高考化学一轮复习专题十六碳、硅及其化合物无机非金属材料考点二二氧化硅和二氧化碳教学案

考点二 二氧化硅和二氧化碳

1 一氧化碳

CO 是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。

(1)燃烧的化学方程式为2CO ＋O 2=====高温

2CO 2。

(2)还原CuO 的化学方程式为CO ＋CuO=====△

Cu ＋CO 2。

2 二氧化碳和二氧化硅的比较

CO 2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂。

SiO 2：作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。

学霸巧学卡

(1)不能依据反应2C ＋SiO 2=====高温

Si ＋2CO↑来说明C 的还原性比Si 强，也不能依据反应

SiO 2＋Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑来说明SiO 2水化物的酸性比H 2CO 3强。由于酸性：H 2CO 3>H 2SiO 3，

因而向Na 2SiO 3水溶液中通入CO 2生成H 2SiO 3，而高温下：SiO 2＋Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑，该反应熵值增加，驱动反应向右进行。

(2)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为SiO 2与碱溶液反应生成具有黏性的Na 2SiO 3。

(3)水晶、石英、玛瑙的主要成分为SiO 2；固态CO 2俗称干冰。SiO 2既能与酸反应又能与碱反应，但它不是两性氧化物，因为SiO 2只与HF 反应，而与其他酸不反应，且与HF 反应时并没有同时生成盐和水。

(4)CO 2与NaOH 溶液反应产物的确定

1.思维辨析

(1)CO 2溶于水生成碳酸，SiO 2也能溶于水并生成硅酸。( )

(2)SiO 2是酸性氧化物，不与任何酸反应。( )

(3)SiO 2溶于水显酸性，所以SiO 2属于酸性氧化物。( )

(4)CO 和CO 2是碳的两种氧化物，二者均是温室气体。( )

(5)CO 2不支持燃烧是相对的。( )

(6)氢氟酸刻蚀玻璃的过程不涉及化学变化。( )

答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×

2.下列说法正确的是( )

A ．在粗硅的制取中发生2C ＋SiO 2=====高温

2CO↑＋Si ，硅被还原，所以碳的还原性强于硅的还原性

B ．盛放NaOH 溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶

C ．用SiO 2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO 2

D ．由Na 2CO 3＋SiO 2=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸

答案 C

解析 选项A 、D 的反应在高温下均生成了气体，使平衡正移，致使反应能顺利进行，但不能说明C 、Si 的还原性强弱，也不能说明H 2SiO 3与H 2CO 3酸性的强弱，故错误；NaOH 能与玻璃成分中的SiO 2反应生成Na 2SiO 3而使瓶塞粘在一起。由SiO 2制取H 2SiO 3的过程为：

SiO 2――→NaOH 溶液Na 2SiO 3――→通入CO 2

H 2SiO 3

[考法综述] 硅在地壳中含量仅次于氧，常常考查SiO

2的用途以及SiO 2的特性与HF 的反应，而碳主要考查CO 的还原性，CO 2与SiO 2酸性氧化物的区别。

命题法1 二氧化硅的特性

典例1 下列叙述正确的是( )

A ．因为Na 2CO 3＋SiO 2=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强

B ．碳和硅都是ⅣA 族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似

C ．因为高温时二氧化硅能与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强

D ．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸

[解析] 根据酸、盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强弱一般是在常温湿态下适用，在高温干态下不适用，事实上碳酸酸性比硅酸强，A 错误；CO 2是分子晶体，而SiO 2是原子晶体，在物理性质方面有很大差异，B 错误；高温下二氧化硅与碳酸钠的反应是在非溶液状态下进行的，属于用不挥发性酸酐来制取挥发性的酸酐，所以该反应不能做为判断硅酸与碳酸酸性强弱的依据，C 错误；SiO 2虽属于酸性氧化物，但不能直接与H 2O 反应生成H 2SiO 3，D 项正确。

[答案] D

【解题法】 二氧化硅的特殊性

(1)非金属氧化物一般由分子构成，而SiO 2是由Si 和O 按个数比1∶2直接构成。Si 、SiC 、Si 3N 4、BN 等也是直接由原子构成。

(2)SiO 2是H 2SiO 3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H 2SiO 3。

(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

(4)不要混淆二氧化硅和硅的用途

用于制作光导纤维的是SiO 2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。

(5)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO 2；珍珠的主要成分是CaCO 3；钻石是金刚石；红、蓝宝石的主要成分是Al 2O 3。

命题法2 二氧化碳与碱溶液的反应

典例2 向含有0.2 mol NaOH 和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO 2，当通入气体8.96 L(0 ℃，1.01×105

Pa)时立即停止。则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO 2的体积关系正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计) ( )

[解析] 本题涉及的化学反应：

Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O①

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②

BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2③

Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3④

当未通入CO2时，溶液中：0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol OH－；当通入2.24 L CO2时，发生反应①，此时溶液中：0.2 mol Na＋、0.2 mol OH－；当通入4.48 L CO2时，发生反应①②，此时溶液中：0.2 mol Na＋、0.1 mol CO2－3；当通入6.72 L CO2时，发生反应①②④，此时溶液中：0.2 mol Na＋、0.2 mol HCO－3；当通入8.96 L CO2时，发生反应①②③④，此时溶液中：0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol HCO－3。对比图象可知C项正确。

[答案] C

【解题法】CO2与碱液反应常考情况及方法技巧

(1)如果是给出两种反应物的量，让求出反应后产物的组成及各组成成分的量的简单计算则可以利用加减消元法或者“碳”守恒、“碱”守恒法来求解。在列方程(组)求解时要注意CO2与OH－的计量数关系，以免出错。

(2)如果是未给出各反应物的量，而要求利用反应方程式讨论不同的反应配比情况下的产物组成及产量的较难的计算题则要求：①要合理分段，分步解决；②注意每一段中各反应物(或中间产物)何者不足何者过量，应该用谁来算，不能用谁来算；③理解CO2与NaOH反应的化学方程式以及各物质之间的量的关系。

(3)当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。如典例2中将CO2通入NaOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与NaOH反应，则生成的Na2CO3会与Ba(OH)2反应生成BaCO3沉淀和NaOH，故假设错误，应先与Ba(OH)2反应。

(4)给出各反应物的量判断反应图象的正误

①做这类题首先要正确写出反应的化学方程式，理清每一步反应的先后顺序，分析何种反应物不足，何种反应物过量。

②注意图象中的“拐点”“起点”“终点”等关键点的相关数据，将这些数据与所涉及

的反应方程式中各物质的计量数进行比对，找出解题的突破口，然后进行解答。

③注意思维要全面，不能有遗漏的反应，还要注意反应的连续性和顺序性。

命题法3 CO2与盐溶液的反应

典例3 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( )

[解析] A项，CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3，升温至65 ℃以上，C6H5OH 完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则有2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。

[答案] B

【解题法】CO2与盐溶液的常见反应及注意事项

(1)CO2与盐溶液的常见反应

碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、

、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如：

①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3

②CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3

或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3

当CO2过量时，发生反应如下：

2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3

③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO

当CO2过量时，发生反应如下：

2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO

④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3

⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2过量时)

CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量时)

(2)注意事项

①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。

②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无关，都生成NaHCO3，因为酸

性H2CO3>>HCO－3。

③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因为酸性H2CO3>HClO>HCO－3。

④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生。

1．下列有关说法正确的是( )

A．在酒精灯加热条件下，Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解

B．Fe(OH)3胶体无色、透明，能产生丁达尔现象

C．H2、SO2、CO2三种气体都可用浓H2SO4干燥

D．SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物

答案 C

解析NaHCO3受热易分解而Na2CO3固体加热只熔化不分解，A错误；Fe(OH)3胶体是红褐色，B错误；C项中三种气体与浓硫酸不反应，可以用浓硫酸干燥，C正确；SiO2与HF发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物，属于酸性氧化物，D错误。

2．下列说法不正确的是 ( )

A．二氧化硅晶体是一种无色透明的固体，常用作光导纤维的材料

B．臭氧是一种有特殊臭味、氧化性极强的淡蓝色气体，可用作餐具的消毒剂

C．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝比铁更耐酸、碱的腐蚀D．人造纤维可利用竹子、棉花、麻类的纤维材料制成，而合成纤维是利用自然界的非纤维材料(如石油、煤)通过化学合成方法得到的

答案 C

解析二氧化硅晶体是一种无色透明的固体，常用作光导纤维的材料，A项正确；臭氧具有强氧化性，可以用作餐具的消毒剂，B项正确；铝比铁活泼，更容易与酸、碱反应，C 项错误；化学纤维可分为人造纤维和合成纤维，二者的原料来源不同，D项正确。

3．研究CO2在海洋重工的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。

(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO－3占95%。写出CO2溶于水产生HCO－3的方程式：________________。

(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。

①写出钙化作用的离子方程式：_______________。

②同位素示踪法证实光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：

光能

________＋________=====

(CH2O)n＋x18O2＋x H2O

叶绿体

(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：

①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。

②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x mol·L－1HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________mol·L－1。

(4)利用如图所示装置从海水中提取CO 2，有利于减少环境温室气体含量。

①结合方程式简述提取CO 2的原理：________________。

②用该装置产生的物质处理b 室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是___________________。

答案 (1)CO 2＋H 2O===H 2CO 3、H 2CO 3 H ＋＋HCO －

3

(2)①Ca 2＋＋2HCO －3===CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑

②x CO 2 2x H 182O (3)①

②xy z (4)①a 室：2H 2O －4e －===O 2↑＋4H ＋，H ＋通过阳离子膜进入b 室，发生反应：H ＋＋HCO －3===H 2O

＋CO 2↑

②c 室的反应：2H 2O ＋2e －===2OH －

＋H 2↑，用c 室排出的碱液将从b 室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH

解析 (2)①从图中可以看出，HCO －3转化的终产物是CaCO 3和CO 2，这个过程Ca 2＋一定参与反应，所以直接写出Ca 2＋＋2HCO －3===CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑即可。此问可能有同学想在反应物中补充H ＋或OH －，但要注意，补H ＋则不能产生CaCO 3，补OH －则不能产生CO 2。②方程式根据原子守恒即可写出，注意按题干要求标明H 182O 。

(3)①洗气瓶中的气体长进短出，另外，需要用分液漏斗向装置中滴加稀硫酸(因为图中明确指出“未酸化”)，注意要答稀硫酸而不能答稀盐酸，因为后续装置要吸收产物，所以要选择无挥发性的酸。②是个简单计算，应用原子守恒得出答案。

(4)①因海水中无机碳的主要存在形式为HCO －3，若要提取CO 2，需要b 室中出现H ＋，按图中的电源正负极可判断离子流向，再由阳离子交换膜可知H ＋只能从a 室进入b 室，这样

即可逆推出答案。②因b室排出的溶液pH<6而海水pH＝8，所以需要一种碱(c室产生的NaOH)来调高b室排出的溶液的pH。