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1、考点18 碳、硅及其化合物一、碳族元素原子结构：相同点最外层有4个电子；不同点电子层数、原子半径。1相似点：（1）主要化合价：+2、+4、4。（2）气态氢化物通式：RH4。（3）氧化物的常见形式：RO、RO2。（4）最高价氧化物的水化物的通式：H2RO3或H4RO4。2递变规律：（1）原子半径逐渐增大。（2）单质的密度逐渐增大。（3）单质的熔沸点逐渐降低。（4）元素非金属性逐渐减弱。（5）元素金属性逐渐增强。（6）气态氢化物的稳定性逐渐减弱。（7）最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强。（8）C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定，而Pb的+2价化合物稳定。二、碳、硅单质的性质、用途
2、及制法1碳、硅在自然界中的存在碳、硅均为第A族元素，非金属性较强的是碳。碳在自然界中以游离态和化合态存在；硅元素在自然界中只以化合态存在，因其有亲氧性。2碳、硅单质的化学性质及用途（2）硅3硅的工业制法（1）四氯化硅还原法工艺流程石英砂粗硅SiCl4高纯硅反应原理Si(粗)+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl（2）三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)工艺流程反应原理SiO2+2CSi+2CO，Si+3HClSiHCl3+H2，SiHCl3+H2Si+3HCl。三、碳、硅的氧化物1一氧化碳（1）物理性质：无色无味的有毒气体，难溶于水。（2）化学性质：可燃性：2CO+O2
3、2CO2还原性：CO还原Fe2O3的反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 2二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构四面体结构，不存在单个分子直线形结构，存在单个CO2分子晶体类型原子晶体分子晶体化学式SiO2分子式：CO2主要物理性质硬度大、熔、沸点高，常温下为固体，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来源：学。科。网Z。X。X。CO2+H2OH2CO3来源：学科网与酸反应只与HF反应：SiO2+4HFSiF4+2H2O不反应与碱（NaOH）反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
4、 或CO2+NaOHNaHCO3与盐的反应如与Na2CO3反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2如与Ca(ClO)2反应：Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2+CaOCaSiO3如与Na2O反应：CO2+Na2ONa2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件灭火、人工降雨、制饮料、制碳酸盐注意：玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。四、碳、硅元素的酸及其盐（一）碳酸及其盐
5、1碳酸是一种二元弱酸，酸性：CH3COOHH2CO3。2热分解：碳酸酸式盐正盐（盐中金属阳离子相同时）。3盐在水中的溶解性：钾、钠、铵盐和酸式盐均可溶于水，钾、钠、铵盐和酸式盐的溶解度小于其正盐；Mg2+、Ca2+、Ba2+等高价阳离子的酸式盐溶解度大于其正盐的溶解度（正盐均难溶于水）。4在可溶性碳酸盐溶液中慢慢滴加H+，并不断振荡，反应是分步进行的，先生成，再生成CO2；因此利用两者滴加顺序不同，出现现象不同，可将它们互相鉴别出来。但难溶于水的碳酸盐与H+的反应，因其反应只是发生在固体表面，故不能分步进行。学.科.网（二）硅酸和硅酸盐1硅酸（1）物理性质：硅酸难溶于水。（2）化学性质 弱酸性
6、：其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红。与NaOH溶液反应的化学方程式为：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O 不稳定性：受热易分解，化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O （3）制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3+2HClH2SiO3+2NaCl （4）用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2硅酸与碳酸的比较物质硅酸碳酸化学式H2SiO3H2CO3酸酐SiO2CO2制法Na2SiO3+2HClH2SiO3+2NaClCO2+H2OH2CO3颜色与状态白色、粉末状无色液态，只存在于水溶液中水溶性不溶于水只存在于水溶液中酸性比
7、较弱强3硅酸盐（1）概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。（2）表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示它们的组成，如硅酸Na2SiO3可表示为Na2OSiO2，长石KAlSi3O8可表示为：K2OAl2O36SiO2。4硅酸钠（1）物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性。（2）化学性质：水解显碱性。与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：与盐酸反应：Na2SiO3+2HClH2SiO3+2NaCl与CO2的水溶液反应：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3（3）用途：黏合剂（矿物胶），防腐
8、剂，耐火阻燃材料。五、无机非金属材料1物质的分类2传统无机非金属材料玻璃水泥陶瓷主要原料纯碱、石灰石、石英石灰石、黏土黏土设备玻璃熔炉水泥回转窑陶瓷窑生产过程中的主要变化SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化主要成分Na2SiO3，CaSiO3，SiO23CaOSiO2、2CaOSiO2、CaOAl2O33新型无机非金属材料：（1）高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学浸蚀性和电绝缘性等。（2）生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。（3）压电陶瓷：具有压电效应。考向一 碳
9、、硅的性质和用途典例1 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O2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【答案】B1硅被誉为无机非金属材料的主角。有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。下列有关说法正确的是A硅的含量居第二位，在地球上有丰富的单质硅资源，如石英、水晶的主要成分都是SiO2B单质硅是一种良好的半导体材料，可用于制造太阳能电池C存放NaOH溶液的试剂瓶应用玻璃塞D60 g SiO2含有NA个SiO2分子考向二 CO2、SiO2的性质典例1 下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是ACO2、SiO2分
10、别是碳酸和硅酸的酸酐BSiO2既能与KOH反应，又能与浓盐酸反应，而CO2不能CCO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物DCO2和SiO2都是由相应的分子构成的【答案】A2二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。ae是对反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+2CSi+2COSiO2+4HFSiF4+2H2ONa2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2SiO2+3CSiC+2COa.反应中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b.反应中SiO2表现出氧化性c.反应中SiO2表现了
11、酸性氧化物的通性d.反应符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e.反应中SiO2未参加氧化还原反应Aace Bbde Ccde Dab二氧化硅的特殊性（1）非金属氧化物一般由分子构成，而SiO2是由Si和O按个数比12直接构成。Si、SiC、Si3N4、BN等也是直接由原子构成。学*科.网（2）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。（3）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF=SiF4+2H2O。（4）不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。（5）水晶、石英、玛瑙
12、的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；红、蓝宝石的主要成分是Al2O3。考向三 CO2与盐或碱溶液反应的规律1、CO2与NaOH溶液反应产物的定量判断方法与碱的反应反应原理CO2+2NaOH(足量)Na2CO3+H2OCO2+NaOH(少量)NaHCO3反应后溶质成分的判断，x=n(NaOH)n(CO2)x11NaHCO311 x 21NaOH、Na2CO3也可用数轴表示： CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O2Al(OH)3+Na2CO3CO2(足量)+NaAlO2+2H2OAl(OH)3+NaHCO3CO2(少量)+C
13、a(ClO)2+H2OCaCO3+2HClOCO2(少量)+Na2SiO3+H2OH2SiO3+Na2CO3典例1 标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 molL1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)A11B12C21 D13 y，则解得，所以。【答案】B3将过量的CO2分别通入：CaCl2溶液；Na2SiO3溶液；Ca(OH)2溶液；饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是ABCD考向四 无机非金属材料及硅酸盐的表示方法典例1 下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是硅酸盐Na2Fe2Si3O10用
14、氧化物的形式表示为：Na2O2FeO3SiO2水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料.ABCD【答案】D4中国的瓷器驰名世界，传统陶瓷是以黏土主要成分为Al2Si2O5(OH)4等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。下列有关说法不正确的是A黏土也是制备玻璃的原料之一B黏土的主要成分可以表示为Al2O32SiO22H2OC陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料D传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同1开发新材料是现代科技发展的方向之一。下列有关材料的说法正确的是A氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料B普通玻璃、有机玻璃都属于硅酸盐C纤维素乙
15、酸酯属于天然高分子材料D单晶硅常用于制造光导纤维2在一定条件下，下列各组物质不能反应的是CO2+H2OH2O+COCO+CO2CO2+CCaCO3+H2CO3CO+Fe2O3Mg+CO2CO+Ca(OH)2CO2+Na2O2ABCD仅3石棉属于硅酸盐矿物，某种石棉的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22(OH)2，该化学式中x、y的值分别是A5、8B8、3C3、8D8、54工业上通过反应“SiO22CSi2CO”制取单质硅，下列说法正确的是A自然界中硅元素均以SiO2形式存在B硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应C该反应条件下C的还原性比Si强D生成4.48 L CO时转移电子数为0.4
16、6.0310235氯气用途十分广泛，可用于生产半导体材料硅，其生产的流程如下，下列说法正确的是A是置换反应，是化合反应B高温下，焦炭与氢气的还原性均弱于硅的C任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移2 mol电子D高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅6SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质(如图所示)。下列说法错误的是A高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石(主要成分为SiO2)转化为易熔的炉渣B纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料C用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D图中所含反应都不属于氧化还原反应7将足量的CO2不断通入KOH、Ba
17、(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与所通入CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是AOa段反应的化学方程式是Ba(OH)2+CO2BaCO3+H2OBab段与cd段所发生的反应相同Cde段沉淀减少是由于BaCO3固体溶解Dbc段反应的离子方程式是2+3H2O+CO22Al(OH)3+8硅是重要的化学元素之一，在从传统材料到信息材料的发展过程中，其创造了一个又一个奇迹。请回答下列问题：（1）硅在元素周期表中的位置是_。（2）工业上生产粗硅的反应有SiO22CSi(粗硅)2CO；SiO23CSiC2CO。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为11，则参加
18、反应的C和SiO2的质量之比为_。（3）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：若反应的化学方程式为Si(粗硅)3HClSiHCl3H2，则反应的化学方程式为_。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，写出该反应的化学方程式：_。假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中HCl的利用率为90%，反应中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是_。9单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(
19、反应温度450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：_。（2）装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除
20、铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。（4）为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式为5Fe2MnO8H=5Fe3Mn24H2O。学&科.网滴定前是否要滴加指示剂？_(填“是”或“否”)，请说明理由：_。某同学称取5.000 g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL试样溶液，用1.000102 mol L1 KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00 mL，则残留物中铁元素的质量分数是_。12017江苏下列有关物质性质与用途具有对应
21、关系的是 ANa2O2吸收CO2产生O2，可用作呼吸面具供氧剂 BClO2具有还原性，可用于自来水的杀菌消毒 CSiO2硬度大，可用于制造光导纤维 DNH3易溶于水，可用作制冷剂 22016江苏在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是ASiO2SiCl4Si BFeS2SO2H2SO4 CN2NH3NH4Cl(aq)DMgCO3MgCl2(aq)Mg32014福建卷常温下，下列各组物质中，Y既能与X反应又能与Z反应的是XYZNaOH溶液Al(OH)3稀硫酸KOH溶液SiO2浓盐酸O2N2H2FeCl3溶液Cu浓硝酸A BC D变式拓展1【答案】B【解析】本题考查硅的结构和性质。硅元
22、素在自然界中主要以硅酸盐的形式存在，没有游离态，A错误；硅的导电性介于导体与绝缘体之间，可用于制造太阳能电池，B正确；二氧化硅能够与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，硅酸钠具有粘性，不能用磨口玻璃塞盛放，C错误；二氧化硅是原子晶体，构成微粒是原子，不含分子，D错误；故选B。2【答案】B 3【答案】B【解析】CO2溶于水：CO2+H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液中无明显现象(一般弱酸不能制强酸)；过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量：Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2
23、O、CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量的CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3，生成的 NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小，从而有晶体析出。4【答案】A【解析】制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱，不包括黏土，A项错误。考点冲关1【答案】A【解析】本题考查材料的应用判断。A、氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，A正确；B、有机玻璃不属于硅酸盐，B错误；B、纤维素为天然高分子化合物，而纤维素乙酸酯是人工合成的，C错误；D、单晶硅是半导体材料，二氧化硅是制造光导纤维的主要材料，D错误。答案选A。2
24、【答案】D【解析】在一定条件下，中生成H2CO3，中生成CO2和H2，中CO与CO2不反应，中生成CO，中生成Ca(HCO3)2，中生成Fe和CO2，中生成MgO和C，中不反应，中生成Na2CO3和O2，故答案选D。3【答案】A【解析】依据化合物中元素正负化合价代数和为零，可得4+2x+4y=44+2，即x、y必须满足关系式x+2y=21，由此可知，A项正确。4【答案】C 5【答案】A【解析】二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅，是化合反应，A正确；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢，根据还原
25、剂的还原性大于还原产物的还原性，则高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅，B错误； 28 g硅的物质的量为1 mol，每消耗或生成1个硅，化合价均变化4，即均转移4个电子，所以每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子，C错误；在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，D错误。6【答案】D【解析】CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2，CaSiO3的熔点低于SiO2的熔点，故A项正确；光导纤维的主要成分是二氧化硅，硅可用于制作半导体、芯片，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，故B项正确；碳酸钙溶
26、于盐酸生成氯化钙和水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙，故C项正确；化学反应前后有元素化合价发生变化的反应一定是氧化还原反应，题图中二氧化硅与碳反应生成硅单质和一氧化碳的反应是氧化还原反应，故D项错误。7【答案】B 8【答案】（1）第三周期A族（2）12（3）SiHCl3H2Si(纯硅)3HClSiHCl33H2OH2SiO33HClH251【解析】（1）根据硅的原子序数为14，可知其在元素周期表中位于第三周期 A族。（2）根据产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为11，再利用方程式计算。假设参加反应的C为5 mol，SiO2为2 mol
27、，则二者的质量之比为(5 mol12 gmol1)(2 mol60 gmol1)12。（3）根据流程图中的信息知，反应的反应物有SiHCl3和H2，生成物有Si(纯硅)和HCl，利用观察法将其配平。由于SiHCl3中Si为4价、H为1价、Cl为1价，SiHCl3与H2O发生了氧化还原反应(归中反应)，其氧化产物和还原产物均为H2，最后利用观察法将其配平。据题意：综合以上各反应的数据可知，在第二轮次的生产中补充投入HCl的物质的量为(3)mol，投入H2的物质的量为(1) mol，二者的比值为51。9【答案】（1）MnO24H2ClMn2Cl22H2O（2）平衡气压浓H2SO4SiCl4沸点较低
28、，用冷却液可得到液态SiCl4（3）Al、Cl、P（4）否MnO有颜色，故不需其他指示剂4.48%（4）因MnO本来有颜色，故不再需其他指示剂。由关系式：5Fe2MnO 51n(Fe2)20.00103 L1.000102 molL1n(Fe2)0.001 mol， w(Fe)100%4.48%。直通高考1【答案】A【解析】A过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气，A正确；B因二氧化氯具有氧化性才用于自来水的杀菌消毒，B错误；C二氧化硅透光性好，用于制造光导纤维，C错误；D液氨汽化时吸收大量热，所以氨可用作制冷剂，D错误。【名师点睛】本题考查常见无机物的性质和用途。解题的关键是要熟悉常见化学物质的
29、重要性质，性质决定用途，性质和用途之间的对应关系要理清。在学习元素化合物内容时，以“物质的结构决定物质的性质、物质的性质决定物质的用途”为主线构建知识网络，关注元素化合物性质在生产和生活中的应用。2【答案】C【解析】A、四氯化硅被氢气还原可以制备单质硅，但SiO2与盐酸不反应，A错误；B、煅烧FeS2可以得到氧化铁和二氧化硫，但SO2和H2O反应生成H2SO3，B错误；C、N2+3H22NH3、NH3+HClNH4Cl，C正确；D、镁是活泼的金属，金属镁的冶炼方法是电解熔融的氯化镁，电解氯化镁溶液生成氯气、氢气和氢氧化镁，D错误。答案选C。学*科&网3【答案】B与题意吻合，故选B。废物取金胡佛
30、是美国第三十一届总统。他年轻时发迹于黄金。当时，开采金矿的水平低，滤过矿金的矿砂就直接丢弃了。胡佛凭借他掌握的化学知识，断定这些“废物”中仍有尚多的黄金，于是便搞起他的“废物利用”来了。他雇人用氰化钠的稀溶液处理矿砂，于是氰化钠与其中的Au发生化学反应，使Au生成络合物而溶解，接着，他又让人用锌粒与滤液作用，将纯净的Au置换出来。显然，这种炼金方法在当时是较为先进的。因而，成色尚好的黄金便源源不断地流进了胡佛的腰包，不久成了百万巨富。总统发迹内幕昭然若揭。不乏慕之者，赞其超群绝伦，生财有方，更是平步青云有道.然而，更有真诚的人们，深知胡佛是靠用黄金垒起的台阶登上总统宝座的。1119汇聚名校名师，奉献精品资源，打造不一样的教育！