2022届高考化学一轮复习4.1碳硅及其化合物学案

考试 1 / 25 第 1 讲 碳、硅及其化合物 [考纲要求] 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。 考点一 碳及其化合物 1 知识梳理 1.碳 (1)存在形式既有________又有________。碳单质主要有金刚石、石墨、C60、C70，互为 ____________。 (2)碳单质的结构与物理性质 考试 2 / 25 (3)碳的化学性质 2．碳的氧化物（CO、CO2）的比较 CO CO2 考试 3 / 25 物理性质 无色无味气体 密度比空气小 难溶于水 无色无味气体 密度比空气大 可溶于水（溶解度小） 毒性 有毒（易结合血红蛋白） 无毒（温室效应） 化 学 性 质 还原性 可燃性 还原氧化铁 无（灭火） 氧化性 ①与炽热炭反应 ②Mg 在 CO2 中燃烧 与水反应 无 CO2＋H2O⇌H2CO3 与碱反应 （石灰水） 无 Ca（OH）2＋CO2===CaCO3↓＋H2O （检验 CO2） 相互转化 CO2 C，△ ①O2；②CuO CO 用途 燃料 冶炼金属 灭火 制汽水 植物肥料 化工原料等 3.CO2 在自然界中的循环 CO2 的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。 考试 4 / 25 自然界消耗 CO2 的主要反应： （1）溶于江水、海水中：CO2＋H2O⇌H2CO3； （2）光合作用：6CO2＋6H2O――→光 ； （3）岩石的风化：______________________________________________。 4．碳酸（H2CO3） 弱酸、不稳定。碳酸（H2CO3）只能在水中存在。H2CO3 在水中与 CO2 共存，因此常 把 CO2＋H2O 当碳酸用。 5．碳酸的正盐和酸式盐的比较 正盐（ CO ） 酸式盐（ HCO ） 溶解性 只有钾、钠、铵盐可溶 一般都可溶 热稳定性 正盐>酸式盐>碳酸 溶液 pH 同浓度的：正盐>酸式盐 相互转化 CO ①CO2＋H2O；②H＋ OH－ HCO [判断] （正确的打“√”，错误的打“×”） （1）碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体（ ） （2）金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质（ ） （3）石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应（ ） 考试 5 / 25 （4）向空气中排放二氧化碳会形成酸雨（ ） （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 （ ） [提醒] CO2 与碱反应产物的判断 （1）CO2 与单一组分反应（如 CO2 通入 NaOH 溶液）具体分析过程用数轴表示如下： （2）CO2 与多组分反应[如 CO2 通入 NaOH、Ca（OH）2 的混合溶液]，反应的顺序 是 ①Ca（OH）2＋CO2===CaCO3↓＋H2O ②2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ③Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3 ④CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2 2 对点速练 练点一 碳及其化合物的性质判断 1．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是（ ） 考试 6 / 25 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 A.石墨烯具有良好的导电性 B．上述三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.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同 2．溶洞和钟乳石是大自然的杰作。溶洞和钟乳石的形成与自然界中碳及其化合物间的 转化有着密切联系。下列有关自然界中碳及其化合物间的转化的说法，不正确的是（ ） A．溶洞是通过 CaCO3 与 H2O、CO2 作用生成可溶性的 Ca（HCO3）2 形成的 B．游客的参观不会对其造成影响 C．溶洞和钟乳石的形成过程中没有涉及氧化还原反应 D．钟乳石是在一定条件下可溶性的 Ca（HCO3）2 转化成 CaCO3 的结果 练点二 碳及其化合物的实验与计算 3．确定混合气体（CO、CO2）中含有 CO 气体的实验设计方法。 考试 7 / 25 按要求回答下列问题： （1）写出下列装置的作用： A：______________________________________________。 B：______________________________________________。 E：______________________________________________。 F：______________________________________________。 （2）写出 C 中的化学方程式：______________________________________________。 （ 3 ） 确 定 混 合 气 体 中 含 有 CO 气 体 的 实 验 现 象 ： ______________________________________________ ______________________________________________。 4．标准状况下，将 3.36 L CO2 气体通入 200 mL 1.00 mol·L－1NaOH 溶液中，充分 反应后溶液中 c（ CO ）与 c（ HCO ）的比值为（不考虑 CO 、 HCO 的水解）（ ） A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 考试 8 / 25 考点二 硅及其化合物、无机非金属材料 1 知识梳理 1.硅 （1）硅的结构与物理性质 （2）硅的化学性质 ①与氢氟酸反应：______________________________________________。 ②与 NaOH 溶液反应： Si＋2NaOH＋H2O===______________________________________________。 ③与 O2 反应：______________________________________________。 考试 9 / 25 （3）硅的工业制法 用 焦 炭 和 二 氧 化 硅 在 电 炉 中 反 应 得 到 粗 硅 ， 反 应 的 化 学 方 程 式 为 ______________________________________________。 2．二氧化硅 （1）存在 石英、水晶、玛瑙、沙子（含杂质）等。 （2）物理性质 熔、沸点高，硬而脆，不溶于水。 （3）化学性质 考试 10 / 25 （4）用途：光导纤维、光学仪器。 3．硅酸的性质与用途 4．硅酸盐的性质与表示方法 （1）Na2SiO3 水溶液俗称，常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。 （2）硅酸钠溶液在空气中易变质，反应的化学方程式为。 （3）硅酸盐组成的表示：如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为，石棉（CaMg3Si4O12）可 表示为______________________________________________。 5．常见无机非金属材料 （1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。 ①常见硅酸盐材料比较 水泥 玻璃 陶瓷 生产原料 考试 11 / 25 主要设备 生产条件 高温 ②玻璃生产中的两个重要反应： ______________________________________________； ______________________________________________。 （2）新型无机非金属材料 ①高温结构陶瓷 ②生物陶瓷 ③压电陶瓷 [判断] （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）硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应（ ） （3）单质硅常用作半导体材料和光导纤维（ ） （4）SiO2 不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器（ ） （5）Si→SiO2→H2SiO3 均能进行一步转化（ ） （6）石英砂可用于生产单晶硅（ ） （7）向一定浓度的 Na2SiO3 溶液中通入适量 CO2 出现白色沉淀，证明 H2CO3 的酸性 比 H2SiO3 的酸性强（ ） （8）传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料（ ） 考试 12 / 25 （9）水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐产品（ ） （10）水玻璃是混合物，可用于生产黏合剂和防火剂（ ） （11）硅胶是硅酸钠的水溶液失去水后形成的凝胶（ ） [提醒] （1）SiO2 虽能与 HF 反应，但不是两性氧化物，是酸性氧化物。 （2）SiO2 虽是酸酐，但难溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3。 （3）H2CO3 酸性强于 H2SiO3，但高温下可发生 Na2CO3＋SiO2=====高温 Na2SiO3＋CO2 ↑。 （4）Si 还原性强于 C，但高温下可发生 2C＋SiO2=====高温 Si＋2CO↑。 2 对点速练 练点一 硅及其化合物性质应用 1．下列有关硅的说法中，不正确的是（ ） A．高纯度的硅广泛用于制作计算机 B．硅可由二氧化硅还原制得 C．低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应 考试 13 / 25 D．自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅 2．下列关于二氧化硅的说法正确的是（ ） A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸 B．二氧化硅制成的光导纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆 C．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应 D．用二氧化硅制取单质硅时，当生成 2.24 L 气体（标准状况）时，得到 2.8 g 硅 3．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，且副产品活性碳有较高的经济价值 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 练点二 硅的工业制取 考试 14 / 25 4．高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它可以按下列方法 制备： SiO2 ――→①C 高温 Si（粗） ――→②HCl 300 ℃ SiHCl3 ――→③过量 H2 1 000～1 100 ℃ Si（纯） 下列说法正确的是（ ） A．步骤①的化学方程式为 SiO2＋C=====高温 Si＋CO2↑ B．步骤①②③中每生成或反应 1 mol Si，转移 4 mol 电子 C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应 D．SiHCl3（沸点为 33.0 ℃）中含有少量的 SiCl4（沸点为 67.6 ℃），通过蒸馏（或 分馏）可提纯 SiHCl3 练后归纳 在设计制备纯硅的过程中，常遇到的知识点 （1）高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅： SiO2＋2C=====高温 Si（粗）＋2CO↑ （2）粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3： Si＋3HCl=====300 ℃ SiHCl3＋H2 （3）粗硅与干燥 Cl2 反应制得 SiCl4： 考试 15 / 25 Si（粗）＋2Cl2=====高温 SiCl4 （4）SiHCl3 与过量 H2 在高温下反应制得纯硅： SiHCl3＋H2=====高温 Si（纯）＋3HCl （5）SiCl4 与过量 H2 在高温下反应制得纯硅： SiCl4＋2H2=====高温 Si（纯）＋4HCl 练点三 无机非金属材料 5．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代 精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是（ ） A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英 C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高 D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐 6．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛 的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示： 考试 16 / 25 其中—NH2 中各元素的化合价与 NH3 相同。 请回答下列问题： （1）石英砂不能与碱性物质共同存放，以 NaOH 为例，用化学反应方程式表示其原因： ______________________________________________ ______________________________________________。 （2）图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是。 （3）SiCl4 在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4 水解的化学反应方程式为。 （4）在反应⑤中，3 mol Si（NH2）4 在高温下加热可得 1 mol 氮化硅粉末和 8 mol A 气体，则氮化硅的化学式为。 （5）在高温下将 SiCl4 在 B 和 C 两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B 和 C 两 种气体在一定条件下化合生成 A。 写 出 SiCl4 与 B 和 C 两 种 气 体 反 应 的 化 学 方 程 式 ______________________________________________ ______________________________________________。 考试 17 / 25 本讲真题研练 1．[2020·某某卷，4]下列离子方程式书写正确的是（ ） A.CaCO3 与稀硝酸反应： CO ＋ H + ===H2O＋CO2↑ B.FeSO4 溶液与溴水反应： Fe + ＋Br2=== Fe + ＋ Br − C.NaOH 溶液与过量 H2C2O4 溶液反应：H2C2O4＋ OH −=== CO ＋2H2O D.C6H5ONa 溶液中通入少量 CO2： CHO ＋CO2＋H2O===2C6H5OH＋ CO 2．[2020·某某 7 月，24]Ca3SiO5 是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不 正确的是（ ） A.可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cl=====△ CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2O B.具有吸水性，需要密封保存 C.能与 SO2 反应生成新盐 D.与足量盐酸作用，所得固体产物主要为 SiO2 3．[2018·某某卷，1]CO2 是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中 CO2 含量上升的是（ ） A.光合作用 B．自然降雨 C.化石燃料的燃烧 D．碳酸盐的沉积 考试 18 / 25 4．[2017·全国卷Ⅱ，26]水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为 CaO、SiO2， 并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示： 回答下列问题： （1）在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。 加入硝酸的目的是，还可使用代替硝酸。 （2）沉淀 A 的主要成分是，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式 为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 （3）加氨水过程中加热的目的是。沉淀 B 的主要成分为、（填化学式）。 （4）草酸钙沉淀经稀 H2SO4 处理后，用 KMnO4 标准溶液滴定，通过测定草酸的量可 间接获知钙的含量，滴定反应为： MnO ＋ H + ＋H2C2O4―→ Mn + ＋CO2＋H2O。实验中称取 0.400 g 水泥样品，滴定时消耗了 0.050 0 mol·L－1 的 KMnO4 溶液 36.00 mL，则该水泥样 品中钙的质量分数为。 5．[2019·某某理综，10 节选]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备 多晶硅的简易过程。 考试 19 / 25 回答下列问题： （1）硅粉与 HCl 在 300 ℃时反应生成 1 mol SiHCl3 气体和 H2，放出 225 kJ 热量， 该反应的热化学方程式为。SiHCl3 的电子式为。 （2）由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除 SiCl4、SiHCl3 和 Si 外，还有（填分 子式）。 第 1 讲 碳、硅及其化合物 考点一 1 知识梳理 1．（1）游离态 化合态 同素异形体 （2）正四面体 高 大 正六边形 高 小 能 正 五 正 六 （ 3 ） C ＋ O2 ===== 点燃 CO2 2C ＋ O2 ===== 点燃 2CO 3C ＋ Fe2O3===== 高温 3CO↑＋2Fe 2C＋SiO2===== 高温 Si＋2CO↑ C＋H2O（g）===== 高温 CO＋ H2C＋2H2SO4（浓）≜ CO2↑＋2SO2↑＋2H2O C＋4HNO3（浓）≜ CO2↑＋4NO2↑＋2H2O 3．（2）C6H12O6＋6O2 （3）CaCO3＋H2O＋CO2===Ca（HCO3）2 判断 答案：（1）× （2）× （3）× （4）× （5）× 2 对点速练 考试 20 / 25 1．解析：A 项，石墨烯是一种新发现的材料，它的物理性质是拉力好、导电性和导热 性好、硬度大、熔点高等；B 项，同种元素的不同单质互称同素异形体；C 项，碳原子半径 大于氢原子，则石墨炔孔径大于 H2 分子的直径，可以容纳 H2 分子；D 项，碳与浓硫酸反 应产物均为二氧化碳和二氧化硫。 答案：D 2．答案：B 3．答案：（1）除去混合气体中的 CO2 气体 检验混合气体中的 CO2 是否除尽 除去 尾气中的 CO2 气体 除去尾气中的 CO 气体、防止污染环境 （2）CO＋CuO≜ Cu＋CO2 （3）B 中无明显现象，C 中的物质由黑色变成红色，D 中的澄清石灰水变浑浊 4．解析：n（CO2）＝ . L . L · mol － 1 ＝0.150 mol，n（NaOH）＝0.200 L×1.00 mol·L－1 ＝0.200 mol， （ NaOH ） （ CO ） ＝ 0.00 mol 0.1 mol ＝ ，即 1< （ NaOH ） （ CO ）