第一节无机非金属材料的主角 硅 碳 一 碳和硅的存在和性质1 存在形态及常见单质自然界中碳元素既有游离态 又有化合态 而硅元素因有亲氧性 所以仅有 态 碳单质主要有金刚石 石墨等同素异形体 硅单质主要有 和 两大类 化合 晶体 无定形 2 单质的结构 物理性质与用途比较 空间网状 高 软 石墨 高 半导体 3 化学性质 一般表现为还原性 写出下列反应的化学方程式 答案 1 2 3 4 二 二氧化硅 硅酸 硅酸盐及非金属材料1 SiO2 1 结构 二氧化硅晶体为 结构 每个Si原子周围有 个氧原子 每个氧原子周围有2个硅原子 二氧化硅晶体熔点 硬度大 二氧化硅晶体称作 根据晶形和色彩又分为 和玛瑙 空间网状 4 石英 水晶 高 弱 H2SiO3 2NaOH Na2SiO3 2H2O Na2SiO3 CO2 H2O Na2CO3 H2SiO3 干燥剂 催化剂 2 硅酸盐 由硅 氧和金属元素组成的化合物的总称 硅酸盐的表示 氧化物组合表示法如Na2SiO3 CaMg3Si4O12 硅酸钠硅酸钠水溶液俗称 是无色黏稠液体 常用于制备黏合剂 防腐剂 耐火材料 Na2O SiO2 CaO 3MgO 4SiO2 水玻璃 3 无机非金属材料 1 常见硅酸盐材料 石灰石 黏土 纯碱 石灰石 石英 2 特殊含硅材料 SiC 俗称 具有金刚石结构 硬度大 可用作砂纸 砂轮的磨料 含硅4 的硅钢具有很高的 性 可用作变压器的铁芯 硅橡胶具有耐高温 耐低温的性质 分子筛用作 和催化剂 金刚砂 导磁 吸附剂 2 判一判 下列说法是否正确 填 或 1 SiO2是沙子 石英 玛瑙的主要成分 2 玻璃 石英玻璃 水泥均是硅酸盐材料 3 SiO2是酸性氧化物 不能与任何酸反应 4 SiO2与CO2是同族元素的氧化物 化学性质相同 5 CO2通入硅酸钠溶液中 有白色沉淀生成 说明酸性H2CO3 H2SiO3 答案 1 2 3 4 5 1 熔沸点一般情况下 非金属单质熔沸点低 硬度小 但硅 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 所以可用金刚石制作钻头和切割工具 2 导电性一般情况下 非金属单质为绝缘体 但硅为半导体 石墨是电的良导体 所以晶体硅可作半导体材料 石墨可作电极 碳 硅及其化合物的特性与应用 3 SiO2作为酸性氧化物的特性 1 一般情况下 只有碱性氧化物与酸反应 酸性氧化物只与碱反应 不与酸反应 但SiO2是酸性氧化物 却能与氢氟酸反应 SiO2 4HF SiF4 2H2O 所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸 而用氢氟酸刻蚀玻璃 2 一般情况下 酸性氧化物与水反应生成相应的酸 如CO2 H2O H2CO3 但SiO2不溶于水 不与水反应 5 硅酸和硅酸盐的溶解性一般情况下 大多数酸溶于水 如盐酸 醋酸 碳酸 但硅酸却不溶于水 硅酸盐大多难溶于水 常见可溶性硅酸盐是Na2SiO3 其水溶液俗称水玻璃 是制备硅胶和木材防火剂等的原料 2012 南昌高三模拟 A B同主族且都是短周期元素 含A元素的一种单质是一种重要的半导体材料 含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通迅材料 光导纤维 C与烧碱反应生成含A元素的化合物D 请回答下列问题 1 C D的化学式分别为 2 易与C发生化学反应的酸是 反应的化学方程式是 3 将C与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成D 同时还生成B的最高价氧化物E 将全部的E与全部的D在足量的水中混合后 又发生化学反应生成含A的化合物F 写出生成D和F的化学反应方程式 要将纯碱高温熔化 下列可选用的仪器是 A 普通玻璃坩埚B 石英玻璃坩埚C 试管D 铁坩埚 4 下列关于C和E的性质比较正确的是 A C和E均与生石灰反应生成盐B C和E的熔点和硬度相似C C和E均与水反应生成相应的酸D C和E均能与烧碱溶液反应 与任何酸均不反应 破题技巧 首先根据A元素的单质及其化合物的性质推断出A为Si 然后依据A B在元素周期表中的位置关系得出B为碳 之后结合SiO2的特性解答 精讲精析 1 A元素的单质可作半导体材料 含A元素的化合物C是制造光导纤维的原料 可知A为硅元素 C为SiO2 D为Na2SiO3 由A B同主族且都是短周期元素可知B为碳 2 C为SiO2 能与SiO2反应的酸只有氢氟酸 3 SiO2与Na2CO3高温下反应生成Na2SiO3和CO2 故含SiO2的材料 普通玻璃 石英玻璃 以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应 故不能用以上材质的坩埚熔融Na2CO3 4 C为SiO2 E为CO2 A项 二者均为酸性氧化物 与碱性氧化物CaO均生成盐 B项 SiO2熔点 硬度大 CO2为气体 熔点 硬度小 C项 SiO2与H2O不反应 D项 SiO2与HF反应 解析 A项 硅酸钠本身是一种粘合剂 易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结 B项 两反应条件不同 反应 是溶液中反应 强酸可制弱酸 而高温条件下 CO2是气体 逸出促使反应发生 C项 SiO2只与氢氟酸这一种酸反应且生成的不是盐 D项正确 答案 D 从沙滩走到用户的过程探究 2012 湛江徐闻一中质检 晶体硅是一种重要的非金属材料 制备纯硅的主要步骤如下 高温下用过量的碳与二氧化硅反应制得粗硅 粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3 Si 3HCl SiHCl3 H2 SiHCl3与过量的H2在1000 1100 反应制得纯硅 已知SiHCl3能与水剧烈反应 在空气中易自燃 请回答 1 第一步 制备粗硅的化学方程式为 氧化剂是 2 粗硅与HCl反应完全后 经冷凝得到的SiHCl3 沸点33 0 中含有少量SiCl4 沸点57 6 和HCl 沸点 84 7 提纯SiHCl3可采用 的方法 3 已知SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3 HCl和H2 其化学方程式为 4 H2还原SiHCl3过程中若混入O2 可能引起的后果是 5 实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅的装置如图所示 加热器和夹持装置略去 装置B中的试剂是 装置C需水浴加热 目的是 反应一段时间后 装置D中可观察到有晶体硅生成 D中发生的反应的化学方程式是 为保证实验的成功 操作的关键除题中已告知的以外 你认为最重要的还有 说出三点 精讲精析 1 根据化合价升降 可确定SiO2为氧化剂 2 因为题设中给出的信息为SiHCl3 SiCl4 HCl的沸点不同 应用沸点差异进行分离 采用分馏法 3 根据题中产物 利用化合价升降和观察法不难配平方程式为SiHCl3 3H2O H2SiO3 3HCl H2 4 因为H2与O2混合加热易爆炸 同时O2氧化SiHCl3 5 因为SiHCl3与H2O反应 所以B中应放浓H2SO4干燥剂 依据题设信息 SiHCl3能与水剧烈反应 在空气中易自燃 可知加热前要先排尽装置中的空气及C D装置中的水蒸气 2 双选 2012 梅州培英中学检测 下列实验方案叙述正确的是 A 利用SiO2与水反应制备H2SiO3C 同浓度的Na2CO3溶液的碱性比Na2SiO3溶液的强 说明酸性H2CO3 H2SiO3D 将CO2通入Na2SiO3溶液中 根据现象可说明酸性H2CO3 H2SiO3 解析 A项 SiO2与水不反应 C项 事实上Na2CO3比Na2SiO3的水解程度小 碱性弱 答案 BD 误区警示 碳 硅及其化合物性质的类推误区 解析 A项 生成的NO2仍具污染性 且NO具有氧化性 氧化CO生成N2和CO2 B项 NaCl对溶液的碱性无影响 不变色 C项 酸性KMnO4氧化SO2被吸收而CO2不被吸收 浓H2SO4作干燥剂 D项 SiO2与氢氟酸反应 答案 C 答案 B 3 2011 山东高考 某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半 该元素 A 在自然界中只以化合态的形式存在B 单质常用作半导体材料和光导纤维C 最高价氧化物不与酸反应D 气态氢化物比甲烷稳定 答案 A 解析 减少CO2生成糖类 答案 C 高考题组二碳 硅及其化合物的实验探究5 2011 福建高考 牙膏样品中碳酸钙的定量测定利用下图所示装置 图中夹持仪器略去 进行实验 充分反应后 测定C中生成的BaCO3沉淀质量 以确定碳酸钙的质量分数 依据实验过程回答下列问题 1 实验过程中需持续缓缓通入空气 其作用除了可搅拌B C中的反应物外 还有 2 C中反应生成BaCO3的化学方程式是 3 下列各项措施中 不能提高测定准确度的是 填标号 a 在加入盐酸之前 应排净装置内的CO2气体b 滴加盐酸不宜过快c 在A B之间增添盛有浓硫酸的洗气装置d 在B C之间增添盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气装置 4 实验中准确称取8 00g样品三份 进行三次测定 测得BaCO3平均质量为3 94g 则样品中碳酸钙的质量分数为 5 有人认为不必测定C中生成的BaCO3质量 只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差 一样可以确定碳酸钙的质量分数 实验证明按此方法测定的结果明显偏高 原因是 解析 B中生成的CO2气体 在除去了CO2的空气作用下 可全部排入到C中与Ba OH 2反应 提高实验的准确性 B中反应发生前 装置内若残留有CO2 会影响测量的准确度 滴加盐酸过快 有可能导致CO2不能被C中Ba OH 2全部吸收 因水对BaCO3质量不产生影响 Ba OH 2又是足量的 故挥发出的HCl不会影响CO2的吸收 答案为c d 3 94gBaCO3的物质的量是0 02mol 由碳守恒知样品中含有0 02molCaCO3 质量为2g 其质量分数为25 直接测量C装置实验前后的质量 可求出生成的CO2的质量 但因从B中出来的还有水蒸气 HCl气体等 会导致测量结果偏高 答案 1 把生成的CO2全部排入C中 使之完全被Ba OH 2溶液吸收 2 Ba OH 2 CO2 BaCO3 H2O 3 c d 4 25 5 B中的水蒸气 HCl气体等进入装置C中 或其他合理答案