1、第 12 讲 含硅矿物与信息材料考 纲 展 示1.了解 C、Si 元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解 C、Si 元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查 C、Si 元素及其重要化合物的性质及应用。高考对本讲的考查主要是：一、结合环境问题考查碳及其化合物的性质和转换关系；二、以新材料、新技术为背景考查硅及其化合物的性质及应用。在考查时以含 C、Si 的新材料为题材，结合氧化还原反应、离子方程式的书写、化学反应原理、溶液的离子平衡等，通常以选择题、非选择题的形式考查。考点 碳、硅单质及氧化物1碳、硅性质提醒：硅的还原性比碳的强，但碳能置换出 SiO2中的
2、硅。这是因为碳元素和硅元素位于元素周期表中第A 族，碳的原子半径比硅的小，失电子能力比硅的弱，所以硅的还原性比碳的强。但反应 2CSiO 2 Si2CO是在高温条件下进行的，且生成物 CO= = = = =高 温 电 炉为气体，从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。2硅的工业制法(1)制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO22C Si(粗)2CO= = = = =高 温 电 炉(2)粗硅提纯：Si(粗)2Cl 2 SiCl4= = = = =高 温 SiCl42H 2 Si(纯)4HCl= = = = =高 温 Si(粗)3HCl SiHCl3H 2= =
3、= = =250 300 铜 粉 或 银 粉SiHCl3H 2 Si(纯)3HCl= = = = =1 100 1 200 3.二氧化硅与二氧化碳的比较(1)物理性质熔、沸点：SiO 2的熔、沸点比 CO2的熔、沸点高。溶解性：CO 2可溶于水，SiO 2不溶于水。(2)化学性质物质 二氧化硅 二氧化碳与水反应 不反应 CO2H 2O H2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF= =SiF42H 2O不反应与碱(NaOH)溶液反应SiO22NaOH= =Na2SiO3H 2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH= =Na2CO3H 2OCO2足量：CO2NaOH= =N
4、aHCO3与盐反应如与 Na2CO3反应：SiO2Na 2CO3Na2SiO3C= = = = =高 温 O2如与 Ca(ClO)2反应：Ca(ClO)2CO 2H 2O=CaCO32HClO与碱性氧化物反应如与 CaO 反应：SiO 2CaO= = = = =高 温 CaSiO3如与 Na2O 反应：CO2Na 2O=Na2CO3(3)CO2与比碳酸弱的酸所对应的盐溶液的反应碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等的强，因此，将 CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、ONa、NaAlO 2等盐溶液中，均能发生反应而生成
5、相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的反应。如：CO2CaCl2溶液、(CH 3COO)2Ca 溶液(酸性比 H2CO3强的酸对应的盐)不反应 Na2CO3溶液 NaHCO3CO2Na 2SiO32H 2O=H4SiO4Na 2CO3CO2Ca(ClO) 2H 2O=CaCO32HClOCO2ONaH 2O OHNaHCO 3CO2NaAlO 22H 2O=Al(OH)3NaHCO 3CO22NaAlO 23H 2O=2Al(OH)3Na 2CO3提醒：“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H
6、就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将 H2S 通入 CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均能由氢硫酸这种弱酸生成强酸：H 2SCuSO 4=CuS H2SO4(S2 与 Cu2 结合成难溶的 CuS)，H2SCl 2=S2HCl(S 2 被氧化)。(4)主要用途CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂。SiO2：作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。1正误判断，正确的划“” ，错误的划“”(1)2014海南卷Si 和 SiO2都用于制造光导纤维( )(2)2015全国新课标卷硅胶可用作食品干燥剂( )(3)2014福建卷SiO 2既能与 KOH 溶液反应又能与浓盐酸反应( )(4
7、)2015安徽卷SiO 2既能和 NaOH 溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物( )(5)2012全国新课标卷合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料( )(6)2015江苏卷粗硅 Si SiCl4 Si，各步转化均能一步实现( ) Cl2 高 温 H2 高 温(7)2013广东卷SiO 2可与 HF 反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中( )(8)2013广东卷高温下用焦炭还原 SiO2制取粗硅( )答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)22016江苏卷大气中 CO2含量的增加会加剧“温室效应” 。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是( )A燃烧煤炭供热
8、 B利用风力发电C增加植被面积 D节约用水用电答案：A 解析：煤燃烧会产生 CO2，A 正确。32016上海卷半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是 H2、CO、CO 2、N 2和H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。H2、N 2、CO、CO2、H 2O H2、N 2 CO变 换 CO2 H2、N 2 脱 除 CO2 完成下列填空：(1)半水煤气在铜催化下实现 CO 变换：COH 2O CO2H 2。若半水煤气中= = = = =Cu V(H2) V(CO) V(N2)382822，经 CO 变换后的气体中： V(H2) V(N2)_。(2)碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之
9、一。已知：Na2CO3 K2CO320 碱液最高浓度(mol/L) 2.0 8.0碱的价格(元/kg) 1.25 9.80若选择 Na2CO3碱液作吸收液，其优点是_；缺点是_。如果选择 K2CO3碱液作吸收液，用什么方法可以降低成本？_，写出这种方法涉及的化学反应方程式_。(3)以下是测定半水煤气中 H2以及 CO 的体积分数的实验方案。取一定体积(标准状况)的半水煤气，经过下列实验步骤测定其中 H2以及 CO 的体积分数。半水煤气 CuO 选用合适的无机试剂分别填入、方框中。该实验方案中，步骤、的目的是_。该实验方案中，步骤_(填“”或“”)可以确定半水煤气中 H2的体积分数。答案：(1)
10、31(2)价廉 吸收 CO2能力差 碱液循环使用 2KHCO 3 K2CO3CO 2H 2O= = = = = (3)半水煤气KOH浓硫酸CuO浓硫酸KOH 除去半水煤气中的 CO2(包括 H2S)和 H2O 解析：(1)若半水煤气中 V(H2) V(CO) V(N2)382822，经 CO 变换后 CO 转化为氢气，则根据方程式可知所得的气体中 V(H2) V(N2)(3828)2231。(2)根据表中数据可知若选择 Na2CO3碱液作吸收液，其优点是价廉，而缺点是吸收 CO2能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾，所以使碱液循环使用可以降低成本，反应的化学方程式为 2KHCO3 K
11、2CO3CO 2H 2O。= = = = = (3)由于半水煤气中含有二氧化碳，所以首先利用碱液除去二氧化碳，干燥后再通过氧化铜反应，利用浓硫酸吸收产生的水蒸气，利用碱液吸收产生的二氧化碳，进而计算体积分数。所以流程为半水煤气KOH浓硫酸CuO浓硫酸KOH。 由于半水煤气中含有二氧化碳，所以首先利用碱液除去二氧化碳，干燥后再通过氧化铜反应。故步骤、的目的是除去半水煤气中的 CO2(包括 H2S)和 H2O。氢气还原氧化铜生成水蒸气，浓硫酸吸收水蒸气，所以该实验方案中，步骤可以确定半水煤气中 H2的体积分数。题组一 碳及其化合物的性质1用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错
12、误的是( )选项 操作及现象 溶液A 通入 CO2，溶液变浑浊 饱和 Na2CO3溶液B通入 CO2，溶液变浑浊，继续通 CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C通入 CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入 CO2，溶液变浑浊，继续通入 CO2至过量，浑浊消失，再加入足量 NaOH 溶液，又变浑浊澄清石灰水答案：B 解析：由于 Na2CO3的溶解度大于 NaHCO3的溶解度，Na2CO3CO 2H 2O=2NaHCO3，因而会析出 NaHCO3晶体，A 项正确；B 项，CO2Na 2SiO3H 2O=Na2CO3 H2SiO3，CO 2Na 2CO3H 2O=
13、2NaHCO3，H 2SiO3与 CO2不反应，浑浊不会消失；C 项，CO 2Ca(ClO) 2H 2O=CaCO32HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被 HClO 氧化褪色；D 项，首先 CO2Ca(OH) 2=CaCO3H 2O，继续通 CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的 NaOH，则：2NaOHCa(HCO 3)2=CaCO3Na 2CO32H 2O，溶液又变浑浊。22017马鞍山期中联考将足量 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( )A BC D答案：D 解析：向 KOH 和 C
14、a(OH)2的混合稀溶液中通入 CO2，二氧化碳先和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，沉淀量逐渐增加，当氢氧化钙消耗完时，沉淀量最大，继续通入二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钾反应生成碳酸钾，沉淀量不变，当氢氧化钾完全反应完后，继续通入二氧化碳，二氧化碳和碳酸钙、水反应生成可溶性的碳酸氢钙，碳酸钙的量逐渐减少直至完全消失，当碳酸钙反应完后，继续通入二氧化碳，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，故选 D。32017湖北郴州模拟某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。(1)提出假设该反应的气体产物是 CO2。该反应的气体产物是 CO。该反应的气体产物是_。(2)设计方案如图所示，将一定量的
15、氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。(3)查阅资料氮气不与碳、氧化铁发生反应。实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO 2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。请写出该反应的离子方程式：_。(4)实验步骤按图连接装置，并检查装置的气密性，称取 3.20 g 氧化铁、2.00 g 碳粉混合均匀，放入 48.48 g 的硬质玻璃管中；加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；停止通入 N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水(足量)变浑浊；待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气，冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为 52.24 g；过滤出石灰水中的沉淀
16、，洗涤、烘干后称得质量为 2.00 g。步骤、中都分别通入 N2，其作用分别为_。(5)数据处理试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：_。(6)实验优化学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善。甲同学认为：应将澄清石灰水换成 Ba(OH)2溶液，其理由是_。从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案将此实验装置进一步完善：_。答案：(1)CO 2、CO 的混合物(3)NH NO N22H 2O 4 2= = = = = (4)步骤中是为了排尽空气；步骤是为了赶出所有的 CO2，确保完全吸收(5)2CFe 2O3 2FeCOCO 2= = = = = (6)氢氧化钡的溶解
17、度大，浓度大，使二氧化碳被吸收的更完全在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置解析：(1)过量炭粉与氧化铁反应的气体产物可能有：CO、CO 2、CO 2、CO 的混合物，则假设为：CO 2、CO 的混合物。(3)氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO 2)饱和溶液混合加热反应制得氮气，反应物有 NH4Cl 和 NaNO2，生成物为 N2，根据质量守恒还应有水生成，则反应的化学方程式为：NH NO N22H 2O。(4)如果不排尽空气，那么空气 4 2= = = = = 中的氧气会与炭粉反应影响反应后生成气体的组成，所以利用稳定的氮气排空气，最后确保完全吸收，反应后还要赶出所有的 CO2。(
18、5)3.20 g 氧化铁的物质的量为 0.02 3.2 g160 g/molmol，澄清石灰水变浑浊，说明有 CO2气体生成，则 n(CO2) n(CaCO3) 0.02 2.00 g100 g/molmol， m(CO2)0.02 mol44 g/mol0.88 g，反应后硬质玻璃管和固体总质量变化为 1.44 g 大于 0.88 g，则生成其气体为 CO2、CO 的混合物，混合气体中含有 CO 0.02 mol，所以CO、CO 2的物质的量比为 11，所以方程式为：2CFe 2O3 2FeCOCO 2。(6)将澄清石灰水换成 Ba(OH)2溶液，这样= = = = = 会使二氧化碳被吸收的
19、更完全，称量时相对误差小；一氧化碳是一种有毒气体，可以通过点燃进行尾气处理。思维建模CO2与碱、盐溶液的反应总结1与碱溶液的反应(1)反应原理OH CO HCO 少 量 CO2 23 CO2 3(2)CO2与 NaOH 溶液反应后溶质成分的判断xn NaOHn CO2 溶质成分x11 NaHCO31121 NaOH、Na 2CO32.往某溶液中不断通入 CO2至过量时，现象是“先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解”的反应(1)往澄清石灰水或氢氧化钡溶液中不断通入 CO2气体；(2)往漂白粉溶液中不断通入 CO2气体。3往某溶液中不断通入 CO2气体至过量时，现象为“产生白色沉淀或浑浊，沉淀或浑浊不消
20、失”的反应(1)在 NaAlO2溶液中不断通入 CO2气体至过量；(2)往 Na2SiO3 溶液中不断通入 CO2气体至过量；(3)往饱和 Na2CO3 溶液中通入 CO2气体。题组二 硅及其氧化物的性质4下列说法正确的是( )A单质 氧化物 酸或碱 盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转 O2 H2O NaOH或 HCl 化B若 a、b、c 分别为 Si、SiO 2、H 2SiO3，则可以通过一步反应实现转化：bc aC太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置D单质硅常用于制造光导纤维答案：C 解析：A 项，SiO 2不与 H2O 反应；B 项，b c，c a 均不能通
21、过一步反应实现转化；D 项，用于制造光导纤维的是 SiO2，而非单质硅。5二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。ae 是对反应中 SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是( )SiO 22NaOH= =Na2SiO3H 2OSiO 22C Si2CO= = = = =高 温 SiO 24HF= =SiF42H 2ONa 2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温 SiO 23C SiC2CO= = = = =高 温 a反应中 SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b反应中 SiO2表现出氧化性c反应中 SiO2
22、表现了酸性氧化物的通性d反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e反应中 SiO2未参加氧化还原反应Aace BbdeCcde Dab答案：B 解析：通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是，因此 a、c 判断错误；反应中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b 判断正确；反应是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d 判断正确；反应中碳的化合价由 0 价变为4 和2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e 判断也正确。知能存储 硅及其化合物的特性1硅单质的特性(1)Si 的还原性强于 C，但 C 却在高温下还原出Si：SiO 22C Si2C
23、O。= = = = =高 温 (2)非金属单质与碱液作用一般无 H2放出，但 Si 与碱液作用却放出H2：Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2。(3)非金属单质一般不能与非氧化性酸作用，但 Si 能与 HF 作用：Si4HF= =SiF42H 2。(4)非金属单质大多为绝缘体，但 Si 为半导体。(5)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、计算机芯片及光伏电池的是晶体硅。(6)熟悉几种常见饰品的主要成分水晶、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；宝石的主要成分是 Al2O3。2含硅化合物的特性物质 一般规律 含硅化合物的特性酸性氧化物一般与水反应生成相应酸 SiO2不溶于水，不与水反应SiO2 酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 SiO24HF= =SiF42H 2OH2SiO3“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，H2CO3酸性强于 H2SiO3Na2SiO3CO 2H 2O=Na2CO3H 2SiO3以下反应不能说明酸性的强弱Na2CO3SiO 2 Na2SiO3CO 2= = = = =高 温
