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- 2021-05-13 发布
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2015《金版新学案》高中化学总复习讲义:专题三第二单元 含硅矿物与信息材料
考点一 碳、硅单质的性质及用途
1.碳、硅元素在自然界中的存在形态
(1)碳:既有游离态又有化合态。
(2)硅:只有化合态。硅在地壳中的含量占第二位。
2.碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)
答案: (1)—③ (2)—① (3)—⑤ (4)—② (5)—④
3.化学性质
硅—
(1)硅可用作半导体材料,是否可用于解释元素周期性变化的规律?
(2)用化学方程式表示工业上获取纯硅的过程。
提示: (1)可以,硅位于金属和非金属的分界线附近,性质上由金属性逐渐过渡到非金属性,即有金属的性质又有非金属的性质。
(2)SiO2+2CSi+2CO↑
Si+2Cl2SiCl4
SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
1.下列关于硅的说法中,不正确的是( )
A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,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
答案: C
2.硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”。下列有关说法中正确的是( )
A.硅的含量居第二位,在地球上有丰富的单质硅资源,如石英、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅
B.硅相对于氢气便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是有开发价值的燃料
C.存放NaOH溶液的试剂瓶应用细口玻璃瓶并配磨口玻璃塞
D.硅是一种良好的半导体材料,所以是制造光导纤维的基本原料
解析: 硅在自然界中全部以化合物的形式存在,石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅,A不正确;C不正确,应该用橡皮塞;D不正确,制造光导纤维的是二氧化硅,答案选B。
答案: B
3.
石墨烯的结构示意图如右图所示,下列关于石墨烯的叙述正确的是( )
A.石墨烯可导电,说明它是电解质
B.石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质
C.由于C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH=+1.9 kJ·mol-1知金刚石比石墨烯稳定
D.尽量使用含6C的产品,减少使用含6C的产品,此举符合“促进低碳经济”的宗旨
解析: “石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单质,它既不是电解质,也不是非电解质,A项错;石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质,它们互为同素异形体,B项正确;C项中由于石墨转化为金刚石的ΔH>0,是吸热过程,即石墨的能量较金刚石低,因而石墨烯稳定,C项错;6C和6C都是碳元素,故D项错。
答案: B
4.2013年6月,欧洲对我国光伏产品实行高额征税措施,严重影响世界清洁能源的发展。多晶硅、导电玻璃(玻璃上镀金属)是太阳能光伏产业的重要物质。制备多晶硅必须先得到高纯度硅。三氯甲硅烷(SiHCl3,可燃)还原法是当前制高纯硅的主要方法,其生产流程如图所示:
(1)下列判断正确的是________(填序号)。
A.高纯度石英砂能用作制造CPU的半导体材料
B.石英砂在高温下与焦炭反应生成粗硅和二氧化碳
C.利用石英砂可制备光伏产业所需的玻璃
D.硅性质稳定,不能溶解在任何酸或碱溶液中
(2)整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇H2O剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质,写出该反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)该工艺流程可循环利用的物质是________________________________________________________________________。
解析: (1)选项A,石英砂的主要成分是SiO2,SiO2能制造光导纤维等,但它不是半导体,不能用于制造CPU。选项B,由于SiO2与C在高温下反应时,C是过量的,所以其产物为CO。选项C,SiO2在高温下与CaCO3、Na2CO3反应可制得玻璃。选项D,Si性质稳定,但它能溶解在氢氟酸和NaOH溶液中。
(2)SiHCl3中H为-1价,H2O中的H为+1价,二者发生氧化还原反应生成H2:SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑。 因SiHCl3、H2在O2中都能燃烧,所以混有O2时易引起爆炸。
(3)粗硅与HCl反应的化学方程式为Si(粗) +3HCl(g)===SiHCl3(l)+H2(g)①;SiHCl3制备高纯硅的反应为SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl②,可知反应①产生的H2是反应②
的反应物,反应②产生的HCl是反应①的反应物,所以H2、HCl是可循环利用的物质。
答案: (1)C
(2)SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑
O2与SiHCl3、H2混合可能引起爆炸
(3)H2和HCl
本题以光伏产业为背景,考查硅及其化合物相关知识,其难点就是分析生产工艺中可以循环使用的物质:通常是参与了某一反应,同时又在另一反应中生成的物质。
考点二 碳、硅的氧化物
1.CO的性质
(1)物理性质:无色无味的气体,难溶于水,能使人中毒的原因是:与人体中血红蛋白相结合,因缺氧而中毒。
(2)化学性质
①可燃性:2CO+O22CO2
②还原性:CO还原Fe2O3的反应为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
2.CO2与SiO2的比较
(1)物理性质
①熔沸点:CO2的熔沸点比SiO2的熔沸点低。
②溶解性:CO2:可溶于水;SiO2:不溶于水。
(2)二氧化碳与二氧化硅化学性质比较
物质
二氧化碳
二氧化硅
化学性质
与水反应
CO2+H2OH2CO3
不反应
与酸反应
不反应
氢氟酸用于刻蚀玻璃,反应为SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
与碱反应(如NaOH)
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O或CO2+NaOH===NaHCO3
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)
化学性质
与碱性氧
化物反应
与Na2O反应:
CO2+Na2O
===Na2CO3
与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3
与碳反应
C+CO2
2CO
2C+SiO2Si+2CO↑
(3)主要用途
CO2:化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂,人工降雨。
SiO2:制光学仪器、石英玻璃。水晶可制作饰品,常用来制造通讯材料光导纤维。
(1)除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法:
①CO(CO2):________________________________________________________________________。
②CO2(CO):________________________________________________________________________。
③CO2(O2):________________________________________________________________________。
④CO2(SO2):________________________________________________________________________。
⑤CO2(HCl):________________________________________________________________________。
(2)有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应,所以认为它是一种两性氧化物,你同意这种看法吗?
提示: (1)①通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶
②通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管
③通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管
④通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液
⑤通过饱和NaHCO3溶液
(2)该看法是错误的。SiO2和碱溶液反应体现了SiO2为酸性氧化物的性质,但SiO2与氢氟酸反应时并没有生成盐,另外其他酸难与SiO2反应,故SiO2不具备两性氧化物的性质,不属于两性氧化物。
1.下列关于碳和硅的氧化物说法正确的是________。
①碳和硅的氧化物都是酸性氧化物
②二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成
③二氧化硅不与水及任何酸反应
④CO2、CH4等气体都是温室气体
⑤CO常作还原剂,PbO2常作氧化剂
⑥碳在高温下与SiO2反应,作还原剂,但碳的非金属性比硅强
A.①②③ B.②③④
C.③④⑤ D.④⑤⑥
答案: D
2.下列说法正确的是( )
①二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反应,但不能与任何酸反应 ②根据反应SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强 ③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸 ④二氧化硅常被用来制造光导纤维
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
解析: ①SiO2能与氢氟酸反应,②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强。
答案: C
3.在下图所示的物质相互转化关系中,A是一种固体单质,E是一种白色不溶于水的物质,a溶液焰色为黄色。据此填空:
据此填写:
(1)B的化学式是________,目前在现代通讯方面B已被用作________的主要原料。
(2)B和a溶液反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)A和a溶液反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)C和过量盐酸反应的离子方程式是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析: 由CE↓(白色)D+B及问题(1)可推知C应为Na2SiO3,E为H2SiO3,D为H2O,B为SiO2。进一步可推知A为Si,a溶液为NaOH溶液,F为H2。
答案: (1)SiO2 光导纤维(或光纤)
(2)SiO2+2OH-===SiO+H2O
(3)Si+2OH-+H2O===SiO+2H2↑
(4)SiO+2H+===H2SiO3↓
4.下列实验过程中,始终无明显现象的是( )
A.NH3通入FeSO4溶液中
B.CO2通入CaCl2溶液中
C.AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液
D.向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2
答案: B
5.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
溶液
操作与现象
A
NaAlO2溶液
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,溶液仍保持浑浊
B
Ca(ClO)2溶液
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去
C
Na2SiO3溶液
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失
D
Ca(OH)2溶液
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
答案: C
(1)可用CO2制取的弱酸
碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强,将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、ONa、NaAlO2盐溶液中,均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐,这是“强酸制弱酸”原理的应用。
(2)注意事项
①用CO2制取弱酸时,若通入过量CO2均生成HCO。
②CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀,因为碳酸的酸性弱于盐酸。
6.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 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)( )
A.1∶1 B.1∶2
C.2∶1 D.1∶3
解析: n(CO2)==0.15 mol,n(NaOH)=0.2 L×1.00 mol·L-1=0.2 mol
由于1<<2,故二者完全反应生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液
设n(Na2CO3)=x,n(NaHCO3)=y
则有
解得x=0.05 mol,y=0.1 mol
答案: B
CO2与NaOH溶液反应产物的判断
(1)将CO2通入一定量NaOH溶液中至过量的反应原理:
①转化示意图:NaOHNa2CO3NaHCO3
②有关化学方程式:
Ⅰ.2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
Ⅱ.Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3
(2)反应后溶质成分的判断
考点三 硅酸和硅酸盐
1.硅酸
(1)物理性质:不溶于水。
(2)化学性质
H2SiO3—
(3)用途:硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2.硅酸盐
(1)由硅、氧和金属元素组成化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。
(2)硅酸钠
Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
硅酸钠水溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。
(3)硅酸盐组成的表示
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成:如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,
钾长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·3SiO2(或
K2O·Al2O3·6SiO2)。
3.无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
黏土、石灰石
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
生产条件
高温
(2)新型无机非金属材料
如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷、光导纤维等。
(1)探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程图表示)。
(2)实验室里熔融NaOH固体时,能否选用瓷坩埚?为什么?
(3)想一下为什么可将陶瓷、玻璃、水泥归纳在一起,然后从所给的4个词中选出1个与它们同类的物质____________。(填代码)
①光导纤维 ②有机陶瓷 ③人造纤维 ④砖瓦
提示: (1)SiO2Na2SiO3溶液H2SiO3。
(2)不能,因为陶瓷中含有SiO2,会与NaOH反应生成溶于水的Na2SiO3。
(3)④
1.开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是( )
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高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 ④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 ⑤氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料 ⑥C60属于原子晶体,用于制造纳米材料 ⑦纤维素乙酸酯属于天然高分子材料
A.①②⑦ B.②③⑥
C.①④⑤ D.①③④
解析: 水晶的主要成分是SiO2,而非硅酸盐,②错。光导纤维的主要成分是SiO2,而非单质Si,③错。C60属于分子晶体,⑥错。纤维素乙酸酯不是天然高分子材料,⑦错。
答案: C
2.青石棉(cricidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质,是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一。青石棉的化学式为:Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时,还原产物只有NO。下列说法中正确的是( )
A.青石棉是一种易燃品且易溶于水
B.青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为:
Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2O
C.1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用,至少需消耗6 L 3 mol·L-1 HNO3溶液
D.1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用,至少需消耗5.5 L 2 mol·l-1 HF溶液
解析: 根据青石棉的组成可知,该物质属于硅酸盐,不是一种易燃品且难溶于水,A不正确;根据氧原子守恒可知应该是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O,B不正确;根据组成可知和硝酸作用生成2 mol硝酸钠、5 mol硝酸铁和1 mol NO,因此需要硝酸的物质的量是18 mol,选项C正确;和氢氟酸反应生成SiF4、NaF,物质的量分别是8 mol和2 mol,所以需要HF的物质的量是34 mol,D不正确,答案选C。
答案: C
(1)硅酸盐的表示方法
硅酸盐
(2)无机非金属材料分类
无机非金属材料
3.能实现下列物质间直接转化的元素是( )
单质氧化物酸或碱盐
A.硅 B.氮
C.钠 D.铁
解析: A项SiO2不能和水反应;B项N2和O2第一步只能生成NO,NO不能和水反应;C项正确;D项Fe2O3不能和水反应。
答案: C
4.已知A是带有金属光泽的灰黑色固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系,回答下列有关问题。
(1)写出B、C两物质的名称:
B__________________,C__________________。
(2)写出D→B的化学方程式:________________________________________________________________________。
(3)写出B→C的离子方程式:________________________________________________________________________。
答案: (1)硅酸钠 硅酸
(2)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(3)SiO+H2O+CO2===CO+H2SiO3↓
硅及其化合物间的转化关系图
1.(2011·全国理综·11)将足量CO2通入下列各溶液中,所含离子还能大量共存的是( )
A.K+、SiO、Cl-、NO
B.H+、NH、Al3+、SO
C.Na+、S2-、OH-、SO
D.Na+、C6H5O-、CH3COO-、HCO
解析: A项,因碳酸酸性强于硅酸,将足量二氧化碳通入该溶液中可得硅酸沉淀,则SiO不能大量共存,错误;B项,将足量二氧化碳通入该溶液中,四种离子均不发生反应,可以大量共存,正确;C项,将足量二氧化碳通入该溶液中,OH-不能大量共存,C项错误;D项,碳酸酸性强于苯酚,将足量二氧化碳通入该溶液中,C6H5O-不能大量共存,D项错误。
答案: B
2.(2013·江苏化学)甲、乙、丙、丁四种物质中,甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化关系:甲乙丙。下列有关物质的推断不正确的是( )
A.若甲为焦炭,则丁可能是O2
B.若甲为SO2,则丁可能是氨水
C.若甲为Fe,则丁可能是盐酸
D.若甲为NaOH溶液,则丁可能是CO2
解析: A项正确,所发生的反应为:2C+O2(不足)2CO,2CO+O22CO2,C+CO22CO。B项正确,所发生的反应为:SO2(过量)+NH3·H2O===NH4HSO3,NH4HSO3+NH3·H2O===(NH4)2SO3+H2O,(NH4)2SO3+H2O+SO2===2NH4HSO3。C项中,若甲为Fe,丁为盐酸,则乙为FeCl2,FeCl2与盐酸不反应,故C错误。D项正确,所发生的反应为:2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O,Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3,NaOH+NaHCO3===Na2CO3+H2O。
答案: C
3.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅(2013·广东理综,11C)( )
(2)SiO2有导电性,所以SiO2可用于制备光导纤维(2012·广东理综,12B)( )
(3)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料(2012·新课标全国卷,8B)( )
(4)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料(2012·新课标全国卷,8D)( )
(5)变色硅胶干燥剂含有CoCl2,干燥剂呈蓝色时,表示不具有吸水干燥功能(2011·浙江理综,8A)( )
(6)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中(2012·海南,4B)( )
(7)SiO2与酸、碱均不反应(2012·天津理综,2B)( )
(8)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体,出现白色沉淀,则H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强(2012·江苏,13C)( )
答案: (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)×
4.(2013·上海化学·25)硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可写成
Na2O·CaO·6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成粘性的硅酸盐而无法打开,发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
长石是铝硅酸盐,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同。由钠长石化学式NaAlSi3O8可推知钙长石的化学式为____________。
解析: 由钠长石的化学式NaAlSi3O8可知钙长石的化学式符合CaAlxSiyO8,由“氧原子物质的量分数相同”可知x+y=4,依据化合价代数和为0,可知2+3x+4y=16,求解即可。
答案: SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O CaAl2Si2O8
答题模板(二)__实验操作的原因、目的及作用的规范答题
(福建高考)牙膏样品中碳酸钙的定量测定
利用如图所示装置(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)在加入盐酸之前,应排净装置内的CO2气体,理由是________________________。
(3)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[抽样分析]
考生甲
考生乙
考生丙
抽样试卷
(1)减少实验误差
(2)装置内空气中存在少量的CO2
(3)会使测定C装置吸收CO2前后的质量差偏大
分析点评
错误理解题目要求,用“结果”代替“作用”
没有明确的结论。装置内空气中存在少量的CO2,会使测量结果偏高
没有指明质量偏大的具体原因。Ba(OH)2溶液除吸收CO2外,还可以吸收HCl气体和水蒸气,会使溶液的质量增大,测量结果偏高
[规范答案]
(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)装置内空气中存在少量的CO2被Ba(OH)2溶液吸收,会使测量结果偏高
(3)B中的水蒸气、氯化氢气体等进入装置C中被Ba(OH)2溶液吸收(或其他合理答案)
**答题模板**
答题要素:
(1)明确实验目的:做什么?
(2)明确操作目的:为什么这样做?
(3)明确结论:这样做会有什么结果?理由是什么?
得分点及关键词:
本类问题注意以下得分点:操作+(目的)作用
(1)操作:怎么“做”?为什么这样“做”?
(2)作用:需有明确的结论、判断、理由