2024届高三化学高考备考一轮复习——无机非金属元素之“碳与硅”导学案

2024高考化学复习——无机非金属元素之“碳与硅” 【复习目标】 1.掌握碳和硅的单质及其重要化合物的性质和用途。 2.理解和掌握碳和硅的氧化物、氢化物的性质及反应原理。 3.掌握碳和硅的常见化学反应类型，如氧化、还原、加成、取代等。 4.熟悉碳和硅在生物、环境、材料等方面的应用。 【基础知识梳理】 1.碳、硅的单质及其化合物 (1) 碳的单质：石墨、金刚石等。性质：导电性、润滑性、透明度等。用途：电极材料、润滑剂、光学材料等。 (2) 硅的单质：晶体硅、无定形硅等。性质：半导体性质、高耐氧化性等。用途：电子工业、太阳能电池等。 (3) 二氧化硅的性质：硬度大、不溶于水、能与碱反应等。用途：玻璃制品、光纤通信等。 (4) 硅酸的性质：无色透明液体，酸性较弱，易脱水生成硅胶。用途：制备硅胶、防腐剂等。 (5) 硅酸钠的性质：水溶液呈碱性，可与酸反应生成硅酸。用途：制备硅胶、耐火材料等。 2.碳、硅的氧化物 (1) 一氧化碳的性质：无色无味的气体，有毒，可燃。用途：燃料、化工原料等。 (2) 二氧化碳的性质：无色无味的气体，不燃烧也不支持燃烧，可与水反应生成碳酸。用途：工业制冷剂、饮料添加剂等。 (3)二氧化硅的性质：无色晶体，不溶于水，高温下可与碱反应生成硅酸盐。用途：光学材料、涂料等。 3.碳、硅的氢化物 (1) 甲烷的性质：无色无味的气体，难溶于水，易燃烧。用途：燃料、化工原料等。 (2) 四氯化碳的性质：无色液体，不溶于水，密度比水大。用途：溶剂、灭火剂等。 (3) 甲硅烷的性质：无色气体，易液化，可与碱反应生成甲硅酸盐。用途：电子工业中的等离子刻蚀剂等。 4.碳、硅的化学反应类型 (1) 氧化还原反应：C可以夺取金属氧化物中的氧生成二氧化碳；硅可以通过与氢气反应将氢还原成氢气；C和Si也可以作为电子接受者（通常是高能量的）在许多有机还原反应中。 (2) 加成反应：C可以通过与氢气或氯气反应生成烃或卤代烃；Si可以与某些卤素反应形成四卤化物。 (3) 取代反应：C可以通过与卤素单质的直接反应形成多氯代烷；在某些情况下，Si也可以经历类似的过程；C和Si还可以通过与其他有机分子（例如醇或酚）的反应形成各种官能团化合物。 5.碳、硅的应用 (1) 生物体内的碳循环有着至关重要的作用。 (2) 二氧化碳是温室气体之一，二氧化碳被公认为是引起温室效应的主要来源，大量的使用化石燃料，释放大量的二氧化碳进入大气中是导致全球变暖的主要因素之一。减少二氧化碳排放量的途径主要有发展新能源（如太阳能、风能、地热能等）和节能减排等技术措施；也可以通过植树造林来减少大气中二氧化碳的含量；还可以通过减少化石燃料的使用量来减少二氧化碳的排放量等等。 (3) 硅在材料科学中有着广泛的应用，如硅胶是一种高活性吸附材料，主要成分是二氧化硅，具有吸附作用和干燥作用；而以硅酸盐为原料制成的无机材料有着耐高温、不易变形等特点，如玻璃纤维增强酚醛塑料就是一种新型高分子材料，具有质轻坚固耐用等特点；陶瓷和水泥中都含有一定量的SiO2 【经典例题】 （1）碳元素及其化合物 1.（多选）灼热的焦炭与水蒸气反应所得产物为H2、CO和少量CO2，为了检验产物中的H2和CO(假设气体均被充分吸收)，设计如下实验装置。下列有关说法错误的是（ ） A．为了实验安全，应先点燃④处酒精灯，后点燃①处酒精灯 B．②③⑤中依次盛装氢氧化钠溶液、浓硫酸和澄清石灰水 C．④中黑色固体变红色，即可证明产物中含有H2和CO中的一种或两种 D．若用碱石灰替换无水硫酸铜，也可以达到检验H2和CO的目的 （2）硅的性质与制备 2.化学科学在国防装备的打造和生产生活中发挥着重要作用。下列有关叙述正确的是（ ） A．北斗导航处理器使用的“中国芯”，主要成分为 B．应用于陆军战车的纳米陶瓷装甲属于新型合金材料 C．天和核心舱电推进系统中的腔体采用的超硬氮化硼陶瓷属于共价晶体，具有类金刚石结构，N为sp杂化 D．量子通信材料螺旋碳纳米管与石墨互为同素异形体 3. 氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)： 下列叙述不正确的是（ ） A．“还原”步骤中焦炭主要被氧化为CO B．“高温氮化”反应的化学方程式为3Si+2N2Si3N4 C．“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉 D．“稀酸Y”可选用稀硝酸或稀硫酸 4. 实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85℃)制备高纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置略去)，下列说法正确的是（ ）     A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水 B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质