1、高中化学碳硅知识碳、硅及其化合物 教学目标：1了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。 教学重难点：了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用 教学过程：考点一碳、硅及其重要化合物的性质1碳、硅元素的存在形态(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。2碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较碳硅结构金刚石：空间网状结构石
2、墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池3.碳、硅单质的化学性质(1)碳(2)硅与F2反应：Si2F2=SiF4。与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。与O2反应：SiO2SiO2。与Cl2反应：Si2Cl2SiCl4。硅的工业制法碳、硅单质的特殊性1一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度
3、大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO22CSi2CO。4非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：Si4HF=SiF42H2。6一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：CH2O(g)H2CO。物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个分子主要物理性质硬度大
4、，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2O H2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：Si
5、O2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐碳、硅单质的特殊性1一般情况下，非金属元素的单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3Si的还原性大于C，但C在高温下能还原出Si：SiO22CSi2CO。4非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与HF反应：Si4
6、HF=SiF42H2。6一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：CH2O(g)H2CO。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应()(2)大量燃烧化石燃料是造成雾霾的一种重要原因()(3)硅胶可作袋装食品的干燥剂()(4)金刚石、白磷都属于单质()(5)由于晶体硅熔点高硬度大，则可用于制作半导体材料()(6)甲乙丙，若甲为焦炭，则丁可能是O2()(7)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中()(8)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅()(9)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料()(10)合成纤维
7、和光导纤维都是新型无机非金属材料()(11)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维()(12)(12)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)题组1碳、硅单质的性质1下列关于碳和硅的叙述中，正确的是()。A其氧化物都能与NaOH溶液反应B其单质在加热时都能跟O2反应C其氧化物都能溶于水生成相应的酸D碳和硅两种元素共有两种单质2下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是()。ASiO2Si BCO2CCSiO2H2SiO3 DSiNa2SiO3题组2碳、硅氧化物的性质3下列说法正确的是()。A反应：SiO2
8、Na2CO3Na2SiO3CO2，说明H2SiO3的酸性大于H2CO3的酸性B可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应C二氧化硅是生产光导纤维、玻璃的基本原料DCO2、CH4、N2是温室气体4向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96 L(0 ，1.01105 Pa)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)()。B C C C考点二硅酸盐及无机非金属材料1硅酸硅酸难溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变
9、红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解，其化学方程式为：H2SiO3SiO2H2O。(2)硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体，硅胶有很强的吸水能力，常用作干燥剂。2硅酸盐(1)概念：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2OSiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O3Al2O36SiO22H2O。(3)硅酸钠(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液
10、俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。它能与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3；与CO2水溶液反应的化学方程式为：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料三种硅酸盐工业生产的比较：水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石和石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分3CaOSiO22CaOSiO23CaOAl2O3Na2SiO3CaSiO3SiO2硅酸盐生产条件高温主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，也广泛应用于生活中。(2)新型无机非金属材
11、料高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。压电陶瓷：具有压电效应。2判断正误，正确的划“”，错误的划“”。(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点。()(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。()(3)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强。()(4)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料()(5)新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点()(6)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点()(7
12、)水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品()(8)2MgOSiO2中的酸根阴离子为SiO()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)示向题组1(2014济南联考)下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是()。A硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料D祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO22(2014郑州一模)材料与化学
13、密切相关，表中对应关系错误的是()。材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅3下列物质性质与用途对应关系正确的是()。性质用途A硅酸钠化学性质稳定用作木材防火剂B硅胶具有吸附水分的能力硅用作半导体材料C二氧化硅硬度大、熔点高用氢氟酸在玻璃上刻花纹D焦炭具有可燃性焦炭还原二氧化硅冶炼粗硅4(2013海南卷，20)硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的
14、硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有_。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：发生的主要反应电弧炉SiO22C Si2CO流化床反应器Si3HC SiHCl3H2还原炉SiHCl3H2 Si3HCl用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_；碳化硅又称_，其晶体结构与_相似。在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_。物质SiSiCl4SiHC
15、l3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/2 35557.631.88.230.484.9111.9SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为_。(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是_。5(2014济南四校期中联考)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质S
16、iCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式：_。(2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。A A D 4答案 (1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)(2)石英砂、纯碱和石灰石(3)SiO23CSiC2CO金刚砂金刚石(或单晶硅)精馏(或蒸馏)H4SiO4(或H2SiO3)、H2
17、、HCl(4)H2、HCl5答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)平衡气压浓H2SO4SiCl4沸点较低，用冷却液冷却可得到液态SiCl4(3)Al、B、P课后练习1了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。课后练习1近几年我国载人飞船多次升空，显示出我国航天技术已进入世界一流，飞船应用了许多尖端的合成材料。据报道我国科学家近年来研制出一种新型“连续纤维增韧”航空材料，其主要成分是由碳化硅陶瓷和碳纤维复合而成的。下列相关叙述不正确的是()。A它耐高温抗氧化B它比钢铁轻
18、，强度大，但质地较脆C它没有固定熔点D它是一种新型无机非金属材料2关于硅及其化合物的叙述中，错误的是()。A硅是良好的半导体材料B二氧化硅能与石灰石反应：SiO2CaCO3CaSiO3CO2C可以用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO22CSi2COD水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO23下列离子方程式书写正确的是()。A往澄清石灰水中通入过量的二氧化碳：Ca22OHCO2=CaCO3H2OB往碳酸钠溶液中加入二氧化硅：COSiO2=SiOCO2C二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO22OH=SiOH2D硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO32OH=SiO2H2O4常温下，下列不发生反应的一组
19、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溶液二氧化硅与浓硝酸A BC D5下列、因果描述正确且二者有必然联系的是()。(原因)(结果)A木炭呈黑色木炭常用作能源B一氧化碳具有还原性工业上用一氧化碳冶炼金属C碳酸钠属于碱类用热的纯碱溶液清洗油污器具D二氧化碳是酸性氧化物二氧化碳能与水反应6(2014陕西质检)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()。A都是共价化合物B都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C都能溶于水且与水反应生成相应的酸DSiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨7下列离子方程式不正确的是()。A石英与烧碱反应：SiO22OH=SiO
20、H2OB硅与烧碱反应：Si2OH=SiOH2C硅酸钠溶液中通入少量CO2：SiOCO2H2O=COH2SiO3D往水玻璃中加入盐酸：2HSiO=H2SiO38将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()。ANa2SiO3 BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2 DSiO29用如图装置来分离CO2和CO混合气体并干燥，图中a、c、d为止水夹，b为分液漏斗活塞，通过Y形管和止水夹分别接两个球胆，现装置内空气已排尽，为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的试剂为()。甲乙丙A饱和NaHCO3溶液12 molL1盐酸18.4
21、molL1 H2SO4B饱和Na2CO3溶液2 molL1 H2SO4饱和NaOH溶液C饱和NaOH溶液2 molL1 H2SO418.4 molL1 H2SO4D18.4 molL1 H2SO4饱和NaOH溶液18.4 molL1 H2SO410硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)下列物质不属于硅酸盐的是_。A陶瓷 B玻璃C水泥 D生石灰(2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作_。Na2SiO3可通过S
22、iO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是_。A普通玻璃坩埚 B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚 D铁坩埚(4)工业上常利用反应2CSiO2Si2CO制备硅单质，该反应中所含元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。11(2014南昌模拟)硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题：(1)硅原子的结构示意图为：_。(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是_。长江三峡水泥大坝光导纤维陶瓷坩埚普通玻璃硅太阳能电池A BC D(3)下列说法正确的是_。A在粗硅的制取中发生2CSiO22COSi，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性B硅酸钠属于盐，不属
23、于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D由Na2CO3SiO2CO2Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸(4)常温下，SiCl4为液态，沸点为57.6 ，在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质，若要得到高纯度SiCl4，应采用的方法是_；用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因：_。12(2014北京海淀模拟)硅及其化合物在自然界广泛存在并被人类应用。(1)氮化硅膜与二氧化硅膜相比较具有表面化学性能稳定等优点，故氮化硅膜可用于半导体工业。可以用NH3和SiH4(硅烷)在一定条
24、件下反应，并在600 T的加热基板上生成氮化硅膜：3SiH44NH3Si3N412H2以硅化镁为原料制备硅烷的反应和工业流程如下：反应原理：4NH4ClMg2Si4NH3SiH42MgCl2(H0)NH4Cl中的化学键类型有_，SiH4的电子式为_。上述生产硅烷的过程中液氨的作用是_。氨气是重要的工业原料，写出氨气发生催化氧化反应生成NO的化学方程式_，实验室可利用如右图所示装置完成该反应。在实验过程中，除观察到锥形瓶中产生红棕色气体外，还可观察到有白烟生成，白烟的主要成分是_。(2)三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)难溶于水，在医药上可做抗酸剂。它除了可以中和胃液中多余的酸之外，生成的H2
25、SiO3还可覆盖在有溃疡的胃表面，保护其不再受刺激。三硅酸镁与盐酸反应的化学方程式为_。将0.184 g三硅酸镁加入到50 mL 0.1 molL1盐酸中，充分反应后，滤去沉淀，用0.1 molL1 NaOH溶液滴定剩余的盐酸，消耗NaOH溶液30 mL，则Mg2Si3O8nH2O中的n值为_。(注：Mg2Si3O8的摩尔质量为260 gmol1)。1-9BDDDB CBA C10答案(1)D(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O氢氟酸(3)防火剂D(4)CSiO211答案(1) (2)D(3)C(4)在干燥条件下蒸馏SiCl43H2O=H2SiO34HCl，HCl遇水蒸气产生白雾12答案(1)极性键(或共价键)、离子键吸收热量，保证反应在常温下进行(答“制冷”或“降温”均可)4NH35O24NO6H2ONH4NO3(或硝酸铵)(2)Mg2Si3O8nH2O4HCl=3H2SiO32MgCl2(n1)H2O6
