高考化學(xué) 考點18 碳、硅及其化合物 學(xué)案（含解析）

考點18碳、硅及其化合物一、碳族元素原子結(jié)構(gòu)：相同點——最外層有4個電子；不同點——電子層數(shù)、原子半徑。1．相似點：（1）主要化合價：+2、+4、?4。 （2）氣態(tài)氫化物通式：RH4。（3）氧化物的常見形式：RO、RO2。 （4）最高價氧化物的水化物的通式：H2RO3或H4RO4。2．遞變規(guī)律：（1）原子半徑逐漸增大。 （2）單質(zhì)的密度逐漸增大。（3）單質(zhì)的熔沸點逐漸降低。 （4）元素非金屬性逐漸減弱。（5）元素金屬性逐漸增強。 （6）氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱。（7）最高價氧化物的水化物的酸性逐漸減弱，堿性逐漸增強。（8）C、Si、Ge、Sn的+4價化合物穩(wěn)定，而Pb的+2價化合物穩(wěn)定。二、碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)、用途及制法1．碳、硅在自然界中的存在碳、硅均為第ⅣA族元素，非金屬性較強的是碳。碳在自然界中以游離態(tài)和化合態(tài)存在；硅元素在自然界中只以化合態(tài)存在，因其有親氧性。2．碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及用途（2）硅eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(與非金屬單質(zhì)反應(yīng)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=,\s\up12(△))SiO2,F2：Si＋2F2\o(=,\s\up12(△))SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=,\s\up12(高溫))SiCl4)),與強堿反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑,與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑))3．硅的工業(yè)制法（1）四氯化硅還原法①工藝流程石英砂粗硅SiCl4高純硅②反應(yīng)原理Si(粗)+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si(純)+4HCl（2）三氯甲硅烷還原法制備高純度硅(常用方法)①工藝流程②反應(yīng)原理SiO2+2CSi+2CO↑，Si+3HClSiHCl3+H2，SiHCl3+H2Si+3HCl。三、碳、硅的氧化物1．一氧化碳（1）物理性質(zhì)：無色無味的有毒氣體，難溶于水。（2）化學(xué)性質(zhì)：①可燃性：2CO+O22CO2②還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為：3CO+Fe2O32Fe+3CO22．二氧化碳和二氧化硅的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)四面體結(jié)構(gòu)，不存在單個分子直線形結(jié)構(gòu)，存在單個CO2分子晶體類型原子晶體分子晶體化學(xué)式SiO2分子式：CO2主要物理性質(zhì)硬度大、熔、沸點高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水化學(xué)性質(zhì)①與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2+H2OH2CO3②與酸反應(yīng)只與HF反應(yīng)：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O不反應(yīng)③與堿（NaOH）反應(yīng)SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O或CO2+NaOHNaHCO3④與鹽的反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑如與Ca(ClO)2反應(yīng)：Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO⑤與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2+CaOCaSiO3如與Na2O反應(yīng)：CO2+Na2ONa2CO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件滅火、人工降雨、制飲料、制碳酸鹽注意：玻璃中含有SiO2，SiO2能夠與堿液緩慢反應(yīng)，帶玻璃塞的玻璃試劑瓶一般都是磨砂口的，接觸非常嚴(yán)密，接觸堿液時間長了會生成具有黏合性很強的Na2SiO3水溶液，從而使瓶塞與瓶頸黏在一起，不易分開。四、碳、硅元素的酸及其鹽（一）碳酸及其鹽1．碳酸是一種二元弱酸，酸性：CH3COOH>H2CO3>。2．熱分解：碳酸>酸式鹽>正鹽（鹽中金屬陽離子相同時）。3．鹽在水中的溶解性：鉀、鈉、銨鹽和酸式鹽均可溶于水，鉀、鈉、銨鹽和酸式鹽的溶解度小于其正鹽；Mg2+、Ca2+、Ba2+等高價陽離子的酸式鹽溶解度大于其正鹽的溶解度（正鹽均難溶于水）。4．在可溶性碳酸鹽溶液中慢慢滴加H+，并不斷振蕩，反應(yīng)是分步進行的，先生成，再生成CO2；因此利用兩者滴加順序不同，出現(xiàn)現(xiàn)象不同，可將它們互相鑒別出來。但難溶于水的碳酸鹽與H+的反應(yīng)，因其反應(yīng)只是發(fā)生在固體表面，故不能分步進行。（二）硅酸和硅酸鹽1．硅酸（1）物理性質(zhì)：硅酸難溶于水。（2）化學(xué)性質(zhì)①弱酸性：其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊試液變紅。與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O②不穩(wěn)定性：受熱易分解，化學(xué)方程式為H2SiO3SiO2+H2O（3）制備：通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，如Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl（4）用途：硅膠可用作干燥劑、催化劑的載體等。2．硅酸與碳酸的比較物質(zhì)硅酸碳酸化學(xué)式H2SiO3H2CO3酸酐SiO2CO2制法Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaClCO2+H2OH2CO3顏色與狀態(tài)白色、粉末狀無色液態(tài)，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較弱強3．硅酸鹽（1）概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。（2）表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示它們的組成，如硅酸Na2SiO3可表示為Na2O·SiO2，長石KAlSi3O8可表示為：K2O·Al2O3·6SiO2。4．硅酸鈉（1）物理性質(zhì)：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性。（2）化學(xué)性質(zhì)：①水解顯堿性。②與酸性較硅酸強的酸反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為：與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl與CO2的水溶液反應(yīng)：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓（3）用途：黏合劑（礦物膠），防腐劑，耐火阻燃材料。五、無機非金屬材料1．物質(zhì)的分類2．傳統(tǒng)無機非金屬材料玻璃水泥陶瓷主要原料純堿、石灰石、石英石灰石、黏土黏土設(shè)備玻璃熔爐水泥回轉(zhuǎn)窯陶瓷窯生產(chǎn)過程中的主要變化SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑復(fù)雜的物理、化學(xué)變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分Na2SiO3，CaSiO3，SiO23CaO·SiO2、2CaO·SiO2、CaO·Al2O33．新型無機非金屬材料：（1）高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：如氮化硅陶瓷具有較高的硬度和耐磨性、較強的抗化學(xué)浸蝕性和電絕緣性等。（2）生物陶瓷：對機體無排異反應(yīng)，不會引起代謝作用異常。（3）壓電陶瓷：具有壓電效應(yīng)?？枷蛞惶?、硅的性質(zhì)和用途典例1芯片制造的主要過程如圖所示，下列說法錯誤的是A．沙子的主要成分是B．粗硅的制取：C．氟化氫可用于蝕刻硅基D．在硅基上電鍍銅時，硅基做陰極【答案】B【解析】A．沙子是基本的建筑材料，其主要成分是SiO2，A正確；B．SiO2和C高溫條件下反應(yīng)生成Si制取粗硅，同時生成CO，而不是CO2，B錯誤；C．HF可與Si發(fā)生反應(yīng)生成SiF4，因此氟化氫可用于蝕刻硅基，C正確；D．在硅基上電鍍銅時，Cu作陽極失去電子生成Cu2+，Cu2+在陰極得到電子生成銅，所以硅基做陰極，D正確；答案選B。考向二CO2、SiO2的性質(zhì)典例2下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是A．CO2、SiO2分別是碳酸和硅酸的酸酐B．SiO2既能與KOH反應(yīng)，又能與濃鹽酸反應(yīng)，而CO2不能C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的【解析】CO2、SiO2都不能與濃鹽酸反應(yīng)，SiO2不是兩性氧化物，且不是由分子構(gòu)成的?！敬鸢浮緼二氧化硅的特殊性（1）非金屬氧化物一般由分子構(gòu)成，而SiO2是由Si和O按個數(shù)比1∶2直接構(gòu)成。Si、SiC、Si3N4、BN等也是直接由原子構(gòu)成。（2）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水作用制備H2SiO3。（3）酸性氧化物一般不與酸作用，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導(dǎo)纖維的是SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計算機芯片的是晶體硅。（5）水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；紅、藍寶石的主要成分是Al2O3?？枷蛉鼵O2與鹽或堿溶液反應(yīng)的規(guī)律1、CO2與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷方法與堿的反應(yīng)反應(yīng)原理CO2+2NaOH(足量)Na2CO3+H2OCO2+NaOH(少量)NaHCO3反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷，x=n(NaOH)∶n(CO2)x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x=2∶1Na2CO3x>2∶1NaOH、Na2CO3也可用數(shù)軸表示：①CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3↓②CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O2Al(OH)3↓+Na2CO3CO2(足量)+NaAlO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3③CO2(少量)+Ca(ClO)2+H2OCaCO3↓+2HClO④CO2(少量)+Na2SiO3+H2OH2SiO3↓+Na2CO3典例3濃度相同的NaOH溶液各100mL倒入A、B、C三個燒杯中，分別向三份溶液中通入不等量的CO2，充分反應(yīng)后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2mol·L－1的鹽酸，產(chǎn)生CO2的體積與所加鹽酸體積之間的關(guān)系如圖所示。下列判斷不正確的是A．原NaOH溶液的濃度為0.2mol·L－1B．B燒杯中通入的CO2體積為448mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C．通入CO2后，A燒杯中的溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3D．通入CO2后，C燒杯中溶質(zhì)成分的物質(zhì)的量之比為n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1【解析】CO2通入NaOH溶液，可能發(fā)生反應(yīng)2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2=NaHCO3，由圖示可知，滴加鹽酸時均不直接產(chǎn)生CO2氣體，且最終完全反應(yīng)消耗的鹽酸均為100mL生成NaCl，由原子守恒得n(Na＋)＝n(Cl－)，即n(NaOH)＝n(HCl)，故c(NaOH)＝＝＝0.2mol·L－1，A正確；B燒杯中從開始加入鹽酸到開始產(chǎn)生氣體與從開始產(chǎn)生氣體到氣體完全放出需鹽酸相同，即通入CO2后生成的溶液為Na2CO3溶液，據(jù)2NaOH～CO2可知n(CO2)＝＝0.01mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下V(CO2)＝224mL，B錯誤；A燒杯中未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸小于氣體完全生成消耗的鹽酸，故溶質(zhì)為Na2CO3和NaHCO3，C正確；C燒杯中通入CO2未產(chǎn)生氣體消耗的鹽酸大于氣體完全放出消耗的鹽酸，故溶液溶質(zhì)為Na2CO3和NaOH，n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)＝(100－75)×10－3×0.2mol＝5×10－3mol，故n(NaOH)＝(50－0)×10－3×0.2mol＝1×10－2mol，即n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，D正確。【答案】B考向四無機非金屬材料及硅酸鹽的表示方法典例4青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法不正確的是A．青石棉是一種硅酸鹽材料B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使稀硝酸中的1molHNO3被還原【解析】硅酸鹽指的是硅、氧與其他化學(xué)元素(主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等)結(jié)合而成的化合物的總稱，故青石棉是一種硅酸鹽產(chǎn)品；青石棉是一種純凈物，不可能含有一定量的石英晶體；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反應(yīng)時，失去3mol電子，故能使稀硝酸中的1molHNO3被還原?！敬鸢浮緽1．硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是A．水晶鏡片 B．瑪瑙手鐲 C．硅太陽能電池 D．石英光導(dǎo)纖維【答案】C【解析】A．水晶的主要成分是二氧化硅，故A不符合題意；B．瑪瑙的主要成分是二氧化硅，故B不符合題意；C．太陽能電池板的主要成分是硅單質(zhì)，硅太陽能電池工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)，故C符合題意；D．石英光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，故D不符合題意；答案選C。2．化學(xué)與生活、生產(chǎn)關(guān)系密切。下列說法正確的是（）A．明礬可作凈水劑，也可用于自來水的殺菌消毒B．氫氧化鋁、碳酸鈉常用作胃酸中和劑C．SiC和C60兩種化合物均屬于新型無機非金屬材料D．“火燒硝石有紫青煙”的描述說明硝石中含有鉀元素【答案】D【解析】A．明礬不具有殺菌消毒的作用，但可凈水只起到除去懸浮物的作用，故A錯誤；B．碳酸鈉堿性較強，不用于治療胃酸過多，通常用氫氧化鋁和碳酸氫鈉，故B錯誤；C．C60屬于單質(zhì)，不是化合物，不屬于新型無機非金屬材料，故C錯誤；D．“紫青煙”為鉀元素的焰色反應(yīng)現(xiàn)象，故D正確；答案選D。3．由二氧化硅制高純硅的流程如圖，下列判斷中錯誤的是()A．①②③均屬于氧化還原反應(yīng) B．氫氣和氯化氫均可循環(huán)利用C．二氧化硅是一種堅硬難熔的固體 D．三氯甲硅烷(SiHCl3)摩爾質(zhì)量為135.5g【答案】D【解析】A．①②③反應(yīng)前后元素化合價發(fā)生改變，故①②③發(fā)生的反應(yīng)均是氧化還原反應(yīng)，A正確；B．由二氧化硅制高純硅的流程圖中反應(yīng)過程中生成氫氣和氯化氫，同時氯化氫也作為反應(yīng)物參與化學(xué)反應(yīng)，故氫氣和氯化氫均可循環(huán)利用，B正確；C．二氧化硅熔點比較高，硬度比較大，C正確；D．三氯甲硅烷(SiHCl3)摩爾質(zhì)量為135.5gmol-1，D錯誤答案選D。4．下列有關(guān)說法正確的是①二氧化硅可與NaOH溶液反應(yīng)，因此可用NaOH溶液雕刻玻璃；②明礬溶于水可水解生成Al(OH)3膠體，因此可以用明礬對自來水進行殺菌消毒；③可用蒸餾法、電滲析法、離子交換法等對海水進行淡化；④從海帶中提取碘只需用到蒸餾水、H2O2溶液和四氯化碳三種試劑；⑤地溝油可用來制肥皂、提取甘油或者生產(chǎn)生物柴油；⑥石英玻璃、Na2O·CaO·6SiO2、淀粉、氨水的物質(zhì)類別依次為純凈物、氧化物、混合物、弱電解質(zhì)。A．③⑤⑥ B．①④⑤ C．除②外都正確 D．③⑤【答案】D【解析】①，雖然二氧化硅可與NaOH溶液反應(yīng)，但不用NaOH溶液雕刻玻璃，用氫氟酸雕刻玻璃，①錯誤；②明礬溶于水電離出Al3+，Al3+水解生成Al（OH）3膠體，Al（OH）3膠體吸附水中的懸浮物，明礬用作凈水劑，不能進行殺菌消毒，②錯誤；③，海水淡化的方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等，③正確；④，從海帶中提取碘的流程為：海帶海帶灰含I-的水溶液I2/H2OI2的CCl4溶液I2，需要用到蒸餾水、H2O2溶液、稀硫酸、四氯化碳，④錯誤；⑤，地溝油在堿性條件下發(fā)生水解反應(yīng)生成高級脂肪酸鹽和甘油，肥皂的主要成分是高級脂肪酸鹽，可制肥皂和甘油，地溝油可用于生產(chǎn)生物柴油，⑤正確；⑥，Na2O·CaO·6SiO2屬于硅酸鹽，氨水是混合物，氨水既不是電解質(zhì)也不是非電解質(zhì)，⑥錯誤；正確的有③⑤，答案選D。5．《青花瓷》中所描述的“瓶身描述的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為+2價)，下列有關(guān)硅酸銅鋇的說法不正確的是(

)A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2 B．易溶解于強酸和強堿C．性質(zhì)穩(wěn)定.不易脫色 D．x=6【答案】B【解析】A.硅酸鹽用氧化物形式表示時，書寫順序為：活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸銅鋇用氧化物形式表示BaO?CuO?2SiO2，故A正確；B.硅酸銅鋇能穩(wěn)定存在，說明不易溶解于強酸和強堿，故B錯誤；C.《青花瓷》能長期不褪色，說明硅酸銅鋇性質(zhì)穩(wěn)定不易脫色，故C正確；D.硅酸銅鋇中Ba為+2價、Cu為+2價、Si為+4價、O為-2價，根據(jù)化合價代數(shù)和等于0，可知x=6，故D正確；選B。6．蘇頌《本草圖經(jīng)》有關(guān)不灰木（火浣布）有如下描述：“不灰木，出上黨，今澤、潞山中皆有之，蓋石類也。其色青白如爛木，燒之不燃，以此得名?；蛟苹?，出滑石[Mg3(Si4O10)(OH)2]處皆有”。“不灰木”成分可能是A．纖維素 B．硅酸鹽 C．氧化鐵 D．動物毛皮【答案】B【解析】A．不灰木，燒之不燃，而纖維素能燃燒，A不合題意；B．不灰木，蓋石類也，云滑石之根也，出滑石[Mg3(Si4O10)(OH)2]處皆有，則與滑石同類，都屬于硅酸鹽，B符合題意；C．不灰木，其色青白如爛木，而氧化鐵呈紅色，C不合題意；D．不灰木，蓋石類也，而動物毛皮屬于蛋白質(zhì)類，D不合題意；故選B。7．下列制品采用的材料屬于合金的是()A．大理石華表B．青銅編鐘C．玻璃花瓶D．翡翠如意【答案】B【解析】A．大理石的主要成分為碳酸鹽，不屬于合金，故A不符合題意；B．古代的編鐘屬于青銅器，青銅為銅錫合金，故B符合題意；C．玻璃花瓶是硅酸鹽產(chǎn)品，故C不符合題意；D．翡翠如意的主要成分為硅酸鹽鋁鈉，不屬于合金，故D不符合題意；答案選B。1．[2019浙江4月選考]下列說法不正確的是A．液氯可以儲存在鋼瓶中B．天然氣的主要成分是甲烷的水合物C．天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅D．硫元素在自然界的存在形式有硫單質(zhì)、硫化物和硫酸鹽等【答案】B【解析】A．液氯就是液態(tài)的氯氣，與鋼瓶不反應(yīng)，可以儲存在鋼瓶中，A項正確；B．天然氣的主要成分是甲烷，可燃冰的主要成分是甲烷的水合物，B項錯誤；C．石英、水晶、硅石、沙子的主要成分均為二氧化硅，C項正確；D．硫在地殼中主要以硫化物、硫酸鹽等形式存在，火山口處有硫單質(zhì)，D項正確。故答案選B。2．[2018江蘇]下列有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與用途具有對應(yīng)關(guān)系的是