第13講碳、硅及其化合物

備考導(dǎo)航

1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性質(zhì)和應(yīng)用。

復(fù)習(xí)目標(biāo)2.了解粗硅的冶煉方法(從沙子到單晶硅)。

3.了解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的種類、性質(zhì)和用途。

.H卜H卜

C—或HCI),

SiCUI嗎.C.高溫CaO.高溫

ii?*S

(或SiHCh)“高忒,

卜加一NaOH

‘_Na,SiOi.THSiOt

SiO.HCI(或CO.+H.O)SiO.

熟記網(wǎng)絡(luò);:

高溫離溫

足址O一點(diǎn)燃

!少量O：點(diǎn)燃~、蟲暨JC5+HQ

CaO,sBOHL_c

高溫(或H：O盤溫)C,高溫j△A

Fcq.高溫I過量：

高溫CaO----------------------Ca(OH)：

\H：O

判斷正誤(正確的打“▽：錯(cuò)誤的打“X”)。

(1)活性炭具有除異味和殺菌作用()

(2)(2024?南京、鹽城一模)金剛石、石墨、C66三者互為同位素()

(3)單晶硅和王英互為同素異形體()

(4)天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅()

(5)計(jì)算機(jī)芯片、光導(dǎo)纖維、太陽能電池板的化學(xué)成分都是高純硅()

(6)(2020?江蘇卷)已知反應(yīng):SiCl4(g)+2H2(g)=^=Si(s)4-4HCl(g),每生成1molSi需消

課前自測耗2X22.4LH?()

(7)SiO2的熔點(diǎn)比干冰高的原因是SiO2分子間的范德華力大()

(8)可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液()

(9)硅酸鈉是一種難溶于水的硅酸鹽()

(10)在某固體試樣加水后的上層清液中，滴加鹽酸出現(xiàn)白色沉淀，再加NaOH溶液沉淀

溶解，則該固體試樣中存在SiO「()

(11)陶瓷是應(yīng)用較早的人造材料，主要化學(xué)成分是硅酸鹽()

(12)漢代燒制出“明如鏡、聲如磬”的瓷器，其主要原料為黏土()

彎墟就析

考點(diǎn)1碳、硅單質(zhì)

知識(shí)梳理

知識(shí)Ue、Si單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)及用途

1.自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元索僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、

C60、石墨烯等,它們之間的關(guān)系是互為:硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類C

2.C、Si單質(zhì)的物理性質(zhì)與用途

(1)金剛石：熔點(diǎn)高、硬度大，可作切割刀具。

(2)晶體硅：灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高，可用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電

池板。

(3)石墨：熔點(diǎn)高、質(zhì)軟、有滑膩感、能導(dǎo)電，可用作鉛筆芯、電極。

(4)石墨烯：石墨烯就是單層石墨，有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。

3.C6O結(jié)構(gòu)分析

0)(如圖所示)是由60個(gè)C原子形成的封閉籠狀分子，形似足球的32面體，有個(gè)六邊形和

個(gè)五邊形。

知識(shí)時(shí)的化學(xué)性質(zhì)

1.與氧氣反應(yīng)

C+O?上足量)；

2C+O2=^=2CO(O2少量)。

2.與氧化物反應(yīng)

（1）C+CO2=

⑵3C+2Fe2O3=iS=________________

⑶C+H2O金^=CO+H2（工業(yè)制水煤氣）

3.與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)

C+—H2so4（濃）士

C+—HNO3(濃)=

知識(shí)回硅的化學(xué)性質(zhì)

1.與02反應(yīng)：Si+O2=^=SiO2

2.與F2、C12反應(yīng)

Si+2F2=SiF4sSi+2Ch=^=SiC14

3.與氯化氫反應(yīng)

300匕

Si+3HCI^=H2+SiHCl3

4.與氫氟酸反應(yīng)(寫化學(xué)方程式，下同)：。

5.與NaOH溶液反應(yīng)：_________________________________________________________________

知識(shí)田高純硅的制備

1.原料：焦炭和石英。

2.粗硅的制備：SiO2+2C

'C1100*C

3.粗硅的提純：Si+3HC1----Hz+SiHCh、H2+SiHCl3-----Si+3HC1

典題悟法

類型U物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

西懺（2024?江蘇各地模擬重組）下列化學(xué)方程式書寫錯(cuò)誤的是（）

A.Si+4HF=SiF4t+2H2t

B.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H21

C.Si+4HCl(aq)=SiCl4+2H2t

D.SiO2+2C=^=Si+2CO

類型舊工業(yè)制硅

典例勺（2023?湖北卷江業(yè)制備高純硅的主要過程如下。下列說法錯(cuò)誤的是（)

石英砂粗硅梟SiHCb滯三高純硅

A.制備粗硅的化學(xué)方程式為SiO2+2C=^=Si+2cot

B.1molSi中含有的Si—Si的數(shù)目約為4X6.02XX23

C.原料氣HC1和H?應(yīng)充分去除水和氧氣

D.生成SiHCh的反應(yīng)為端減過程

考點(diǎn)2碳、硅的氧化物

知識(shí)梳理

知識(shí)口一氧化碳

1.物理性質(zhì)

通常狀況下為無色、無味的氣體，難溶于水。

2.化學(xué)性質(zhì)

（1）可燃性：2co+。2①=2CCh

（2）還原性：CO+CuO=^=Cu+CO?、

3C0+Fe2O3=^=2Fe+3cCh（高爐煉鐵）。

知識(shí)舊SiO2與CO2的性質(zhì)及用途

物質(zhì)SiO2（_____氧化物）C02（_____氧化物）

硬度—，熔、沸點(diǎn)—，常溫下為固體，

物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水

不溶于水

與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2+H2OH2co3

化學(xué)與C反應(yīng)SiO2+2C=^=Si+2COtC+CO2=^=2CO

性質(zhì)SiO+

與HF反應(yīng)2不反應(yīng)

4HF=__________________________

(2)50℃時(shí)，向MnSO.i溶液中加入NH4HCO3沉缽，生成M11CO3并且產(chǎn)生一種無色氣體，寫出對應(yīng)的

化學(xué)方程式：。

(3)50℃時(shí)，向ZnSOw溶液中加入NH4HCO3“碳化”，生成ZnCO3-2Zn(OH)2H2O>(NH4)2SO4CO2,

寫出“碳化”過程的化學(xué)方程式：__________________________________________________________________

----------------〈深度指津〉-----------------

有關(guān)酸式碳酸鹽的反應(yīng)

類型I：金屬離子M2+與HCO3反應(yīng)生成碳酸鹽MCO3沉淀、C02氣體和水；M?十主要有：Ca2\Fe2

-、Mn2+>Ni2+>Co2+等。

2+

Fe+2HCO；=FcCO3I+CO2t+H20

2+

Ca+2HCO?=CaCO3I+CO2t+H2O

類型2：金屬離子M'+與HCO3■反應(yīng)生成M(OH)3沉淀和CO?氣體；M'+主要有：A|3+、Fe3+等。

A13++3HCO7=A1(OH)3I+3CO2t

3+

Fe+3HCO；=Fe(OH)3I+3CO2t

類型3：金屬離子M2+與HCO3反應(yīng)生成堿式碳酸鹽M2(OH)2CO3沉淀或帶結(jié)晶水的堿式碳酸鹽沉淀［如

ZnCO3-2Zn(OH)2H2。］和CO?氣體；M”主要有：Cu2+>Zi?+等。

考點(diǎn)3碳酸、硅酸、硅酸鹽

知識(shí)梳理

知識(shí)II碳酸與碳酸根離子

H2c03中，碳原子的雜化方式為oH2c03屬于分子晶體。COT中，碳原子的雜化方式為

,CO「的空間結(jié)構(gòu)為。

知識(shí)g硅酸

1.分子結(jié)構(gòu)：H2SiO3分子中，Si原子的雜化方式為o但在硅酸鹽中，Si和0構(gòu)成了硅氧四

面體(浜<?)'Si在四面體的中心，Si原子的雜化方式為0

I

2.物理性質(zhì)：—溶于水。

3.化學(xué)性質(zhì)

(1)弱酸性

①H2SiO3酸性比H2co3—,(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅。

②H2SQ3能與NaOH溶液反應(yīng)(寫化學(xué)方程式):__________________________________________________

△

(2)不穩(wěn)定性:H2SiO3

4.用途

硅酸在水中易縮合形成膠體，將硅酸凝膠烘干脫水得到硅膠(SiO2),硅膠常用作干燥劑。

知識(shí)回硅酸鈉(NazSKh)

1.物理性質(zhì)：易溶于水的白色粉狀固體。

2.化學(xué)性質(zhì)(寫化學(xué)方程式)

(1)與鹽酸反應(yīng)：；

(2)硅酸鈉溶液中通入過量CO?：_____________________________________________________________

(說明酸性：H2c03一FhSiCh；非金屬性：C—Si)

3.用途：NazSiCh溶液(水玻璃)可用作黏合劑、木林防火劑。

知識(shí)田無機(jī)非金屬材料

I.傳統(tǒng)硅酸鹽材料

水泥玻璃陶瓷

石英(Si02)、純堿(Na2co3)、石

主要原料石灰石、黏土、石膏黏土

灰石(CaCOa)

硅酸三鈣CCaOBiCh)、硅酸

硅酸鈉(NazSiCh)、硅酸鈣

主要成分二鈣QCaOfiCh)、鋁酸三鈣硅酸鹽

(CaSiO3).二氧化硅(SiO2)

(3CaOAhO.0

Na2cCh+SiO2=^=Na2SiO3+

制備過程中的

復(fù)雜的物理及化學(xué)變化C02f、CaCO3+SiO2=^S=復(fù)雜的物理及化學(xué)變化

主要反應(yīng)

CaSiO3+CO2t

抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐

特性水硬性無固定熔點(diǎn)

高溫、絕緣

2.新型無機(jī)非金屬材料

(l)Si：Si晶體是半導(dǎo)體材料，可用于制造硅芯片和硅太陽能電池板。

(2)Si02：SiCh具有良好的導(dǎo)光性，可用于制造光導(dǎo)纖維和光學(xué)儀器。

(3)新型陶瓷

①耐高溫結(jié)構(gòu)陶瓷(如：SiC、Si3N4);

②壓電陶瓷(如：鈦酸鹽、錯(cuò)酸鹽)；

③透明陶瓷(AI2O3、A1N)：

④超導(dǎo)陶寬。

(4)碳納米材料

碳納米材料包括富勒烯、碳納米管(生產(chǎn)電池和傳感器等)、石墨烯(用于超級電容器、電池)等。

典題悟法

類型口物質(zhì)的性質(zhì)與用途

g6（2024?江蘇各地模擬重組）下列物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)或物質(zhì)性質(zhì)與用途對應(yīng)關(guān)系正確的是（）

A.石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)間存在分子間作用力，具有導(dǎo)電性

B.SiC中原子以共價(jià)鍵形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可作砂輪的磨料

C.SiO?是酸性氧化物，能用氯氟酸雕刻玻璃

D.SiO?硬度高，可用于制造光導(dǎo)纖維

類型舊物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

圉舜7（2023?江蘇各地模擬重組）在給定條件下，下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化能實(shí)現(xiàn)的是（）

N?）

A.SiO2^Na2SiO3（aq）-^*H2SiO3

B.S1O2△SiCL高溫Si

H，ONaOH（aq）

C.SiO2-FhSiCh-UNazSiCh

D.石英砂」一粗硅磊*SiCL

iWjAm

由8（2024.江蘇各地模擬重組）下列說法正確的是（）

++

A.向NazSQ溶液中滴加稀鹽酸：Na2SiO3+2H=H2SiO3I+2Na

B.用pH計(jì)測量Na2SiO3溶液和Na2cCh溶液的pH,探究H2CO5酸性比H2SiO3強(qiáng)

C.將濃鹽酸滴入Na2cO3固體中，生成的氣體通入盛有NazSKh溶液的試管中，出現(xiàn)渾濁，碳的非金

屬性強(qiáng)于硅

D.向久置的NazSiCh溶液滴加稀鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，說明NazSiCh溶液已變質(zhì)

類型回傳統(tǒng)硅酸鹽材料

順19（2024?江蘇各地模擬重組）下列敘述正確的是（）

A.石墨烯屬于傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

B.燒制陶器的主要原料為黏土、石灰石和石英砂

C.制玻璃的原料之一可用作制光導(dǎo)纖維

D.硼硅玻璃中含有的NazOBzChSiCh是一種復(fù)雜的氧化物

英型E新型無機(jī)非金屬材料

度加1（2024.江蘇各地模擬重組）下列敘述正確的是（）

①“C919”大飛機(jī)使用的氮化硅陶瓷屬于傳統(tǒng)硅酸鹽材料

②“天和”核心艙電推進(jìn)系統(tǒng)中的霍爾推力器腔體使用的氮化硼陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料

③“神舟十三號(hào)”宇宙飛船返回艙所用高溫結(jié)構(gòu)陶瓷屬于新型無機(jī)非金屬材料

④相控陣?yán)走_(dá)使用的碳化硅陶瓷屬于新型的有機(jī)材料

A.①@B.②?

C.??D.②④

----------------〈深度指津〉-----------------

硅酸鹽的氧化物書寫

I.氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物f二氧化硅f水，不同氧化物間以

隔開。

2.各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成。

3.當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAISiaOs不能寫成aK2c4Al2O3SSQ2,應(yīng)寫成

K20Al2O3-6Si02o

質(zhì)量評價(jià)

1.（2021?江蘇適應(yīng)性）“中國芯”的主要原材料是高純單品硅，反應(yīng)SiCIMg）十2H2（g）更送=Si⑸十

4Ho（g）可用于純硅的制備。下列有關(guān)說法正確的是（）

A.SiCL為極性分子

B.HC1的電子式為HC1：

C.單晶硅為分子晶體

D.硅原子的結(jié)構(gòu)示意圖為

2.（2019?江蘇卷）下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)與用途具有對應(yīng)關(guān)系的是（）

A.二氧化硅具有高熔點(diǎn)，可用于制備光導(dǎo)纖維

B.SiCh熔點(diǎn)很高，可用于制造用煙

C.SiC）2熔點(diǎn)高、硬度大，可用于制作光學(xué)儀器

D.硅酸鈉易溶于水，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑

閱讀下列材料，完成第3題<

甲烷具有較大的燃燒熱（890.3kJ/mol）,是常見燃料；硅晶體表面S