《一輪復習導航》：第19講《碳硅及其化合物》

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1、課前體驗課前體驗1.回答下列問題(1)寫出碳族元素的所有元素名稱、元素符號，并寫出32號元素的電子排布式 C(碳)Si(硅)Ge(鍺)Sn(錫)Pb(鉛)，1s22s22p63s23p63d104s24p2二氧化碳與某種金屬反應實驗室制取二氧化碳工業(yè)上制取粗硅氫氟酸腐蝕玻璃石英與苛性鈉溶液反應制取普通玻璃的兩個主要反應(2)寫出下列反應方程式2Mg+CO2 2MgO+C點燃CaCO3+2HCl 2CaCl2+H2O+CO22C+SiO2 2CO+Si高 溫SiO2+4HF SiF4+2H2OSiO2+2NaOH Na2SiO3+H2OSiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2高 溫SiO2

2、+CaCO3 CaSiO3+CO2高 溫課前體驗課前體驗1.回答下列問題(1)寫出碳族元素的所有元素名稱、元素符號，并寫出32號元素的電子排布式 C(碳)Si(硅)Ge(鍺)Sn(錫)Pb(鉛)，1s22s22p63s23p63d104s24p2(2)寫出下列反應方程式硅單質與氫氧化鉀溶液反應水玻璃長期放置于空氣中變質：工業(yè)上制取水煤氣Si+2KOH+H2O K2SiO3+2H2Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3C+H2O CO+H2高 溫課前體驗課前體驗1.回答下列問題(3)把下列式子改寫成氧化物的形式，請?zhí)钊霗M線上：硅酸鈣：CaSiO3高嶺石：Al2(Si2O5)(

3、OH)4滑石：Mg3(Si4O10)(OH)2鈣沸石：Ca(Al2Si3O7)(OH)6CaOSiO2Al2O32SiO22H2O3MgO4SiO2H2OCaOAl2O33SiO23H2O 【解析】分別將各種元素寫成氧化物形式，然后根據原子 數配出氧化物的比例。課前體驗課前體驗2.下列說法均摘自某些科普雜志，你認為無科學性錯誤的事A.鉛筆芯的原料是重金屬鉛，兒童在使用時不可以用嘴吮吸鉛筆，以免引起鉛中毒B.CO有毒，生有煤爐的居室，可放置數盆清水，這樣可有效的吸收CO，防止煤氣中毒C.汽水澆灌農田有一定的道理，其中二氧化碳的緩釋，有利于作物的光合作用D.用加酶洗衣粉洗滌衣服時，熱水比溫水好【解

4、析】鉛筆芯原料是石墨不是鉛，A錯；CO不能被水吸收，B錯；酶作為催化劑，溫度如果太高會失去活性，D錯。課前體驗課前體驗3.有關材料分類正確的是A.硅酸鹽材料屬于新型無機非金屬材料B.高溫結構陶瓷屬于新型無機金屬材料，屬于結構材料C.新型無機非金屬材料包括半導體材料，光導纖維，氧化鋁陶瓷等D.氮化硅陶瓷屬于新型無機非金屬材料，但不是高溫結構材料【解析】硅酸鹽材料屬于傳統(tǒng)無機非金屬材料，A錯；高溫結構陶瓷不是金屬材料，B錯；氮化硅陶瓷屬于新型無機非金屬材料，是高溫結構材料，D錯。 4.晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥HCl氣體反應制得

5、SiHCl3：Si+3HCl SiHCl3+H2；SiHCl3與過量H2在10001100反應制得純硅。已知SiHCl3，能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。請回答下列問題：課前體驗課前體驗300(1)第步制備粗硅的化學反應方程式為 (2)粗硅與HCl反映完全后，經冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0)中含有少量SiCl4(沸點57.6)和HCl(沸點84.7)，提純SiHCl3采用的方法為 SiO2+2C Si+2CO高 溫分餾(或蒸餾)根據題意信息，粗硅可用碳還原二氧化硅的方法制取因HCl易溶于水，而SiHCl3遇H2O強烈水解，故提純SiHCl3的方法只能在無水的條件下采用蒸餾的方法進行

6、分離課前體驗課前體驗(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是 。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是 ，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為濃硫酸 有固體物質生成使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化。 在反應溫度下，普通玻璃會軟化SiHCl3+H2 Si+3HCl高 溫因SiHCl3強烈水解，故A產生的H2必須干燥，B中盛裝的液體為濃硫酸，燒瓶需加熱是為了使SiHCl3氣化，加快與氫氣的反應根據信息，石英管中產生的物質為硅，D中應有固體物質產生，普通玻璃在該反應條件下會軟化，D中發(fā)生S

7、iHCl3被氫氣還原生成硅的反應課前體驗課前體驗(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：為保證制備純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及為鑒定產品硅中是否含微量鐵單質，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號)是a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液排盡裝置中的空氣bd因高溫下氫氣和氧氣混合容易爆炸，故應先排凈裝置中的空氣鐵與鹽酸反應生成二價鐵，常用氯氣先將二價鐵氧化然后再加入硫氰化鉀進行檢驗本題利用硅的制取考查了一些常見的基本實驗操作技能和實驗的評價設計能力，側重考查的是

8、基本實驗技能。課前體驗課前體驗5.硅單質及其化合物應用范圍很廣。請回答下列問題：(1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)還原法是當前制備高純硅的主要方法，生產過程示意圖如下：石英砂焦炭高溫粗硅HCl573K以上SiHCl(粗)精餾SiHCl(純)H21357K高純硅寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學反應方程式整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出配平的化學反應方程式H2還原SiHCl3過程中若混O2，可能引起的后果是SiHCl3+H2 Si+3HCl13573SiHCl3+3H2O H2SiO3+H2+3

9、HCl 高溫下，H2遇O2發(fā)生爆炸。課前體驗課前體驗(2)下列有關硅材料的說法正確的是(填字母) ( )A.碳化硅化學性質穩(wěn)定，可用于生產耐高溫水泥B.氮化硅硬度大、熔點高，可用于制作高溫陶瓷和軸承C.高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料光導纖維D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點很高E.鹽酸可以與硅反應，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅BC【解析】 SiC和Si3N4均為原子晶體，熔點高，但是碳化硅容易和氧氣反應，不適于做耐高溫材料；A錯B正確。光導纖維的材料為SiO2，C正確。普通玻璃的主要成分為Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和純

10、堿(Na2CO3)為主要原料反應制成的。Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2；CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2，但是玻璃沒有固定熔點，D錯正確。常溫下，Si只能與HF反應不與HCl反應，E錯。高溫高溫課前體驗課前體驗(3)硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴加入飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實驗現象并給予解釋 生成白色絮狀沉淀，又刺激性氣味的氣體生成；解釋：SiO32與NH4+發(fā)生雙水解反應，SiO32+2NH4+2H2O 2NH3H2O+H2SiO3。典例精析典例精析【例例1 1】 將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質的量(n

11、)和通入CO2體積(V)的關系正確的是 （ ）D【解析】混合溶液中有KOH和Ca(OH)2，反應過程按順 序如下：Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O2KOH+CO2 K2CO3+H2OK2CO3+H2O+CO2 2KHCO3CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2典例精析典例精析D【評注】 正確分析反應發(fā)生的先后順序才能準確解題。【例例1 1】 將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質的量(n)和通入CO2體積(V)的關系正確的是 （ ）典例精析典例精析 向MgSO4和Al2(SO4)3的混合溶液中，逐滴加入NaOH溶液。下列圖象中，能正確表示上述反應

12、的是(橫坐標表示加入NaOH溶液的體積，縱坐標表示反應生成沉淀的質量) ( )A典例精析典例精析【解析】向混合溶液中逐滴加入NaOH溶液，NaOH溶液先后與Al2(SO4)3溶液、MgSO4溶液反應生成氫氧化鋁、氫氧化鎂沉淀，當沉淀達到最多時，繼續(xù)加入的NaOH溶液將氫氧化鋁沉淀溶解，但氫氧化鎂不能與過量的NaOH溶液反應，所以應該沉淀的量先增加后減少，最后不變，故只有A符合題意。典例精析典例精析【例例2】 “溫室效應”是全球關注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。(1)下列措施中，有利于降低大氣中CO2濃度的有： 。(填字

13、母)a.減少化石燃料的使用 b.植樹造林，增大植被面積c.采用節(jié)能技術 d.利用太陽能、風能abcd植物能吸收二氧化碳，減少化石燃料的使用、采用節(jié)能技術、利用太陽能、風能都能減少化石燃料使用，減少二氧化碳的產生。典例精析典例精析(2)將CO2轉化成有機物可有效實現碳循環(huán)。CO2轉化成有機物的例子很多，如：a. 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2b. CO2+3H2 CH3OH+H2Oc. CO2+CH4 CH3COOHd. 2CO2+6H2 +4H2O以上反應中，最節(jié)能的是 ，原子利用率最高 的是 。光合作用催化劑催化劑催化劑CH2CH2ac不需要加熱的反應即最節(jié)能；反應物所有原子全部

14、進入目標產物時，原子利用率最高【例例2】 “溫室效應”是全球關注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。典例精析典例精析(3)文獻報道某課題組利用CO2催化氫化制甲烷的研究過程如下：【例例2】 “溫室效應”是全球關注的環(huán)境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體。因此，控制和治理CO2是解決溫室效應的有效途徑。典例精析典例精析反應結束后，氣體中檢測到CH4和H2，濾液中檢測到HCOOH，固體中檢測到鎳粉和Fe3O4。CH4、HCOOH、H2的產量和鎳粉用量的關系如下圖所示(僅改變鎳粉用量，其他條件不變)：圖中可知，Ni

15、粉越多，最后剩余甲酸越少，生成的氫氣也越少，說明Ni粉是兩個反應的催化劑。當鎳粉用量從1 mmol增加到10 mmol,甲烷的量越來越多，表明催化劑對反應更加有效典例精析典例精析研究人員根據實驗結果得出結論：HCOOH是CO2轉化為CH4的中間體，即：CO2 HCOOH CH4寫出產生H2的反應方程式由圖可知，鎳粉是 。(填字母) a.反應的催化劑 b.反應的催化劑 c.反應、的催化劑 d.不是催化劑c3Fe+4H2O Fe3O4+2H2300典例精析典例精析研究人員根據實驗結果得出結論：HCOOH是CO2轉化為CH4的中間體，即：CO2 HCOOH CH4當鎳粉用量從1 mmol增加到10

16、mmol,反應速率的變化情況是 。(填字母)a.反應的速率增加，反應的速率不變b.反應的速率不變，反應的速率增加c.反應、的速率均不變d.反應、的速率均增加，且反應的速率增加得快e.反應、的速率均增加，且反應的速率增加得快f.反應的速率減小，反應的速率增加e【評注】迅速獲取圖中有效信息，得出變化規(guī)律才能正確解題。Ni粉增加，氫氣量減少，說明水轉化為甲酸的速率加快；Ni粉增加，甲酸量減少，說明甲酸轉化為甲烷速率加快。典例精析典例精析 二氧化碳的過量排放，嚴重影響人類的自下而上環(huán)境，處理和利用二氧化碳是全球關注的重大問題。(1)大氣中二氧化碳增加的原因有(2)大氣中二氧化碳增加，影響植物的生長，例

17、如水果越來越大。這提示我們：隨著大氣中二氧化碳含量升高, ( )A.植物中的有機物含量降低 B.植物的生長速率降低C.植物光合作用減弱 D.植物光合作用增強 綠色植物減少、汽車排放尾氣、森林大火、工廠排放大量二氧化碳等。D典例精析典例精析 二氧化碳的過量排放，嚴重影響人類的自下而上環(huán)境，處理和利用二氧化碳是全球關注的重大問題。(3)鐘乳石和石筍的主要成分是碳酸鈣。隨著旅游人數的增加，潮濕溶洞中的鐘乳石和石筍受到二氧化碳侵蝕，其化學方程式為：(4)某學生提出一個修復溶洞底部受損石筍的研究方案，由以下五步組成，正確的實驗步驟依次是將盛有堿溶液的容器置于石筍的上部；配制一定濃度的堿溶液；選擇合適的堿

18、；調節(jié)堿溶液下滴的速度；觀察石筍表面復原情況CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2鐘乳石和石筍主要成分是碳酸鈣，受到二氧化碳侵蝕是因為與二氧化碳、水反應生成碳酸氫鈣修復溶洞底部受損石筍，可以將適量的堿溶液滴到石筍上，是碳酸氫鈣與堿溶液反應重新生成碳酸鈣典例精析典例精析【備選題】純凈的Ca(HCO3)2試樣在高溫下分解，當剩余 固體是原試樣質量的一半時，它的分解率為 （ ） A.50% B.75% C.92.5% D.100%【解析】若Ca(HCO3)2按下式完全分解：Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O 162 100剩余固體質量為原試樣的100/162，大于1/2，故伴隨著

19、發(fā)生進一步分解：CaCO3 CaO+CO2方法指導方法指導1.二氧化碳與氫氧化鈉反應產物的確定二氧化碳與氫氧化鈉反應產物的確定二氧化碳與氫氧化鈉反應可能產生碳酸鈉，也可能生成碳酸氫鈉；可以通過如下方法進行確定(1)依據兩者比例確定設n(OH) n(CO2)=x若x2，則生成碳酸鹽；若x1,則生成碳酸氫鹽；若1x2，則同時產生兩種鹽，而且碳酸鹽的物質的量就等于n(OH)n(CO2)。方法指導方法指導1.二氧化碳與氫氧化鈉反應產物的確定二氧化碳與氫氧化鈉反應產物的確定二氧化碳與氫氧化鈉反應可能產生碳酸鈉，也可能生成碳酸氫鈉；可以通過如下方法進行確定(2)依據產物質量確定設一定量二氧化碳與1 mol

20、氫氧化鈉溶液反應，將水分低溫蒸干，最后獲得無水固體b g。 此固體組成可能有四種情況：Na2CO3 NaHCO3Na2CO3和NaHCO3 NaOH和Na2CO3因為“1 mol NaOH質量是40 g，如果NaOH全部轉化為碳酸鈉，其質量應該是53 g；如果NaOH全部轉化為碳酸氫鈉，其質量應該是84 g”；所以：如果b=53，產物是Na2CO3；如果b=84，產物就是NaHCO3；如果53b84,產物就是NaHCO3和Na2CO3；如果40bCH3COOHH2CO3HClO,H2SiO3證明酸性相對強弱常用的原理就是：較強的酸+鹽=較弱的酸+新鹽例如要證明酸性CH3COOHH2CO3H2S

21、iO3(或HClO)，可以采用如下裝置：方法指導方法指導2.證明幾種酸性強弱的方法證明幾種酸性強弱的方法設計反應：2CH3COOH+Na2CO3 2CH3COONa+CO2+H2O和Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3或Ca(ClO)2+CO2+H2O 2HClO+CaCO3，來比較三者的酸性。A、B、C中分別裝有CH3COOH溶液、Na2CO3固體、Na2SiO3溶液(或漂白粉溶液)。實驗現象：B中有大量氣體產生，C中產生白色沉淀。方法指導方法指導3.實驗室制取少量碳酸鈉的方法實驗室制取少量碳酸鈉的方法(1)將足量二氧化碳通入NaOH溶液中，將所得溶液低溫蒸干，灼燒固體

22、，再將固體溶于水即可；(2)將一定量的NaOH溶液分成等體積兩份，一份通入足量二氧化碳后再與另一份溶液混合即得。方法指導方法指導4.同溫同濃度的同溫同濃度的Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶液的溶液的pH比較比較Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶液都由于水解顯堿性，由于碳酸酸性強于次氯酸，所以常常誤認為碳酸鈉溶液堿性比次氯酸鈉若。事實上：碳酸Ka1=4.2107，Ka2=5.61011，Ka=4.7108。所以Na2CO3水解生成NaHCO3的程度比NaClO水解程度大，因此Na2CO3溶液堿性比NaClO強。相同條件下三種溶液的pH關系是：Na2CO3NaClONaHCO3方法指

23、導方法指導5.水煤氣中水煤氣中CO、H2成分的檢驗成分的檢驗水煤氣主要成分是CO、H2，但是也有一定量的CO2和H2O，會干擾CO、H2的檢驗。所以必須經過如下程序進行檢驗(自己分析每個步驟的目的)混合氣體通過NaOH溶液通過濃硫酸通過灼熱氧化銅通過無水硫酸銅通過澄清石灰水高考回放高考回放1. (2007廣東)下列說法正確的是 （ ）A.硅材料廣泛應用于光纖通訊B.工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品C.水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品D.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應A【解析】光纖、水晶主要成分是二氧化硅，A正確，C錯；石英不能與鹽酸反應，B錯；粗硅制備單晶硅時，先將粗硅轉化為SiHCl3

24、，再用氫氣還原得到單晶硅，涉及氧化還原反應，D錯。高考回放高考回放2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題：(1)盛濃H2SO4的裝置用途是 ，盛NaOH溶液的裝置用途是 。除去H2O氣除去CO2高考回放高考回放(2)儀器B中需加入試劑的名稱(或化學式)是氧化銅(或CuO)，所發(fā)生反應的化學方程式是CuO+H2 H2O+Cu，CuO+CO CO2+Cu2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成

25、分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題： 無水硫酸銅(CuSO4)高考回放高考回放(3)儀器C中需加入試劑的名稱(或化學式)是 ，其目的是驗證水蒸氣2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題：高考回放高考回放(4)按氣流方向連接各儀器，用字母表示接口的連接順序：g-ab-kj-hi-cd(或d

26、c)-fe-lm。2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題：高考回放高考回放(5)能證明混合氣中含有CO的實驗依據是 原混合氣中的CO2已除去，與CuO反應后氣體能使澄清石灰水變渾濁。2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題：高考回

27、放高考回放(6)能證明混合氣中含有H2的實驗依據是 原混合氣中的H2O已除去，與CuO反應后氣體能使白色的無水CuSO4變藍。2. (2007全國)水蒸氣通過灼熱的焦炭后，流出氣體的主要成分是CO和H2，還有CO2和水蒸氣等。請用下圖中提供的儀器，選擇必要的試劑，設計一個實驗，證明上述混合氣中有CO和H2。(加熱裝置和導管等在圖中略去)回答下列問題：高考回放高考回放【解析】讓CO、H2通過灼熱氧化銅，氧化銅被還原，同時產生CO2和H2O，再用石灰水和無水硫酸銅分別檢驗它們，從而得出結論。但是流出的氣體中含有CO2和H2O會干擾檢驗，因此必須先把它們除去。由于氣體通過溶液后又會混有水蒸氣，因此本實驗中必須先檢驗反應生成的水蒸氣，后檢驗生成的二氧化碳。