墨、C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异c．木炭、一氧化碳在一定条件下都能还原氧化铜d．大气中二氧化碳的消耗途径主要是绿色植物的光合作用
(2)吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气含有一种能与血液中的血红蛋白结合的有毒气体，它是______________________(填化学式)。(3)影视舞台上经常看到云雾缭绕，使人如入仙境的景象，产生这一景象可用的物质是____________(填物质名称)。(4)为减少二氧化碳对环境影响，可将二氧化碳与氢气在300 ℃、200 kPa和催化剂的条件下，反应生成一种清洁燃料甲醇(CH3OH)和水，其反应的化学方程式为_______________________________________________________
能力二　硅及其化合物性质应用4．(新教材RJ必修第二册 P25 T1)下列叙述错误的是(　　)A．硅在自然界中主要以单质形式存在B．硅是应用最广泛的半导体材料C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片D．二氧化硅可用于生产玻璃
5．Si、SiO2广泛用于制造晶体管、光导纤维等。下列有关说法正确的是(　　)A．附着油污的晶体管可用碱液浸泡B．光导纤维遇碱会影响光信号传输C．工业上用SiO2热分解法冶炼硅D．自然界中硅以游离态形式存在
晶体管中的硅可以和碱液反应，A错误
SiO2用于制造光导纤维，而SiO2会和碱液反应，故会影响光信号传输，B正确
SiO2受热不分解，C错误
硅是亲氧元素，在自然界中硅以化合态形式存在，D错误
6．我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图。下列叙述正确的是(　　)
A．SiO2与干冰的物理性质相似B．SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应C．工业上用SiO2制备粗硅D．光纤主要成分是SiO2，具有导电性
SiO2熔点高，硬度大，而CO2熔点低，常温下为气体，A项错误
SiO2能与氢氟酸发生反应，B项错误
SiO2无导电性，D项错误
7．科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：
下列说法正确的是(　　)A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用B．最好用分液的方法分离Si和SiHCl3C．反应①和②中HCl均作氧化剂D．反应①和②属于可逆反应
该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用，A项正确
分离Si与SiHCl3可用过滤的方法，B项错误
反应②中HCl是生成物，是氧化产物，C项错误
反应①、②不在同一条件下进行，不是可逆反应，D项错误
考点二　硅酸　硅酸盐　无机非金属材料
1．硅酸的性质、制备与应用
-----------溶于水
酸性比碳酸----------
---------------------------------------------------------------
可溶性硅酸盐(NaSiO3)与盐酸反应制得（化学方程式）
胶体可用作催化剂的载体和袋装食品瓶装药品等的干燥剂
Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3 ↓＋Na2CO3
Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3 (胶体)＋2NaCl
2．硅酸盐(1)概念：由__________和金属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______________，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成______________________。
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
(3)硅酸钠(Na2SiO3)——又称泡花碱。①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称__________，有黏性，水溶液显______性。②与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：_________________________________________；与CO2水溶液反应：________________________________________________________________。
Na2SiO3＋H2SO4 ===H2SiO3↓＋Na2SO4
③用途：黏合剂、耐火阻燃材料。
3．传统无机非金属材料
=Na2SiO3＋CO2↑
=CaSiO3＋CO2↑
4.新型无机非金属材料
(1)硅胶多孔，吸水能力强，常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂(　　)(2)用SiO2制取硅酸，将SiO2溶解在水中一段时间后可得到硅酸(　　)(3)硅胶是硅酸钠的水溶液失去水后形成的凝胶(　　)(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)玻璃是一种晶体，有较高的熔点(　　)
(6)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(　　)(7)Na2CaSi6O14可以写成Na2O·CaO·6SiO2(　　)(8)2MgO·SiO2中的酸根阴离子为SiO42-(　　)(9)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料(　　)(10)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 (　　)
1．(新教材RJ必修第二册 P28T7)氮化硅(Si3N4)可由石英与焦炭在高温的氮气流中通过以下反应制备：
(1)请写出氮化硅中氮元素的化合价，以及以上反应中的氧化剂和还原剂，用单线桥标出电子转移。(2)若该反应生成11.2 L一氧化碳(标准状况)，则生成氮化硅的质量是____________。
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x 0.5
A项说明的是热稳定性的相对强弱
B项是由于SiO2的熔、沸点高于CO2，不能据此说明碳酸与硅酸酸性的相对强弱
C项只能说明CO2和SiO2的溶解性的相对大小，也不能说明碳酸与硅酸酸性的相对强弱
D项说明碳酸能制硅酸，据此可确定碳酸的酸性比硅酸强
3．昆仑玉的主要成分是Ca2Mg5Si8O22(OH)2，则其用氧化物的形式可表示为(　　)A．CaO·MgO·SiO2·H2OB．2CaO·5MgO·8SiO2·H2OC．2CaO·MgO·SiO2·2H2OD．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O
根据硅酸盐改写成氧化物的形式要遵循原子守恒，Ca2Mg5Si8O22(OH)2可表示为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O
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。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“·”隔开。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
1.[高考组合]判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)(2017·江苏卷，3C)SiO2硬度大，可用于制造光导纤维(　　)(2)(2016·全国卷Ⅲ，7D)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(　　)(3)(2016·海南卷)石英砂可用于生产单晶硅(　　)
2．近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。下列相关说法正确的是(　　)A．Si24是一种新型化合物B．Si24是硅的一种同素异形体C．Si24易与稀硫酸反应生成氢气D．硅太阳能电池供电原理与原电池相同
Si24是一种单质，A项错误
Si24是硅的一种同素异形体，B项正确
硅不与稀硫酸反应，C项错误
硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，D项错误
3．化学家指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－迅速反应，生成SiO44-，然后SiO44-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，溶液呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质B．蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2O6)易溶于强酸和强碱C．2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl，说明Cl的非金属性强于SiD．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
盐酸不是Cl的最高价氧化物对应的水化物，C项错误
工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅，D项正确
4．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
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
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
5．二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 ℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260 ℃反应可以制得SiH2Cl2。
(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的____________性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为__________________________________________________________。(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→____→____→____→____→____→____→____(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。
A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发出来，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管
(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为__________，后面装置C的作用为________________________________________________________。(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和__________、____________等。(6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260 ℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会__________________________________________________(用化学方程式表示)。
P2O5(或无水CaCl2)
尾气处理和防止空气中的水进入B中
SiCl4　 SiHCl3
6．高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为
通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。
请回答下列问题：(1)根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有____________类。(2)步骤①中涉及SiO2的离子反应方程式为____________________________。(3)滤渣A的成分有___________________________________(填化学式)。
SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O