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    据《参考消息》报道,有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法中,你认为不妥当的是                                                       (   )
    A.硅便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是最佳的燃料
    B.硅的来源丰富,易于开采,且可再生
    C.硅燃烧放出的热量大,且燃烧产物对环境污染程度低,容易有效控制
    D.寻找高效新催化剂,使硅的生产耗能很低,是硅能源开发利用的关键技术

    本题信息:化学单选题难度一般 来源:未知
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本试题 “据《参考消息》报道,有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,关于其有利因素的下列说法中,你...” 主要考查您对

单质硅

硅酸(原硅酸)

硅酸盐

碳单质及化合物

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 单质硅
  • 硅酸(原硅酸)
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  • 碳单质及化合物

硅:

①元素符号:Si
②原子结构示意图:
③电子式:
④周期表中位置:第三周期ⅣA族
⑤含量与存在:在地壳中的含量为26.3%,仅次于氧,在自然界中只以化合态存在
⑥同素异形体:晶体硅和无定形硅


硅的物理性质和化学性质:

(1)物理性质:晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,它的结构类似金刚石,具有较高的沸点和熔点,硬度也很大,它的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。 (2)化学性质:化学性质不活泼
①常温下,除与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应外,与其他物质不反应

(雕刻玻璃)

②在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合


(4)制备:在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅:,将制得的粗硅,再与Cl2反应后,蒸馏出SiCl4,然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为:


碳族元素中碳和硅的一些特殊规律:

1.金刚石和晶体硅都是原子晶体,但金刚石不导电,晶体硅能导电.且金刚石的熔点(大于3550℃)比硅的熔点(1410℃)高;石墨是过渡型晶体或混合型晶体,也能导电。
2.碳和硅都能跟O2反应生成氧化物,碳的两种氧化物CO和CO2在常温下是气体,而硅的氧化物SiO2 在常温下是固体。
3.碳跟碱溶液不反应,而硅跟碱溶液能反应。
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
4.碳在高温时能跟水蒸气反应,而硅不能。
C+H2O(g)CO+H2
5.碳跟氢氟酸不反应,而硅能跟氢氟酸反应。
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑
6.碳能被浓硫酸(或浓硝酸)氧化生成二氧化碳,但硅不能被浓硫酸(或浓硝酸)氧化。
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
C+4HNO3(浓)4NO2↑+2H2O+CO2↑
7.碳和硅都具有还原性,且硅的还原性比碳强,但在高温时碳能把硅从SiO2中还原出来。
2C+SiO2Si+2CO↑
8.碳的氯化物都不能自燃,而SiH4能自燃。
SiH4+2O2==SiO2+2H2O
9.通常情况下,周态CO、CO2都是分子晶体,熔、沸点都很低;而SiO2是原子晶体,熔、沸点较高。
10.CO2溶于水且能跟水反应生成碳酸,SiO2却不能.
11.CO2跟氢氟酸不反应,而SiO2能跟氢氟酸反应.
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O
12.CO2跟碱溶液反嘘生成正盐或酸式盐,而SiO2 跟碱溶液反应只生成正盐。
CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
CO2+NaOH==NaHCO3
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
13.在溶液中Na2SiO3可转变为Na2CO3,而在高温条件下Na2CO3又可转变为Na2SiO3。
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

硅及其化合物的几种反常现象:

1.Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si 可从平衡移动的角度理解,由于高温下生成了气态物质CO2它的放出降低了生成物的浓度,有利于应反正向进行,故可发生反应:SiO2+2CSi+2CO↑
2.部分非金属单质能与碱溶液反应,但其中只有 Si与碱反应放出H2 常见的非金属单质与碱溶液的反应有:
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O①
3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O②
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑③
在反应①②中,Cl2、S既作氧化剂又作还原剂:在反应③中,Si为还原剂。
3.非金属单质一般不与弱氧化性酸反应,而硅不但能与氢氟酸反应,而且还会产生H2
4.硅酸不能由相应的酸酐与水反应制得制取硅酸的实际过程很复杂,条件不同可得到不同的产物,通常包括原硅酸(H2SiO4)及其脱水得到的一系列酸。原硅酸经两步脱水变为SiO2,SiO2是硅酸的酸酐,是一种不溶于水的同体,不能直接用它制备硅酸,用SiO2制取硅酸时,可先将SiO2溶于烧碱中,再向溶液中加入足量的盐酸或通入过量的CO2,析出的胶状物就是原硅酸,将原硅酸在空气中脱水即得硅酸,反应原理可理解为:
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
Na2SiO3+CO2+2H2O==Na2CO3+H4SiO4↓
H4SiO4==H2SiO3+H2O
5.非金属氧化物的熔沸点一般较低,但SiO2的熔沸点却很高非金属氧化物一般为分子晶体,但SiO2为原子晶体。分子晶体中分子以分子问作用力相结合,而分子间作用力很弱,破坏它使晶体变为液体或气体比较容易;而在SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子相结合,形成硅氧四面体,在每个硅氧四面体结构单元中Si—O 键的键能很高,同时硅氧四面体结构单元可通过共用顶角氧原子连成立体网状结构,所以要使它熔融,必须消耗更多的能量,因此SiO2的熔沸点很高。
6.SiO2是酸性氧化物却能跟HF作用
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O,此反应并不是因为HF的酸性,而是因为为常温下SiF4为气态物质,有利于反应正向进行,这是SiO2的突出特性,当然也是HF 的特性。
7.H2CO3的酸性强于H2SiO3。但却能发生如下反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
强酸制备弱酸作为判断反应方向的依据,只适用于水溶液体系,而在非水溶液的条件下不一定适用,在高温下能发生反应:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+ CO2↑的原因是H2SiO3难挥发,H2CO3易挥发,这符合高沸点物质制低沸点物质的反应规律,与此反应类似的还有:
2NaCl+H2SO4(浓)Na2SO4+2HCl↑
NaNO3+H2SO4(浓)NaHSO4+HNO3↑
上述两反应并不是由于H2SO4的强酸性,而是由于H2SO4为高沸点酸,HCl、HNO3为低沸点酸。


硅的用途:

高纯硅可作半导体材料,制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件,还可以制造太阳能电池。硅的合金用途也很广,如含硅4%的钢具有良好的导磁性,可用来制造变压器的铁芯;含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性,可用来制造耐酸设备。


硅酸:

①化学式:H2SiO3
②俗称:硅酸干凝胶俗称硅胶
③目前被确认的有正硅酸(原硅酸)H4SiO4(x=1,y=2)、偏硅酸H2SiO3(x=1,y=1)、二硅酸H2Si2O5(x=2,y=1)、焦硅酸H6Si2O7(x=2,y=3)。硅酸组成复杂,随条件而异。一般用通式xSiO2·yH2O表示,由于“H2SiO3”分子式最简单,习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。硅酸在水中溶解度较小,呈弱酸性。硅酸酸性比碳酸还弱,由反应可证明:
④保存:密封保存


硅酸的物理性质和化学性质:

(1)物理性质:不溶于水的白色沉淀原硅酸(H4SiO4)是白色胶状沉淀
(2)化学性质:
①不稳定性:
H2SiO3SiO2+H2O
②与强碱反应:H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O


硅酸的用途:

用作气体的吸附剂,油脂和蜡等的脱色剂,催化剂载体,以及分析化学试剂等。

硅酸的制取:

由可溶性硅酸盐稀溶液和酸作用制得正硅酸的不稳定水溶液,失水成偏硅酸即通称的硅酸。放置能缩合成多分子聚合物称硅酸溶胶(mSiO2·nH2O),简称硅溶胶,加热脱水可得硅胶(多孔SiO2含水4%)。由细孔球形硅胶用盐酸浸泡4~6h后用纯水洗涤,烘干72h,用纯水洗涤,再在70~80℃二次烘干制得。也可由硅酸钠与硫酸反应生成硅溶胶,经凝聚,一次洗涤,干燥,浓盐酸浸泡,二次洗涤,干燥而制得。

硅胶:

刚制得的硅酸是单个小分子,能溶于水,在存放过程中,它会逐渐失水聚合,形成各种多硅酸,接着就形成不溶于水,但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质,则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质,具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用,所以在实验室中常把硅胶作为干燥剂。


硅酸盐种类:

①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,组成可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示。例如:硅酸钠Na2SiO3(Na2O·SiO2);镁橄榄石Mg2SiO4(2MgO·SiO2);高岭石Al2(Si2O5)(OH)4(Al2O3·2SiO2·2H2O)
②云母、滑石、石棉、高岭石等,它们都属于天然的硅酸盐。
③人造硅酸盐:主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。
④硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,难溶于水,有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠,其水溶液俗称水玻璃,是一种矿物胶,可作粘合剂,防腐剂。

硅酸钠:

(1)化学式:Na2SiO3
(2)俗称:其水溶液俗称水玻璃
(3)物理性质:硅酸钠溶液是无色黏稠液体
(4)化学性质:
①与盐酸反应 Na2SiO3+2HCl==== 2NaCl+H2SiO3(胶体)
②与CO2反应 NaSiO3+CO2+H2O ==Na2CO3+H2SiO3
③与水发生水解反应硅酸钠溶液显碱性
(5)制备:SiO2+2NaOH== Na2SiO3+H2O
(6)保存:试剂瓶不能配磨口玻璃塞
(7)用途:常用于制备硅胶和木材防火剂等


 碳:

①元素符号:C
②原子结构示意图:
③电子式:
④周期表中位置:第二周期ⅣA族
⑤含量与存在:在地壳中的含量为0.087%,在自然界中既有游离态,又有化合态
⑥同素异形体:金刚石、石墨、C60、活性炭


碳(活性炭):


①金刚石:纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体,硬度大,熔点高,不导电,不溶于水
石墨:深灰色的鳞片状固体,硬度小,质软,有滑腻感,熔点高,具有导电性
活性炭:黑色粉末状或颗粒状的无定形碳,疏松多孔,有吸附性
②碳的化学性质:
a.稳定性:在常温下碳的化学性质稳定,点燃或高温的条件下能发生化学反应
b.可燃性:氧气充足的条件下:C+O2CO2 氧气不充分的条件下:2C+O22CO
c.还原性:
木炭还原氧化铜:C+2CuO2Cu+CO2
焦炭还原氧化铁:3C+2Fe2O34Fe+3CO2
焦炭还原四氧化三铁:2C+Fe3O43Fe+2CO2
木炭与二氧化碳的反应:C+CO2CO

二氧化碳:

 
①物理性质:常温下,二氧化碳是一种无色无味的气体,密度比空气大,能溶于水。固态的二氧化碳叫做干冰。
②化学性质:
a.一般情况下,二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,不供给呼吸,因此当我们进入干枯的深井,深洞或久未开启的菜窖时,应先做一个灯火实验,以防止二氧化碳浓度过高而造成危险
b.二氧化碳和水反应生成碳酸,使紫色石蕊试液变红:CO2+H2O===H2CO3,碳酸不稳定,很容易分解成水和二氧化碳,所以红色石蕊试液又变回紫色:H2CO3===H2O+CO2
c.二氧化碳和石灰水反应:Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O
d.二氧化碳可促进植物的光合作用:6CO2+6H2OC6H12O6+6O2
③用途:
a.二氧化碳不支持燃烧,不能燃烧,比空气重,可用于灭火
b.干冰升华时吸收大量的热,可用它做制冷剂或人工降雨
c.工业制纯碱和尿素,是一种重要的化工原料 d.植物光合作用,绿色植物吸收太阳能,利用二氧化碳和水,合成有机物放出氧气。

一氧化碳:


①物理性质:通常状况下,是一种没有颜色,气味的气体,比空气略轻难溶于水。
②化学性质
a.可燃性:2CO+O22CO2
b.还原性:一氧化碳还原氧化铜:CO+CuOCu+CO2 一氧化碳还原氧化铁:3CO+Fe2O32Fe+3CO2 一氧化碳还原四氧化三铁:4CO+Fe3O43Fe+4CO2
c.毒性:一氧化碳能与人体血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白失去运输氧气的能力,造成机体缺氧。冬天用煤火取暖,如排气不良,就会发生煤气中毒,就CO中毒。CO重要来源是汽车尾气和煤,石油等含碳燃料的不完全燃烧。
③用途:用作燃料,冶炼金属。 ④碳酸:弱酸,不稳定,易分解H2CO3==CO2↑+H2O


碳酸盐:

1.正盐与酸式盐的比较

正盐 酸式盐
水溶性 除K、Na、铵的碳酸盐易溶于水外,其余都难溶于水 都溶于水
热稳定性 较稳定
①K2CO3、Na2CO3等碱金属的正盐受热难分解
②CaCO3、(NH4)2CO3 等受热易分解
受热易分解
2NaHCO3Na2CO3+ H2O+CO2
Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO2
与酸反应 CO32-+2H+== CO2↑+H2O
CaCO3+2H+=Ca2+ +H2O+CO2
HCO3-+H+==H2O+ CO2↑(相同条件下,NaHCO3与酸反应放出CO2的速率比Na2CO3快)
与碱反应 Na2CO3+Ca(OH)2 ==CaCO3↓+2NaOH NaHCO3+NaOH==Na2CO3+H2O
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O
转化关系
2.酸式盐性质的一般规律
(1)在水中的溶解性:一般地,相同温度下,难溶性正盐的溶解度小于其酸式盐,可(易)溶性正盐的溶解度大于其酸式盐。如CaCO3,难溶于水,Ca(HCO3)2易溶于水;Na2CO3易溶于水,NaHCO3的溶解度比 Na2CO3的小。
(2)与酸或碱反应:强酸的酸式盐只与碱反应而不与酸反应;弱酸的酸式盐与足量强碱反应生成正盐,与足量强酸反应生成弱酸。
(3)热稳定性:一般地,热稳定性的大小顺序为正盐>酸式盐(盐的阳离子相同,成盐的酸相同)。
3.碳酸钙在自然界中存在广泛,是岩石的主要成分之一。不溶于水,但溶于酸。大理石、石灰石的主要成分是CaCO3,它们既是重要的化工原料,又是重要的建筑材料。其用途图示如下:


 CO2气体与溶液的反应规律:

1.向某溶液中不断通入CO2气体至过量时,现象是“先产生白色沉淀,后沉淀逐渐溶解”
(1)向澄清石灰水中不断通入CO2气体的反应为:
Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O
CaCO3+CO3+H3O==Ca(HCO3)2
(2)向氧氧化钡溶液中不断通入CO2气体的反应为:
Ba(OH)2+CO2==BaCO3↓+H2O
BaCO3+CO2+H2O==Ba(HCO3)2
(3)向漂白粉溶液中不断通入CO2气体的反应为:
Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2
2.向某溶液中不断通入CO2气体至过量时,现象为“产生白色沉淀或浑浊,沉淀或浑浊不消失”
(1)在NaAlO2溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为:
2AlO2-+CO2(少量)+3H2O==2Al(OH)3↓ +CO32-
2AlO2-+CO2(过量)+2H2O==Al(OH)3↓ +HCO3-
(2)向Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量时,反应为:
SiO32-+CO2+H2O==H2SiO3↓+CO32- 
SiO32-+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2HCO3-
(3)向饱和Na2CO3溶液中不断通入CO2气体,反应为:
2Na++CO32-+CO2+H2O==2NaHCO3↓
3.CO2与NaOH溶液反应后,溶液中溶质的判断将CO2气体逐渐通入NaOH溶液中,先后发生化学反应:
①CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
②CO2+Na2CO3+H2O==2NaHCO3
向一定量的NaOH溶液中通入CO2气体后,溶液中溶质的成分要根据NaOH与CO2的物质的量之比进行讨论。
时,发生反应①和②,溶液中的溶质为NaHCO3;
时,发生反应①,溶液中的溶质为 Na2CO3和NaOH;
时,发生反应①,溶液中的溶质为Na2CO3;
时,发生反应①和②,溶液中为Na2CO3和NaHCO3

碳酸氢盐与碱反应的规律及CO32- HCO3-的鉴别方法:

 1.酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断
如Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液:
Ca(HCO3)2+NaOH==CaCO3↓+NaHCO3+ H2O(NaOH少量)
Ca(HCO2)2+2NaOH==CaCO3↓+Na2CO3+ 2H2O(NaOH过量)
2.CO32-和HCO3-的鉴别
(1)利用正盐和酸式盐的溶解性可区别CO32-和HCO3-,如分别和BaCl2溶液反应,生成的BaCO3不溶,生成的Ba(HCO3)2易溶;
(2)利用与H+反应产生CO2的快慢检验CO32-或HCO3-


碳族元素:

1.在元素周期表中的位置及结构碳旌死素位于第ⅣA族,包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)五种元素。最外层皆有4个电子,这种结构不易得电子也不易失电子,易形成共价键,难形成离子键。
2.主要化合价碳族元素的化合价主要有+2和+4,C、Si、Ge、Sn的+4价化合物较稳定,而Pb的+2价化合物较稳定。
3.氢化物、最高价氧化物及其对应的水化物
氢化物:
最高价氧化物:RO2
最高价氧化物对应的水化物为H2RO3、 H4RO4或R(OH)4
4.碳族元素的金属性与非金属性的递变规律由C至Pb,核电荷数逐渐增多,原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减小,失电子能力逐渐增强,得电子能力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强。由碳族元素形成的单质中,碳、硅为非金属,但硅有金属光泽;锗、锡、铅为金属。


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