《一轮复习导航》：第19讲《碳硅及其化合物》

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1、第第第第19191919讲讲讲讲课前体验课前体验1.回答下列问题(1)写出碳族元素的所有元素名称、元素符号，并写出32号元素的电子排布式 C(碳)Si(硅)Ge(锗)Sn(锡)Pb(铅)，1s22s22p63s23p63d104s24p2二氧化碳与某种金属反应实验室制取二氧化碳工业上制取粗硅氢氟酸腐蚀玻璃石英与苛性钠溶液反应制取普通玻璃的两个主要反应(2)写出下列反应方程式2Mg+CO2 2MgO+CCaCO3+2HCl 2CaCl2+H2O+CO22C+SiO2 2CO+SiSiO2+4HF SiF4+2H2OSiO2+2NaOH Na2SiO3+H2OSiO2+Na2CO3 Na2SiO3

2、+CO2SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2课前体验课前体验1.回答下列问题(1)写出碳族元素的所有元素名称、元素符号，并写出32号元素的电子排布式 C(碳)Si(硅)Ge(锗)Sn(锡)Pb(铅)，1s22s22p63s23p63d104s24p2(2)写出下列反应方程式硅单质与氢氧化钾溶液反应水玻璃长期放置于空气中变质：工业上制取水煤气Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3C+H2O CO+H2课前体验课前体验1.回答下列问题(3)把下列式子改写成氧化物的形式，请填入横线上：硅酸钙：CaSiO3高岭石：Al2(Si2O5

3、)(OH)4滑石：Mg3(Si4O10)(OH)2钙沸石：Ca(Al2Si3O7)(OH)6CaOSiO2Al2O32SiO22H2O3MgO4SiO2H2OCaOAl2O33SiO23H2O 【解析】分别将各种元素写成氧化物形式，然后根据原子 数配出氧化物的比例。课前体验课前体验2.下列说法均摘自某些科普杂志，你认为无科学性错误的事A.铅笔芯的原料是重金属铅，儿童在使用时不可以用嘴吮吸铅笔，以免引起铅中毒B.CO有毒，生有煤炉的居室，可放置数盆清水，这样可有效的吸收CO，防止煤气中毒C.汽水浇灌农田有一定的道理，其中二氧化碳的缓释，有利于作物的光合作用D.用加酶洗衣粉洗涤衣服时，热水比温水好

4、【解析】铅笔芯原料是石墨不是铅，A错；CO不能被水吸收，B错；酶作为催化剂，温度如果太高会失去活性，D错。课前体验课前体验3.有关材料分类正确的是A.硅酸盐材料属于新型无机非金属材料B.高温结构陶瓷属于新型无机金属材料，属于结构材料C.新型无机非金属材料包括半导体材料，光导纤维，氧化铝陶瓷等D.氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，但不是高温结构材料【解析】硅酸盐材料属于传统无机非金属材料，A错；高温结构陶瓷不是金属材料，B错；氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，是高温结构材料，D错。 4.晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥HCl气体反应

5、制得SiHCl3：Si+3HCl SiHCl3+H2；SiHCl3与过量H2在10001100反应制得纯硅。已知SiHCl3，能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：课前体验课前体验300(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为 (2)粗硅与HCl反映完全后，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 SiO2+2C Si+2CO分馏(或蒸馏)根据题意信息，粗硅可用碳还原二氧化硅的方法制取因HCl易溶于水，而SiHCl3遇H2O强烈水解，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下采用蒸馏的方法进行分

6、离课前体验课前体验(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是 。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是反应一段时间后，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浓硫酸 有固体物质生成使滴入烧瓶中的SiHCl3气化。 在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3+H2 Si+3HCl因SiHCl3强烈水解，故A产生的H2必须干燥，B中盛装的液体为浓硫酸，烧瓶需加热是为了使SiHCl3气化，加快与氢气的反应根据信息，石英管中产生的物质为硅，D中应有固体物质产生，普通玻璃在该反应条件下会软化，D中发生SiHCl

7、3被氢气还原生成硅的反应课前体验课前体验(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：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，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液排尽装置中的空气bd因高温下氢气和氧气混合容易爆炸，故应先排净装置中的空气铁与盐酸反应生成二价铁，常用氯气先将二价铁氧化然后再加入硫氰化钾进行检验本题利用硅的制取考查了一些常见的基本实验操作技能和实验的评价设计能力，侧重考查的是基本实验

8、技能。课前体验课前体验5.硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：石英砂焦炭高温粗硅HCl573K以上SiHCl(粗)精馏SiHCl(纯)H21357K高纯硅写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式H2还原SiHCl3过程中若混O2，可能引起的后果是SiHCl3+H2 Si+3HCl13573SiHCl3+3H2O H2SiO3+H2+3HCl

9、高温下，H2遇O2发生爆炸。课前体验课前体验(2)下列有关硅材料的说法正确的是(填字母) ( )A.碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B.氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料光导纤维D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E.盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅BC【解析】 SiC和Si3N4均为原子晶体，熔点高，但是碳化硅容易和氧气反应，不适于做耐高温材料；A错B正确。光导纤维的材料为SiO2，C正确。普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na

10、2CO3)为主要原料反应制成的。Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2；CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2，但是玻璃没有固定熔点，D错正确。常温下，Si只能与HF反应不与HCl反应，E错。课前体验课前体验(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释 生成白色絮状沉淀，又刺激性气味的气体生成；解释：SiO32与NH4+发生双水解反应，SiO32+2NH4+2H2O 2NH3H2O+H2SiO3。典例精析典例精析【例例1 1】 将足量CO2通入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

11、积(V)的关系正确的是 （ ）D【解析】混合溶液中有KOH和Ca(OH)2，反应过程按顺 序如下：Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O2KOH+CO2 K2CO3+H2OK2CO3+H2O+CO2 2KHCO3CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2典例精析典例精析D【评注】 正确分析反应发生的先后顺序才能准确解题。【例例1 1】 将足量CO2通入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(V)的关系正确的是 （ ）典例精析典例精析变式变式变式变式1 1 向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列图象中，能正确表示上

12、述反应的是(横坐标表示加入NaOH溶液的体积，纵坐标表示反应生成沉淀的质量) ( )A典例精析典例精析【解析】向混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH溶液先后与Al2(SO4)3溶液、MgSO4溶液反应生成氢氧化铝、氢氧化镁沉淀，当沉淀达到最多时，继续加入的NaOH溶液将氢氧化铝沉淀溶解，但氢氧化镁不能与过量的NaOH溶液反应，所以应该沉淀的量先增加后减少，最后不变，故只有A符合题意。典例精析典例精析【例例2】 “温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。(1)下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的有： 。

13、(填字母)a.减少化石燃料的使用 b.植树造林，增大植被面积c.采用节能技术 d.利用太阳能、风能abcd植物能吸收二氧化碳，减少化石燃料的使用、采用节能技术、利用太阳能、风能都能减少化石燃料使用，减少二氧化碳的产生。典例精析典例精析(2)将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多，如：a. 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2b. CO2+3H2 CH3OH+H2Oc. CO2+CH4 CH3COOHd. 2CO2+6H2 +4H2O以上反应中，最节能的是 ，原子利用率最高 的是 。光合作用催化剂催化剂催化剂ac不需要加热的反应即最节能；反应物所有原子全部进入目

14、标产物时，原子利用率最高【例例2】 “温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。典例精析典例精析(3)文献报道某课题组利用CO2催化氢化制甲烷的研究过程如下：【例例2】 “温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。典例精析典例精析反应结束后，气体中检测到CH4和H2，滤液中检测到HCOOH，固体中检测到镍粉和Fe3O4。CH4、HCOOH、H2的产量和镍粉用量的关系如下图所示(仅改变镍粉用量，其他条件不变)：图中可知，Ni粉越多

15、，最后剩余甲酸越少，生成的氢气也越少，说明Ni粉是两个反应的催化剂。当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmol,甲烷的量越来越多，表明催化剂对反应更加有效典例精析典例精析研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是CO2转化为CH4的中间体，即：CO2 HCOOH CH4写出产生H2的反应方程式由图可知，镍粉是 。(填字母) a.反应的催化剂 b.反应的催化剂 c.反应、的催化剂 d.不是催化剂c3Fe+4H2O Fe3O4+2H2300典例精析典例精析研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是CO2转化为CH4的中间体，即：CO2 HCOOH CH4当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmo

16、l,反应速率的变化情况是 。(填字母)a.反应的速率增加，反应的速率不变b.反应的速率不变，反应的速率增加c.反应、的速率均不变d.反应、的速率均增加，且反应的速率增加得快e.反应、的速率均增加，且反应的速率增加得快f.反应的速率减小，反应的速率增加e【评注】迅速获取图中有效信息，得出变化规律才能正确解题。Ni粉增加，氢气量减少，说明水转化为甲酸的速率加快；Ni粉增加，甲酸量减少，说明甲酸转化为甲烷速率加快。典例精析典例精析变式变式变式变式2 2 二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。(1)大气中二氧化碳增加的原因有(2)大气中二氧化碳增加，影

17、响植物的生长，例如水果越来越大。这提示我们：随着大气中二氧化碳含量升高, ( )A.植物中的有机物含量降低 B.植物的生长速率降低C.植物光合作用减弱 D.植物光合作用增强 绿色植物减少、汽车排放尾气、森林大火、工厂排放大量二氧化碳等。D典例精析典例精析变式变式变式变式2 2 二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。(3)钟乳石和石笋的主要成分是碳酸钙。随着旅游人数的增加，潮湿溶洞中的钟乳石和石笋受到二氧化碳侵蚀，其化学方程式为：(4)某学生提出一个修复溶洞底部受损石笋的研究方案，由以下五步组成，正确的实验步骤依次是将盛有碱溶液的容器置于石笋的上

18、部；配制一定浓度的碱溶液；选择合适的碱；调节碱溶液下滴的速度；观察石笋表面复原情况CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2钟乳石和石笋主要成分是碳酸钙，受到二氧化碳侵蚀是因为与二氧化碳、水反应生成碳酸氢钙修复溶洞底部受损石笋，可以将适量的碱溶液滴到石笋上，是碳酸氢钙与碱溶液反应重新生成碳酸钙典例精析典例精析【备选题】纯净的Ca(HCO3)2试样在高温下分解，当剩余 固体是原试样质量的一半时，它的分解率为 （ ） A.50% B.75% C.92.5% D.100%【解析】若Ca(HCO3)2按下式完全分解：Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O 162 100剩余固体质量为原试样

19、的100/162，大于1/2，故伴随着发生进一步分解：CaCO3 CaO+CO2方法指导方法指导1.二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应可能产生碳酸钠，也可能生成碳酸氢钠；可以通过如下方法进行确定(1)依据两者比例确定设n(OH)n(CO2)=x若x2，则生成碳酸盐；若x1,则生成碳酸氢盐；若1x2，则同时产生两种盐，而且碳酸盐的物质的量就等于n(OH)n(CO2)。方法指导方法指导1.二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应可能产生碳酸钠，也可能生成碳酸氢钠；可以通过如下方法进行确定(2)依据产物

20、质量确定设一定量二氧化碳与1 mol氢氧化钠溶液反应，将水分低温蒸干，最后获得无水固体b g。 此固体组成可能有四种情况：Na2CO3 NaHCO3Na2CO3和NaHCO3 NaOH和Na2CO3因为“1 mol NaOH质量是40 g，如果NaOH全部转化为碳酸钠，其质量应该是53 g；如果NaOH全部转化为碳酸氢钠，其质量应该是84 g”；所以：如果b=53，产物是Na2CO3；如果b=84，产物就是NaHCO3；如果53b84,产物就是NaHCO3和Na2CO3；如果40bCH3COOHH2CO3HClO,H2SiO3证明酸性相对强弱常用的原理就是：较强的酸+盐=较弱的酸+新盐例如要证

21、明酸性CH3COOHH2CO3H2SiO3(或HClO)，可以采用如下装置：方法指导方法指导2.证明几种酸性强弱的方法证明几种酸性强弱的方法设计反应：2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+CO2+H2O和Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3或Ca(ClO)2+CO2+H2O 2HClO+CaCO3，来比较三者的酸性。A、B、C中分别装有CH3COOH溶液、Na2CO3固体、Na2SiO3溶液(或漂白粉溶液)。实验现象：B中有大量气体产生，C中产生白色沉淀。方法指导方法指导3.实验室制取少量碳酸钠的方法实验室制取少量碳酸钠的方法(1)将足量二氧化碳通入NaOH

22、溶液中，将所得溶液低温蒸干，灼烧固体，再将固体溶于水即可；(2)将一定量的NaOH溶液分成等体积两份，一份通入足量二氧化碳后再与另一份溶液混合即得。方法指导方法指导4.同温同浓度的同温同浓度的Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶液的溶液的pH比较比较Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶液都由于水解显碱性，由于碳酸酸性强于次氯酸，所以常常误认为碳酸钠溶液碱性比次氯酸钠若。事实上：碳酸Ka1=4.2107，Ka2=5.61011，Ka=4.7108。所以Na2CO3水解生成NaHCO3的程度比NaClO水解程度大，因此Na2CO3溶液碱性比NaClO强。相同条件下三种溶液的pH关系是：Na

23、2CO3NaClONaHCO3方法指导方法指导5.水煤气中水煤气中CO、H2成分的检验成分的检验水煤气主要成分是CO、H2，但是也有一定量的CO2和H2O，会干扰CO、H2的检验。所以必须经过如下程序进行检验(自己分析每个步骤的目的)混合气体通过NaOH溶液通过浓硫酸通过灼热氧化铜通过无水硫酸铜通过澄清石灰水高考回放高考回放1. (2007广东)下列说法正确的是 （ ）A.硅材料广泛应用于光纤通讯B.工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应A【解析】光纤、水晶主要成分是二氧化硅，A正确，C错；石英不能与盐酸反应，B错；粗硅制备

24、单晶硅时，先将粗硅转化为SiHCl3，再用氢气还原得到单晶硅，涉及氧化还原反应，D错。高考回放高考回放2. (2007全国)水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)回答下列问题：(1)盛浓H2SO4的装置用途是 ，盛NaOH溶液的装置用途是 。除去H2O气除去CO2高考回放高考回放(2)仪器B中需加入试剂的名称(或化学式)是氧化铜(或CuO)，所发生反应的化学方程式是CuO+H2 H2O+Cu，CuO+CO CO2+Cu2. (2007全国)水蒸

25、气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)回答下列问题： 无水硫酸铜(CuSO4)高考回放高考回放(3)仪器C中需加入试剂的名称(或化学式)是 ，其目的是验证水蒸气2. (2007全国)水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)回答下列问题：高考回放高考回放(4)按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺

26、序：g-ab-kj-hi-cd(或dc)-fe-lm。2. (2007全国)水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)回答下列问题：高考回放高考回放(5)能证明混合气中含有CO的实验依据是 原混合气中的CO2已除去，与CuO反应后气体能使澄清石灰水变浑浊。2. (2007全国)水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导

27、管等在图中略去)回答下列问题：高考回放高考回放(6)能证明混合气中含有H2的实验依据是 原混合气中的H2O已除去，与CuO反应后气体能使白色的无水CuSO4变蓝。2. (2007全国)水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)回答下列问题：高考回放高考回放【解析】让CO、H2通过灼热氧化铜，氧化铜被还原，同时产生CO2和H2O，再用石灰水和无水硫酸铜分别检验它们，从而得出结论。但是流出的气体中含有CO2和H2O会干扰检验，因此必须先把它们除去。由于气体通过溶液后又会混有水蒸气，因此本实验中必须先检验反应生成的水蒸气，后检验生成的二氧化碳。