2014高三总复习必备专题碳硅及其化合物

一、知识点一、碳、硅及其化合物1．碳碳在常温下非常稳定，但在高温条件下活动性增强，主要表现为还原性(1)与单质反应2C+O22COC+O2CO2(2)与某些氧化物反应C+CO22COC+H2O(g)CO+H22C+SiO2Si+2CO↑C+2CuO2Cu+CO2↑(3)与氧化性酸反应C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2OC+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O2．碳的氧化物(1)CO物理性质：无色无味、难溶于水，有剧毒的气体。具有可燃性和还原性。化学性质：2CO+O22CO23CO+Fe2O32Fe+3CO2CO+H2OCO2+H2(2)CO2物理性质：无色无味，能溶于水(1∶1)的气体。密度比空气大，易液化。化学性质：①氧化性：CO2+C2CO②酸性氧化物的通性CO2+H2OH2CO3CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2OCO2+H2O+CaCO3=Ca(HCO3)22CO2+Ca(OH)2=Ca(HCO3)2CO2+CaOCaCO33．碳酸盐(1)溶解性正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水，所有酸式盐均溶于水。一般酸式盐比相应正盐易溶，但碱金属的碳酸氢盐比正盐溶解度小。(2)热稳定性一般规律：可溶性碳酸正盐＞不溶性碳酸正盐＞酸式碳酸盐。Na2CO3＞CaCO3＞NaHCO3(3)正盐与酸式盐的相互转化4．硅(1)与单质反应Si+2Cl2SiCl4(无色液体)Si+O2SiO2(2)硅的制取：SiO2+2CSi+2CO↑(得到粗硅)精制：Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl5．二氧化硅(1)酸性氧化物的通性SiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(2)氧化性SiO2+2CSi+2CO↑(3)和HF反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O6．硅酸和硅酸盐(1)硅酸是不溶于水的白色固体，酸性比碳酸还弱。设计实验验证硅酸酸性比碳酸还弱：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3（胶体）+Na2CO3(2)硅酸盐硅酸盐种类繁多，结构复杂，是构成地壳岩石的主要成分。常用SiO2和金属氧化物表示它的组成。如黏土：Al2O3·2SiO2·2H2O7．硅酸盐工业水泥玻璃陶瓷原料黏土、CaCO3、石膏纯碱、石灰石、石英黏土反应原理复杂反应原理Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑水泥的主要成分：3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3普通玻璃的主要成分：Na2SiO3、CaSiO3、SiO28．碳及其化合物转化关系9．硅及其化合物转化关系二、典型例题例1.工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下：SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g);mol(Q＞0)某温度、压强下，将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应(此条件下为可逆反应)，下列叙述正确的是（）。A.反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率B.若反应开始时SiCl4为1mol,则达平衡时，吸收热量为QkJC.反应至4min时，若HCl浓度为0.12mol/L,则H2的反应速率为0.03mol/(L.min)D.当反应吸收热量为0.025QkJ时，生成的HCl通入100mL1mol/L的NaOH溶液恰好反应【解析】本题以制取高纯硅工业生产原理为背景，主要知识内容有可逆反应的概念、反应热和热化学方程式、化学反应速率、化学平衡的移动和有关基本计算，知识覆盖面较大。本题侧重于考查考生能否敏捷、准确地汲取试题所给信息并进行思维转换，对化学平衡等原理和概念理解的整体性和严密性、思维的灵活性和应变性有一定要求。本题题干情景新，虽然设问角度比较常规，仍能较好地考查考生对有关知识的掌握程度及观察能力和思维能力。本题为较容易题。审题时要仔细、全面，抓住要点，即该反应的可逆性、产物Si为固态及正反应为气体体积增大的吸热反应等。增大体系压强会使化学平衡向缩小气体体积的方向移动，即该反应向逆向移动，必然会降低SiCl4的转化率。从反应的热化学方程式可以看出，1molSiCl4完全参加反应吸收热量为QkJ，但反应是可逆的，1molSiCl4没有全部转化，吸收的热量应小于QkJ。HCl的反应速率为0.03mol/(L·min)，化学方程式中H2与HCl的化学计量数之比为1∶2，H2的反应速率为0.015mol/(L·min)。当反应有4molHCl生成时吸收热量为QkJ，现吸收0.025QkJ热量，必然有0.1molHCl生成，100mL1mol/LNaOH溶液中NaOH的物质的量为0.1mol，可与生成的HCl恰好反应。【答案】D例2．将足量CO2通人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（y）的关系正确的是ABCD【解析】解答此题的关键是掌握碳酸正盐和酸式盐的转化关系及条件。起始时反应的离子方程式为：CO2＋2OH－＋Ca2＋CaCO3↓＋H2O，当Ca2＋完全沉淀时，溶液中还剩余OH－，再通CO2，反应的离子方程式为：CO2＋2OH－CO32－＋H2O，继续通CO2，反应式为：CO32－＋CO2＋H2O2HCO3－，再通CO2，反应式为：CaCO3＋CO2＋H2OCa（HCO3）2。反映在图象上即为D。【答案】D【例3】向下列物质的浓溶液中缓慢地通入过量CO2气体，整个过程中无明显现象的是A．水玻璃B．苯酚钠C．漂白粉D．饱和碳酸钠E．氯化钙答案：E。规律总结：此题易出错的地方有三个：①CO2通入氯化钙溶液无明显现象；②题干中CO2是过量的；③碳酸氢钠因溶解度小而结晶析出。例4．(09年广东理基·22)下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④答案：C三、课时作业1、从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：①SiO2＋2CSi（粗）＋2CO②Si（粗）＋2Cl2SiCl4③SiCl4＋2H2Si（纯）＋4HCl关于上述反应的分析不正确的是（）A．①、③是置换反应，②是化合反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅2、现有下列五个转化，其中不可能通过一步反应实现的是①SiO2→Na2SiO3②CuSO4→CuCl2③SiO2→H2SiO3④CuO→Cu(OH)2⑤Ca3(PO4)2→Ca(H2PO4)2A．①②B．③④C．②③④D．②③④⑤3、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①②B．②③C．①④D．③④4、.能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是（）。A.二氧化碳溶于水生成碳酸，二氧化硅不溶于水也不跟水直接反应生成硅酸B.在高温条件下，二氧化硅跟碳酸钠反应，生成硅酸钠和二氧化碳C.二氧化硅的熔点比二氧化碳高D.二氧化碳通入Na2SiO3的稀溶液中，生成白色胶状沉淀5、将足量CO2气体通入下列溶液中，始终没有沉淀生成的是（）A．CaCl2溶液B．石灰水C．饱和Na2CO3溶液D．硅酸钠溶液6、晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤为：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si+3HClSiHCl3+H2；③SiHCl3与过量的氢气在1000℃～1100℃时反应制得纯硅。已知SiHCl3能与水剧烈反应，且在空气中易自燃。请回答下列问题：（1）第①步制备粗硅的化学方程式为___________________。（2）粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点为33.0℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃）和HCl（沸点-84.7℃），提纯SiHCl3常用的方法为____________。（3）用SiHCl3与过量的氢气反应制备纯硅的装置如下图所示（热源及夹持装置略去）。①装置B中的试剂是______，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是________。②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______，装置D中发生反应的化学方程式为_________________________。③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检验实验装置的气密性，控制好反应温度以及____________。④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需加入的试剂是__________（填写字母代号）。a.碘水b.氯水c.NaOH溶液d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液四、课后作业1、下列物质的溶液中，通入过量的CO2溶液仍为浑浊的是（）①Na2SiO3②Ca(OH)2③CaCl2④NaAlO2⑤苯酚钠⑥Ca(ClO)2A．①③④⑤B．①④⑤C．②③D．①②③④2、在一定条件下，下列物质不能与二氧化硅反应的是（）①焦炭②纯碱③碳酸钙④氢氟酸⑤硝酸⑥氢氧化钠⑦碳酸钙A．③⑤⑦B．⑤⑦C．③⑤D．⑤3、向下列溶液中滴加稀硫酸，生成白色沉淀，继续滴加稀硫酸，沉淀溶解的是A．Na2SiO3B．BaCl2C．FeCl3D．NaAlO24、下列反应中说明硅具有弱氧化性的是（）。A.2Mg+SiO22MgO+SiB.Si+2F2SiF4C.Si+4HF=SiF4↑+2H2↑D.3C+SiO22CO↑+SiC5、下列关于二氧化硅的叙述正确的是（）。A.二氧化硅是由二氧化硅分子组成的，它的熔点高，硬度大B.二氧化硅用于制造晶体管、集成电路C.二氧化硅用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸7、A、B、C、D是在中学化学中常见的四种化合物，它们各由两种元素组成，甲、乙是两种单质，这些化合物和单质之间存在下图关系：（1）化合物C中一定含(填“甲元素”或“乙元素”)。（2）单质甲的化学式是，化合物A的化学式为。（3）写出化合物B和化合物D在高温下发生化学反应并有化合物A产生的化学方程式：。17、如下图所示的物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。据图填写：（1）B的化学式是_________，目前B已被用作___________的主要原料。（2）B和a溶液反应的离子方程式是_____________________________。（3）A和a溶液反应的化学方程式是_____________________________。（4）C和过量盐酸反应的离子方程式是____________________________。答案：1、D2、B3、C4、D5、A6、B7、D8、D9、A10、C15、（1）SiO2+2CSi+2CO↑（2）蒸馏（分馏）（3）①浓硫酸；使SiHCl3汽化②有固体生成；在高温下普通玻璃会软化；SiHCl3+H2Si+3HCl③排尽装置内的空气④bd【试题分析】（1）制备粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。（2）SiHCl3、SiCl4和HCl是沸点相差较大的三种液体，其分离的方法为蒸馏（或分馏），在33.0℃接收到的馏分就是SiHCl3。（3）①用锌和稀硫酸反应制得的氢气，含杂质水蒸气，又因为SiHCl3能与水发生剧烈反应，所以水蒸气必须事先除去，装置B中所盛的试剂应为浓硫酸，用于除去氢气中的水蒸气。装置C加热的目的是使SiHCl3变为蒸气，进入到装置D中与氢气在高温下反应。②在D中SiHCl3蒸气与过量的氢气反应制得纯硅，生成HCl气体，现象为有固体物质生成。因为装置D中的反应是在1000℃～1100℃的高温下进行，而在高温下普通玻璃会软化，因此需用石英玻璃，它耐高温。D中发生的反应为SiHCl3+H2Si+3HCl