2025版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)第4章拓展鏈接碳硅及其化合物教學(xué)案新人教版

PAGE7-拓展鏈接碳、硅及其化合物(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第頁(yè))一、碳、硅及其氧化物1．碳、硅單質(zhì)的存在形式、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和用途碳硅存在形式游離態(tài)和化合態(tài)化合態(tài)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)金剛石：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：層狀結(jié)構(gòu)；C60：足球形分子晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石：熔點(diǎn)很高、硬度很大；石墨：硬度較小、電的良導(dǎo)體晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、熔點(diǎn)高、硬度大、有脆性用途金剛石用于制造切割刀具，石墨用于制造電極、鉛筆芯。C60可作催化劑或催化劑載體晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池注：硅為親氧元素，在自然界中無游離態(tài)。2．碳、硅的化學(xué)性質(zhì)(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)(1)碳的化學(xué)性質(zhì)(2)硅的化學(xué)性質(zhì)①與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。②與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。③與O2反應(yīng)：Si＋O2SiO2。3．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用①物理性質(zhì)：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒。中毒的緣由是與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，因缺氧而中毒。②化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)a．可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。b．還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。(2)CO2與SiO2性質(zhì)的比較①共性均屬于酸性氧化物，均能與堿、金屬氧化物反應(yīng)，寫出二者與NaOH溶液(足量)反應(yīng)的離子方程式：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O；二者與CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO2＋CaO=CaCO3、SiO2＋CaOCaSiO3。②差異性a．SiO2與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。b．SiO2與Na2CO3、CaCO3的反應(yīng)——工業(yè)制玻璃SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。c．CO2與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式：CO2＋H2OH2CO3。d．SiO2為高硬度、高熔沸點(diǎn)的固體，不溶于水，而CO2為低熔沸點(diǎn)的氣體，可溶于水。(3)SiO2與CO2的用途①CO2：制飲料、碳酸鹽，作滅火劑，干冰用作制冷劑，也可用于人工降雨。②SiO2：光導(dǎo)纖維、制光學(xué)儀器、電子部件，水晶可制作飾品。(4)CO2的制法用大理石與稀鹽酸或稀硝酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。提示：(1)SiO2既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與NaOH溶液反應(yīng)，但SiO2不是兩性氧化物；(2)不能利用大理石與稀硫酸反應(yīng)制CO2，因?yàn)镃aCO3與H2SO4反應(yīng)生成的CaSO4微溶，覆蓋在CaCO3的表面，阻擋反應(yīng)的接著進(jìn)行。二、硅酸、硅酸鹽和無機(jī)非金屬材料1．硅酸的性質(zhì)、制備與應(yīng)用(寫出有關(guān)的化學(xué)方程式)提示：硅膠的形成過程硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為硅膠。2．硅酸鈉(Na2SiO3)——俗稱泡花堿(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。(2)與較強(qiáng)的酸反應(yīng)生成硅酸：如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應(yīng)：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；與SO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。(3)用途：黏合劑、耐火阻燃材料。3．無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料黏土、石灰石純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫(2)新型無機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(3)特別功能的含硅物質(zhì)①碳化硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導(dǎo)磁性。③硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質(zhì)。[拓展練習(xí)]1．(2024·南昌月考)下列關(guān)于硅元素及其化合物的有關(guān)說法正確的是()A．由沙子制備光伏材料的反應(yīng)之一為SiO2＋CSi＋CO2↑B．高溫下SiO2能與Na2CO3固體反應(yīng)生成Na2SiO3和CO2，說明硅酸酸性強(qiáng)于碳酸C．因?yàn)椴Ａе泻蠸iO2，所以不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛裝堿性溶液D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiOeq\o\al(2－,3)均能一步轉(zhuǎn)化C[A項(xiàng)，反應(yīng)產(chǎn)物不是CO2而是CO；B項(xiàng)，碳酸比硅酸酸性強(qiáng)；D項(xiàng)，SiO2不能一步轉(zhuǎn)化為H2SiO3。]2．用四種溶液分別進(jìn)行試驗(yàn)，表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對(duì)應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)操作及現(xiàn)象溶液A通入CO2，溶液不變渾濁BaCl2溶液B通入CO2，溶液變渾濁，接著通CO2至過量，渾濁消逝Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁，接著通CO2至過量，渾濁消逝，再加入足量的NaOH溶液，又變渾濁Ca(OH)2溶液B[CO2通入Na2SiO3溶液中，先生成沉淀H2SiO3，接著通CO2，H2SiO3不反應(yīng)，不溶解。]3．(2024·安慶模擬)水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應(yīng)用于耐火材料、洗滌劑生產(chǎn)等領(lǐng)域，是一種重要的工業(yè)原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說法正確的是()A．原材料稻殼灰價(jià)格低廉，且副產(chǎn)品活性炭有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價(jià)發(fā)生變更D．反應(yīng)器中發(fā)生的復(fù)分解反應(yīng)為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OA[稻殼灰來源廣泛價(jià)格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，A正確；操作A為過濾，操作B為蒸發(fā)濃縮，是兩種不同的操作，B錯(cuò)誤；二氧化硅中，硅元素的化合價(jià)是＋4，硅酸鈉中，硅元素的化合價(jià)是＋4，所以該流程中硅元素的化合價(jià)沒有發(fā)生變更，C錯(cuò)誤；由復(fù)分解反應(yīng)的概念可知，SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O不屬于復(fù)分解反應(yīng)，D錯(cuò)誤。]4．(2024·信陽(yáng)模擬)為檢驗(yàn)二氧化碳?xì)怏w中是否混有一氧化碳，某課外愛好小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的試驗(yàn)裝置：依據(jù)裝置回答問題：(1)A裝置的作用是______________________________________________。(2)試驗(yàn)后通過________處理尾氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________________________。(3)若試驗(yàn)時(shí)視察到_____________________________________________________________________________________________________，則證明原氣體中肯定含有一氧化碳。解析：(1)除去混合氣體中的CO2時(shí)，可先將混合氣體通入盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶中，故A裝置的作用是汲取CO2，以解除對(duì)后續(xù)試驗(yàn)的干擾。(2)CO有毒，故將CO點(diǎn)燃生成CO2才能排放到空氣中。(3)CO還原CuO使黑色粉末變成紅色，反應(yīng)生成的CO2使澄清石灰水變渾濁，故可利用這些現(xiàn)象來證明原氣體中肯定含有CO。答案：(1)汲取CO2(2)點(diǎn)燃2CO＋O22CO2(3)B中無明顯現(xiàn)象，裝置C中黑色粉末變成光亮的紅色，D中澄清石灰水變渾濁eq\o([思維建模]檢驗(yàn)CO2中CO是否存在的思維模板)各裝置的作用是：A——除去混合氣體中的CO2氣體B——檢驗(yàn)混合氣體中CO2是否除盡C——CO還原CuO：CO＋CuOCu＋CO2D——驗(yàn)證CO的氧化產(chǎn)物CO2E——除去尾氣中的CO2氣體F——除去尾氣中的CO氣體，防止污染環(huán)境確定混合氣體中含有CO氣體的試驗(yàn)現(xiàn)象是：C中的物質(zhì)由黑色變成光亮的紅色，B中無明顯現(xiàn)象，D中的澄清石灰水變渾濁。5．(2015·全國(guó)卷Ⅰ，改編)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2H2O)無色，熔點(diǎn)為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，回答下列問題：(1)甲組同學(xué)依據(jù)如圖所示的裝置，通過試驗(yàn)檢驗(yàn)草酸晶體的分解產(chǎn)物。裝置C中可視察到的現(xiàn)象是____________________________________________________________________________________________________，反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________，說明分解產(chǎn)物中含有________。裝置B的主要作用是______________________________________________________________________________________________________________。(2)乙組同學(xué)認(rèn)為草酸晶體分解產(chǎn)物中還有CO，為進(jìn)行驗(yàn)證，選用甲組試驗(yàn)中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復(fù)選用)進(jìn)行試驗(yàn)。①乙組同學(xué)的試驗(yàn)裝置中，依次連接的合理依次為A、B、________________。裝置H反應(yīng)管中盛有的物質(zhì)是________。②能證明草酸晶體分解產(chǎn)物中有CO的現(xiàn)象是_________________________________________________________________________________。(3)若上圖中的裝置C中的澄清石灰水改為水玻璃，則裝置C中的現(xiàn)象是___________________________________________________________，反應(yīng)的離子方程式為________________________________________，此現(xiàn)象說明H2SiO3比H2CO3的酸性________。(4)氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝的理由是(寫化學(xué)方程式)___________________________________________________________，氫氧化鈉溶液的試劑瓶不用玻璃塞的理由是(寫離子方程式)___________________________________________________________。答案：(1)有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁CO2＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋H2OC