PAGE7-拓展鏈接碳、硅及其化合物(對應學生用書第頁)一、碳、硅及其氧化物1．碳、硅單質的存在形式、結構、物理性質和用途碳硅存在形式游離態和化合態化合態單質的結構金剛石：立體網狀結構；石墨：層狀結構；C60：足球形分子晶體硅：與金剛石類似的空間網狀結構物理性質金剛石：熔點很高、硬度很大；石墨：硬度較小、電的良導體晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、熔點高、硬度大、有脆性用途金剛石用于制造切割刀具，石墨用于制造電極、鉛筆芯。C60可作催化劑或催化劑載體晶體硅用作半導體材料、硅芯片和硅太陽能電池注：硅為親氧元素，在自然界中無游離態。2．碳、硅的化學性質(寫出有關化學方程式)(1)碳的化學性質(2)硅的化學性質①與氫氟酸反應：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。②與NaOH溶液反應：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。③與O2反應：Si＋O2SiO2。3．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性質及應用①物理性質：無色無味的氣體，難溶于水，能使人中毒。中毒的緣由是與人體內血紅蛋白相結合，因缺氧而中毒。②化學性質及應用(寫出有關化學方程式)a．可燃性：2CO＋O22CO2，可作燃料。b．還原性：CO還原Fe2O3的反應為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。(2)CO2與SiO2性質的比較①共性均屬于酸性氧化物，均能與堿、金屬氧化物反應，寫出二者與NaOH溶液(足量)反應的離子方程式：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O、SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O；二者與CaO反應的化學方程式：CO2＋CaO=CaCO3、SiO2＋CaOCaSiO3。②差異性a．SiO2與氫氟酸反應的化學方程式：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。b．SiO2與Na2CO3、CaCO3的反應——工業制玻璃SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。c．CO2與H2O反應的化學方程式：CO2＋H2OH2CO3。d．SiO2為高硬度、高熔沸點的固體，不溶于水，而CO2為低熔沸點的氣體，可溶于水。(3)SiO2與CO2的用途①CO2：制飲料、碳酸鹽，作滅火劑，干冰用作制冷劑，也可用于人工降雨。②SiO2：光導纖維、制光學儀器、電子部件，水晶可制作飾品。(4)CO2的制法用大理石與稀鹽酸或稀硝酸發生反應的離子方程式：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。提示：(1)SiO2既能與氫氟酸反應，又能與NaOH溶液反應，但SiO2不是兩性氧化物；(2)不能利用大理石與稀硫酸反應制CO2，因為CaCO3與H2SO4反應生成的CaSO4微溶，覆蓋在CaCO3的表面，阻擋反應的接著進行。二、硅酸、硅酸鹽和無機非金屬材料1．硅酸的性質、制備與應用(寫出有關的化學方程式)提示：硅膠的形成過程硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為硅膠。2．硅酸鈉(Na2SiO3)——俗稱泡花堿(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。(2)與較強的酸反應生成硅酸：如Na2SiO3溶液與稀硫酸反應：Na2SiO3＋H2SO4=H2SiO3↓＋Na2SO4；與SO2水溶液反應：Na2SiO3＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2SO3。(3)用途：黏合劑、耐火阻燃材料。3．無機非金屬材料(1)傳統無機非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產原料黏土、石灰石純堿、石灰石、石英黏土主要設備水泥回轉窯玻璃窯陶瓷窯生產條件高溫(2)新型無機非金屬材料，如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。(3)特別功能的含硅物質①碳化硅具有金剛石結構，可用作磨料。②含硅元素4%的硅鋼具有導磁性。③硅橡膠具有既耐高溫又耐低溫的性質。[拓展練習]1．(2024·南昌月考)下列關于硅元素及其化合物的有關說法正確的是()A．由沙子制備光伏材料的反應之一為SiO2＋CSi＋CO2↑B．高溫下SiO2能與Na2CO3固體反應生成Na2SiO3和CO2，說明硅酸酸性強于碳酸C．因為玻璃中含有SiO2，所以不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛裝堿性溶液D．Si→SiO2→H2SiO3→SiO2→SiOeq\o\al(2－,3)均能一步轉化C[A項，反應產物不是CO2而是CO；B項，碳酸比硅酸酸性強；D項，SiO2不能一步轉化為H2SiO3。]2．用四種溶液分別進行試驗，表中“操作及現象”與“溶液”對應關系錯誤的是()選項操作及現象溶液A通入CO2，溶液不變渾濁BaCl2溶液B通入CO2，溶液變渾濁，接著通CO2至過量，渾濁消逝Na2SiO3溶液C通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去Ca(ClO)2溶液D通入CO2，溶液變渾濁，接著通CO2至過量，渾濁消逝，再加入足量的NaOH溶液，又變渾濁Ca(OH)2溶液B[CO2通入Na2SiO3溶液中，先生成沉淀H2SiO3，接著通CO2，H2SiO3不反應，不溶解。]3．(2024·安慶模擬)水玻璃(Na2SiO3溶液)廣泛應用于耐火材料、洗滌劑生產等領域，是一種重要的工業原料。如圖是用稻殼灰(SiO2：65%～70%、C：30%～35%)制取水玻璃的工藝流程：下列說法正確的是()A．原材料稻殼灰價格低廉，且副產品活性炭有較高的經濟價值B．操作A與操作B完全相同C．該流程中硅元素的化合價發生變更D．反應器中發生的復分解反應為SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OA[稻殼灰來源廣泛價格低廉，活性炭具有吸附性，有較高的經濟價值，A正確；操作A為過濾，操作B為蒸發濃縮，是兩種不同的操作，B錯誤；二氧化硅中，硅元素的化合價是＋4，硅酸鈉中，硅元素的化合價是＋4，所以該流程中硅元素的化合價沒有發生變更，C錯誤；由復分解反應的概念可知，SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O不屬于復分解反應，D錯誤。]4．(2024·信陽模擬)為檢驗二氧化碳氣體中是否混有一氧化碳，某課外愛好小組的同學設計了如圖所示的試驗裝置：依據裝置回答問題：(1)A裝置的作用是______________________________________________。(2)試驗后通過________處理尾氣，發生反應的化學方程式為___________________________________________________________。(3)若試驗時視察到_____________________________________________________________________________________________________，則證明原氣體中肯定含有一氧化碳。解析：(1)除去混合氣體中的CO2時，可先將混合氣體通入盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶中，故A裝置的作用是汲取CO2，以解除對后續試驗的干擾。(2)CO有毒，故將CO點燃生成CO2才能排放到空氣中。(3)CO還原CuO使黑色粉末變成紅色，反應生成的CO2使澄清石灰水變渾濁，故可利用這些現象來證明原氣體中肯定含有CO。答案：(1)汲取CO2(2)點燃2CO＋O22CO2(3)B中無明顯現象，裝置C中黑色粉末變成光亮的紅色，D中澄清石灰水變渾濁eq\o([思維建模]檢驗CO2中CO是否存在的思維模板)各裝置的作用是：A——除去混合氣體中的CO2氣體B——檢驗混合氣體中CO2是否除盡C——CO還原CuO：CO＋CuOCu＋CO2D——驗證CO的氧化產物CO2E——除去尾氣中的CO2氣體F——除去尾氣中的CO氣體，防止污染環境確定混合氣體中含有CO氣體的試驗現象是：C中的物質由黑色變成光亮的紅色，B中無明顯現象，D中的澄清石灰水變渾濁。5．(2015·全國卷Ⅰ，改編)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。草酸的鈉鹽和鉀鹽易溶于水，而其鈣鹽難溶于水。草酸晶體(H2C2O4·2H2O)無色，熔點為101℃，易溶于水，受熱脫水、升華，回答下列問題：(1)甲組同學依據如圖所示的裝置，通過試驗檢驗草酸晶體的分解產物。裝置C中可視察到的現象是____________________________________________________________________________________________________，反應的離子方程式為_____________________________________，說明分解產物中含有________。裝置B的主要作用是______________________________________________________________________________________________________________。(2)乙組同學認為草酸晶體分解產物中還有CO，為進行驗證，選用甲組試驗中的裝置A、B和下圖所示的部分裝置(可以重復選用)進行試驗。①乙組同學的試驗裝置中，依次連接的合理依次為A、B、________________。裝置H反應管中盛有的物質是________。②能證明草酸晶體分解產物中有CO的現象是_________________________________________________________________________________。(3)若上圖中的裝置C中的澄清石灰水改為水玻璃，則裝置C中的現象是___________________________________________________________，反應的離子方程式為________________________________________，此現象說明H2SiO3比H2CO3的酸性________。(4)氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝的理由是(寫化學方程式)___________________________________________________________，氫氧化鈉溶液的試劑瓶不用玻璃塞的理由是(寫離子方程式)___________________________________________________________。答案：(1)有氣泡逸出、澄清石灰水變渾濁CO2＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋H2OC