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)無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的種類、性質(zhì)和用途。

HFHF

——-——?SiF4v--------

Cb減HC1）,

高溫

SiCL高溫C,高溫CaO,

5iO,

（或SiHCh）亡褊,）1-315_____?J

INaOHNaOHI

1

-----------Na2SiO,一??H2SiO3

SiO”HC1（或CQ,+HQ）SiO,

熟記網(wǎng)絡(luò)2

高溫足量。"點燃'高溫

［少量點燃re孰點單Ca（OHh-CO2+H2O

CaO

CaC,-^—--CCO；------------------Ca（HCO3）2

高inn（或H?O高溫）C,高溫卜。2（過量）

Fe2O3,高溫

可溫wc

iO---------------------?Ca（OH）2

FeHQ

判斷正誤（正確的打“q”，錯誤的打“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、C60三者互為同位素（）

（3）單晶硅和石英互為同素異形體（）

（4）天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅（）

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

高*日

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

課前自測耗2X22.4LH2（）

（7）SiO2的熔點比干冰高的原因是SiCh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sioF（）

（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（）

考點研析

考點1碳、硅單質(zhì)

知識梳理

知識He、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)，而硅元素僅有化合態(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。

2.C、Si單質(zhì)的物理性質(zhì)與用途

（1）金剛石：熔點高、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.C60結(jié)構(gòu)分析

C6o（如圖所示）是由60個C原子形成的封閉籠狀分子，形似足球的32面體，有個六邊形和

個五邊形。

知識舊碳的化學(xué)性質(zhì)

1.與氧氣反應(yīng)

占搬

C+O2^=CO2（O2足量）；

占燃，I

2C+O2^==2CO（O2少量）o

2.與氧化物反應(yīng)

高溫

（1）C+CO2

高溫

⑵3C+2Fe2O3

⑶C+H2O*=CO+H2（工業(yè)制水煤氣）

3.與強氧化性酸反應(yīng)

C+—H2SC）4（濃）==_

C+—HNO3（濃）=^=_

知識回硅的化學(xué)性質(zhì)

1.與02反應(yīng)：Si+O2^^SiO2

2.與F2、CL反應(yīng)

Si+2F2=SiF4、Si+2Cl2^=SiCl4

3.與氯化氫反應(yīng)

Si+3HC1=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E1高純硅的制備

1.原料：焦炭和石英。

2.粗硅的制備：SiO2+2C=￡^o

300°C1100°C

3.粗硅的提純：Si+3HCl=^=H2+SiHCl3>H2+SiHCl3==Si+3HCl

典題悟法

類型U物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

gT（2024?江蘇各地模擬重組）下列化學(xué)方程式書寫錯誤的是（）

A.Si+4HF=SiF4t+2H2t

B.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2f

C.Si+4HCl（aq）=SiCl4+2H2t

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

類型舊工業(yè)制硅

畫的2（2023?湖北卷）工業(yè)制備高純硅的主要過程如下。下列說法錯誤的是（）

石英砂F號k粗硅梟SiHCb恐高純硅

A,制備粗硅的化學(xué)方程式為SiCh+2C^^Si+2cot

B.1molSi中含有的Si—Si的數(shù)目約為4X6.02X?

C.原料氣HC1和H2應(yīng)充分去除水和氧氣

D.生成SiHCb的反應(yīng)為燧減過程

考點2碳、硅的氧化物

知識梳理

知識U-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)

占懶

（1）可燃性：2co+。2三蘭三2co2

（2）還原性：CO+CuO=^=Cu+CO2、

3co+Fe2Ch要逞=2Fe+3co2（高爐煉鐵）。

知識曰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—，常溫下為固體，

物理性質(zhì)熔、沸點低，常溫下為氣體，微溶于水

不溶于水

化學(xué)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2+H2OH2c。3

性質(zhì)

與C反應(yīng)SiO2+2C-^-Si+2COtC+CO2-^-2CO

SiO+

與HF反應(yīng)2不反應(yīng)

4HF=____________________________

CO2+2NaOH=________________（少

SiO+2NaOH=NaSiO+HO量CO2）

與堿反應(yīng)2232

盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞CO2+NaOH^=_______________（過量

CO2）

聲源Ca（ClO）2+CO2+H2O=CaCO3!+

與鹽反應(yīng)SiO+NaCO——NaSiO+COt

2232322HC1O

與堿性氧化

SiO+CaO=^=CaSiOCO2+Na2O=Na2CO3

物反應(yīng)23

用途SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料干冰（固態(tài)CO2）用于人工降雨

.用常考?xì)w納.

①C02中混有的CO用灼熱的CuO除去。

②石英、水晶、沙子的主要成分是o珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的

主要成分是A1203O

③SiCh難溶于水，不能與水反應(yīng)生成H2SQ3。

④SiCh是酸性氧化物，不與強酸（如鹽酸、硫酸、硝酸）反應(yīng)，但能與弱酸一氫氟酸反應(yīng)生成SiF4氣

體，故可用氫氟酸在玻璃上刻字繪畫。

⑤SiCh是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和水。硅酸鈉是一種黏合劑，故在保存氫氧化

鈉、氫氧化鉀、Na2cCh等堿性溶液時，不能將其裝在帶磨口玻璃塞的玻璃試劑瓶內(nèi)，要用橡膠塞。

⑥石英生煙不能用來熔融NaOH等堿性固體。

典題悟法

類型II物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

阿的（2024.江蘇各地模擬重組）下列物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系正確的是（）

N

A.SiO2?Na2SiO3^SiO2

B.Si也■望SiCh理*H2SQ3

C.H,SiO3SiO2SiCl4

D.CaCO,-^CaO^rCaSiOs

國麗（2024.江蘇各地模擬重組）下列化學(xué)反應(yīng)表示錯誤的是（）

A,氫氟酸與玻璃中SiCh反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4t+2H2O

B.SiHCb轉(zhuǎn)化為高純硅的化學(xué)方程式：SiHCl3+H2^=Si+3HC1

C.盛放堿液的試劑瓶不能用玻璃塞的原因：SiO2+2OH-=SiOr+H2O

D.向苯酚鈉溶液中通入少量的CO2：2C6H5O+CO2+H2O—*2C6H5OH+COF

類型舊金屬離子與酸式碳酸鹽反應(yīng)

畫的(1)向FeSCU溶液中加入NH4HCO3,生成FeCCh并且產(chǎn)生一種無色氣體，寫出對應(yīng)的離子方

程式：o

(2)50℃時，向MnSCU溶液中加入NH4HCO3沉鑄，生成MnCCh并且產(chǎn)生一種無色氣體，寫出對應(yīng)的

化學(xué)方程式：o

(3)50℃時，向ZnSO4溶液中加入NH4HCO3“碳化”，生成ZnCO3-2Zn(OH)2H2O>(NH4)2SO4WCO2,

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1：金屬離子M2+與HCO,反應(yīng)生成碳酸鹽MCO3沉淀、CO2氣體和水；M2+主要有：Ca2\Fe2

+、Mn2\Ni2\C02+等。

2+

Fe+2HCOF=FeCO33+CO2t+H2O

2+

Ca+2HCOF=CaCO3(+CO2t+H2O

類型2：金屬離子M3+與HCO5反應(yīng)生成M(0H)3沉淀和CO2氣體；M3+主要有：Al3\Fe3+^?

3+

Al+3HCO；=A1(OH)3!+3CO2t

3+

Fe+3HCOr=Fe(OH)3I+3CO2t

類型3：金屬離子M2+與HCO5反應(yīng)生成堿式碳酸鹽M2(0H)2cO3沉淀或帶結(jié)晶水的堿式碳酸鹽沉淀［如

ZnCO3-2Zn(OH)2?H2。］和CO2氣體；M?+主要有：Cu2+>Zn?+等。

考點3碳酸、硅酸、硅酸鹽

知識梳理

知識U碳酸與碳酸根離子

H2c03中，碳原子的雜化方式為oH2c。3屬于分子晶體。COM中，碳原子的雜化方式為

,CO1的空間結(jié)構(gòu)為o

知識回硅酸

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O構(gòu)成了硅氧四

面體(與Si在四面體的中心’Si原子的雜化方式為o

2.物理性質(zhì)：—溶于水。

3.化學(xué)性質(zhì)

(1)弱酸性

①H2SiC>3酸性比H2c03—,(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅。

②HzSiCh能與NaOH溶液反應(yīng)(寫化學(xué)方程式):_________________________________________________

(2)不穩(wěn)定性：H2SiO3=o

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(SiCh)，硅膠常用作干燥劑。

知識?硅酸鈉(NazSiCh)

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CO2：______________________________________________________________

(說明酸性：H2cCh_H2SiO3;非金屬性：C__Si)

3.用途：NazSiCh溶液(水玻璃)可用作黏合劑、木林防火齊I」。

知識E1無機非金屬材料

1.傳統(tǒng)硅酸鹽材料

水泥玻璃陶瓷

石英(SiO2)、純堿(Na2co3)、石

主要原料石灰石、黏土、石膏黏土

灰石(CaC03)

硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸

硅酸鈉(NazSiCh)、硅酸鈣

主要成分二鈣(2CaOSiC>2)、鋁酸三鈣硅酸鹽

(CaSiO3)>二氧化硅(SiCh)

(3CaO-Al2O3)

高源

Na2cCh+SiO——NaSiO+

制備過程中的223

復(fù)雜的物理及化學(xué)變化C02t、CaCO3+SiO2=^=復(fù)雜的物理及化學(xué)變化

主要反應(yīng)

CaSiO3+CO2f

抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐

特性水硬性無固定熔點

高溫、絕緣

2.新型無機非金屬材料

(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)SiO2：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、錯酸鹽)；

③透明陶瓷(ALCh、A1N)；

④超導(dǎo)陶瓷。

（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11物質(zhì)的性質(zhì)與用途

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

C.SiCh是酸性氧化物，能用氫氟酸雕刻玻璃

D.SiCh硬度高，可用于制造光導(dǎo)纖維

類型日物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

倒刖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)化能實現(xiàn)的是（）

A.SiO2N??）Na2SiO3（aq）-^*H2SiO3

B.SiCh名警SiC14—1rSi

N）

C.SiO2^H2SiO3?Na2SiO3

D.石英砂一匚粗硅一1*SiCL

fWinn.

畫釀（2024?江蘇各地模擬重組）下列說法正確的是（）

++

A.向NazSiCh溶液中滴加稀鹽酸：Na2SiO3+2H=H2SiO3i+2Na

B.用pH計測量Na2SiO3溶液和Na2cCh溶液的pH,探究H2cCh酸性比H2SiO3強

C.將濃鹽酸滴入Na2cCh固體中，生成的氣體通入盛有NazSiCh溶液的試管中，出現(xiàn)渾濁，碳的非金

屬性強于硅

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

畫加（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

類型國新型無機非金屬材料

凰麗（2024?江蘇各地模擬重組）下列敘述正確的是（）

①“C919”大飛機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非金屬材料

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

④相控陣?yán)走_(dá)使用的碳化硅陶瓷屬于新型的有機材料

A.①④B.②③

C.①③D.②④

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

硅酸鹽的氧化物書寫

1.氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一較活潑金屬氧化物一二氧化硅一水，不同氧化物間以

隔開。

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

3.當(dāng)計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時應(yīng)化為整數(shù)。如正長石：KAlSi3O8不能寫成;K2O$A12O3-3SiO2,應(yīng)寫成

K2OAl2O3-6SiO2?

質(zhì)量評in

1.（2021.江蘇適應(yīng)性）“中國芯”的主要原材料是高純單晶硅，反應(yīng)SiCL（g）+2H2（g）=^=Si⑸+

4HCl（g）可用于純硅的制備。下列有關(guān)說法正確的是（）

A.SiCU為極性分子

B.HC1的電子式為H：C1：

C.單晶硅為分子晶體

D.硅原子的結(jié)構(gòu)示意圖為④）》

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，可用于制備光導(dǎo)纖維

B.SiCh熔點很高，可用于制造用煙

C.SiCh熔點高、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SiCh能與氫氟酸（HF,弱酸）反應(yīng)生成

H2SiF6（H2SiF6在水中完全電離為『和SiF「）；1885年德國化學(xué)家將硫化錯（GeS?）與印共熱制得了門捷列

夫預(yù)言的類硅一錯；Pb、PbCh是鉛酸蓄電池的電極材料。

3.（2022?江蘇卷）下列化學(xué)反應(yīng)表示正確的是（）

+-

A.SiCh與HF溶液反應(yīng)：SiO2+6HF=2H+SiFg+2H2O

B.高溫下H2還原GeS2：GeS2+H2=Ge+2H2S

-

C.鉛酸蓄電池放電時的正極反應(yīng)：Pb-2e+SOF=PbSO4

D.甲烷的燃燒：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）A//=+890.3kJ/mol

4.（1）實驗室由煉鋼污泥（簡稱鐵泥，主要成分為鐵的氧化物）制備軟磁性材料a-FezCh。其主要實驗流

程如圖所示:

鐵泥一|酸浸|一|還原|一|除雜|一|沉鐵|-a-Fe2O3

將提純后的FeSCU溶液與氨水-NH4HCO3混合溶液反應(yīng)，生成FeCO3沉淀。生成FeCCh沉淀的離子方

程式：__________________________________________________________________________________________

(2)配制FeCb溶液時，某同學(xué)誤將FeCh固體直接放入NaHCO3溶液中，看到紅褐色沉淀和大量氣泡,

用離子方程式解釋原因：。

(3)(2023?南京、鹽城一模)氟碳錦礦(主要成分為CeFCCh)和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)，生成Ce2(SCU)3等。該反

應(yīng)不宜在玻璃器皿中進(jìn)行，其原因是。

第13講碳、硅及其化合物

［備考導(dǎo)航］

(l)x(2)X(3)X(4)4(5)x(6)X(7)x⑻x(9)x(10)x(11)A/(12)4

考點1

［知識梳理］

知識11.同素異形體3.2012

知識22.(1)2CO(2)4Fe+3cCht

3.2CO2t+2SO2t+2H2O

4CO2t+4NO2t+2H2O

矢口識34.Si+4HF=SiF4t+2H2t

5.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2t

知識42.Si+2COt

［典題悟法］

典例1C【解析】Si與鹽酸不反應(yīng)，C錯誤。

典例2B【解析】ImolSi中含有2moiSi—Si,B錯誤；Hz易燃易爆，SiHCb極易水解，故原料

氣HC1和H2應(yīng)充分去除水和氧氣，C正確；Si+3HCl==H2+SiHCb是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，為焙減

過程，D正確。

考點2

［知識梳理］

知識2酸性酸性大高SiF4f+2H2ONa2cO3+H2ONaHCO3

［?？?xì)w納］②SiCh

［典題悟法］

典例3D【解析】NazSiCh與HC1反應(yīng)生成H2SiC>3,A錯誤；SiCh與水不反應(yīng)，B錯誤；SiCh與

HC1不反應(yīng)，C錯誤。

典例4D【解析】苯酚鈉溶液中通入少量CO2,發(fā)生反應(yīng)生成苯酚和NaHCCh，D錯誤。

2+

典例5(1)Fe+2HCOF=FeCO33+C02t+H20

50℃

(2)MnSO4+2NH4HCO3^=MnCO33+CO2t+(NH4)2SO4+H2O

(3)3ZnSO4+6NH4HCO3=3(NH4)2SO4+ZnCO3-2Zn(OH)2-H2OI+5CO2t

考點3

［知識梳理］

知識1Sp2Sp2平面三角形

知識2l.sp2sp32.難3.⑴①弱不能

②H2SiC)3+2NaOH=Na2SiO3+2H2。(2)SiO2+H2O

知識32.(1)Na2SiO3+2HCl=H2SiO3I+2N