2025版高考化学一轮复习第4章拓展链接碳硅及其化合物教学案新人教版

PAGE7-拓展链接碳、硅及其化合物(对应学生用书第页)一、碳、硅及其氧化物1．碳、硅单质的存在形式、结构、物理性质和用途碳硅存在形式游离态和化合态化合态单质的结构金刚石：立体网状结构；石墨：层状结构；C60：足球形分子晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石：熔点很高、硬度很大；石墨：硬度较小、电的良导体晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大、有脆性用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯。C60可作催化剂或催化剂载体晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池注：硅为亲氧元素，在自然界中无游离态。2．碳、硅的化学性质(写出有关化学方程式)(1)碳的化学性质(2)硅的化学性质①与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。③与O2反应：Si＋O2SiO2。3．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的缘由是与人体内血红蛋白相结合，因缺氧而中毒。②化学性质及应用(写出有关化学方程式)a．可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。(2)CO2与SiO2性质的比较①共性均属于酸性氧化物，均能与碱、金属氧化物反应，写出二者与NaOH溶液(足量)反应的离子方程式：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O；二者与CaO反应的化学方程式：CO2＋CaO=CaCO3、SiO2＋CaOCaSiO3。②差异性a．SiO2与氢氟酸反应的化学方程式：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。b．SiO2与Na2CO3、CaCO3的反应——工业制玻璃SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。c．CO2与H2O反应的化学方程式：CO2＋H2OH2CO3。d．SiO2为高硬度、高熔沸点的固体，不溶于水，而CO2为低熔沸点的气体，可溶于水。(3)SiO2与CO2的用途①CO2：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。②SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。(4)CO2的制法用大理石与稀盐酸或稀硝酸发生反应的离子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。提示：(1)SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，但SiO2不是两性氧化物；(2)不能利用大理石与稀硫酸反应制CO2，因为CaCO3与H2SO4反应生成的CaSO4微溶，覆盖在CaCO3的表面，阻挡反应的接着进行。二、硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1．硅酸的性质、制备与应用(写出有关的化学方程式)提示：硅胶的形成过程硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。2．硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。(2)与较强的酸反应生成硅酸：如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；与SO2水溶液反应：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。(3)用途：黏合剂、耐火阻燃材料。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窑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、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。(3)特别功能的含硅物质①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。[拓展练习]1．(2024·南昌月考)下列关于硅元素及其化合物的有关说法正确的是()A．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO2＋CSi＋CO2↑B．高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2，说明硅酸酸性强于碳酸C．因为玻璃中含有SiO2，所以不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛装碱性溶液D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiOeq\o\al(2－,3)均能一步转化C[A项，反应产物不是CO2而是CO；B项，碳酸比硅酸酸性强；D项，SiO2不能一步转化为H2SiO3。]2．用四种溶液分别进行试验，表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()选项操作及现象溶液A通入CO2，溶液不变浑浊BaCl2溶液B通入CO2，溶液变浑浊，接着通CO2至过量，浑浊消逝Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液变浑浊，接着通CO2至过量，浑浊消逝，再加入足量的NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液B[CO2通入Na2SiO3溶液中，先生成沉淀H2SiO3，接着通CO2，H2SiO3不反应，不溶解。]3．(2024·安庆模拟)水玻璃(Na2SiO3溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域，是一种重要的工业原料。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工艺流程：下列说法正确的是()A．原材料稻壳灰价格低廉，且副产品活性炭有较高的经济价值B．操作A与操作B完全相同C．该流程中硅元素的化合价发生变更D．反应器中发生的复分解反应为SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OA[稻壳灰来源广泛价格低廉，活性炭具有吸附性，有较高的经济价值，A正确；操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4，所以该流程中硅元素的化合价没有发生变更，C错误；由复分解反应的概念可知，SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，D错误。]4．(2024·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外爱好小组的同学设计了如图所示的试验装置：依据装置回答问题：(1)A装置的作用是______________________________________________。(2)试验后通过________处理尾气，发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。(3)若试验时视察到_____________________________________________________________________________________________________，则证明原气体中肯定含有一氧化碳。解析：(1)除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是汲取CO2，以解除对后续试验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。(3)CO还原CuO使黑色粉末变成红色，反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊，故可利用这些现象来证明原气体中肯定含有CO。答案：(1)汲取CO2(2)点燃2CO＋O22CO2(3)B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊eq\o([思维建模]检验CO2中CO是否存在的思维模板)各装置的作用是：A——除去混合气体中的CO2气体B——检验混合气体中CO2是否除尽C——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2D——验证CO的氧化产物CO2E——除去尾气中的CO2气体F——除去尾气中的CO气体，防止污染环境确定混合气体中含有CO气体的试验现象是：C中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊。5．(2015·全国卷Ⅰ，改编)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，回答下列问题：(1)甲组同学依据如图所示的装置，通过试验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可视察到的现象是____________________________________________________________________________________________________，反应的离子方程式为_____________________________________，说明分解产物中含有________。装置B的主要作用是______________________________________________________________________________________________________________。(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组试验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行试验。①乙组同学的试验装置中，依次连接的合理依次为A、B、________________。装置H反应管中盛有的物质是________。②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是_________________________________________________________________________________。(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是___________________________________________________________，反应的离子方程式为________________________________________，此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性________。(4)氢氟酸不能用玻璃瓶盛装的理由是(写化学方程式)___________________________________________________________，氢氧化钠溶液的试剂瓶不用玻璃塞的理由是(写离子方程式)___________________________________________________________。答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊CO2＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋H2OC