2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第9讲　碳、硅及其重要化合物

这是一份2022届高考化学（人教版）一轮总复习课件：第9讲　碳、硅及其重要化合物，共60页。PPT课件主要包含了高考备考导航，核心知识梳理，血红蛋白，NaHCO3，CaSiO3，Na2CO3，光导纤维，制冷剂，特别提醒，基础小题自测等内容，欢迎下载使用。

第9讲　碳、硅及其重要化合物
考试要求：1.掌握碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.掌握碳元素、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。4.了解碳、硅的单质及其重要化合物的制备方法。
名师点拨：本讲知识在高考中很少以独立的一个题目考查，往往融合其他知识一起考查，而本讲知识的特点是繁杂，涉及的化学反应多，物质间的转化关系多样。在复习中可依C、Si、Cl、S、N等高考考查的非金属元素为中心，逐步建立完整的知识网络。本讲复习时有以下几点需要注意：一是以新材料、新技术为背景考查C、Si及其重要化合物的性质及应用，二是以推断题考查C、Si及其化合物之间的转化关系，三是以硅、硅酸的制备为载体，考查实验探究能力。要特别注意Si、SiO2在现代科技中的应用经常以选择题形式出现，随着新能源、新材料、新工艺的发展应用，对碳硅及其化合物性质和应用的考查有逐渐增多的趋势，已成为高考考查的热点。
考点一　碳、硅及其氧化物的性质与用途
考点二　硅酸、硅酸盐和无机非金属材料
1．碳、硅元素在自然界中的存在形态(1)碳：既有游离态又有化合态。(2)硅：因有_______性，所以自然界中只有_______态。硅在地壳中的含量占第_____位。
2．碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)
3．碳和硅的化学性质——还原性(1)碳单质的化学性质。①与O2反应。A．O2不足：_________________。B．O2足量：________________。
②与其他物质反应。A．与CuO反应：_________________________。(冶炼金属)B．与CO2反应：________________。C．与水蒸气反应：______________________。(制取水煤气)D．与浓硫酸反应：_______________________________________。
(2)硅单质的化学性质。①与O2反应：_______________。②与Cl2反应：__________________。③与氢氟酸反应：_____________________________。④与NaOH溶液反应：_____________________________________。
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑　
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑　
5．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，能使人中毒的原因是与人体内___________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：___________________，可作燃料。B．还原性：CO还原Fe2O3的反应为：__________________________，可用于冶炼金属。[微点拨]　CO是不成盐氧化物，当引起人体中毒时，酸碱不能解毒。CO2是酸性氧化物，能形成温室效应，但不是大气污染物。
(2)CO2和SiO2深度对比。
只与氢氟酸反应SiO2＋4HF === SiF4↑＋2H2O　
Na2SiO3＋H2O　
Na2CO3＋H2O　
Na2SiO3＋CO2↑　
CaSiO3＋CO2↑　
CaCO3↓＋2HClO　
(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。(4)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。Si＋2NaOH＋4H4e－2O══Na2SiO3＋2H2↑＋3H2O。
(5)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。(　　)(6)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。(　　)(7)晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。(　　)(8)二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸。(　　)(9)SiO2可与氢氟酸反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。(　　)(10)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。(　　)[提示]　硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强。
×　×　×　×　√　×　
2．深度思考：(1)从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？_______________________________________________________________________________________________________________(2)从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。______________________________________________________
没有。因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。　
(3)实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚及铁坩埚。你认为选哪一种？[提示]　(3)选择铁坩埚。铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应使得坩埚受损。
微考点1　碳、硅单质的性质及应用
和铝与氢氧化钠反应类似，Si＋2NaOH＋H2O══Na2SiO3＋2H2↑反应的本质是Si先和H2O反应生成原硅酸：Si＋4H2O══H4SiO4＋2H2↑，生成的H4SiO4再和氢氧化钠反应，总反应中H2O为氧化剂，故⑤错误。金刚石和石墨是碳元素的同素异形体，在氧气中完全燃烧均是碳与氧气结合生成二氧化碳气体，故⑥正确。
萃取精华：常见高纯硅制备方法及其流程实验室制硅
〔对点集训1〕(1)(2021·漳州模拟)C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说法中正确的是(　　)A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态B．元素的＋4价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能与任何酸反应C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO3
[解析]　A项，硅元素在自然界中无游离态，错误；B项，SiO2能与氢氟酸反应，错误；C项，C、Si、S三种元素最低价态气态氢化物分别为CH4、SiH4、H2S，都具有还原性，易与O2发生反应，正确；D项，酸性强弱顺序为H2SO4>H2CO3>H2SiO3，错误。
工业生产单质硅过程中应注意的问题①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。②粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。
(2)下列物质能与单质硅起化学反应的是___________。①浓HNO3　②水　③浓H2SO4　④氢氟酸　⑤NaOH溶液　⑥氟气　⑦氯气
(3)下列事实能说明非金属性：C>Si的是___________。①硬度：金刚石>晶体硅②熔、沸点：SiO2>CO2③酸性：H2CO3>H2SiO3④稳定性：CH4>SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下，SiO2与Na2CO3反应⑦相同条件下，碱性：Na2SiO3(aq)>Na2CO3(aq)
微考点2　碳、硅氧化物的性质及应用
a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的原理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A．ace　　　　　B．bde　　　　　C．cde　　　　　D．ab[答案]　B
[解析]　通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，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是一个复分解反应，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变为－4和＋2，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。
萃取精华：物质一般性和含硅化合物特殊性对比
Na2CO3＋H2SiO3↓　
Na2SiO3＋2HCl══2NaCl＋H2SiO3↓
2．硅酸盐(1)定义：由_______________元素组成的化合物的总称，是构成地壳_______的重要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成_____________，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成___________________________，长石(KAlSi3O6)可表示为____________________。
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O　
K2O·Al2O3·6SiO2　
(3)硅酸钠(Na2SiO3)。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，如与盐酸反应的化学方程式为_____________________________________；与CO2水溶液反应的化学方程式为__________________________________________。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓　
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓　
3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料——常见硅酸盐材料
(2)新型无机非金属材料
4．特殊功能的含硅材料(1)SiC(俗称_________)具有类似于金刚石的结构，硬度大，可用作砂纸、砂轮的磨料。(2)含硅4%硅钢具有很高的导磁性，可用作_________的铁芯。(3)硅橡胶具有耐高温、耐低温的性质。
(1)硅酸盐大多难溶于水，常见的可溶性硅酸盐是硅酸钠，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，与玻璃成分不同，水玻璃又称泡花碱，但它却是盐溶液，而不是碱溶液。(2)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。
(11)Na2CaSi6O14可以写成Na2O·CaO·6SiO2。(　　)(12)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。(　　)(13)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐产品。(　　)(14)用SiO2制取硅酸，将SiO2溶解在水中一段时间后可得到硅酸。(　　)(15)硅胶是硅酸钠的水溶液失去水后形成的凝胶。(　　)(16)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。(　　)
2．填写下列材料主要化学成分的化学式。(1)刚玉：________。(2)大理石、石灰石：________。(3)普通玻璃：________________________。(4)石英、水晶：_______。
CaSiO3·Na2SiO3·SiO2　
3．深度思考：(1)如何由SiO2制备H2SiO3？用化学方程式表示。________________________________。_____________________________________。
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl　
(2)利用下图中的装置和试剂验证非金属性：Cl>C>Si，能否达到实验目的，为什么？ [提示]　(2)不能。挥发出来的HCl气体进入硅酸钠溶液后，也能与硅酸钠反应生成白色沉淀，与CO2和硅酸钠反应的现象相同，且HCl不是氯元素的最高价含氧酸，无法达到实验目的。
(2021·山东滨州高三检测)青石棉(crcidlite)是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)A．青石棉是一种硅酸盐产品B．青石棉中含有一定量的石英晶体C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1 ml青石棉能使1 ml HNO3被还原
微考点1　硅酸、硅酸盐的组成、性质
[解析]　硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 ml Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去3 ml电子，而还原产物只有NO，故1 ml青石棉能使1 ml HNO3被还原。
(2021·河北衡水高三检测)X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：
微考点2　硅及其化合物之间的转化
为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可用于制造光导纤维。按要求回答下列问题：(1)C的化学式为________；X的化学式为________。
(2)写出下列方程式。反应①的化学方程式：__________________；反应⑦的离子方程式：__________________________________________。[解析]　本题可从I入手推断，I可用于制造光导纤维，故其为二氧化硅，F为硅酸，H为硅酸钠，E为HCl，C为氯化硅，X为Si3N4。反应①为Si与Cl2反应生成SiCl4，反应⑦为硅酸钠与过量的二氧化碳反应生成硅酸和碳酸氢钠。
(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为______________________；上述反应中的氧化剂是_______，还原剂是____。(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为_______________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：①装置B中的试剂是_________，装置C中的烧杯需要加热，目的是___________________________。
使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化　
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是_______________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及___________________。
在此反应温度下，普通玻璃会软化　
(2021·海南高三检测)下列我国古代优秀艺术作品中，所用材料不属于无机非金属材料的是(　　)
微考点3　常见无机非金属材料及其主要用途
[解析]　传统无机非金属材料主要包括水泥、玻璃和陶瓷，后母戊鼎所用材料属于金属材料，不属于无机非金属材料，A项符合题意。
〔对点集训3〕(1)(2021·河北衡水月考)有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，下列说法正确的是(　　)A．晶体硅具有半导体性质，可用于生产光导纤维B．玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，故常用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰C．陶瓷、水泥、石英玻璃都属于硅酸盐材料D．硅酸盐Na2Fe2Si3O9用氧化物的形式可表示为Na2O·2FeO·3SiO2
[解析]　晶体硅具有半导体性质，可用于生产电脑芯片，二氧化硅可用于制造光导纤维，A不正确；玻璃中含有的SiO2可与NaOH溶液反应，但不能用NaOH溶液雕刻玻璃纹饰，B不正确；陶瓷、水泥属于硅酸盐材料，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，不属于硅酸盐，C不正确；硅酸盐Na2Fe2Si3O9可用氧化物的形式表示为Na2O·2FeO·3SiO2，D正确。
本讲要点速记：1．注意四个用途Si——半导体材料、太阳能电池板SiO2——光导纤维H2SiO3——硅胶可作干燥剂Na2SiO3(其水溶液俗称水玻璃)——黏合剂、耐火阻燃材料
2．熟记三种物质的性质(1)硅的三个特性：与HF、F2反应；与NaOH反应生成H2。(2)SiO2的两个性质：酸性、氧化性。(3)H2SiO3的两个性质：酸性(弱于碳酸)、不稳定性。
6．掌握一个特殊的表示方法：硅酸盐可以用氧化物的形式表示如钾长石KAlSi3O8―→K2O·Al2O3·6SiO2。青石棉Na2Fe5Si8O22(OH)2―→Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O。