化学 全国通用版 碳硅及其化合物教案最新修正版.docx
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化学全国通用版碳硅及其化合物教案最新修正版
2019年高考一轮复习碳、硅及其化合物
教材版本
全国通用
课时说明(建议)
2课时
知识点
碳、硅单质及其化合物的性质;无机非金属材料
复习目标
1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
复习重点
碳、硅及其化合物的性质
复习难点
碳、硅及其化合物的性质及实际应用
一、自我诊断知己知彼
1、(2017重庆八中月考)如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。
其中B是一种单质,其余物质也都是含有B元素的化合物。
C是一种钠盐,E是C对应的酸,其结构与碳酸相似;B的结构类似金刚石,D为B的氧化物(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去)
请回答:
(1)A、D、E的化学式分别为________、________、________。
(2)A和B的互相转化在工业上的实际意义是_______________。
(3)写出D→C反应的化学方程式:
__________________。
(4)写出E→D反应的化学方程式:
__________________。
2、(2017山东寿光现代中学月考)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高纯度的硅单质是良好的半导体材料
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
⑤水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂
⑥二氧化硅是一种原子晶体,用作光纤以及电脑芯片.
A.①②③④B.②③⑤⑥C.①③④⑤D.②③④⑤
3、(2017江西南昌三校联考)化学与社会、生活密切相关.对下列现象或事实的解释正确的是( )
选项
现象或事实
解释
A
过氧化钠作呼吸面具中的供氧剂
过氧化钠是强氧化剂,能氧化二氧化碳
B
用氢氟酸蚀刻玻璃
SiO2是碱性氧化物,能溶于酸
C
用浸有酸性高锰酸钾溶液的硅藻土作水果保鲜剂
酸性高锰酸钾溶液能氧化水果释放的催熟剂乙烯
D
Al(OH)3用作塑料的阻燃剂
Al(OH)3受热熔化放出大量的热
4、(2017四川达州检测)下列说法中正确的是()
A、单质
氧化物
酸或碱
盐,硅单质可以按上述关系进行转化
B、若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3,则可以通过一步反应实现如图所示的转化关系
C、二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中
D、青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4],若以氧化物形式可表示为Al2O3·SiO2·H2O
5、(2016山西太原五中月考)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。
它可以按下列方法制备:
下列说法正确的是()
A.步骤①的化学方程式为SiO2+C
Si+CO2↑
B.步骤①②③中每生成或反应1molSi,转移4mol电子
C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢氟酸反应
D.SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为67.6℃),通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3
【参考答案】
1、
(1)SiCl4 SiO2 H2SiO3
(2)粗硅提纯(3)SiO2+2NaOH
Na2SiO3+H2O(其他合理答案也可)
(4)H2SiO3
SiO2+H2O
2、C3、C4、C5、D
【解析】
1、本题以硅及其化合物之间的转化为载体考查了元素化合物知识。
B是一种单质,其余物质都是含有B元素的化合物,B的结构类似金刚石,则B属于原子晶体,结合转化关系可知B为Si元素,D为B的氧化物,则D是SiO2,A为SiCl4,C是一种钠盐,则C是Na2SiO3,E是C对应的酸,则E是H2SiO3,
(1)由以上分析可知A为SiCl4,D为SiO2,E为H2SiO3;
(2)A和B的互变实际意义是粗硅提纯;(3)二氧化硅和NaOH溶液反应生成硅酸钠和水,方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O;(4)H2SiO3不稳定,加热分解可生成SiO2,方程式为H2SiO3
SiO2+H2O。
2、①几乎所有的岩石和矿物都含有硅酸盐或者二氧化硅,则硅是构成一些岩石和矿物的基本元素,故①正确;
②水泥、玻璃是硅酸盐产品,水晶的主要成分是二氧化硅,故②错误;
③硅是半导体材料能导电,故③正确;
④陶瓷的主要原料是黏土,则陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料,故④正确;
⑤水玻璃即为硅酸钠水溶液具有黏性,工业上可以用于生产黏合剂,硅酸钠溶液涂刷或浸入木材后,能渗入缝隙和孔隙中,固化的硅凝胶能堵塞毛细孔通道,提高材料的密度和强度,且硅凝胶具有很强的耐高温性质,因此可以有效的防火,故⑤正确;
⑥计算机芯片的主要成分是硅单质,而不是二氧化硅,故⑥错误;
所以C选项是正确的.
3、A.过氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气,过氧化钠既是氧化剂又是还原剂,故A错误;
B.用氢氟酸蚀刻玻璃是因为二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和水,二氧化硅酸性氧化物,故B错误;
C.乙烯具有还原性,能够被酸性的高锰酸钾氧化,用浸有酸性高锰酸钾溶液的硅藻土作水果保鲜剂,所以C选项是正确的;
D.Al(OH)3受热分解生成H2O并吸收大量的热量,使周围环境温度降低,且生成的氧化铝熔点较高,附着在可燃物表面,从而阻止可燃物燃烧,故D错误;
所以C选项是正确的.
4、A.Si与氧气反应生成SiO2,二氧化硅不溶于水,不能生成对应酸,故A错误;
B.二氧化硅不溶于水,不能一步生成H2SiO3,故B错误;
C.二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物,所以都可溶解在NaOH溶液中,所以C选项是正确的;
D.根据活泼金属氧化物.较活泼金属氧化物·SiO2·H2O得顺序可以知道[Al2Si2O5(OH)4],可改成Al2O3·SiO2·H2O,故D错误
5、A、工业上用焦炭在高温下置换二氧化硅中的硅来制备粗硅,即步骤①的化学方程式为:
SiO2+2C
Si+2CO↑,故A错误;
B、步骤①中Si的化合价降低4,每生成1molSi,转移电子数为4mol,步骤②中生成SiHCl3,化合价升高2,每反应1molSi,转移电子数为2mol,步骤③中每生成1molSi,转移2mol电子,故B错误;
C、硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气,故C错误;
D、沸点相差30℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离,故D正确
二、温故知新夯实基础
1、碳、硅单质
2、碳、硅的氧化物
3、硅酸
4、无机非金属材料
三、典例剖析思维拓展
考点一常识STSE
例1(2018年天津市耀华中学第一次月考)下列有关物质性质与用途具有对应关系的是( )
A、Na2O2吸收CO2产生O2,可用作呼吸面具供氧剂
B、ClO2 具有还原性,可用于自来水的杀菌消毒
C、SiO2硬度大,可用于制造光导纤维
D、NH3易溶于水,可用作制冷剂
【答案】A
【解析】A项,Na2O2吸收CO2产生O2,可用作呼吸面具供氧剂,反应为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,故选A项;
B项,ClO2具有氧化性,用于自来水的杀菌消毒,故不选B项;
C项,SiO2可用于制造光导纤维是因为其光学性能优异,与其硬度大无关,故不选C项;
D项,NH3作制冷剂是因为液氨汽化时要吸收大量热,使周围温度急剧降低,与其易溶于水无关,故不选D项。
【易错点】化学常识的记忆容易混淆
【方法点拨】平时注重积累物质的性质的常识知识
例2(2016四川理综第1题)化学与生产和生活密切相关。
下列过程中没有发生化学变化的是( )
A、氯水作水的杀菌消毒剂
B、硅胶作袋装食品的干燥剂
C、二氧化硫作纸浆的漂白剂
D、肥皂水作蚊虫叮咬处的清洗剂
【答案】B
【解析】B项,硅胶易吸水可作干燥剂, 该过程属于物理变化,故选B项;
A项,氯水可作消毒剂,发生反应Cl2+H2O
HCl+HClO,故不选A项;
C项,SO2具有漂白性,可与有色物质结合生成无色物质,属于化学变化,故不选C项;
D项,蚊虫叮咬后,会释放酸性物质造成瘙痒等症状,可以涂上碱性物质如肥皂水以减轻痛苦,酸碱中和属于化学变化,故不选D项。
综上所述,本题正确答案为B。
【易错点】物质的性质容易记错
【方法点拨】注意积累和记忆常识知识
例3(2017北京五十六中期中)下列叙述中,不正确的是( )
A、单质硅是重要的半导体材料
B、二氧化硅是制造光导纤维的材料
C、硅酸钠可以做木材防火剂
D、自然界里存在大量的单质硅和二氧化硅
【答案】D
【解析】D、硅在自然界以化合态形式存在,多以硅酸盐或二氧化硅的形式存在于矿物、岩石中,故D错误;
A、Si属于半导体,是重要的半导体材料,所以A选项是正确的;
B、二氧化硅是制造光导纤维的材料,属于新型的无机非金属材料,所以B选项是正确的;
C、硅酸钠具有粘性,用来制备硅胶和木材防火剂的原料,所以C选项是正确的。
【易错点】物质的性质容易记错
【方法点拨】注意积累和记忆常识知识
考点二物质之间的转化
例1(2017福建质检)X、Y、Z三种物质存在如图所示的转化关系(图中“→”表示一步转化)。
下列各组物质中,不能满足此转化关系的是( )
选项
X
Y
Z
A
Al
Al2O3
NaAlO2
B
Fe
FeCl3
FeCl2
C
C
CO
CO2
D
Cl2
HCl
NaCl
【答案】A
【解析】NaAlO2不能一步转化为Al,A项符合题意;该转化关系可以为:
2Fe+3Cl2
2FeCl3、2FeCl3+Fe===3FeCl2、FeCl2+Zn===Fe+ZnCl2、Fe+CuCl2===FeCl2+Cu(或Fe+2HCl===FeCl2+H2↑),B项不符合题意;该转化关系可以为:
2C+O2
2CO、2CO+O2
2CO2、C+O2
CO2、2Mg+CO2
2MgO+C,C项不符合题意;该转化关系可以为:
Cl2+H2
2HCl、HCl+NaOH===NaCl+H2O、2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑、Cl2+2Na
2NaCl(或Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O),D项不符合题意。
【易错点】物质之间的转化容易混淆,有些物质之间不能发生反应
【方法点拨】利用性质来记忆反应,特殊反应特殊记忆
例2(2017江西玉山一中月考)下列各组物质中,物质之间通过一步反应就能实现如图所示变化的是( )
选项
甲
乙
丙
丁
A
N2
NH3
NO
NO2
B
Na
Na2O
NaOH
Na2O2
C
SiO2
SiF4
H2SiO3
Na2SiO3
D
Al
AlCl3
Al2O3
NaAlO2
【答案】D
【解析】A、氮气转化为二氧化氮,要两步进行氮气放电生成一氧化氮,一氧化氮再被氧化生成二氧化氮,不实现甲到丁的一步转化,故A错误;
B、氢氧化钠无法转化过氧化钠,故B错误;
C、SiO2无法一步转化为H2SiO3,首先二氧硅与强碱反应生成硅酸盐,然后再利用强制弱生成硅酸,故C错误;
D、甲→乙:
Al
AlCl3;甲→丙:
Al
Al2O3;甲→丁:
Al
NaAlO2;丙→丁:
Al2O3
NaAlO2,各步都可以实现一步转化,故D正确
【易错点】物质之间的转化容易混淆,有些物质之间不能发生反应
【方法点拨】利用性质来记忆反应,特殊反应特殊记忆
例3(2017江苏化学7)在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是()
A、Fe
FeCl2
Fe(OH)2
B、S
SO3
H2SO4
C、CaCO3
CaO
CaSiO3
D、NH3
NO
HNO3
【答案】C
【解析】A、因为氯气具有强氧化性,则铁与氯气反应生成三氯化铁,而不是氯化亚铁,故A错误;
B.硫与氧气反应生成二氧化硫,而不是三氧化硫,故B错误;
C.CaCO3高温分解生成CaO,CaO为碱性氧化物,和酸性氧化物二氯化硅高温反应生成盐硅酸钙,所以C选项是正确的;
D.氨气催化氧化生成NO,NO和水不反应,不能生成硝酸,故D错误
【易错点】物质之间的转化容易混淆,有些物质之间不能发生反应
【方法点拨】利用性质来记忆反应,特殊反应特殊记忆
考点三物质的性质与反应之间的对应关系
例1(2017宁夏固原一中适应性训练)如图1,天宫二号空间实验室已于2016 年9月15日22时04分在酒泉卫星发射中心发射成功.请回答下列问题:
(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件.石英玻璃的成分是 (填化学式),该物质的类别属于 (填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”),实验室中不能用玻璃塞试剂瓶盛放KOH溶液,原因是(用离子方程式表示)
【答案】SiO2; 酸性氧化物;SiO2+2OH-=SiO32-+H2O
【解析】石英玻璃的成分是二氧化硅;二氧化硅是酸性氧化物;二氧化硅与氢氧化钾反应生成硅酸钾和水
【易错点】思考题目的时候没有逻辑性,没有做题技巧
【方法点拨】多练习,建立严谨的递进关系
例2(2017北京西城区期末)C、Si是构成无机非金属材料的重要元素。
(1)Si在周期表中的位置为 。
(2)为比较C、Si的非金属性,某同学设计了如下实验:
装置①中盛放的试剂是 ,装置②中发生反应的离子方程式是 。
(3)SiC是一种重要的高温耐磨材料。
SiC中,C元素显 (填“正”或“负”)化合价,从原子结构角度解释原因是 。
【答案】
(1)第三周期ⅣA族
(2)饱和NaHCO3溶液(1分);CO2+H2O+SiO32-=H2SiO3↓+CO32-
(3)负;C、Si均位于ⅣA族,从上到下原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子吸引能力逐渐减弱,元素电负性逐渐减弱
【解析】
(1)Si的原子序数为14,位于第三周期第Ⅳ A族。
(2) 盐酸易挥发,锥形瓶中生成的CO2气体中混有HCl气体,所以要用碱性溶液中和,同时又要避免CO2被消耗,所以①中盛放的试剂是饱和NaHCO3溶液;装置②中,CO2与硅酸钠溶液反应的离子反应方程式为CO2+H2O+SiO32-=H2SiO3↓+CO32-。
(3)电负性:
C,C的吸引电子能力更强,则SiC中,C元素显负价;同一主族元素,从上到下,原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子吸引能力逐渐降低,元素的电负性逐渐减弱,Si和C均位于第ⅣA族,电负性:
C,吸引电子能力:
C。
【易错点】思考题目的时候没有逻辑性,没有做题技巧
【方法点拨】多练习,建立严谨的递进关系
例3(2017四川乐山调研)下列叙述Ⅰ和叙述Ⅱ均正确并有因果关系的是()
选项
叙述Ⅰ
叙述Ⅱ
A
常温下,碳可与浓硝酸剧烈反应
浓硝酸具有强氧化性
B
SiO2可与氢氟酸反应,又可与氢氧化钠溶液反应
SiO2是两性氧化物
C
新制的氯水使蓝色石蕊试纸变白
氯水具有漂白性
D
SO2可使滴加酚酞的NaOH溶液褪色
SO2具有漂白性
【答案】C
【解析】常温下,碳与浓硝酸不反应,A不符合题意;SiO2与HF反应得到的SiF4不是盐,故SiO2不是碱性氧化物,是酸性氧化物,B不符合题意;新制的氯水中含有的次氯酸具有漂白性,能使蓝色石蕊试纸变白,C符合题意;SO2可使滴加酚酞的NaOH溶液褪色是因为SO2是酸性气体,D不符合题意
【易错点】思考题目的时候没有逻辑性,没有做题技巧
【方法点拨】多练习,建立严谨的递进关系
考点四物质的性质的在实验和工业流程中的应用
例1(2016陕西西安一中模拟)硅是带来人类文明的重要元素之一,从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。
工业上可以采用化学气相沉积法,在H2的保护下,使SiCl4与N2反应生成的Si3N4沉积在石墨表面,写出该反应的化学方程式:
。
(2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅:
①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、3HCl和另一种物质,写出该反应的化学方程式:
。
②假设每一轮次制备1mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应Ⅰ中HCl的利用率为90%,反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%。
则在第二轮次的生产中,补充投入HCl和H2的物质的量之比是 。
【答案】
(1)3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl;
(2)①SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2↑;②5:
1。
(1)四氯化硅在氢气的气氛保护下,与氮气反应可得较高纯度的氮化硅以及氯化氢,化学方程式为:
3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCl;
(2)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气,化学方程式为:
SiHCl3+3H2O=H2SiO3+3HCl+H2↑;
②反应生产1mol纯硅需补充HCl:
-3=1/3,需补充H2:
-1≈0.064,则补充HCl与H2的物质的量之比为约为5:
1。
【解析】
(1)根据信息:
四氯化硅和氮气在氢气的气氛保护下发生反应,除生成氮化硅外,还有氯化氢生成,据此书写化学方程式;
(2)①SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和氢气,据此书写化学方程式;
②反应生产1mol纯硅需补充HCl:
-3=1/3,需补充H2:
-1≈0.064,据此分析解答
【易错点】将理论知识与实际应用结合
【方法点拨】整理常考内容,学会做题分析的思路
例2(2017全国Ⅱ理综第26题)水泥是重要的建筑材料,水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2,并含有一定量的铁、铝等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
回答下列问题:
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助溶剂,还需加入几滴硝酸。
加入硝酸的目的是 ,还可使用 代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是 ,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为 。
【答案】
(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化为Fe3+;H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3);SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF=SiF4↑+3H2O)
【解析】
(1)在分解水泥样品过程中加入硝酸是将分解产生的Fe2+转化为Fe3+,便于后续的沉淀处理;加入硝酸的目的是将Fe2+氧化为Fe3+,所以可以用H2O2溶液代替硝酸进行氧化处理。
(3)
(2)沉淀A是水泥中不溶于硝酸与盐酸的成分,所以A的主要成分为SiO2(或H2SiO3),SiO2(或H2SiO3)可与氢氟酸发生反应,此反应的方程式为SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF=SiF4↑+3H2O)
【易错点】将理论知识与实际应用结合
【方法点拨】整理常考内容,学会做题分析的思路
例3(2017河南郑州一测)以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。
从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。
废钒催化剂的主要成分为:
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2~2.9
2.8~3.1
22~28
60~65
1~2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,反应的离子方程式为______________,同时V2O4转化成VO2+。
“废渣1”的主要成分是________。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO 2+变为VO2+,则需要氧化剂KClO 3至少为________mol。
【答案】V2O5+2H+===2VO2++H2O SiO2 0.5
【解析】
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO2+,V元素化合价不变,说明不是氧化还原反应,根据原子守恒可知反应的离子方程式为V2O5+2H+=2VO2++H2O;二氧化硅与酸不反应,则“废渣1”的主要成分是二氧化硅。
(2)“氧化”中欲使3mol的VO2+变为VO2+,V元素化合价从+4价升高到+5价,而氧化剂KClO3中氯元素化合价从+5价降低到-1价,则根据电子得失守恒可知需要氯酸钾的物质的量为3mol÷6=0.5mol。
【易错点】将理论知识与实际应用结合
【方法点拨】整理常考内容,学会做题分析的思路
例4(2017湖北武昌市调研)碳酸锂(相对分子质量74)广泛应用于化工、冶金等行业。
工业上利用锂辉石(Li2Al2Si4Ox)制备碳酸锂的流程如下:
已知:
碳酸锂的溶解度为(g/L)
温度/℃
0
10
20
30
40
50
60
80
100
Li2CO3
1.54
1.43
1.33
1.25
1.17
1.08
1.01
0.85
0.72
请回答下列问题:
(1)锂辉石(Li2Al2Si4Ox)可以用氧化物的形式表示其组成,形式为 。
(2)硫酸化焙烧温度控制在250℃~300℃之间,主要原因是 ;焙烧中硫酸用量控制在理论用量的115%左右,硫酸加入过多的副作用是 。
(3)水浸时,加入CaCO3粉末充分反应后过滤,滤渣的主要成分除CaCO3外还有 。
【答案】
(1)Li2O·Al2O3·4SiO2
(2)温度低于250℃,反应速率较慢;温度高于300℃,硫酸挥发较多。
增加后续药品的耗量
(3)CaSO4、SiO2、Al(OH)3
【解析】锂辉石加硫酸,浸取焙烧,氧化铝、氧化锂溶解,二氧化硅不反应,水浸时加入碳酸钙,除去未反应的硫酸,同时调节溶液pH值,可以将Al3+转化为Al(OH)3沉淀,过滤除去不溶物,滤液再进行深度净化后主要为Li2SO4、Na2SO4,最后加入Na2CO3,转化为溶解度更小Li2CO3析出。
(1)锂辉石(Li2Al2Si4Ox)可以用氧化物的形式表示,其组成形式为:
Li2O•Al2O3•4SiO2;
(2)温度低于250℃,反应速率较慢,温度高于300℃,硫酸挥发较多,反应温度控制在250﹣300℃,反应速率较快,避免硫酸挥发;硫酸如果加入过多,消耗的酸多,后续中还需要除去过量的硫酸,增加后续杂质的处理量、增加后续药品的消耗量;⑶根据上述题意可知滤渣中还有CaSO4、SiO2、Al(OH)3
【易错点】将理论知识与实际应用结合
【方法点拨】整理常考内容,学会做题分析的思路
四、举一反三成果巩固
考点一常识
1.(2017湖南株洲教学质量检测)化学与社会、生产、生活密切相关.下列说法中不正确的是( )
A、煤炭经气化、液化和干馏等过程,可以转化为淸洁能源
B、利用二氧化碳来制造全降解塑料,可以缓解温室效应
C、高纯硅可用于制造太阳能电池、计算机芯片和光异纤维
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