（新）2022届高考化学考点18 碳、硅及其化合物-备战年高考化学考点一遍过

考点18碳、硅及其化合物一、碳族元素原子结构：相同点——最外层有4个电子；不同点——电子层数、原子半径。1．相似点：（1）主要化合价：+2、+4、−4。（2）气态氢化物通式：RH4。（3）氧化物的常见形式：RO、RO2。（4）最高价氧化物的水化物的通式：H2RO3或H4RO4。2．递变规律：（1）原子半径逐渐增大。（2）单质的密度逐渐增大。（3）单质的熔沸点逐渐降低。（4）元素非金属性逐渐减弱。（5）元素金属性逐渐增强。（6）气态氢化物的稳定性逐渐减弱。（7）最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强。（8）C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定，而Pb的+2价化合物稳定。二、碳、硅单质的性质、用途及制法1．碳、硅在自然界中的存在碳、硅均为第ⅣA族元素，非金属性较强的是碳。碳在自然界中以游离态和化合态存在；硅元素在自然界中只以化合态存在，因其有亲氧性。2．碳、硅单质的化学性质及用途 （2）硅3．硅的工业制法（1）四氯化硅还原法①工艺流程石英砂粗硅SiCl4高纯硅②反应原理Si(粗)+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl（2）三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)①工艺流程②反应原理SiO2+2CSi+2CO↑，Si+3HClSiHCl3+H2，SiHCl3+H2Si+3HCl。三、碳、硅的氧化物1．一氧化碳（1）物理性质：无色无味的有毒气体，难溶于水。（2）化学性质：①可燃性：2CO+O22CO2②还原性：CO还原Fe2O3的反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO22．二氧化碳和二氧化硅的比较 物质二氧化硅二氧化碳结构四面体结构，不存在单个分子直线形结构，存在单个CO2分子晶体类型原子晶体分子晶体化学式SiO2分子式：CO2主要物理性质硬度大、熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质①与水反应不反应CO2+H2OH2CO3②与酸反应只与HF反应：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O不反应③与碱（NaOH）反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O或CO2+NaOHNaHCO3④与盐的反应如与Na2CO3反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑如与Ca(ClO)2反应：Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO⑤与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2+CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2+Na2ONa2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件灭火、人工降雨、制饮料、制碳酸盐注意：玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。四、碳、硅元素的酸及其盐（一）碳酸及其盐1．碳酸是一种二元弱酸，酸性：CH3COOH>H2CO3>。2．热分解：碳酸>酸式盐>正盐（盐中金属阳离子相同时）。3．盐在水中的溶解性：钾、钠、铵盐和酸式盐均可溶于水，钾、钠、铵盐和酸式盐的溶解度小于其正盐；Mg2+、Ca2+、Ba2+等高价阳离子的酸式盐溶解度大于其正盐的溶解度（正盐均难溶于水）。4．在可溶性碳酸盐溶液中慢慢滴加H+，并不断振荡，反应是分步进行的，先生成 ，再生成CO2；因此利用两者滴加顺序不同，出现现象不同，可将它们互相鉴别出来。但难溶于水的碳酸盐与H+的反应，因其反应只是发生在固体表面，故不能分步进行。（二）硅酸和硅酸盐1．硅酸（1）物理性质：硅酸难溶于水。（2）化学性质①弱酸性：其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红。与NaOH溶液反应的化学方程式为：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O②不稳定性：受热易分解，化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O（3）制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl（4）用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2．硅酸与碳酸的比较物质硅酸碳酸化学式H2SiO3H2CO3酸酐SiO2CO2制法Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaClCO2+H2OH2CO3颜色与状态白色、粉末状无色液态，只存在于水溶液中水溶性不溶于水只存在于水溶液中酸性比较弱强3．硅酸盐（1）概念：由硅、氧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，多用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示它们的组成，如硅酸Na2SiO3可表示为Na2O·SiO2，长石KAlSi3O8可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2。4．硅酸钠（1）物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。（2）化学性质：①水解显碱性。②与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为： 与盐酸反应：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl与CO2的水溶液反应：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓（3）用途：黏合剂（矿物胶），防腐剂，耐火阻燃材料。五、无机非金属材料1．物质的分类2．传统无机非金属材料玻璃水泥陶瓷主要原料纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土黏土设备玻璃熔炉水泥回转窑陶瓷窑生产过程中的主要变化SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化主要成分Na2SiO3，CaSiO3，SiO23CaO·SiO2、2CaO·SiO2、CaO·Al2O33．新型无机非金属材料：（1）高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学浸蚀性和电绝缘性等。（2）生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。（3）压电陶瓷：具有压电效应。考向一碳、硅的性质和用途典例1下列关于碳、硅的叙述正确的是 A．碳、硅都是ⅣA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在B．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似C．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐D．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料【解析】自然界中含有单质碳(如金刚石、石墨)，A错误；二氧化碳、二氧化硅的物理性质(如熔、沸点)差别很大，B错误；高纯度的晶体硅用于制造半导体材料，D错误。【答案】C1．化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应生成SiO，然后SiO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，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品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考向二CO2、SiO2的性质典例1下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐B．SiO2既能与KOH反应，又能与浓盐酸反应，而CO2不能C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的【解析】CO2、SiO2都不能与浓盐酸反应，SiO2不是两性氧化物，且不是由分子构成的。【答案】A2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是 ①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O②SiO2+2CSi+2CO↑③SiO2+4HFSiF4↑+2H2O④Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑⑤SiO2+3CSiC+2CO↑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的酸酐的道理e.反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A．aceB．bdeC．cdeD．ab二氧化硅的特殊性（1）非金属氧化物一般由分子构成，而SiO2是由Si和O按个数比1∶2直接构成。Si、SiC、Si3N4、BN等也是直接由原子构成。（2）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。（3）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。（4）不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。（5）水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；红、蓝宝石的主要成分是Al2O3。考向三CO2与盐或碱溶液反应的规律1、CO2与NaOH溶液反应产物的定量判断方法反应原理CO2+2NaOH(足量)Na2CO3+H2O 与碱的反应CO2+NaOH(少量)NaHCO3反应后溶质成分的判断，x≤1∶1NaHCO3x=n(NaOH)∶n(CO2)1∶1H2SiO3。9．【答案】（1）3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl（2）①除去原料气中的氧气　除去水蒸气②这是放热反应，防止局部过热，导致硅熔化熔合成团，阻碍与N2的充分接触③硝酸（3）①SiHCl3+3H2OH2SiO3+3HCl+H2↑②5∶1【解析】（1）制备Si3N4的反应中，反应物是H2、SiCl4和N2，根据质量守恒，除了Si3N4外，还有HCl气体生成，从而写出该反应的化学方程式。（2）①氮气中含有少量氧气及水蒸气，需将氮气净化，用Cu除去氧气，硅胶除去水蒸气。②氮化炉温度为1200～1400℃，硅的熔点为1420℃，该反应是放热反应，严格控制氮气流速，以控制温度为1200～1400℃，防止硅熔化熔合成团，阻碍硅与氮气的充分接触。③Si3N4与氢氟酸反应，而与硝酸不反应，且硝酸可将硅块中的Fe、Cu杂质溶解而除去。（3）①SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和H2。②制取1mol纯硅第一轮次：反应Ⅰ：Si　+3HClSiHCl3+H2，1mol3mol÷90%1mol1mol反应Ⅱ：SiHCl3+H2　　Si　+　　3HCl，1mol1mol÷93.75%1mol3mol第二轮次生产中，需补充HCl物质的量为3mol÷90%-3mol，需补充H2物质的量为1mol÷93.75%-1mol，则n(HCl)∶n(H2)=(3mol/90%-3mol)∶(1mol/93.75%-1mol)=5∶1。直通高考 1．【答案】B【解析】A．液氯就是液态的氯气，与钢瓶不反应，可以储存在钢瓶中，A项正确；B．天然气的主要成分是甲烷，可燃冰的主要成分是甲烷的水合物，B项错误；C．石英、水晶、硅石、沙子的主要成分均为二氧化硅，C项正确；D．硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，火山口处有硫单质，D项正确。故答案选B。2．【答案】D【解析】A项，NaHCO3能与HCl反应，NaHCO3用于制胃酸中和剂，NaHCO3用于制胃酸中和剂与NaHCO3受热易分解没有对应关系；B项，SiO2传导光的能力非常强，用于制光导纤维，SiO2用于制光导纤维与SiO2熔点高硬度大没有对应关系；C项，Al2O3的熔点很高，用作耐高温材料，Al2O3用作耐高温材料与Al2O3是两性氧化物没有对应关系；D项，CaO能与水反应，用于食品干燥剂，CaO用于食品干燥剂与CaO与水反应有对应关系；答案选D。点睛：本题考查常见无机物的性质和用途，解题的关键是熟悉常见物质的重要性质，理解性质决定用途以及性质与用途之间的对应关系。体现“让学生学习真实、有用的化学”的课程理念。3．【答案】A【解析】A．过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气，A正确；B．因二氧化氯具有氧化性才用于自来水的杀菌消毒，B错误；C．二氧化硅透光性好，用于制造光导纤维，C错误；D．液氨汽化时吸收大量热，所以氨可用作制冷剂，D错误。4．【答案】C【解析】A、四氯化硅被氢气还原可以制备单质硅，但SiO2与盐酸不反应，A错误；B、煅烧FeS2可以得到氧化铁和二氧化硫，但SO2和H2O反应生成H2SO3，B错误；C、N2+3H22NH3、NH3+HClNH4Cl，C正确；D、镁是活泼的金属，金属镁的冶炼方法是电解熔融的氯化镁，电解氯化镁溶液生成氯气、氢气和氢氧化镁，D错误。答案选C。