高考化学复习专题六碳和硅

碳的多样性
一、碳单质的多样性
1．同素异形体
（1）同素异形体的概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。

（2）常见的同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60；氧：氧气、臭氧（O3）。

2．金刚石、石墨、C60
（1）结构：①金刚石：每个碳原子与另外4个碳原子以一种较强的相互作用相连接，形成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。

②石墨：石墨晶体是层状结构。

在同一层内，碳原子排列成正六边形(碳原子位于正六边形的顶点上)，一个个正六边形排列成平面网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相连。

在同一层内，相邻的碳原子以较强的相互作用相结合，但层与层之间以一种较弱的相互作用相结合。

③C60：C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，由12个正五边形和20个正六边形组成。

分子内部，碳原子间以较强的相互作用结合，但分子间的相互作用较弱。

1．常见的含碳化合物
（1）有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂、以及石油、液化气、天然气等的主要成分；
（2）无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。

2．碳酸钠和碳酸氢钠
（2）碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法
①热稳定性不同。

分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。

②和酸反应生成气体的速率不同。

分别取一定量的固体，加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。

③阴离子不同。

分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠（特别注意：该方法必须取极稀溶液）。

（3）Na2CO3和NaHCO3在一定条件下的相互转化：
溶液中：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
△△
固体中：NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
三、碳及其化合物间的转化
1．自然界中碳及其化合物的转化
溶洞的形成原理
石灰岩的主要成分是碳酸钙。

碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水，会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]。

当受热或压强突然变小时，水中碳酸氢钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来。

在自然界里不断发生上述反应，石灰岩逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉，形成溶洞；碳酸氢钙不断分解，生成的碳酸钙逐渐沉积，形成千姿百态的钟乳石、石笋和石柱。

2．生产和生活中碳及其化合物间的转化
（1）高炉炼铁原料：焦炭、铁矿石；高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等；
CO生成的化学方程式：C＋O2加热CO2；C＋CO2加热2CO
还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 ＋3CO加热2 Fe ＋3CO2
（2）木炭燃烧：C＋O2＝CO22C＋O2＝2CO 2CO＋O2＝2CO2 C＋CO2 ＝2CO
生成水煤气的化学方程式为：C＋H2O加热CO＋H2
（3）水垢的形成：
①有关化学方程式为：Ca(HCO3)2加热CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
②如何除去水壶中的水垢？加入醋酸，可以将CaCO3物质等溶解。

（4）无机化合物与有机化合物间的转化
1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵合成出有机化合物——尿素，打破了无机物和有机物之间的界限。

碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。

硅无机非金属材料
一、半导体材料与单质硅
1．半导体材料
半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。

最早使用的半导体材料是锗，但因其含量低，提炼工艺复杂，价格昂贵，而不适合广泛使用。

目前广泛使用的半导体材料是硅元素，在地壳中含量居第二位，该元素全部以化合态存在于自然界中，储量丰富。

常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。

2．单质硅
（1）存在：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等。

化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分，硅在地壳中的含量居第二位。

（2）物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。

晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆，熔点很高（1410℃），是良好的半导体材料。

（3）化学性质：
①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。

例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑；Si + 2F2＝SiF4；Si + 4HF ＝SiF4↑+ 2H2↑。

△
②在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。

如研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2SiO2
（3）硅的制备
由于自然界中没有单质硅的存在，因此我们使用的硅，都是从它的化合物中提取的。

在工业上，用碳在高
温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅，将粗硅提纯后，可以得到半导体材料的高纯硅。

制粗硅： SiO 2＋2C Si ＋2CO ↑
制高纯硅： Si ＋2Cl 2
SiCl 4 SiCl 4
＋2H 2
Si ＋4HCl
（4）硅的用途：
硅可用来制造集成电路，太阳能电池，硅整流器等。

硅合金可用来制造变压器铁芯，耐酸设备等。

二、二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅的存在
二氧化硅广泛存在与自然界中，天然二氧化硅叫硅石。

石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。

另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。

2、二氧化硅的物理性质
纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。

3、二氧化硅的化学性质
（1）二氧化硅是一种酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性
①二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水：SiO 2+ 2NaOH ＝ Na 2SiO 3 + H 2 O ②二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应：SiO 2 ＋ CaO
CaSiO 3
（2）特性
①SiO 2不溶于水，也不与水反应。

②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应： Si O 2＋4HF ＝ SiF 4↑＋2H 2O
③二氧化硅中的硅为＋4价，具有弱的氧化性，如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。

思考：1．如何制取硅酸？ 2．保存氢氟酸、NaOH 溶液时应该注意什么问题？
提示：1．不能通过SiO 2与H 2O 反应的方法来制取其对应的水化物——硅酸(H 2SiO 3)．制取H 2SiO 3的方法如下： Na 2SiO 3 + 2HCl ＝2NaCl + H 2SiO 3↓或 Na 2SiO 3 + CO 2 + H 2O ＝Na 2CO 3 + H 2SiO 3↓[硅酸(H 2SiO 3)不溶于水，其酸性比H 2CO 3还弱。

]
2．氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，应保存在塑料瓶中。

NaOH 溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。

45（1）石英可用于制作石英表和石英玻璃。

（2）石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。

（3）水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。

高温
△
△
高温
（4）玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。

（5）SiO 2 被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。

6、光导纤维
光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。

如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。

光导纤维是用石英玻璃制造的，制作时需要较高的技术，它传导光的能力非常强。

光导纤维还可用于信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。

三、硅酸盐与无机非金属材料 1．硅酸盐
（1）硅酸盐在自然界中的存在
硅酸盐是构成地壳中岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿石，约占地壳的5％，粘土的主要成分也是硅酸盐。

粘土的种类很多，常见的有高岭土和一般粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。

（2）硅酸盐组成的表示方法
硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，其组成的表示方法有两种。

① 化学式法： 一般用于组成较简单的硅酸盐。

如： 硅酸钠 Na 2SiO 3； 硅酸钙Ca 2SiO 3 ② 氧化物法：常用的表示方法。

如： 镁橄榄石（Mg 2SiO 4） 2MgO ·SiO 2
高岭石〔Al 2(Si 2O 5)(OH)4〕 Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 正长石(2KAlSi 3O 8 ) K 2O ·Al 2O 3·6SiO 2
说明：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为： 较活泼金属氧化物→ 较不活泼金属氧化物→ 二氧化硅→ 水 （3）硅酸钠
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是一种矿物胶，具有粘合性。

2．无机非金属材料
（1）传统无机非金属材料 ① 玻璃
原料：生产普通玻璃的主要原料是纯碱（Na 2CO 3），石灰石（CaCO 3）和石英（SiO 2 ）。

主要设备：玻璃熔炉
反应原理：将粉碎混匀的原料加强热使之熔化，发生复杂的物理化学变化，冷却即成玻璃。

其中主要化学反应是： CaCO 3 + SiO 2
CaSiO 3 + CO 2 ↑ Na 2CO 3 + SiO 2
Na 2SiO 3 + CO 2 ↑
主要成分： 制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以，普通玻璃是CaSiO 3，Na 2SiO 3和SiO 2 熔化在一起得到的物质，其物质的量之比为1：1：4，因此玻璃可表示为：Na 2O ·CaO ·6SiO 2。

主要性质：硬而脆，受热时在一定温度范围内逐渐软化，没有一定的熔点，故作玻璃态物质，耐酸腐蚀（HF 除外）。

②水泥
a. 普通水泥的主要成分为硅酸三钙（3CaO ·SiO 2），硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）和铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3）等。

b. 水泥的特点是水泥具有水硬性，与水搀和搅拌并静置后，很容易凝固变硬。

c. 混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用钢筋作结构，这就是通常所说的钢筋混凝土。

（2）新型无机非金属材料 高温
高温
碳化硅陶瓷硬度仅次于金刚石，耐高温，且在
室温下能导电
电热元件
生物陶瓷氧化铝陶瓷
氧化锆陶瓷
强度高，耐磨，无毒，不溶于水，
对人体组织有较好的适应性，可直
接植于人体
人造牙齿、人造骨骼
压电陶瓷钛酸钡陶瓷
钛酸铅陶瓷
可将极其微弱的机械振动转换成
信号
声呐系统、气象检测、遥控环境
保护、家用电器、压电地震仪
习题
碳
1．澳大利亚研究人员最近开发出被称为第五形态的固体碳，这种新的碳结构称作“纳米泡沫”，它外形类似海绵，比重极小，并具有磁性。

纳米泡沫碳与金刚石的关系是（）
A．同素异形体B．同分异构体C．同位素D．同一种物质
2．小李在奥运五连环中填入了5种物质，相连环物质间能发生反应，不相连环物质间不能发生反应。

你认为“五连环”中物质间发生的反应没有涉及的基本反应类型是（）
A、复分解反应
B、分解反应
C、化合反应
D、置换反应
3．向一定量的澄清石灰水中通入标准状况下的CO2气体2.24L，则所得CaCO3沉淀的质量为（） A. 一定为10g B. 一定小于10g C. 可能为0 D. 不可能大于10g
4．下列说法正确的是（）A．烧碱、纯碱、漂白粉在空气中久置均会变质B．将固体烧碱熔化时，可选择瓷坩埚
C．NaHCO3和Na2CO3溶解性比较，前者略大于后者
D．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是通入过量的二氧化碳气体
5．下列说法错误的是（）A．20XX年我国首创用CO2合成可降塑料聚二氧化碳，使用该塑料仍然产生白色污染
B．“水滴石穿”主要是溶解了CO2的雨水与CaCO3长期作用生成了可溶性的Ca(HCO3)2的缘故
C．氢氟酸能和玻璃发生化学反应，故氢氟酸要存放在塑料瓶中
D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，不可能与氧气发生反应
6．欲使0.1 mol/L的NaHCO3溶液中c(H+)、c(CO32－)、c(HCO3－)都减小，其方法是（）A．通入CO2气体B．加入饱和Ca(OH)2溶液
C．通入HCl气体D．加入NaOH固体
7．无色气体X跟灼热的炭反应得到一种无色气体Y，Y跟灼热的CuO反应又得到无色气体X，则X,Y 分别是（） A. O2 CO2 B.CO2 CO C. CO CO2 D. O2CO
8．下列有关Na2CO3和NaHCO3性质的比较中，正确的是（）A．热稳定性：Na2CO3<NaHCO3B．与同浓度的稀盐酸反应的快慢：Na2CO3>NaHCO3 C．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与过量盐酸反应，放出CO2质量：Na2CO3>NaHCO3
D ．常温时溶解度：Na 2CO 3>NaHCO 3
9．可用于判断碳酸氢钠溶液中混有碳酸钠的方法是 （ ）
A ．加热时有无气体放出
B ．溶于水后滴加氯化钡稀溶液,有白色沉淀生成
C ．滴加盐酸时有无气泡放出
D ．溶于水后滴加澄清石灰水,有白色沉淀生成
10 ．足量CO 2通入NaOH 和Ba (OH )2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n ）和通入CO 2体积（V ）的关系如图，图中AB 段表示的先后离子方程式是 （ ）
①CO 2+OH －
＝HCO 3－
②CO 2+2OH －
＝CO 32－
+ H 2O
③CO 32－
+Ba 2+＝BaCO 3↓ ④ BaCO 3+CO 2+H 2O ＝Ba 2++2HCO 3－
⑤CO 32－
+CO 2+H 2O ＝2HCO 3－
A ．②⑤
B ．⑤④
C ．④②
D ．④① 二、非选择题（共50分）
11实验室制取CO 2的离子方程式为 ， 少量CO 2与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为 ， 过量CO 2与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为 . 混合物成分
提纯所用试剂或方法 化学方程式 (1)Na 2CO 3固体中含少量NaHCO 3杂质 (2) NaHCO 3溶液中含少量Na 2CO 3杂质 (3) Na 2CO 3溶液中含少量NaHCO 3杂质
13．某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图Ⅰ~Ⅳ所示。

III
IV
I
II
澄清 石灰水 盐酸
稀盐酸
（1）只根据图I、II所示实验，能够达到实验目的是（填装置序号）；
（2）图III、IV所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为
与实验III相比，实验IV的优点是（填选项序号）；
A．IV比III复杂B．IV比III安全
C．IV比III操作简便D．IV可以用一套装置同时进行两个对比实验，而III不行
（3）若用实验IV验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是；
14．在标准状况下，向100 mL0.1mol·L－1某NaOH溶液中通入一定量CO2后，再向所得溶液中滴加某浓度的稀盐酸，滴加盐酸的体积与生成气体的情况如图所示。

（假设生成的CO2全部逸出）。

请回答：（1）滴加盐酸前溶液中所含溶质的成分
是.（写化学式）。

（2）该稀盐酸的物质的量浓度c(HCl)
为.
（3）滴加稀盐酸至50mL时共产生气体的体积为.
硅
1．下列物质中主要成分不是二氧化硅的是（）
A．硅胶B．水晶C．玛瑙D．硅石
2．NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中（）A．具有玻璃塞的细口瓶B．具有玻璃塞的广口瓶
C．带滴管的滴瓶D．具有橡胶塞的细口瓶
3．可以用来制取半导体材料（如大规模集成电路）的是（）A．二氧化硅B．粗硅C．高纯硅D．硅酸盐
4．下列不是水玻璃用途的是（）
A．肥皂填料B．木材防火剂C．纸板黏胶剂D．建筑装饰材料
5．下列不属于传统硅酸盐产品的是（）
A．玻璃B．水泥C．光导纤维D．陶瓷
6．钢筋混凝土强度大，常常用来建造高楼大厦、桥梁涵洞、高速公路等，在现代社会中发挥着举足轻重的作用，下面是钢筋混凝土的主要成分的是（）
A．水泥、沙子和钢筋B．水泥、沙子、碎石和钢筋
C．水泥、碎石和钢筋D．水泥、沙子和碎石
7．构成地壳基本骨架的非金属元素的是（双选）（）A．Al B．O C．Si D．C
8．二氧化硅的化学性质很不活泼，几乎所有的酸都不与其反应，但有一种酸能够和二氧化硅发生反应，这种酸是（）
A．浓盐酸B．硫酸C．硝酸D．氢氟酸
9．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是（）A．CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B．CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C．高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D．氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
10．二氧化硅属于酸性氧化物，理由是（）A．Si是非金属元素B．SiO2对应的水化物是可溶性弱酸
C．SiO2与强碱反应生成盐和水D．SiO2不能与酸反应
11．下列物质中，能够与NaOH溶液反应的是（双选）（）A．碳酸钠B．硅酸钠C．二氧化硅D．氢氧化铝
12．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）
A．CO2→H2CO3B．SiO2→Na2SiO3C．Na2O2→Na2CO3D．SiO2→H2SiO3
13．某无色溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中符合此条件的是（双选）（）
A．Ag+、Al3+、K+ B．SiO32-、AlO2-、K+
C．Ag+、Cu2+、Na+ D．Ag+、Ba2+、Na+
14．下列离子方程式，正确的是（双选）（）A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2+ +2OH- +CO2 ===CaCO3↓+H2O
B．碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32- +SiO2==SiO32- +CO2↑
C．二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2 +2OH- === SiO32-+H2O↑
D．硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH- === SiO32-+2H2O
15．现代建筑的门窗框架常用电解加工成的古铜色硬铝制造。

取硬铝样品进行如下实验（每一步试剂均过量），由此可以推知硬铝的组成为（）
A．Al、Cu、Mg、Si、Mn
B．Al、Mg、Si、Zn
C．Al、Fe、C、Cu
D．Al、Si、Zn、Na
16．在SiO2+3C SiC+2CO↑反应中，氧化剂和还原剂的质量比为（）
A．36∶30 B．60∶36 C．2∶1 D．1∶2
三、填空题：
17．（12分）用多种方法鉴别下列两组白色粉末物质(注：①能够写化学方程式的写出化学反应方程式；②
鉴别方法可以不用填满，若序号不够也可以自己再添)。

（1）Na2CO3和SiO2
①②
③
（2）CaCO3和Na2SiO4
①②
③。