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1、第 12 講 碳、硅及其化合物,一、碳及其重要化合物,1碳族元素的主要特征,碳族元素包括碳、硅、鍺、錫、鉛五種元素。碳族元素原 子最外層均有____________，特殊的結(jié)構(gòu)決定了該族元素易形 成__________化合物，碳是構(gòu)成有機(jī)物的主角，硅是構(gòu)成礦物 的主角，因而碳族元素形成物質(zhì)的種類(lèi)繁多。 2碳元素的單質(zhì),常見(jiàn)的碳單質(zhì)有________、________、C60 等，它們之間互,為_(kāi)_________________。,4 個(gè)電子,共價(jià),金剛石,石墨,同素異形體,3碳的氧化物,COH2,CuCO2,2Fe3CO2,2CO2,CaCO3,H2O,H2CO3,2CO,2MgOC,4.碳
2、酸和碳酸鹽,(1)碳酸(H2CO3)不穩(wěn)定，容易分解成________和_______。 (2)熱穩(wěn)定性：正鹽酸式鹽酸。例如：,Ca(HCO3)2在溶液中加熱可以分解，NaHCO3在溶液中穩(wěn) 定，加熱固體可以分解，而 Na2CO3 加強(qiáng)熱也難分解。,CO2,H2O,例如：常溫下，S(CaCO3),S(NaHCO3)。,(4)正鹽與酸式鹽可以相互轉(zhuǎn)化：,(3)溶解性：第A族元素對(duì)應(yīng)的碳酸的正鹽溶解性小于其 酸式鹽，而第A族元素對(duì)應(yīng)的碳酸的正鹽溶解性大于其酸式鹽。,二、硅和二氧化硅 1硅 (1)硅具有____________結(jié)構(gòu)，為帶有金屬光澤的灰黑色固 體，熔點(diǎn)高、硬度大，有脆性。 (2)硅在常
3、溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只能與 F2、HF、NaOH溶液 等反應(yīng)。,正四面體,SiO2,Na2SiO32H2,2二氧化硅,(1)二氧化硅具有____________結(jié)構(gòu)，______溶于水。 (2)二氧化硅具有弱氧化性和酸性氧化物的通性。,正四面體,不,Si2CO,Na2SiO3H2O,CaSiO3CO2,Na2SiO3CO2,三、硅酸、硅酸鹽 1硅酸 (1)性質(zhì)。 硅酸是難溶于水的______酸，其酸性比碳酸________，硅 酸不能使紫色石蕊試液變紅色。,硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：,硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與 NaOH 溶液反應(yīng)的化學(xué)方程 式為：H2SiO32NaOH===Na2SiO32H2O。
4、,弱,還弱,硅 酸 在 水 中 易 聚 合 形 成 膠 體。濃度較小時(shí) ________________；濃度較大時(shí)凝膠。硅酸凝膠干燥 脫水變成硅酸干膠(或硅膠)，硅酸干膠吸附水分能力強(qiáng)，常用 作__________，也用作催化劑的載體。,(2)制備。,硅酸可通過(guò)可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，反應(yīng)的化學(xué) 方程式為：Na2SiO32HCl===________________，Na2SiO3 CO2H2O===________________ 。,無(wú)色透明溶液,干燥劑,2NaClH2SiO3,Na2CO3H2SiO3 ,2硅酸鹽,(1)硅酸鹽是由____、____和______組成的化合物的總稱(chēng)
5、。 硅酸鹽是一類(lèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)，一般都__________?；瘜W(xué)性質(zhì) 很______，通常用________和__________的形式表示其組成。,(2)三種常見(jiàn)的硅酸鹽產(chǎn)品。,硅,氧,金屬,不溶于水,穩(wěn)定,二氧化硅,金屬氧化物,3.新型陶瓷,【基礎(chǔ)導(dǎo)練】,1對(duì)于A 族元素，下列敘述中不正確的是(,)。,ASiO2和CO2中，Si 和 O、C 和 O 之間都是共價(jià)鍵 BC、Si 和 Ge 的最外層電子數(shù)都是 4，次外層電子數(shù)都 是 8 CCO2 和 SiO2 都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧 化鈣反應(yīng) D該族元素的主要化合價(jià)是4 價(jià)和2 價(jià),B,解析：A中SiO2和CO2為共價(jià)化合物，原
6、子間以共價(jià)鍵結(jié) 合；B中C、Ge的次外層電子數(shù)分別為2、18；C、D顯然正確。,2在室溫下，下列物質(zhì)不與晶體硅反應(yīng)的是(,)。,AF2 CKOH 溶液,BHF DCl2,解析：在室溫下，Cl2不能與Si發(fā)生反應(yīng)，而F2、HF、KOH 溶液能與 Si 發(fā)生反應(yīng)。,D,(,)。,A C,B D,解析：氫氟酸及呈堿性的石灰水、Na2CO3溶液、NaOH溶 液都不能存放在帶玻璃塞的試劑瓶中。,3下列溶液中不能保存在帶玻璃塞的試劑瓶中的是,氫氟酸；NaCl；KNO3；石灰水；CuSO4； NaOH；Na2CO3；NaHSO4。,A,4下列說(shuō)法正確的是(,)。,二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能
7、與任 何酸反應(yīng)； 的酸性比碳酸強(qiáng)； 二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸； 二氧化硅常被用來(lái)制造光導(dǎo)纖維。,A,B,C,D,解析：SiO2可與HF反應(yīng)；反應(yīng)是由于CO2在高溫下逸 出反應(yīng)體系，并不能說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)。,C,5某科研小組用高嶺土(主要成分是 Al2O32SiO22H2O，并 含少量 CaO、Fe2O3)研制新型凈水劑(鋁的化合物)，其實(shí)驗(yàn)步驟 如下：,將土樣和純堿混勻，加熱熔融，冷卻后用水浸取熔塊，過(guò) 濾，棄去殘?jiān)瑸V液用鹽酸酸化，經(jīng)過(guò)濾分別得到沉淀和溶液， 溶液即為凈水劑。,(1)寫(xiě)出熔融時(shí)高嶺土的主要成分與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程 式 是 (Al2O3 與 純 堿 的 反
8、應(yīng) 和 SiO2 與 純 堿 的 反 應(yīng) 相 似 ) ： _____________________________________________________。,(2)最后的沉淀物是________，生成該沉淀的離子方程式,是：________________________________。,(3)實(shí)驗(yàn)室中常用瓷坩堝、氧化鋁坩堝和鐵坩堝，本實(shí)驗(yàn)在,熔融高嶺土?xí)r應(yīng)選用的坩堝是________。,解析：(1)由題意可知Al2O3與純堿反應(yīng)和SiO2與純堿反應(yīng) 類(lèi)似，均是生成鹽和CO2，Al2O3與Na2CO3反應(yīng)生成NaAlO2， SiO2與Na2CO3反應(yīng)生成Na2SiO3。,(2)濾液
9、中含有Na2SiO3和NaAlO2，向其中加入鹽酸，二者 均可與鹽酸反應(yīng)，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)生成H2SiO3沉淀，而 NaAlO2與鹽酸反應(yīng)先生成Al(OH)3沉淀，后又溶解，所以最后 的沉淀是H2SiO3。 (3)由于高溫下SiO2和Al2O3均可和Na2CO3反應(yīng)，所以應(yīng) 選擇鐵坩堝。,考點(diǎn) 1 碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),由于硅元素原子的最外層電子數(shù)與碳元素原子的最外層電 子數(shù)都是 4，所以硅的許多化學(xué)性質(zhì)與碳相似，但也有不同。 具體見(jiàn)下表：,【例 1】下列關(guān)于硅的說(shuō)法中，不正確的是(,)。,A硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體 B硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好
10、的半導(dǎo) 體 C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng) D加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng) 解析：硅既有金屬性，又有非金屬性，其導(dǎo)電性也介于導(dǎo) 體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑， 但常溫下仍能與氟氣、氟化氫和 NaOH 溶液等發(fā)生反應(yīng)；加熱 至一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)。 答案：C,【變式訓(xùn)練】,1下列說(shuō)法正確的是(,)。,A硅材料廣泛應(yīng)用于光纖通訊 B工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術(shù)品 C水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤(pán)都是硅酸鹽制品 D粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng),A,考點(diǎn) 2,CO2和SiO2的比較,【例 2 】( 雙選) 下列關(guān)于二氧化硅
11、的敘述中，正確的是,(,)。,A二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸 B二氧化硅是一種酸性氧化物，它不與任何酸發(fā)生反應(yīng) C 二氧化硅在高溫下與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉和 CO2，說(shuō)明硅酸的酸性強(qiáng)于碳酸，這就是用較強(qiáng)的酸 制較弱的酸 D二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差異,硅酸,思路指導(dǎo)：解答本題要注意以下兩點(diǎn)： SiO2的性質(zhì)：穩(wěn)定性強(qiáng)、酸性氧化物。 SiO2的特性：能與氫氟酸反應(yīng)，不能與水直接反應(yīng)生成,解析：SiO2是由 Si 和 O 按12的比例所組成的立體網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)的晶體，不存在SiO2分子，而二氧化碳則是由碳、氧原子 結(jié)合成的二氧化碳分子構(gòu)成的，SiO2
12、和CO2在組成微粒及微粒 間的相互作用方面有很大的區(qū)別，故性質(zhì)有很大差別，二氧化 硅在常溫下為固體，熔沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水及一般溶劑，,答案：AD,【變式訓(xùn)練】 2常溫下二氧化硅是很堅(jiān)硬的固體而二氧化碳是氣體的原,因是(,)。,A硅的非金屬性比碳弱 B硅具有一定的非金屬性而碳是典型的非金屬 C二氧化硅里硅與氧結(jié)合的化學(xué)鍵和二氧化碳里碳與氧 結(jié)合的化學(xué)鍵的種類(lèi)不同 D二氧化硅是原子晶體，二氧化碳是分子晶體 解析：化合物在常溫下的存在狀態(tài)取決于它們的熔沸點(diǎn)高 低，SiO2和CO2的熔沸點(diǎn)不同，主要原因在于二者晶體類(lèi)型的 差異。,D,碳、硅及其化合物在推斷題中的考查,考向分析歷年高考常以推斷題形
13、式對(duì) C、Si 元素的單質(zhì) 及其重要化合物的主要性質(zhì)、應(yīng)用及對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響進(jìn)行考 查。,【典例】A、B、C、D、E 代表單質(zhì)或化合物，它們之間的 相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖 2121 所示。A 為地殼中含量?jī)H次于氧的 非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。,圖 2121,請(qǐng)?zhí)羁眨?(1)形成單質(zhì) A 的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為_(kāi)_______，它的最高,化合價(jià)為_(kāi)_______。,(2)B 的化學(xué)式為_(kāi)_______，B 和碳反應(yīng)生成 A 和 E 的化學(xué) 方程式是：____________________________________。 (3)C 的化學(xué)式為_(kāi)____________________，
14、D 的化學(xué)式為,______________________________________________________,__________________。,考查要點(diǎn)：硅及其化合物的相互轉(zhuǎn)化。,思路指導(dǎo)：“A 為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單 質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似”可推知 A 為 Si，是本題的突破 口。,答案：(1),4,,,【突破訓(xùn)練】,1下列各單質(zhì)和化合物之間有以下轉(zhuǎn)化關(guān)系，而且各單質(zhì),和化合物的組成元素皆為短周期元素。,根據(jù)上述關(guān)系判斷：,(1)單質(zhì) A 只可能是________。,(2)單質(zhì) B 是________(填“金屬”或“非金屬”)。,(3)寫(xiě)出各化合物的化
15、學(xué)式：甲：________、乙：________、,丙：________、?。篲_______。,圖 2122,答案：(1)硅(2)非金屬(3)SiO2Na2SiO3H2OH4SiO4,解析：本題是元素及化合物的推斷題，解題的突破口是短 周期元素的單質(zhì)A與NaOH溶液反應(yīng)生成氫氣，此元素可能是 Al或Si，而產(chǎn)生的化合物乙與過(guò)量鹽酸溶液反應(yīng)，生成的化合 物丁能兩次失去化合物丙生成化合物甲，則進(jìn)一步推斷出A單 質(zhì)不是金屬Al，而只能是Si。又由于單質(zhì)A和化合物甲都能跟 NaOH溶液反應(yīng)，都生成化合物乙(Na2SiO3)，只不過(guò)A的另一 種產(chǎn)物是氫氣，而化合物甲的一種產(chǎn)物為化合物丙，丙又可通 過(guò)氫
16、氣與單質(zhì)B反應(yīng)生成，故單質(zhì)B為O2、丙為水、甲為二氧 化碳，繼而推出丁為原硅酸。,題組一 碳和硅的單質(zhì),1下列關(guān)于碳和硅的敘述中，不正確的是()。 A4 價(jià)氧化物都與氫氧化鈉溶液反應(yīng) B單質(zhì)在加熱時(shí)都能與氧氣反應(yīng) C氧化物都能溶于水生成相應(yīng)的酸 D碳和硅兩種元素都有能導(dǎo)電的單質(zhì),解析：A 項(xiàng)，碳和硅的4 價(jià)氧化物都是酸性氧化物，都 能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)；B 項(xiàng)，碳和硅的單質(zhì)在加熱時(shí)都能與 O2反應(yīng)，生成氧化物；C項(xiàng)，SiO2不溶于水，不能與水反應(yīng)生 成硅酸；D 項(xiàng)，石墨是導(dǎo)體，晶體硅是半導(dǎo)體，都能導(dǎo)電。,答案：C,2(2011 年山東高考)某短周期非金屬元素的原子核外最外,)。,層電子數(shù)是次外
17、層電子數(shù)的一半，該元素( A在自然界中只以化合態(tài)的形式存在 B單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維 C最高價(jià)氧化物不與酸反應(yīng) D氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定,答案：A,解析：依據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律可知，在短周期元素 中原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半的元素可以是 Li或Si元素，但Li屬于金屬不符合題意，因此該元素是Si元 素。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相化合的，因此 在自然界中硅主要以熔點(diǎn)很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在， 選項(xiàng)A正確；硅位于金屬和非金屬的分界線附近常用作半導(dǎo)體 材料，二氧化硅才用作光導(dǎo)纖維，選項(xiàng)B不正確；硅的最高價(jià) 氧化物是二氧化硅，SiO2與一般的酸不反應(yīng)但氫氟酸例
18、外，與 氫氟酸反應(yīng)生成SiF4和水，因此氫氟酸不能保存在玻璃瓶中， 選項(xiàng)C不正確；硅和碳都屬于A，但硅位于碳的下一周期， 非金屬性比碳的弱，因此其氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比甲烷弱，選 項(xiàng)D也不正確。,題組二 CO2和SiO2的性質(zhì),3關(guān)于二氧化硅，下列敘述不正確的是(,)。,A水晶的成分是二氧化硅 B二氧化硅和二氧化碳在物理性質(zhì)上有很大差別 C二氧化硅不溶于水，也不能跟水反應(yīng)生成酸 D二氧化硅是一種酸性氧化物，它不跟任何酸起反應(yīng),答案：D,解析：水晶、瑪瑙、沙子都含二氧化硅，A正確；CO2在 通常狀況下為氣體，與SiO2的物理性質(zhì)相差很大，B正確；SiO2 晶體不溶于水，也不能與水反應(yīng)生成H2SiO
19、3，制取H2SiO3是利 用可溶性硅酸鹽與酸的反應(yīng)，C正確；SiO2雖然是酸性氧化物， 但它可以與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO24HF===SiF42H2O，這 是它的特性，氫氟酸可用于刻蝕玻璃就是利用了這一性質(zhì)，D 錯(cuò)誤。,(,)。 焦炭；純堿；碳酸鈣；氫氟酸；硝酸； 氫氧化鈉；硝酸鈣。,A,B,C,D,4在一定條件下，下列物質(zhì)不能與二氧化硅反應(yīng)的是,B,解析：由于SiO2不與HNO3反應(yīng)，也不能與Ca(NO3)2反應(yīng)， 故選項(xiàng)B正確；焦炭能在高溫下與SiO2反應(yīng)；與純堿反應(yīng)： Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2；與氫氟酸反應(yīng)：4HF SiO2===SiF42H2O；與氫氧化鈉反應(yīng)：
20、2NaOHSiO2=== Na2SiO3H2O。,題組三 碳酸鹽和硅酸鹽的性質(zhì) 5下列有關(guān) Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同點(diǎn)的描述中,不正確的是(,)。,A水溶液均顯堿性 B滴入鹽酸均有氣泡產(chǎn)生 C均能與 CO2 反應(yīng) D均不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶保存,B,解析：二者水解均呈堿性，故A、D正確；均能與CO2反 應(yīng)，分別生成NaHCO3、H2SiO3，C正確；B項(xiàng)Na2SiO3與鹽酸 反應(yīng)生成H2SiO3，不能放出氣泡，B錯(cuò)誤。,,6 青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、 “色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷 中所用顏料成分一直是個(gè)謎，近年來(lái)科學(xué)家才得知
21、大多為硅酸 鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為2 價(jià))，下列關(guān)于,硅酸銅鋇的說(shuō)法不正確的是(,)。,A可用氧化物形式表示為 BaOCuO2SiO2 B性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C易溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿 Dx 等于 6,答案：C,解析：硅酸銅鋇能穩(wěn)定存在說(shuō)明其性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色， 不易與酸、堿反應(yīng)。硅酸銅鋇中Ba為2價(jià)，Cu為2價(jià)，Si 為4價(jià)，O為2價(jià)，則x6，用氧化物形式表示復(fù)雜的硅 酸鹽的組成，具體方法為：遵循各元素種類(lèi)和原子個(gè)數(shù)比不 變的原則，分別寫(xiě)成氧化物的形式；氧化物一般按活潑金屬 氧化物、較活潑金屬氧化物、二氧化硅、最后為水的順序排列； 氧化物之間用圓點(diǎn)隔開(kāi)，各氧化物前面的化學(xué)
22、計(jì)量數(shù)均為整 數(shù)，因此，A、B、D均正確。,題組四 新型無(wú)機(jī)材料,7未來(lái)的交通工具將采用新一代無(wú)機(jī)非金屬材料制成的無(wú) 水冷發(fā)動(dòng)機(jī)。這類(lèi)材料中研究得較多的是化合物 G。,(1)化合物G的相對(duì)分子質(zhì)量為140，G中硅元素的質(zhì)量分 數(shù)為60%，另有元素Y。G可以由化合物E(含兩種元素)與NH3 反應(yīng)而生成，同時(shí)產(chǎn)生HCl氣體。請(qǐng)推斷：化合物G的化學(xué) 式為_(kāi)_______，1 mol NH3和0.75 mol E恰好完全反應(yīng)生成G 和HCl，則化合物E的分子式為_(kāi)_______。,(2)粉末狀 G 能夠分別與空氣中的氧氣和水作用，所得產(chǎn)物 中都有一種酸性氧化物，它是工業(yè)上生產(chǎn)玻璃的主要原料。與 氧反應(yīng)
23、所得的產(chǎn)物還有一種單質(zhì)，與水反應(yīng)生成另一種產(chǎn)物是 該種單質(zhì)元素的氫化物。請(qǐng)寫(xiě)出化合物 G 與水反應(yīng)的化學(xué)方程 式：_________________________________________________。 (3)為了使化合物 G 能成為新一代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)材料，現(xiàn)采用 常壓下在 G 中添加氧化鋁，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)制成一種高強(qiáng)度、超硬 度、耐磨損、抗腐蝕的陶瓷材料，它的商品名叫“賽倫”，化,學(xué)通式可表達(dá)為Si6xAlxOxY8x。在接近于1 700 時(shí)x的極限 值約為4.0，在1 400 時(shí)x為2.0，以保持整個(gè)化合物呈電中 性。試問(wèn)：賽倫中Y元素的化合價(jià)為_(kāi)_______。,答案：(1)Si3N4SiCl4 (2)Si3N46H2O===3SiO24NH3 (3)3,
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