2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)13 碳、硅單質(zhì)及其化合物考點(diǎn)過(guò)關(guān).docx

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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)13 碳、硅單質(zhì)及其化合物考點(diǎn)過(guò)關(guān) 碳、硅單質(zhì)的存在及性質(zhì) 【基礎(chǔ)梳理】 1. 單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途 碳 硅 存在形態(tài) 　　　態(tài)、　　　態(tài) 　　　態(tài) 結(jié)　構(gòu) 金剛石　 　石墨 C60 硅 物理性質(zhì) 金剛石:熔點(diǎn)　　、硬度　　;石墨:硬度　　　，是電的良導(dǎo)體 灰黑色固體，有金屬光澤，熔點(diǎn)　　、硬度　　，有脆性 用　途 　　　　用作切割刀具，　　　　用作電極、鉛筆芯 硅用于　　　　材料和合金材料? 由石英砂制取并獲得高純硅的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式如下: ①SiO2+2C　　　　　? ②Si(粗)+2Cl2SiCl4 ③SiCl4+2H2Si(純)+4HCl 　　2. 化學(xué)性質(zhì) 碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。 【典型例題】 下列對(duì)物質(zhì)用途的描述錯(cuò)誤的是 (　　) A. 高溫下用焦炭還原SiO2得到粗硅和一氧化碳 B. 在高溫下，粗硅提純涉及的反應(yīng)是氧化反應(yīng) C. 硅是一種良好的半導(dǎo)體材料 D. 制備光導(dǎo)纖維的原料是SiO2 [答案]　B [解析]　粗硅提純涉及的反應(yīng)是先氧化后還原反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤。 二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(各種轉(zhuǎn)化見下圖)。下列說(shuō)法正確的是 (　　) A. SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物 B. SiO2和Si都是光導(dǎo)纖維材料 C. 在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效 D. 圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng) [答案]　C [解析]　兩性氧化物的定義為與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水的氧化物，SiO2與HF反應(yīng)得到的SiF4不屬于鹽類，A錯(cuò)誤;SiO2是光導(dǎo)纖維材料，Si為半導(dǎo)體材料，B錯(cuò)誤;CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C正確;制取Si的過(guò)程中涉及氧化還原反應(yīng)，D錯(cuò)誤。 從石英砂制取并獲得高純硅的主要化學(xué)反應(yīng)如下:①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;②Si(粗)+2Cl2SiCl4;③SiCl4+2H2Si(純)+4HCl。關(guān)于上述反應(yīng)的分析不正確的是 (　　) A. 粗硅中可能含有SiO2、C等雜質(zhì) B. 高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強(qiáng)于硅 C. 任一反應(yīng)中，每消耗或生成28 g硅，均轉(zhuǎn)移4 mol電子 D. 高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅 [答案]　D [解析]　三步反應(yīng)是按一定順序反應(yīng)，且反應(yīng)條件也不同。 我國(guó)目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法。由于三氯氫硅氫還原法具有一定優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。其簡(jiǎn)化的工藝流程如下圖所示: 　　(1)制備三氯氫硅的反應(yīng)為Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-210 kJmol-1。伴隨的副反應(yīng)有Si(s)+4HCl(g)SiCl4(g)+2H2(g)　ΔH=-241 kJmol-1。SiCl4在一定條件下與H2反應(yīng)可轉(zhuǎn)化為SiHCl3，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH=　　　　　　　　。 (2)由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式為? 　。 該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是? (至少寫出兩種)。 (3)由于SiH4具有易提純的特點(diǎn)，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。工業(yè)上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質(zhì)中反應(yīng)得到硅烷，化學(xué)方程式是　 ;?整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水，否則反應(yīng)將不能生成硅烷，而是生成硅酸和氫氣等，其化學(xué)方程式為?　 ;?整個(gè)系統(tǒng)還必須與氧隔絕，其原因是?　 。 [答案]　(1)+31 kJmol-1 (2)SiHCl3+H2Si+3HCl HCl、H2、SiHCl3、SiCl4等 (3)Mg2Si+4NH4ClSiH4↑+2MgCl2+4NH3↑ Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑ 由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時(shí)容易發(fā)生爆炸 　 碳、硅的特殊性 (1)一般情況下，非金屬元素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但硅、金剛石的晶體類型是原子晶體，所以它們的熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為硬度最大的物質(zhì)。 (2)一般情況下，非金屬元素單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。 (3)一般情況下，較強(qiáng)氧化劑+較強(qiáng)還原劑較弱氧化劑+較弱還原劑，而碳卻還原出比它更強(qiáng)的還原劑:SiO2 +2CSi+2CO↑，2FeO+C2Fe+CO2↑。 (4)硅為非金屬單質(zhì)，卻可以和強(qiáng)堿反應(yīng)，得到氫氣:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。 (5)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，而Si卻能與HF發(fā)生反應(yīng):Si+4HFSiF4↑+2H2↑。 (6)一般情況下，只有非?；顫姷慕饘?Na、K等)才能 夠置換出水中的氫，但碳單質(zhì)卻能與水蒸氣反應(yīng):C+H2O(g)CO+H2。 碳、硅的主要化合物 【基礎(chǔ)梳理】 1. SiO2與CO2 化學(xué)式 SiO2 CO2 晶體類型 　　　晶體 　　　晶體 用　途 SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料 干冰可用于人工降雨 化學(xué)性質(zhì) 與水反應(yīng) 不反應(yīng) CO2+H2OH2CO3 與C反應(yīng) SiO2+2CSi+2CO↑ C+CO22CO 與HF反應(yīng) SiO2+4HF　　　 不反應(yīng) 與堿反應(yīng) SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O 盛堿液的試劑瓶要用　　　，堿溶液只能裝在　　　滴定管中 CO2(少量)+2NaOH　　　 CO2(過(guò)量)+NaOH　　 與鹽反應(yīng) SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ (Na2SiO3的水溶液稱為　　　) Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO CO2+Na2CO3+H2O　　　 與堿性氧化物反應(yīng) SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2ONa2CO3 　　2. 硅酸與碳酸 化學(xué)式 H2SiO3 H2CO3 顏色與狀態(tài) 白色、粉末狀 無(wú)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　酐 SiO2 CO2 制　法 Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl CO2+H2OH2CO3 揮發(fā)性 不揮發(fā) 揮發(fā) 酸　性 硅酸　　碳酸 穩(wěn)定性 硅酸　　碳酸 相互轉(zhuǎn)化 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CO2+H2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3↓　H2SiO3SiO2+H2O 【典型例題】 下列說(shuō)法正確的是 (　　) A. 高溫下焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反應(yīng)中，同時(shí)生成二氧化碳 B. CO2通入到CaCl2溶液中，會(huì)出現(xiàn)沉淀 C. 硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，在地殼中的含量在所有元素中居第一位 D. 盛放NaOH溶液的試劑瓶瓶塞要用橡皮塞或軟木塞 [答案]　D [解析]　A選項(xiàng)錯(cuò)誤，因?yàn)榉磻?yīng)生成一氧化碳;B選項(xiàng)錯(cuò)誤，因?yàn)椴环磻?yīng)，無(wú)沉淀生成;C選項(xiàng)，氧元素在地殼中的含量居第一位，錯(cuò)誤;D選項(xiàng)正確，試劑瓶瓶塞要用橡皮塞或軟木塞，可以防止NaOH與玻璃中的SiO2反應(yīng)生成Na2SiO3。 下列說(shuō)法不正確的是 (　　) A. SiO2是酸性氧化物，但是能和氫氟酸反應(yīng) B. 在氫氧化鈉溶液中通入過(guò)量CO2的離子方程式:2OH-+CO2C+H2O C. 水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 D. CO2通入硅酸鈉溶液會(huì)生成白色沉淀，說(shuō)明酸性:碳酸大于硅酸 [答案]　B [解析]　在氫氧化鈉溶液中通入過(guò)量CO2的離子方程式為OH-+CO2HC。 下列說(shuō)法不正確的是 (　　) A. SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng) B. 二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料 C. 水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 D. 酸性氧化物可以和堿反應(yīng)，但均不能與酸反應(yīng) [答案]　D [解析]　SiO2是酸性氧化物，但能與氫氟酸反應(yīng)。 　 　　水泥、玻璃和陶瓷等硅酸鹽產(chǎn)品 硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料，玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和石灰石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品?？杀容^如下: 硅酸鹽產(chǎn)品 水　泥 玻　璃 原　料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 反應(yīng)原理 發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化(不作要求) SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ 主要設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 主要成分 3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反應(yīng)條件 高溫 高溫