第二单元 第12讲 碳、硅及其化合物.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,12,讲,碳、硅及其化合物,考纲定位,选项示例,1.,掌握硅、二氧化硅、硅酸和硅酸盐的性质和用途。,2,了解硅、二氧化硅在高科技领域的用途。,3,了解环境保护，消除碳氧化合物污染的综合应用。,1.,将,CO,2,通入次氯酸钙溶液可生成次氯酸。,(2010,年全国高考,T,7,B,),2,SiO,2,是酸性氧化物，能与,NaOH,溶液反应。,(2010,年山东高考,T,13,A,),3,关于硅单质及其化合物的说法正确的是,硅是构成一些岩石和矿物的基本元素，,陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料。,(2009,年广东高考,T,22,C,),一、碳及其重要化合物,1,碳族元素的主要特征,碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素。碳族元素原,子最外层均有,_,，特殊的结构决定了该族元素易形,成,_,化合物，碳是构成有机物的主角，硅是构成矿物,的主角，因而碳族元素形成物质的种类繁多。,2,碳元素的单质,常见的碳单质有,_,、,_,、,C,60,等，它们之间互,为,_,。,4,个电子,共价,金刚石,石墨,同素异形体,3,碳的氧化物,化学式,CO,CO,2,碳的化合价,2,4,类别,不成盐氧化物,酸性氧化物,主要化学,性质,制取方法,实验室：,CaCO,3,2HCl,=CaCl,2,CO,2,H,2,O,；,工业上：,CaCO,3,CaO,CO,2,CO,H,2,Cu,CO,2,2Fe,3CO,2,2CO,2,CaCO,3,H,2,O,H,2,CO,3,2CO,2MgO,C,4.,碳酸和碳酸盐,(1),碳酸,(H,2,CO,3,),不稳定，容易分解成,_,和,_,。,(2),热稳定性：正盐,酸式盐,酸。例如：,Ca(HCO,3,),2,在溶液中加热可以分解,，NaHCO,3,在溶液中稳,定，加热固体可以分解，而,Na,2,CO,3,加强热也难分解。,CO,2,H,2,O,例如：常温下，,S,(CaCO,3,),S,(NaHCO,3,),。,(4),正盐与酸式盐可以相互转化：,(3),溶解性：第,A,族元素对应的碳酸的正盐溶解性小于其,酸式盐，而第,A,族元素对应的碳酸的正盐溶解性大于其酸式盐。,二、硅和二氧化硅,1,硅,(1),硅具有,_,结构，为带有金属光泽的灰黑色固,体，熔点高、硬度大，有脆性。,(2),硅在常温下化学性质稳定，只能与,F,2,、,HF,、,NaOH,溶液,等反应。,正四面体,SiO,2,Na,2,SiO,3,2H,2,2,二氧化硅,(1),二氧化硅具有,_,结构，,_,溶于水。,(2),二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧,化物的通性。,正四面体,不,Si,2CO,Na,2,SiO,3,H,2,O,CaSiO,3,CO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,三、硅酸、硅酸盐,1,硅酸,(1),性质。,硅酸是难溶于水的,_,酸，其酸性比碳酸,_,，硅,酸不能使紫色石蕊试液变红色。,硅酸不稳定，受热易分解：,硅酸能与碱溶液反应，如与,NaOH,溶液反应的化学方程,式为,：,H,2,SiO,3,2NaOH=Na,2,SiO,3,2H,2,O,。,弱,还弱,硅 酸 在 水 中 易 聚 合 形 成 胶 体。浓度较小时,_,；浓度较大时,凝胶。硅酸凝胶干燥,脱水变成硅酸干胶,(,或硅胶,),，硅酸干胶吸附水分能力强，常用,作,_,，也用作催化剂的载体。,(2),制备。,硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，反应的化学,方程式为：,Na,2,SiO,3,2HCl=_,，,Na,2,SiO,3,CO,2,H,2,O=_,。,无色透明溶液,干燥剂,2NaCl,H,2,SiO,3,Na,2,CO,3,H,2,SiO,3,2,硅酸盐,(1),硅酸盐是由,_,、,_,和,_,组成的化合物的总称。,硅酸盐是一类,结构复杂的物质，一般都,_,。化学性质,很,_,，通常用,_,和,_,的形式表示其组成。,(2),三种常见的硅酸盐产品。,硅酸盐,产品,原料,主要设备,主要成分,水泥,石灰石、,黏土,水泥回,转窑,2CaOSiO,2,，,3CaOSiO,2,，,3CaOAl,2,O,3,玻璃,纯碱、石灰石、石英,玻璃熔炉,Na,2,OCaO6SiO,2,陶瓷,黏土,硅,氧,金属,不溶于水,稳定,二氧化硅,金属氧化物,3.,新型陶瓷,1900,1300,【,基础导练,】,1,对于,A,族元素，下列叙述中不正确的是,(,),。,A,SiO,2,和,CO,2,中，,Si,和,O,、,C,和,O,之间都是共价键,B,C,、,Si,和,Ge,的最外层电子数都是,4,，次外层电子数都,是,8,C,CO,2,和,SiO,2,都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧,化钙反应,D,该族元素的主要化合价是,4,价和,2,价,B,解析：,A,中,SiO,2,和,CO,2,为共价化合物，原子间以共价键结,合；,B,中,C,、,Ge,的次外层电子数分别为,2,、,18,；,C,、,D,显然正确。,2,在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是,(,),。,A,F,2,C,KOH,溶液,B,HF,D,Cl,2,解析：,在室温下，,Cl,2,不能与,Si,发生反应，而,F,2,、,HF,、,KOH,溶液能与,Si,发生反应。,D,(,),。,A,C,B,D,解析：,氢氟酸及呈碱性的石灰水、,Na,2,CO,3,溶液、,NaOH,溶,液都不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中。,3,下列溶液中不能保存在带玻璃塞的试剂瓶中的是,氢氟酸；,NaCl,；,KNO,3,；,石灰水；,CuSO,4,；,NaOH,；,Na,2,CO,3,；,NaHSO,4,。,A,4,下列说法正确的是,(,),。,二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任,何酸反应；,的酸性比碳酸强；,二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸；,二氧化硅常被用来制造光导纤维。,A,B,C,D,解析：,SiO,2,可与,HF,反应；反应,是由于,CO,2,在高温下逸,出反应体系，并不能说明硅酸的酸性比碳酸,强。,C,5,某科研小组用高岭土,(,主要成分是,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O,，并,含少量,CaO,、,Fe,2,O,3,),研制新型净水剂,(,铝的化合物,),，其实验步骤,如下：,将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过,滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤分别得到沉淀和溶液，,溶液即为净水剂。,(1),写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程,式 是,(Al,2,O,3,与 纯 碱 的 反 应 和,SiO,2,与 纯 碱 的 反 应 相 似,),：,_,。,(2),最后的沉淀物是,_,，生成该沉淀的离子方,程式,是：,_,。,(3),实验室中常用瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚，本实验在,熔融高岭土时应选用的坩埚是,_,。,解析：,(1),由题意可知,Al,2,O,3,与纯碱反应和,SiO,2,与纯碱反应,类似，均是生成盐和,CO,2,，,Al,2,O,3,与,Na,2,CO,3,反应生成,NaAlO,2,，,SiO,2,与,Na,2,CO,3,反应生成,Na,2,SiO,3,。,(2),滤液中含有,Na,2,SiO,3,和,NaAlO,2,，向其中加入盐酸，二者,均可与盐酸反应，,Na,2,SiO,3,与盐酸反应生成,H,2,SiO,3,沉淀，而,NaAlO,2,与盐酸反应先生成,Al(OH),3,沉淀，后又溶解，所以最后,的沉淀是,H,2,SiO,3,。,(3),由于高温下,SiO,2,和,Al,2,O,3,均可和,Na,2,CO,3,反应，所以应,选择铁坩埚。,考点,1,碳、硅,单质的化学性质,由于硅元素原子的最外层电子数与碳元素原子的最外层电,子数都是,4,，所以硅的许多化学性质与碳相似，但也有不同。,具体见下表：,碳,硅,相似点,不同点,【,例,1,】,下列关于硅的说法,中，不正确的是,(,),。,A,硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体,B,硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导,体,C,硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应,D,加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应,解析：,硅既有金属性，又有非金属性，其导电性也介于导,体和绝缘体之间，是良好的半导体材料；硅的化学性质不活泼，,但常温下仍能与氟气、氟化氢和,NaOH,溶液等发生反应；加热,至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应。,答案：,C,【,变式训练,】,1,下列说法正确的是,(,),。,A,硅材料广泛应用于光纤通讯,B,工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品,C,水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品,D,粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应,A,考点,2,CO,2,和,SiO,2,的比较,物质,二氧化碳,二氧化硅,分类,均为酸性氧化物,结构特点,由二氧化碳分子构成,由氧原子与硅原子构成立体网状结构,物理性质,熔沸点低，可溶于水,坚硬难熔的固体，不溶于水,化学性质,与碱,(,如,NaOH,),反应,CO,2,NaOH=Na,2,CO,3,H,2,O,SiO,2,2NaOH=Na,2,SiO,3,H,2,O,与水,反应,CO,2,H,2,O=H,2,CO,3,物质,二氧化碳,二氧化硅,化学性质,与,CaO,反应,CaO,CO,2,=CaCO,3,与,HF,反应,4HF,SiO,2,=SiF,4,2H,2,O,用途,制饮料、碳酸盐等,光导纤维、光学仪器、电子部件,存在,空气,岩石、水晶、硅藻土,【,例,2,】,(,双选,),下列关于二氧化硅的叙,述,中，正确的是,(,),。,A,二氧化硅不溶于水，也不与水反应生成对应的酸,B,二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应,C,二氧化硅在高温下与碳酸钠发生反应生成硅酸钠和,CO,2,，说明硅酸的酸性强于碳酸，这就是用较强的酸,制较弱的酸,D,二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异,硅酸,思路指导：,解答本题要注意以下两点：,SiO,2,的性质：稳定性强、酸性氧化物。,SiO,2,的特性：能与氢氟酸反应，不能与水直接反应生成,解析：,SiO,2,是由,Si,和,O,按,1,2,的比例所组成的立体网状,结构的晶体，不存在,SiO,2,分子，而二氧化碳则是由碳、氧原子,结合成的二氧化碳分子构成的，,SiO,2,和,CO,2,在组成微粒及微粒,间的相互作用方面有很大的区别，故性质有很大差别，二氧化,硅在常温下为固体，熔沸点高，硬度大，不溶于水及一般溶剂，,答案：,AD,【,变式训练,】,2,常温下二氧化硅,是很坚硬的固体而二氧化碳是气体的原,因是,(,),。,A,硅的非金属性比碳弱,B,硅具有一定的非金属性而碳是典型的非金属,C,二氧化硅里硅与氧结合的化学键和二氧化碳里碳与氧,结合的化学键的种类不同,D,二氧化硅是原子晶体，二氧化碳是分子晶体,解析：,化合物在常温下的存在状态取决,于它们的熔沸点高,低，,SiO,2,和,CO,2,的熔沸点不同，主要原因在于二者晶体类型的,差异。,D,碳、硅及其化合物在推断题中的考查,考向分析,历年高考常,以推断题形式对,C,、,Si,元素的单质,及其重要化合物的主要性质、,应用及对环境质量的影响进行考,查。,【,典例,】,A,、,B,、,C,、,D,、,E,代表单质或化合物，它们之间的,相互转换关系如图,2,12,1,所示。,A,为地壳中含量仅次于氧的,非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。,图,2,12,1,请填空：,(1),形成单质,A,的原子的结构示意图为,_,，它的最高,化合价为,_,。,(2)B,的化学式为,_,，,B,和碳反应生成,A,和,E,的化学,方程式是：,_,。,(3)C,的化学式为,_,，,D,的化学式为,_,_,。,考查要点：,硅及其化合物的相互转化。,思路指导：,“,A,为地壳中含量,仅次于氧的非金属元素的单,质，其晶体结构与金刚石相似,”,可推知,A,为,Si,，是本题的突破,口。,答案：,(1),4,加氧化钙,高温,加氢氧化钙,高温,加炭,高温,【,突破训练,】,1,下列各单质和化合物之间有以下转化关系，而且各单质,和化合物的组成元素皆为短周期元素。,根据上述关系判断：,(1),单质,A,只可能是,_,。,(2),单质,B,是,_(,填“金属”或“非金属”,),。,(3),写出各化合物的化学式：甲：,_,、乙：,_,、,丙：,_,、丁：,_,。,图,2,12,2,答案：,(1),硅,(2),非金属,(3)SiO,2,Na,2,SiO,3,H,2,O,H,4,SiO,4,解析：,本题是元素及化合物的推断题，解题的突破口是短,周期元素的单质,A,与,NaOH,溶液反应生成氢气，此元素可能是,Al,或,Si,，而产生的化合物乙与过量盐酸溶液反应，生成的化合,物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出,A,单,质不是金属,Al,，而只能是,Si,。又由于单质,A,和化合物甲都能跟,NaOH,溶液反应，都生成化合物乙,(Na,2,SiO,3,),，只不过,A,的另一,种产物是氢气，而化合物甲的一种产物为化合物丙，丙又可通,过氢气与单质,B,反应生成，故单质,B,为,O,2,、丙为水、甲为二氧,化碳，继而推出丁为原硅酸。,题组一 碳和硅的单质,1,下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是,(,),。,A,4,价氧化物都与氢氧化,钠溶液反应,B,单质在加热时都能与氧气反应,C,氧化物都能溶于水生成相应的酸,D,碳和硅两种元素都有能导电的单质,解析：,A,项，碳和硅的,4,价氧化物都是酸性氧化物，都,能与氢氧化钠溶液反应；,B,项，碳和硅的单质在加热时都能与,O,2,反应，生成氧化物；,C,项，,SiO,2,不溶于水，不能与水反应生,成硅酸；,D,项，石墨是导体，晶体硅是半导体，都能导,电。,答案：,C,2,(2011,年山,东高考,),某短周期非金属元素的,原子核,外最外,),。,层电子数是次外层电子数的一半，该元素,(,A,在自然界中只以化合态的形式存在,B,单质常用作半导体材料和光导纤维,C,最高价氧化物不与酸反应,D,气态氢化物比甲烷稳定,答案：,A,解析：,依据原子核外电子的排布规律可知，在短周期元素,中原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半的元素可以是,Li,或,Si,元素，但,Li,属于金属不符合题意，因此该元素是,Si,元,素。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相化合的，因此,在自然界中硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在，,选项,A,正确；硅位于金属和非金属的分界线附近常用作半导体,材料，二氧化硅才用作光导纤维，选项,B,不正确；硅的最高价,氧化物是二氧化硅，,SiO,2,与一般的酸不反应但氢氟酸例外，与,氢氟酸反应生成,SiF,4,和水，因此氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，,选项,C,不正确；硅和碳都属于,A,，但硅位于碳的下一周期，,非金属性比碳的弱，因此其气态氢化物的稳定性比甲烷弱，选,项,D,也不正确。,题组二,CO,2,和,SiO,2,的性质,3,关于二氧化硅，下列叙述不正确的是,(,),。,A,水晶的成分是二氧化硅,B,二氧化硅和二氧化碳在物理性,质上有很大差别,C,二氧化硅不溶于水，也不能跟水反应生成酸,D,二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应,答案：,D,解析：,水晶、玛瑙、沙子都含二氧化硅，,A,正确；,CO,2,在,通常状况下为气体，与,SiO,2,的物理性质相差很大，,B,正确；,SiO,2,晶体不溶于水，也不能与水反应生成,H,2,SiO,3,，制取,H,2,SiO,3,是利,用可溶性硅酸盐与酸的反应，,C,正确；,SiO,2,虽然是酸性氧化物，,但它可以与氢氟酸发生反应：,SiO,2,4HF=SiF,4,2H,2,O,，这,是它的特性，氢氟酸可用于刻蚀玻璃就是利用了这一性质，,D,错误。,(,),。,焦炭；纯碱；碳酸钙；氢氟酸；硝酸；,氢氧化钠；硝酸钙。,A,B,C,D,4,在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是,B,解析：,由于,SiO,2,不与,HNO,3,反应，也不能与,Ca(NO,3,),2,反应，,故选项,B,正确；焦炭能在高温下与,SiO,2,反应；与纯碱反应：,Na,2,CO,3,SiO,2,Na,2,SiO,3,CO,2,；与氢氟酸反应：,4HF,SiO,2,=SiF,4,2H,2,O,；与氢氧化钠反应：,2NaOH,SiO,2,=,Na,2,SiO,3,H,2,O,。,题组三 碳酸盐和硅酸盐的性质,5,下列有关,Na,2,CO,3,溶液、,Na,2,SiO,3,溶液的共同点的描述中,不正确的是,(,),。,A,水溶液均显碱性,B,滴入盐酸均有气泡产生,C,均能与,CO,2,反应,D,均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存,B,解析：,二者水解均呈碱性，故,A,、,D,正确；均能与,CO,2,反,应，分别生成,NaHCO,3,、,H,2,SiO,3,，,C,正确；,B,项,Na,2,SiO,3,与盐酸,反应生成,H,2,SiO,3,，不能放出气泡，,B,错误。,6,青花瓷,中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、,“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷,中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸,盐，如蓝紫色的硅酸铜钡,(BaCuSi,2,O,x,，,铜为,2,价,),，下列关于,硅酸铜钡的说法不正确的是,(,),。,A,可用氧化物形式表示为,BaOCuO2SiO,2,B,性质稳定，不易,脱色,C,易溶解于强酸和强碱,D,x,等于,6,答案：,C,解析：,硅酸铜钡能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，,不易与酸、碱反应。硅酸铜钡中,Ba,为,2,价，,Cu,为,2,价，,Si,为,4,价，,O,为,2,价，则,x,6,，用氧化物形式表示复杂的硅,酸盐的组成，具体方法为：,遵循各元素种类和原子个数比不,变的原则，分别写成氧化物的形式；,氧化物一般按活泼金属,氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、最后为水的顺序排列；,氧化物之间用圆点隔开，各氧化物前面的化学计量数均为整,数，因此，,A,、,B,、,D,均正确。,题组四 新型无机材料,7,未来的交通工具将采用新一代无机非金属材料制成的无,水冷发动机。这类材料中研究得较多的是化合物,G,。,(1),化合物,G,的相对分子质量为,140,，,G,中硅元素的质量分,数为,60%,，另有元素,Y,。,G,可以由化合物,E(,含两种元素,),与,NH,3,反应而生成，同时产生,HCl,气体。请推断：,化合物,G,的化学,式为,_,，,1 mol NH,3,和,0.75 mol E,恰好完全反应生成,G,和,HCl,，则化合物,E,的分子式为,_,。,(2),粉末状,G,能够分别与空气中的氧气和水作用，所得产物,中都有一种酸性氧化物，它是工业上生产玻璃的主要原料。与,氧反应所得的产物还有一种单质，与水反应生成另一种产物是,该种单质元素的氢化物。请写出化合物,G,与水反应的化学方程,式：,_,。,(3),为了使化合物,G,能成为新一代汽车发动机材料，现采用,常压下在,G,中添加氧化铝，经高温烧结制成一种高强度、超硬,度、耐磨损、抗腐蚀的陶瓷材料，它的商品名叫“赛伦”，化,学通式可表达为,Si,6,x,Al,x,O,x,Y,8,x,。在接近于,1 700,时,x,的极限,值约为,4.0,，在,1 400,时,x,为,2.0,，以保持整个化合物呈电中,性。试问：赛伦中,Y,元素的化合价为,_,。,答案,：,(1)Si,3,N,4,SiCl,4,(2)Si,3,N,4,6H,2,O=3SiO,2,4NH,3,(3),3,