第13講碳、硅及其化合物

一碳單質(zhì)

1.存在形式有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為同素異形體。

碳的還原性

可燃性2C+CH不足）^=2CO、C+O2（足量）^=C02

CuO：2CuO+C——2Cu+CO2T(冶煉金屬)

與僦化

SiO：SQ+2C/理Si+2cOf(制取粗硅)

物反應2

H2O：C+H?O(g)逋迪CO+H2(制取水煤氣)

濃H2so4：

△

與強氧化

C+2H2so4（濃）——CO2T+2so2T+2H2O

性酸反應

濃HNO3：

△

C+4HNO3*衣）——CO2T+4NO2T+2H2O

(4)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。

2.碳的兩種常見氧化物

(1)一氧化碳(CO)

無色有毒氣體，難溶于水，中毒原理是CO與血紅蛋白結(jié)合，缺氧中毒。

①可燃性：2CO+O2-2CO2,淡藍色火焰，可作燃料。

②還原性：CO+CuO=Cu+CO2,用于冶煉金屬。(還原CuO)

(2)二氧化碳(CO2)

①物理性質(zhì)：CO2是一種無色、無味的氣體，能溶于水，固態(tài)CO2俗稱干冰。

②化學性質(zhì)：與H2O、Na2O.Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反應的化學方程式分別為

CO2+H2O=H2co3、

Na2O+CO2=Na2CO3s

CO2+Ca(OH)2=CaCO3l+H20.

2Mg+CO2^B=2MgO+Co

③CO?的制法：用大理石與稀鹽酸或稀硝酸發(fā)生反應的離子方程式：

CaCO3+2H+=Ca2++CO2T+H8“

(3)C0、CO2氣體的除雜方法

CO中混有C02通過盛有NaOH溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體

CO2中混有co通過盛有灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管

CO2中混有少量S02或HQ通過盛有飽和NaHCCh溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體

強調(diào)：自然界消耗CO2的主要反應：

①溶于江水、海水中：CCh+H20=H2co3；

②光合作用將C02轉(zhuǎn)化為02：

③巖石的風彳七：CaCO34-H2O+CO2=Ca(HCO3)2。

3.碳酸(H2c。3)

弱酸性、不穩(wěn)定性。碳酸(H2co3)只能在水中存在。H2c03在水中與C02共存，因此常把

CO2+H2O當碳酸用。

二CO2與鹽溶液反應產(chǎn)物的判斷

一般從強酸制弱酸的角度去分析，同時注意生成碳酸鹽的類型。

(l)C02的用量不同產(chǎn)物不同，如：

CC>2(過量)+NaAlO2+2H2。一Al(OH)3j+NaHCO3

82(少量)+2NaAlO2+3H2O=2AI(OH)31+Na2cO3

C0?(少量)+Ca(CI0)2+H2O=CaCO3+2HC10；

2co2(過量)+Ca(ClO)2+2H2O=Ca(HCO3)2+2HClOo

(2)與CO2用量無關。

OXU0H

CO2+C/+H2O—：+NaHC03

C02+NaClO+H2O=HC1O+NaHCO3。

三CO2與堿反應產(chǎn)物的判斷

(l)CO2與單一組分反應(如C02通入NaOH溶液)產(chǎn)物的分析

少量CO2C02

①反應原理NaOH------->Na2co3------>NaHCO3

②反應后溶質(zhì)成分的判斷

“NaOH

溶質(zhì)成分

LMCO2

A<1：1NaHCCh

1：l<v<2：1Na2co3、NaHCOa

x=2：1Na2CO3

x>2：1NaOH、Na2cO3

③用數(shù)軸來表示

(2)CO2與多組分［如CO?通入NaOH、Ca(0H)2的混合溶液］,反應的順序是

?Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O；

@2NaOH+CO2=Na2CO3+H20；

③Na2co3+CO?+H2O=2NaHCO3；

@CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。

課堂檢測01

I.平昌冬奧會“北京8分鐘”主創(chuàng)團隊用石墨烯制作了一20C能發(fā)熱4h的智能服飾；用鋁合

金管材和碳纖維制作了高2.35m、重量僅為10kg的熊貓木偶，向世界展現(xiàn)了新時代的中

國形象.下列說法中，不正確的是（）

A.石墨烯是能導熱的金屬材料

B.鋁合金是密度較小的金屬材料

C.碳纖維是耐低溫的元機非金屬材料

D.新型材料種類多、用途廣

2.溶洞和鐘乳石是大自然的杰作。溶洞和鐘乳石的形成與自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化

有著密切聯(lián)系。卜列有關自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化的說法，不正確的是（）

A.溶洞是通過CaCO3與H2O>CO2作用生成可溶性￡勺Ca（HCO3）2形成的

B.游客的參觀不會對其造成影響

C.溶洞和鐘乳石的形成過程中沒有涉及氧化還原反應

D.鐘乳石是在一定條件下可溶性的Ca（HCCh）2轉(zhuǎn)化成CaCO3的結(jié)果

3.CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)。下列過程會引起大氣中CO?含量上升的是（）

A.光合作用B.自然降雨

C.化石燃料的燃燒D.碳酸鹽的沉積

A.由碳酸轉(zhuǎn)化成X一定要在加熱條件下進行

B.由碳轉(zhuǎn)化為X一定發(fā)生的是化合反應

C.物質(zhì)X一定是二氧化碳

D.若使一氧化碳轉(zhuǎn)化成X,只能通過一氧化碳在空氣（或氧氣）中燃燒獲得

5.用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”/應關系錯誤的是（）

選項操作及現(xiàn)象溶液

A通入CO2,溶液變渾濁飽和Na2co3溶液

通入CO2,溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾

BNazSiCh溶液

濁消失

通入CO2,溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色

CCa(C10)2溶液

褪去

通入CO2,溶液變渾濁，繼續(xù)通CO2至過量，渾

D澄清石灰水

濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁

(3)設計實驗證明：

①草酸的酸性比碳酸的強_________________________________________________o

②草酸為二元酸。

二硅及其化合物無機非金屬材料

1.硅(Si)

(1)硅的存在

硅在自然界中以化合態(tài)存在，在地殼中的含量僅次于氧。

(2)物理性質(zhì)

灰黑色，硬度大，熔、沸點高，具有金屬光澤。

⑶化學性質(zhì)

常溫下與F2、HF、NaOH反應；加熱時能與H?化合生成不穩(wěn)定的氫化物SiH4，加熱時

還能與C12、02化合分別生成SiCh、SiO2o涉及的化學方程式如下：

O2：Si+O2^=SiO2

①與非金屬單質(zhì)反應4F2：Si+2F2=SiF4

<C12：Si+2Cl2^=SiC14

②與氫氟酸反應：Si-4HF=SiF4+2H2to

③與NaOH溶液反應：

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2T。

(4)制備方法

①制取粗硅：工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原SiOz得到含有少量雜質(zhì)的粗硅:

SiO2+2C=^=Si+2COto

②粗硅提純：Si+2cL奧迪SiCL，SiCl4+2H2=S^Si+4HC1o

特別強調(diào)：

①用焦炭還原Si。?，產(chǎn)物是CO而不是CO?。

②粗硅中含碳等雜質(zhì)，與CL反應生成的SiCl4中含有CCL等雜質(zhì)，經(jīng)過分儲提純SiCI4

后，再用H?還原，得到高純度硅。

(5)主要用途

①良好的半導體材料；②太陽能電池；③計算機芯片。

2.二氧化硅(SiOz)

(1)二氧化硅的構成

二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、瑪瑙(含雜質(zhì)的石英)等中。SiCh是由Si和。按原子

個數(shù)比1：2直接構成cSi、SiC、Si3N4>BN等也是直接由原子構成的。

(2)CO2與SiO2的共性

均屬于酸性氧化物，均能與堿、金屬氧化物反應，二者與NaOH溶液(足量)反應的離子

-

方程式：CO2+2OH=COr+H2O.SiO2+2OH=SiO^+H2O；二者與CaO反應的

化學方程式：CO2+CaO=CaCO.^SiO2+CaO=^^CaSiO3o

(3)CCh與SQ的差異性

①SiCh與氫氟酸反應的化學方程式：SiO2+4HF=SiF4|+2H2Oo

②SiO?與Na2co3、CaC03的反應——工業(yè)制玻璃

SiO2+NazCO.^^NazSiO?+CO2T；

局“皿CaSiCh+CO2T。

SQ+CaCCh

③CO?與H2O反應的化學方程式：CO2+H2OH2co3。

④SiO2為高硬度、高熔沸點的固體，不溶于水，而co?為低熔沸點的氣體，可溶于水。

(4)SiO?與CO2的用途

?co2：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。

②SiO”光導纖維、制光學儀器、電子部件，水晶可制作飾品。

3.硅及其氧化物的特性

(l)Si與強堿溶液反應可生成H2,Si與氫氨酸反應生成H2O

(2)j般情況下，酸性氧化物與堿反應，不與酸反應，但SiOz是酸性氧化物，卻能與氫氟酸

反應，所以不能用玻璃容器盛放氫氟酸，可以用氫氟酸刻蝕玻璃。

(3)SiO2高溫條件下與Na2co3、C1CO3反應生成CO2,其原理為難揮發(fā)性物質(zhì)制備易揮發(fā)性

物質(zhì)。

(4)SiO2是HfiCh的酸醉，但SiCh不與水反應，不能用SiO?直接與水作用制備HzSiCh。

4.硅及其化合物的特性

物質(zhì)一般規(guī)律特性

高溫

硅還原性大于碳

2CH-SiO2=Si+2CO

非金屬與強堿溶液反應一般不產(chǎn)硅可與強堿溶液反應產(chǎn)生H2：Si

生H2

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2

硅可與氫氟酸反應：Si+

非金屬一般不與非氧化性酸反應

4HF=SiF4+2H2

一般非金屬單質(zhì)為絕緣體硅為半導體，常用于電子部件

酸性氧化物一般與水反應生成相

SiO2SiCh不溶于水，不與水反應

應的酸

二氧化硅與氫氟酸反應：SiO2+

酸性氧化物一般不與酸發(fā)生反應

4HF=SiF4+2H2O

“較強酸制較弱酸”,H2c03酸性強高溫

于H2SiO3Na2cCh+SiO2=Na2SiO3+CO2

高溫

Na2SiO3+C02+HzO=Na2cO3+

CaCO5+SiO2=CaSiO5+CO2

H2SiO3

HoSiOs無機酸一般易溶于水硅酸難溶于水

常見的可溶性硅酸鹽為Na2SiO3，

硅酸鹽大多數(shù)硅酸鹽難溶于水

其水溶液俗稱水玻璃

課堂檢測03

1.下列說法不正確的是（）

A.SiO2能與HF反應，因此可用HF刻蝕玻璃

B.向NazSiO?溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠

C.氮化硅是一種重要的結(jié)構陶瓷材料，化學式為Si'Nq

D.石英是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉(zhuǎn)化成電能

2.常溫下，下列各組物質(zhì)不發(fā)生反應的是（）

①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氨酸

④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸

A.①②④B.?@?

C.②⑤⑥D(zhuǎn).②?@

3.硅是構成無機非金屬材料的?種主要元素，下列有關硅的化合物的敘述錯誤的是（）

A.氮化硅陶包是一種新型無機非金屬材料，其化學式為Si3NJ

B.碳化硅（SiC）的硬度大，熔點高，可用于制作高溫結(jié)構陶瓷和軸承

C.光導纖維是一種新型無機非金屬材料，其主要成分為SiO?

D.二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構，其晶體中硅原子和硅氧單鍵個數(shù)之比為1:2

4.近年來美國研究人員合成了光伏電池新型硅材料——Si24o下列相關說法正確的是（）

A.Si24是一種新型化合物

B.Si24是硅的一種同素異形體

C.Si24易與稀硫酸反應生成氫氣

D.硅太陽能電池供電原理與原電池相同

5.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SiCh+C曜Si+CO2T

B.高溫下SiO2能與Na2CO3固體反應生成NazSiCh和CO2,說明硅酸酸性強于碳酸

C.因為玻璃中含有SiOz，所以不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛裝堿性溶液

D.Si—SiCh—HzSiO3TsiCh—SiOr均能一步轉(zhuǎn)化

6.由下列實驗事實得出的結(jié)論正確的是（）

A.由SiCh不能與水反應生成H2SiO3,可知SiCh不是H2S23的酸酢

高溫

B.由SiCh+2C=Si+2co可知碳的非金屬性強于硅

C.CO?通入NazSiO?溶液產(chǎn)生白色沉淀，可知酸性H2cO3>H?SiO3

D.SiCh可與NaOH溶液反應，也可與氫氟酸反應，可知SiCh為兩性氧化物

7.SiCh是一種化工原料?，可以制備一系列物質(zhì)。下列說法正確的是（）

A.圖中所有反應都不屬于氧化還原反應

B.硅酸鹽的化學性質(zhì)穩(wěn)定，常用于制造光導纖維

C.可川鹽酸除去石英砂（主要成分為SiCh）中少量的碳酸鈣

D.普通玻璃是由純堿、石灰石和石英制成的，其熔點很高

8.多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅芯片的主要原料。已

知第三代工業(yè)制取多晶硅流程如圖所示：

下列說法錯誤的是（）

A.Y、Z分別為Hz、Cl2

B.制取粗硅的過程中焦炭與石英會發(fā)生副反應生成碳化硅，在該副反應中，氧化丸與還

原劑的物質(zhì)的量之比為1：1

C.SiHCh極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為H2SQ3、比、HC1,據(jù)此推測SiHCb中硅元

素的化合價為+4

D.Y與SiHCh制備多晶硅的反應屬于置換反應

9.下列關于SQ和CO?的說法中正確的是（）

A.CO2>SiCh都能與堿及堿性氧化物反應

B.CO?和SiCh與水反應分別生成相應的酸

C.SiO2可用來制作干燃劑，因SiO?可與水反應

D.CCh和SiCh都是由相應的分子構成的

三硅酸和硅酸鹽

1.硅酸（HzSiCh）

2.硅酸鹽（如NazSiCh）

（I）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。

⑵與酸性較硅酸強的酸反應：

①與鹽酸反應的化學方程式：

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiOM膠體）。

②與CO?水溶液反應的化學方程式：

Na2SiO3+H20+CO2=Na2CO3+H2SiO3l。

(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。

3.硅酸鹽氧化物形式的表示方法

(1)氧化物的一般書寫順序：活潑金屬氧化物一＞較活潑金屬氧化物一＞二氧化硅一＞水。

⑵氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原了?個數(shù)守恒原則配置

計量數(shù)，且不同氧化物間以隔開。

(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時般應化為整數(shù)。如正K石：KAlSi3Os，將20fAi2Oh3SiO2,

寫成K2O?ALOM6SiO2,但原子個數(shù)比不變。

四無機非金屬材料

1.傳統(tǒng)無機非金屬材料

⑴常見硅酸鹽材料比較

水泥玻璃陶瓷

生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土

主要設備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯

(2)玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應:

NaaCO^+Si02==NaaSiOa+CChT；

CaCO3+SiO2=^^CaSiO3+CChT,

特別記憶：

(1)碳化硅具有金剛石結(jié)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乂耐低溫的性質(zhì)。

課堂檢測04

1.青石棉是世界衛(wèi)生組織確認的一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品

之一。青石棉的化學式為Na2FesSi8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO。

下列說法中正確的是()

A.青石棉是一種易燃品且易溶于水

B.青石棉的化學組成用氧化物的形式可表示為

Na2OFeO-2Fe2O3-8SiO2H2O

C.1molNazFesSigOXOH”與足量的硝酸作用，至少需消耗6L3moLLrHNO3溶液

D.ImolNazFesSisCHOH"與足量氯氟酸作用，至少需消耗5.5L2molL-1HF溶液

2.“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青

瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是(C)

A.玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品

B.制水泥的原料為純堿、石灰石和石英

C.硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高

D.沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽

3.材料與國民經(jīng)濟建設、國防建設和人民生活密切相關。下列關于材料的說法中正確的是

()

A,太陽能電池板中的二氧化硅可用作光導纖維

B.古代的陶瓷、磚瓦、現(xiàn)代的有機玻璃、水泥都是硅酸鹽產(chǎn)品

C.航天服材質(zhì)是由碳化硅陶瓷和碳纖維等復合而成，具有耐高溫、防寒等性能

D.石英玻璃耐強酸、強堿，可用來制造化學儀器

特別強調(diào)：硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法

(1)氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物一＞牧活潑金屬氧化物一＞二氧化硅一＞水。

(2)氧化物前計量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置

計量數(shù)，且不同氧化物間以隔開。

(3)當計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)時應化為整數(shù)，如鉀長石：KAISi3O8不能寫成204AbO3?3SiO2,

應寫成K2OAl2O3-6SiO20

提升訓練

1.陶瓷是火與土的結(jié)晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學有著密切的關系。

下列說法錯誤的是()

A.“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵

B.聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏十.經(jīng)高溫燒結(jié)而成

C.陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽

D.陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點

2.《本草衍義》中有如下敘述：“嘉州峨眉山有燕薩石，形六棱而銳首，色瑩白明澈。”這里

“燕薩石”的主要成分可能是()

A.CaOB.SiO2

C.石墨D.NaCl

3.化學與生活密切相關。下列敘述錯誤的是()

A.高純硅可用于制作光感電池

B.活性炭具有除異味和殺菌作用

C.無水CoCb呈藍色，吸水會變?yōu)榉奂t色，可用于判斷變色硅膠是否吸水

D.天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅

4.下列說法正確的是（）

A.漢代燒制出“明如鏡、聲如磬”的瓷器，其主要原料為黏土

B.SiO2具有導電性，可用于制作光導纖維和光電池

C.12g金剛石中含有化學鍵的數(shù)FI為4NA

D.SiOz熔點高硬度大，可用于制光導纖維

5.有以下六種飽和溶液：?CaCl2;@Ca（OH）2；③NazSiCh;④Na2cO3;⑤NaAKh;?NH3

和Na。，分別持續(xù)通入CO2,最終不會得到沉淀或析出晶體的是（）

A.①②B.③⑤

C.①⑥D(zhuǎn).④⑥

6.向含有0.2molNaOH和0.1molBa（OH）2的溶液中持續(xù)穩(wěn)定地通入CO2氣體，當通入氣體

為8.96L（0℃,LOlxlO5Pa）時立即停止,則這■過程中，溶液中離子的物質(zhì)的量與通入

CO2氣體的體積關系圖象正確的是（氣體的溶解和離子的水解忽略不計）（）

AB

CD

7.青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一，其化學式為

Na2Fe5SisO22（OH）2o青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO,下列說法不正確的是

（）

A.青石棉