江苏专版2020版高考化学一轮复习专题三第十讲碳硅及其化合物学案含解析.doc
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碳、硅及其化合物江苏考纲要求1了解碳、硅及其重要化合物的主要性质和重要应用。2认识物质间转化等方面的实际应用。3认识碳、硅及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。碳、硅单质的性质及用途教材基础自热身1单质结构、物理性质和用途碳硅元素的存在形式游离态和化合态化合态单质的结构金刚石:空间网状结构;石墨:层状结构;C60(足球烯):由多个五边形和六边形构成的分子晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石:熔点高、硬度大;石墨:硬度小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、熔点高、硬度大,有脆性用途金刚石用于制造切割刀具,石墨用于制造电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.化学性质 碳、硅在参与化学反应时,一般表现还原性:知能深化扫盲点提能点(一)硅单质的特殊性(1)Si的还原性强于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO22CSi2CO。(2)非金属单质与碱液反应一般无H2放出,但Si与碱液反应却放出H2:Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但Si能与氢氟酸反应:Si4HF=SiF42H2。(4)非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。对点练1下列关于硅的说法不正确的是()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,是良好的半导体材料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:选C硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下),但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应,C错误。提能点(二)硅的工业制法(1)制取粗硅工业上,用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅:SiO22CSi2CO。(2)粗硅提纯Si2Cl2SiCl4,SiCl42H2Si4HCl。(3)注意问题用焦炭还原SiO2,产物是CO而不是CO2。粗硅中含碳等杂质,与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质,经过分馏提纯SiCl4后,再用H2还原,得到高纯度硅。对点练2(2019南京一中月考)从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下:SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl关于上述反应的叙述不正确的是()A是置换反应,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28 g硅,均转移4 mol电子D高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅解析:选D在氧化还原反应中,还原剂的还原性比还原产物的强,B正确;根据元素化合价的变化,每消耗或生成28 g (1 mol)硅,均转移4 mol电子,C正确;题中的三个反应是在三个不同反应器中发生,D错误。题点全练过高考题点一C、Si的性质1下列关于C、Si两种非金属元素的说法中,正确的是()A两者结合形成的化合物是共价化合物B在自然界中都能以游离态存在C氢化物的热稳定性比较:CH4SiH4,错误;D项,SiO2不能与水反应,错误。2常温下,下列不发生反应的物质是()硅与NaOH溶液硅与盐酸硅与氢氟酸二氧化硅与碳酸钠二氧化硅与NaOH溶液ABCD解析:选D中发生反应Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2;Si不与除氢氟酸外的其他酸反应,不反应,反应;中SiO2与Na2CO3反应需要高温,常温下不反应;中发生反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。题点二Si的制取3硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题:(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法,生产过程示意图如下:写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:_。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出配平的化学反应方程式:_;H2还原SiHCl3过程中若混有O2,可能引起的后果是_。(2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时,从资料查阅到下列信息:.Mg在高温条件下可与SiO2反应;.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4;.SiH4在空气中自燃。他们根据信息进行实验,当用足量稀H2SO4溶解实验获得的固体产物时,发现有爆鸣声和火花;然后过滤、洗涤、干燥;最后称量、计算,测得其产率只有预期值的63%左右。实验发生反应的化学方程式是_。用稀H2SO4溶解实验获得固体产物时,产生爆鸣声和火花的原因是_。解析:在SiHCl3中,把硅考虑为4价,则氢为1价,氯为1价,SiHCl3水解时,1价氢还原水中1价的氢,生成氢气。答案:(1)SiHCl3H2Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO3H23HCl高温下,H2遇O2发生爆炸(2)2MgSiO22MgOSi、2MgSiMg2SiMg2Si与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃,即发生反应Mg2Si2H2SO4=2MgSO4SiH4,SiH42O2=SiO22H2O碳、硅的氧化物教材基础自热身1结构SiO2是空间网状立体结构,不存在单个分子;CO2中存在单个CO2分子。2物理性质(1)熔、沸点:SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高。(2)溶解性:CO2可溶于水,SiO2不溶于水。3化学性质二氧化硅二氧化碳与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应:SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱(NaOH)溶液反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量:CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2足量:CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应:SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Ca(ClO)2反应:Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO与碱性氧化物反应如与CaO反应:SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应:CO2Na2O=Na2CO3主要用途作光导纤维,制光学仪器、电子部件,水晶可制作饰品制饮料、碳酸盐,干冰用作制冷剂,人工降雨知能深化扫盲点提能点(一)CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关,当CO2通入少量时生成碳酸盐,当CO2通入过量时生成碳酸氢盐;当CO2的通入量介于两者之间时,既有正盐又有酸式盐生成,因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例:CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3当n(OH)n(CO2)的值不同时产物如下:对点练1标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A11B12C21D13解析:选Bn(CO2)0.150 mol,n(NaOH)0.200 L1.00 molL10.200 mol,即10,高温有利于该反应自发进行D实验室常用大理石与稀盐酸或稀硫酸反应制取二氧化碳解析:选C硫的氧化物和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质,A项叙述错误;CO2不属于大气污染物,B项叙述错误;CO2(g)C(s)2CO(g)为熵增的吸热反应,当GHTS11时CaSO4转化的离子方程式为_;能提高其转化速率的措施有_(填字母)。A搅拌浆料B加热浆料至100 C增大氨水浓度 D减小CO2通入速率(2)当清液pH接近6.5时,过滤并洗涤固体。滤液中物质的量浓度最大的两种阴离子为_和_(填化学式);检验洗涤是否完全的方法是_。(3)在敞口容器中,用NH4Cl溶液浸取高温煅烧的固体,随着浸取液温度上升,溶液中c( Ca2)增大的原因是_。解析:(1)向磷石膏粉、氨水浆料中通入CO2,CO2与NH3H2O 发生反应:CO22NH3H2O=2NHCOH2O,CO浓度增大,促进了CaSO4沉淀的转化:CaSO4CO=CaCO3SO,总反应的离子方程式为CaSO42NH3H2OCO2=CaCO32NHSOH2O。A项,搅拌浆料,可增大反应物的接触面积,加快化学反应速率;B项,加热浆料,由于NH3的挥发,导致NH3H2O浓度降低,不利于CO的生成,降低了CaSO4的转化速率;C项,增大氨水浓度,有利于提高CO的浓度,从而提高CaSO4的转化速率;D项,减小CO2通入速率,不利于CO的生成,从而降低CaSO4的转化速率。(2)由图像可知,pH6.5时,溶液中的c(Ca2)已经很小,此时通入的CO2与溶液中浓度较低的氨水反应生成NH4HCO3,故溶液中物质的量浓度最大的两种阴离子为SO和HCO。过滤得到的CaCO3沉淀上会附着SO、NH、HCO等杂质离子。检验洗涤是否完全时,可取少量最后一次从过滤器中流出的洗涤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,检验是否存在SO即可。若不产生白色沉淀,表明沉淀已洗涤完全。(3)NH4Cl溶液中存在水解平衡:NHH2ONH3H2OH,温度升高,上述水解平衡右移,c(H)增大,导致部分CaCO3溶解。答案:(1)CaSO42NH3H2OCO2=CaCO32NHSOH2O或CaSO4CO=CaCO3SOAC(2)SOHCO取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中,向其中滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若不产生白色沉淀,则表明已洗涤完全(3)浸取液温度上升,溶液中c(H)增大,促进固体中Ca2浸出3(2015海南高考)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如下图所示的路线制备,其中X为Z的氧化物,Y为氢化物,分子结构与甲烷相似,回答下列问题:(1)能与X发生化学反应的酸是_;由X制备Mg2Z的化学方程式为_。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_,Y分子的电子式为_。(3)Z、X中共价键的类型分别是_、_。解析:Z为半导体单质,则Z是Si元素,其氧化物为二氧化硅,可与氢氟酸反应,根据反应的流程图可知,二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si,Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物,则Y的分子式是SiH4,加热分解可得到Si单质。答案:(1)氢氟酸SiO24Mg2MgOMg2Si(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4(3)非极性键极性键- 配套讲稿:
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