碳硅及其化合物中学教育高考_中学教育-高考.pdf

碳硅及其化合物 The manuscript was revised on the evening of 2021 基础镌对1 硅及其重要化合肠 最新考纲 1.了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。2.了解碳元素、硅元素的重 要化合物的主要性质及应用。3了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对 环境质量的影响。考点一碳、硅及其氧化物的性质 1.碳、硅元素的存在形态(1)碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态。碳的同素异形体有金刚石、墨、无定形碳、他等。(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氫元素，全部以化合态存在,是一 种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。2.碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构 石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空 间网状结构 物理 性质 金刚石熔点高、硬度太石墨熔点 高、质歎，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体,有金 属光泽、硬度去、熔点亶 用途 金刚石用于制造切割刀具，石墨用 作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料，制 造硅芯片和硅太阳能电池 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅 提醒：碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。|七、,3CS 是碳的三种同位素而非同素异形体。同素异形体之间的转化为化学变化z但不是氧化还原反应。3.碳、硅单质的化学性质（1）碳的化学性质（）,足彊）c+(k co 与（），反应（）二（不足）与氣化 物反应（）亠妆（）3C+FeO 3CO I+2Fe 2C-Si(),Si-2C()f 浓硫酸C+2H,S（）4（浓）厶-与强何化 性酸反应彳 C(X f+2SQ A+2H()浓硝酸C+IUN()t(浓)上=CO,f+1X(),t 2H,O C 11 O(g)C()+H （2）硅的化学性质及制取 不能被浓硫 酸、浓硝酸等国一 强氣化剂氣化 常温下与緘酸、Na（）H溶液反应 丿川热或高温Lj（）、（,等反应 与氢氟酸反应：Si+4HF=SiF昇+2H?t 与NaOH溶液反应：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 t:与 02 反应：Si O2=SiO2o 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅工业制法：用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为SiO2+2C輕Si+2CO f。提醒：自然界中没有游离态硅，工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗 硅。Si的还原性强于C,但C能还原SiO2生成Si z且氧化产物为CO：2C+SiO2=SBsi+2CO t,其原因是产物CO为气体,它的放出降低了生成物浓 度，促使反应向正反应方向进行。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。4.二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 结构 空间立体网状结构，不存 在单个分子 存在单个分子 主要物理性质 硬度龙，熔、沸点亘，常 温下为厘体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 化 学 性 质 与水反应 不反应 CO2+H2O H2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应：SiO2+4HFSiF4 t+2H2O 不反应 与碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3 CO2 少量：co?+2NaOHNa2CO3+H2O、CO2 过量：CO2+NaOH=NaHCO3+H2O（盛碱液的试剂瓶用 橡胶塞）与盐反应 如与Na2CO3反应:SiO2+如与 NazSiOs反应：Na2SiO3+Na2CO3=Na2S iOs+HQ+CCM不足）一HSOs 1+Na2CO3 或 Na2SiCh+2H2O+CO2 t 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅2CO2（足量）=H2SiO3 1+2NaHCO3 与碱性氧 化物反应 如与CaO反应：SiO2+CaO 錘 CaSiCh 如与Na?O反应:Na?O+CO2-Nd2CC）3 用途 光导纤维、光学仪器、电 子部件 制饮料、制碳酸盐 提醒：SiO2和CO2都是酸性氧化物,与碱反应生成盐和水；CO2与水反应生 成碳酸,但SiC）2不溶于水,古攵不能用SiO2与水反应制备硅酸。SiO?不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应,但能与氢氟酸反应。不能依据反应SiO2+NazCOs旦聖NazSiCh+CO2 t来说明SiO?对应的水化物（即H2SQ3）的酸性比H2CO3强。教材尸高考 1.（RJ必修1-P8110改编）下列关于碳、硅的叙述正确的是（）A.碳、硅都是IHA族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在 B.二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似 C.二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐 D.高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料 答案C 2.（LK必修1-P714改编）用墨书写的字画可以久不变色，说明碳单质在常温下 性质稳定,工业上利用高温下焦炭与水蒸气反应制取水煤气，化学方程式为C+H2（g）辿bo+Hz，说明碳单质高温下具有较强的还厘性。素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅3.（溯源题）判断下列说法是否正确（1）元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体（X）（2015-江苏化学，4A）粗硅-SiCh-Si物质间的转化可一步实现（J）咼温 咼温（2015-江苏化学，8A）（3）将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO2（X）（2015-天津理综，2D）（4）SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中（J）（2013-广东理综，10D）（5）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料（J）（2012-新课标全国卷，8B）探源：本高考题组主要源于教材RJ必修1 P76“思考与交流”与LK必修1 P（2“多种多样的碳单质”及其拓展，对碳、硅及其氧化物的常见性质进行了考 查。題纽新媒提考能1 题组一碳、硅单质的性质 1.下列说法正确的是（）A.焦炭具有还原性，高温下能将二氧化硅还原为硅 B.晶体硅用于制作半导体材料是因其熔点高、硬度大 C.硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中 D.高纯硅可以制作太阳能电池，其工作原理与原电池相同 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅解析 A项，发生反应：SiO2+2C=l亘Si+2COt,焦炭表现出还原性，正 确；B项，晶体硅用于制作半导体材料是因为具有特殊的导电性，与熔点、硬 度无关，错误；在自然界中无单质Si,C选项错误；D选项，一个是把光能转 化为电能，一个是把化学能转化为电能，D错误。答案A 2.下列关于碳和硅的叙述中，正确的是（）A.其氧化物都能与NaOH溶液反应 B.其单质在加热时都能跟02反应 C.其氧化物都能溶于水生成相应的酸 D.碳和硅两种元素共有两种单质 解析 CO不溶于水，不能生成相应的酸，也不能与NaOH溶液反应；SiO2不 溶于水，也不能生成相应的酸；碳有金刚石、石墨、Coo等同素异形体，硅有晶 体硅和无定形硅等，所以两种元素共有多种单质。答案B【练后归纳】非金属单质硅的特殊性 非金属的一般规律 硅的特性 硅还原性强于碳 2C+SiOzSi+2CO t 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅非金属与强碱溶液反应一般不产生H2 硅可与强碱溶液反应产生H2：Si+2NaOH+HO NmSiCh+2H,t 非金属一般不与非氧化性酸反应 Si+4HFSiF4 t+2HJ 般非金属单质为绝缘体 硅为半导体,常用于电子部件 题组二性质迥异的氧化物（CO2、SiO2）3.（2015-陕西质检）下列关于SiCh和CO2的叙述中不正确的是（）A.都是共价化合物 B.SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨 C.都能溶于水且与水反应生成相应的酸 D.都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应 解析SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华 吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO?不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢 盐，D项正确。答案C 4.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（）选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2,溶液变浑浊 饱和NazCCh溶液 B 通入CO2,溶液变浑浊，继续通CO2至过 量，浑浊消失 Na2Si O3 溶液 C 通入co2,溶液变浑浊，再加入品红溶 液，红色褪去 Ca(CIO)2 溶液 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅D 通入CO2,溶液变浑浊，继续通CO2至过 量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 澄清石灰水 解析 由于Na/CCh的溶解度大于NaHCCh的溶解度，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3,因而会析出 NaHCO3 晶体，A 项正确；B 项，CO2+Na2SiO3+H2O=Na2CO3+H2SiO3 I,CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3,H2SiO3 与 CO?不反应，浑浊不会消失；C 项，CO2+Ca(ClO)2+H2O=CaCO3 I+2HC1O,溶液变浑浊后加入品红溶液，被HC1O氧化褪色；D项，首先CO2+Ca(OH)2=CaCO3 I+H2O,继续通CO2,生成可溶于水的Ca(HCO3)2,再加入 足量的 NaOH,则：2NaOH+Ca(HCO3)2=CaCO+Na2CCh+2H2O,溶液又 变浑浊。答案B 5.下列有关说法中错误的是()A.氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中 B.SiCh可将太阳能转化为电能 C.灼烧NaOH固体时不能使用瓷堆竭，因堆埸中的SiCh能与NaOH反应 D.由沙子制备光伏材料时的反应之一为SiO2+2C型生Si+2CO f 解析 氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应，A正确；SiO2不能将太阳能转化为电 能，B错误；髙温下NaOH能与瓷培坍中的SiCh反应，C正确；沙子的主要成 分是SiO2,与碳反应时得到的是CO,D正确。答案B【反思归纳】素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅SiO2的特殊性 一般规律 SiO2的特殊性 酸性氧化物一般与水反应生成相应酸 SiCh不溶于水,不与水反应 酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应 SiO2+4HFSiF4 t+2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一 以下反应不能说明酸性的强弱 般规律,H2CO3酸性强于H2SiO3,Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 t Na2SiO3+CO2+H2ONazCCh+H2SQ3 1 p=i、昌 CaCOq+SiChCaSiCh+CO.t 拓展:根据SiOz性质的一般性与特殊性完成下列表格（其中括号内为要除去的杂质）。可供选择的试剂：A.盐酸B.氢氧化钠溶液C 氧气D 水E 二氧化 碳 可选用的操作：水洗 加热高温灼烧 过滤 结晶 粉末状混合物 选择的试剂 选用的操作(1)CaCO3(SiO2)B (2)NaCl(SiO2)D (3)SiO2(Fe2O3)A (4)SiO2(CaCOs)A 素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅(5)SiO2(NH4Cl)素的重要化合物的主要性质及应用了解碳元素硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响考点一碳硅及其氧化物的性质碳硅元素的存在形态碳元素在自然界中既有游离态乂有化合态碳的同素异形体有金刚石墨无定形碳他等硅元的结构物理性质与用途的比较碳硅结构物理性质用途金刚石空间网状结构晶体硅与金刚石类似的空石墨层状结构间网状结构金刚石熔点高硬度太石墨熔点高质歎有滑腻感晶体硅为灰黑色固体有金属光泽硬度去熔点亶金刚石用于制造质不同但化学性质相似七是碳的三种同位素而非同素异形体同素异形体之间的转化为化学变化但不是氧化还原反应碳硅单质的化学性质碳的化学性质足彊与反应二不足亠妆与氣化物反应浓硫酸浓厶与强何化性酸反应彳浓硝酸浓上硅