1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。(中频) 2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.了解常见的无机非金属材料。
碳和硅的存在和性质
1．存在形态及常见单质
自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体和无定形两大类。
2．碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)
3．碳、硅的化学性质(一般表现还原性)(写出化学方程式) △
O：Si＋O=====SiO
与非金属单质F：Si＋2F===SiF△Cl：Si＋2Cl=====SiCl(1)Si
2
2
2
2
2
4
2
2
4
与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑（特性）与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑（特性）
(2)C
点燃
O（足量）：C＋O=====CO与O反应点燃O（不足）：2C＋O=====2CO
2
2
2
2
2
2
高温与氧化SiO：2C＋SiO=====Si＋2CO↑
物反应高温
CO：C＋CO=====2CO 高温HO：C＋HO（g）=====CO＋H
△
浓HSO：C＋2HSO（浓）===== CO↑＋2SO↑＋与强氧
2HO
化性酸△
浓HNO：C＋4HNO（浓）===== CO↑＋4NO↑＋2HO
2
2
2
2
2
2
2
2
4
2
4
22
2
3
3
2
2
2
高温
Fe2O3：3C＋Fe2O3=====3CO↑＋2Fe
碳、硅的氧化物的性质
1．CO的主要性质
点燃
(1)可燃性：其化学方程式为2CO＋O2=====2CO2。 △
(2)还原性：3CO＋Fe2O3=====2Fe＋3CO2。 2．CO2与SiO2的主要性质比较 物质 物理性质 与水反应 与酸反应 化学性质 与碱反应 与碱性氧化物反应 与碳反应 用途 SiO2 硬度大，熔沸点高，常温下为固体，不溶于水 不反应 SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 盛碱液的试剂瓶用橡胶塞 △SiO2＋CaO===== CaSiO3 高温SiO2＋2C=====电炉Si＋2CO↑ 制光学仪器、石英玻璃、常用来制造通讯材料光导纤维 硅酸及其盐
1．硅酸
(1)弱酸性——比碳酸弱(填“强”或“弱”)
与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O，向Na2SiO3溶液中通入少量CO2的反应方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
(2)不稳定性
CO2 熔沸点低，常温下为气体，微溶于水 CO2＋H2O===H2CO3 不反应 CO2＋NaOH===NaHCO3或CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O △CO2＋CaO=====CaCO3 高温CO2＋C=====2CO 化工原料、灭火剂。干冰用作致冷剂，人工降雨 △
受热分解，化学方程式为H2SiO3=====H2O＋SiO2。
(3)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2－＋
(4)制备：Na2SiO3与盐酸反应，离子方程式为SiO3＋2H===H2SiO3(胶体)。 2．硅酸盐——由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称 (1)硅酸盐的表示——氧化物组合表示法
如Na2SiO3：Na2O·SiO2，CaMg3Si4O12：CaO·3MgO·4SiO2。 (2)硅酸钠
硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，呈碱性，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 3．传统无机非金属材料
生产原料 主要设备 生产条件
水泥 黏土、石灰石 水泥回转窑 玻璃 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 高温 陶瓷 黏土 陶瓷窑
1．易误诊断(正确的打“√”，错误的打“×”)。
高温
(1)对于反应3C＋SiO2=====SiC＋2CO↑，被氧化的物质与被还原的物质的质量比为2∶1( ) (2)C、Si在自然界中均存在游离态( )
(3)SiO2是酸性氧化物，不能与任何酸反应( )
(4)SiO2与CO2是同族元素的氧化物，化学性质相同( )
(5)CO2通入硅酸钠溶液中，有白色沉淀生成，说明酸性H2CO3>H2SiO3( ) (6)SiO2既能与强碱反应又能与氢氟酸反应，故SiO2为两性氧化物( ) (7)利用SiO2与水反应制备H2SiO3( )
足量NaOH过滤足量HCl
(8)SiO2(含杂质Fe2O3)――→――→滤液――→H2SiO3( ) 溶液过滤
(9)CO和CO2均为大气污染物，均可用碱液吸收( )
【答案】 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ (9)×
2．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。 ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O( ) 高温
②SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑( ) 高温
③SiO2＋2C=====Si＋2CO↑( ) 高温
④SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑( ) ⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B．氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来 E．未参加氧化还原反应
【答案】 ①C ②D ③B ④E ⑤A 3．写出下列反应的离子方程式：
(1)SiO2与NaOH溶液反应：_________________________________________________。 (2)水玻璃中充入过量CO2：__________________________________________________。 (3)水玻璃中加入盐酸：______________________________________________________。
－2－
【答案】 (1)SiO2＋2OH===SiO3＋H2O
2－－
(2)SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO3
2－＋
(3)SiO3＋2H===H2SiO3(胶体)
2种物质的2个应用：①晶体硅制硅芯片和太阳能电池；
②二氧化硅制光导纤维和光学仪器。
硅的2个反应：①Si＋4HF===SiF4＋2H2；
②Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
二氧化硅的3个反应：①SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；
－
2－
②SiO2＋2OH===SiO3＋H2O； 高温
③SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。
生成硅酸的3个反应：①SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO3
2－
－2－
2－
②SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO3
2－＋
③SiO3＋2H===H2SiO3(胶体)
碳、硅及其化合物的特性及应用 1.熔沸点
一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头和切割工具。
2．导电性
一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨是电的良导体，所以晶体硅可作半导体材料，石墨可作电极。
3．SiO2作为酸性氧化物的特性
(1)一般情况下，碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物只与碱反应，不与酸反应，但SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，而用氢氟酸刻蚀玻璃。
(2)一般情况下，酸性氧化物与水反应均能生成相应的酸，如CO2＋H2O
H2CO3，但SiO2不溶于水，不
与水反应。
(3)一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应，如Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。而SiO2与Na2CO3、CaCO3高温可以发生反应：
高温
Na2CO3＋SiO2===== Na2SiO3＋CO2↑高温
CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑
玻璃生产的两反应
4．碳与水反应、硅与强碱溶液反应
一般情况下，只有活泼金属(K、Na、Fe等)才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C＋
高温H2O(g)=====所以工业用焦炭制取水煤气或氢气。而Si与NaOH溶液也生成H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3
CO＋H2，＋2H2↑。
5．硅酸和硅酸盐的溶解性
一般情况下，大多数酸均可溶于水，如盐酸、醋酸、碳酸，但硅酸却不溶于水。
硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是Na2SiO3，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料，也可作粘合剂。
(高考组合题)下列说法正确的是________(填字母)。
A．(2013·福建高考)石英只能用于生产光导纤维
B．(2012·新课标全国高考)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 C．(2012·新课标全国高考)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料 D．(2012·山东高考)盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶
2＋＋2－2－
E．(2012·广东高考)Mg、H、SiO3、SO4在水溶液中能大量共存
＋＋－2－
F．(2012·安徽高考)向含K、Na、Br、SiO3的溶液中通入CO2后仍能大量共存 G．(2012·天津高考)SiO2与酸、碱均不反应
【解析】 A项，石英用途很广，还可制玻璃、石英钟等；C项，合成纤维是有机高分子材料不属于无
＋2－2－
机非金属材料；D项，NaOH能与玻璃中的SiO2反应；E项，H与SiO3生成H2SiO3；F项，通入CO2后SiO3形成H2SiO3；G项，SiO2与氢氟酸反应。
【答案】 B
试剂瓶和瓶塞的选择
(1)不能用玻璃塞的试剂瓶：碱溶液、碱性盐溶液如Na2CO3、Na2SiO3溶液。 (2)不能用橡胶塞的试剂瓶：酸性溶液，氧化性溶液，有机溶剂。 (3)氢氟酸不能用玻璃瓶，可以用塑料瓶或铅皿等。
考向1 新材料、新技术中硅的性质和用途 1．下列关于硅的说法中，不正确的是( ) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 【解析】 硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。 【答案】 C
考向2 硅酸及其盐的性质
2．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为( )
A．Na2SiO3 B．Na2SiO3与Na2CO3
C．SiO2与Na2CO3 D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3
△
【解析】 通入少量CO2生成少量Na2CO3和H2SiO3，高温充分灼烧又发生反应：H2SiO3=====SiO2＋H2O，SiO2
高温
＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑。
【答案】 A
考向3 试剂瓶和瓶塞的选择
3．玻璃的主要成分是SiO2，以下物质不能贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是________。 ①KOH溶液 ②饱和Na2CO3溶液(碱性溶液) ③盐酸 ④水玻璃(Na2SiO3的水溶液) ⑤NaOH溶液 ⑥氢氟酸 ⑦澄清石灰水 ⑧硝酸 【解析】 酸性溶液不能用橡胶塞。 【答案】 ③⑥⑧
2－
考向4 考查有关SiO3的离子共存问题 4．下列离子组能大量共存的是( )
2＋＋2－2－
A．(2012·广东高考)Mg、H、SiO3、SO4
＋＋－2－
B．(2012·安徽高考)通入CO2后：K、Na、Br、SiO3
＋＋2－－
C．(2010·安徽高考)pH＝1的溶液中：Na、K、SiO3、Cl
＋＋2－－
D．使酚酞变红的溶液中：Na、K、SiO3、Cl
＋2－2－－2－
【解析】 A项，2H＋SiO3===H2SiO3↓；B项，SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO3或SiO3＋CO2＋
2－
H2O===H2SiO3↓＋CO3；C项，pH＝1的溶液呈酸性；D项，该溶液呈碱性。
【答案】 D
考向5 CO2与强碱反应产物的判断 5．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CO2气体，当通入气体为8.96 L(0 ℃，
5
1.01×10 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CO2气体的体积关系图像正确的是(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方程式： Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O① 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O② BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2③ Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3④
＋2＋－
当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol Ba、0.4 mol OH；当通入2.24
＋－
L CO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol OH；当通入4.48 L CO2
＋2－
时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol CO3；当通入6.72 L CO2时，发生
＋－
反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.2 mol HCO3；当通入8.96 L CO2时，发生反应③，
＋2＋－
此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na、0.1 mol Ba、0.4 mol HCO3。对比图像可知选项C正确。
【答案】 C
产物探究型实验题 点燃
【典题例证】 已知CO2为酸性氧化物，CO2与Mg反应，其化学方程式为：2Mg＋CO2=====2MgO＋C。 试探究SO2、SiO2与Mg反应。
Ⅰ.用如图所示的装置进行Mg和SO2的实验：
(1)选择制取SO2的合适试剂：________。 A．10%的H2SO4溶液 B．80%的H2SO4溶液 C．Na2SO3固体 D．CaSO3固体
(2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式：____________________________。 (3)你认为该装置是否有不足之处？________，如果有，请列出两点：_____________。
Ⅱ.某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料后得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si ②Mg在高温的条件下即可与SiO2反应 ③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4 ④Si和SiO2均不与稀硫酸反应 ⑤SiH4在空气中自燃
他们在研究报告中记录“„„选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量„„在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”。
(4)该小组“实验室制Si”的化学方程式是________________________________。 (5)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是_________。 解题关键点：(1)要明确实验目的和反应原理，明确各装置的作用。
A是制备SO2的装置，反应原理：Na2SO3＋H2SO4(浓)===Na2SO4＋SO2↑＋H2O； B是SO2与Mg反应的装置，反应原理可根据Mg与CO2的反应进行类推。 C是尾气处理装置，反应原理：SO2＋2NaOH===Na2SO3＋H2O。 (2)要明确“爆鸣声和火花”产生的原因
不纯的可燃性气体燃烧时产生爆鸣声，可根据不纯的H2燃烧时产生爆鸣声进行类推。
解题疑惑点：(1)SO2的溶解度较大，应选用浓度较大的H2SO4溶液；为了使反应顺利进行须选择Na2SO3
固体与硫酸反应(CaSO3固体与硫酸反应生成的硫酸钙微溶于水)。
(2)根据Mg与CO2的反应知Mg与SO2反应能生成氧化镁与单质硫，但单质硫能与镁反应生成硫化镁。 (3)SiO2、CO2都是酸性氧化物，所以镁与玻璃中的二氧化硅能发生反应，镁不能与玻璃管直接接触；又因为镁与钠的性质相似，能与水反应，因此A、B间应加干燥装置；从整个装置看是完全封闭的，这是不允许的，因此C应与大气相通。
(4)根据二氧化碳与镁的反应可写出二氧化硅与镁反应的化学方程式。
(5)根据信息③可知，用稀H2SO4溶解固体产物时产生了SiH4，所以固体产物中有金属硅化物，从而可知镁与二氧化硅反应时生成的硅与镁反应生成了硅化镁。
【答案】 (1)BC
△△△
(2)3Mg＋SO2=====2MgO＋MgS(或写成2Mg＋SO2=====2MgO＋S、Mg＋S=====MgS)
(3)有 在A和B之间未连接一干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一不锈钢片，镁能与玻璃管反应；未设计防倒吸装置(任写两点即可)
△
(4)2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si
(5)金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃(或用方程式表示：燃烧△
2Mg＋Si=====Mg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2=====SiO2↓＋2H2O)
硅的制备与提纯 高考母题
(2008·广东高考节选)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
焦炭HCl精馏H2
石英砂――→粗硅573 K――→SiHCl3（粗）――→SiHCl3（纯）1 357 K――→高纯硅 高温以上①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_______________________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_______________________；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_________________。
高温
【答案】 ①SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl↑＋H2↑
氧气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3
教材溯源 (人教必修1P81)
从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下： 粗硅的制取：
高温
SiO2＋ 2C=====电炉 Si＋2CO↑ (石英砂) (焦炭) (粗硅) 由粗硅制纯硅(常用方法)： 加热
Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4 高温
SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl
命题展望
有关硅的制备和提纯是前几年的常考点，今后与新能源有关高纯硅的制备可能成为命题的热点。命题角度还可能从下面几点设计：
1．用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？ 【提示】 提供能量，作还原剂。
2．粗硅的制备和提纯过程中涉及的基本反应类型有哪些？ 【提示】 置换反应，化合反应。
3．粗硅与HCl完全反应后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法是什么？
【提示】 蒸馏。
4．由SiO2与C高温反应的得到的粗硅中有可能含有什么杂质？ 【提示】 SiO2、C、SiC等。
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