第二章 常见无机物及其应用碳硅及其化合物

第二章 常见无机物及其应用第四节 碳、硅及其化合物【考纲扫描】了解碳、硅及其化合物的主要性质及应用【考纲解读】以新材料、新技术为背景考查碳，硅及其重要化合物的性质及应用是高考考查本部分知识的一个重要内容。

【知识梳理】一、知识网络二、碳及其化合物1．碳在自然界中的存在（1（2）具体形式：以存在于大气中。

2．碳的单质主要有4．碳酸盐（1）水溶性①含碱金属阳离子（Li +除外）、NH 4+的碳酸正盐水；酸式盐均溶于水。

②一般地，在相同温度下，难溶性正盐的溶解度CaCOCa(HCO 3)2；可溶性正盐的溶解度Na 2CO 3。

（2）热稳定性①一般地，热稳定性顺序为：如Na 2COH 2CO 3。

②可溶性正盐K 2COCaCO（3）与强酸反应碳酸的正盐、酸式盐、碱式盐均能与强酸反应产生如：（4）与强碱反应①酸式盐均能与强碱反应，如：NaHCO 3与NaOH②可溶性正盐均能与含Ba 2+、Ca 2+的碱反应，如：Na 2CO 3与Ca(OH)2反应的化学方程式：（5）与盐反应三、硅及其化合物1．硅在自然界中的存在（1（2）具体形式：以其在地壳中的含量仅次于居第二位。

2．硅的单质（1）结构及物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种，晶体硅与金刚石结构相似，熔点硬度（2）主要用途：可作（3）化学性质Si 与其它元素主要形成化学性质不活泼，加热条件下与O反应，方程F 2、HF 、NaOH（43．二氧化硅（1）存在形态有结晶形和无定形两大类，统称包括水晶和玛瑙等。

（2）二氧化碳和二氧化硅的性质比较特别关注二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，也不能与水反应。

它对应的水化物是硅酸，硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应来制取。

（3）应用：纯净的SiO2是制作4．硅酸和硅酸盐的性质（1①②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH③水分的能力强，常用做（2）硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，大多数不溶于水。

H2CO3＞H2SiO3）5．无机非金属材料（1）三大硅酸盐材料——使用量最大的无机非金属材料（2）特殊功能的含硅物质①碳化硅：化学式为②硅钢：具有很高的导磁性，用做变压器的铁芯。

③硅橡胶：既耐高温又耐低温的橡胶。

④分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐，主要用做（3）新型陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷。

【知识梳理自我校对】二、碳及其化合物22CO3CO+Fe2O32Fe+3CO料属的冶炼车尾气碳化合物CO2+2NaAlO2+3H2O=2Al(OH)3↓+Na2CO CO2+2Mg2CO+2Na O=2Na CO+O易3+2H+═Ca+CO2↑+H2－+OH－=CO3－Na2CO3+Ca(OH)2═CaCO3↓3+BaCl2 ═ BaCO3↓+2NaCl三、硅及其化合物点燃△点燃2SiO 2═ SiF 4，Si+4HF═ SiF 4↑+2H 2↑，Si+2NaOH+H 2O═ Na 2SiO 3+2H 2↑2+2C 2+2MgSiO 2+2C Si+2CO 2+H 2OH 2CO CO 2+CaO CaCO SiO 2+CaO CaSiO SiO 2+4HF=SiF 4+2H 2CO 2+2NaOH=Na 2CO 3+H 2SiO 2+2NaOH=Na 2SiO 3+H 22+2NaClO=Na 2CO 3SiO 2+ Na 2CO 3Na SiO 3+COSiO =SiO 2+H 23+2NaOH═Na SiO +2H 2干燥剂化剂玻璃材防火剂2SiO +2HCl═2NaCl+H 22SiO 3+CO 2+H 2O ═ Na 2CO 3+H 2SiO 3【要点精解】一、碳的化合物的重要特性1．CO 2通入BaCl 2、CaCl 2溶液中，不能生成BaCO 3、CaCO 3沉淀，原因是碳酸的酸性比盐酸弱；CO 2通入澄清石灰水中，澄清石灰水先变浑浊后又澄清。

但有此现象的还有SO 2，其区别既可以通过气味判断，又可以通过通入品红溶液判断。

2．碳酸盐的水溶性和热稳定性在物质的分离或提纯中有重要应用。

如用过滤法可将CaCO 3从水溶液中分离出来，用加热法可除去CaCO 3固体中混有的Ca(HCO 3)2固体杂质。

3．由于Na 2CO 3的溶解度大于NaHCO 3，故将CO 2通入Na 2CO 3饱和溶液中，有NaHCO 3晶体析出。

4．CO 2能引起温室效应，但引起温室效应的不仅有CO 2，还有CH 4等气体；CO 能与血红蛋白结合使人中毒，但与血红蛋白结合使人中毒的还有NO 气体。

典例精析将过量的CO 2分别通入下列溶液中，最终溶液中有白色沉淀析出的是①CaCl 2溶液 ②Na 2SiO 3溶液 ③NaAlO 2溶液 ④饱和Na 2CO 3溶液 ⑤Ca(OH)2A ．①②③④⑤B ．②③④C ．②④⑤D ．①②④答案：B解析：CO 2溶于水：CO 2+H 2O═H 2CO 3，H 2CO 3的酸性比盐酸弱，而比硅酸、铝酸（即氢氧化铝）强。

根据溶液中酸与盐反应的规律，CO 2通入CaCl 2溶液无明显现象（弱酸不能制强酸）；过量CO 2通入Na 2SiO 3、NaAlO 2溶液有白色沉淀H 2SiO 3、Al(OH)3产生；过量CO 2通入饱和Na 2CO 3溶液中：Na 2CO 3+CO 2+H 2O═2NaHCO 3，生成的NaHCO 3的溶解度比Na 2CO 3溶解度小而结晶析出；过量的CO 2通入Ca(OH)2溶液中最终生成Ca(HCO 3)2而无沉淀析出。

二、硅的化合物的重要特性1．因硅酸的酸性比碳酸还弱，所以空气中的CO 2可以跟Na 2SiO 3水溶液发生反应，从而使Na 2SiO 3变质，故Na 2SiO 3要密封保存，且其溶液因具有黏性而不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装。

2．因玻璃中含有SiO 2，SiO 2能与碱性溶液中的OH －发生反应生成硅酸盐，故盛放碱性溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，而应用橡皮塞或软木塞。

3．常见的坩埚有瓷坩埚、铁坩埚等。

一般来说，瓷坩埚不能用于盛放碱性物质（如固体NaOH 、固体Na 2CO 3）进行加热；而铁坩埚不能用于盛放酸性或氧化性物质（如胆矾）高温 高温 高温 高温 点燃 △ 高温进行加热。

4．碳与SiO 2的反应要注意生成物为CO ，而不是CO 2。

5．SiO 2是难溶于水的酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。

典例精析（2010河南新乡模拟）在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦水 ⑧氮气A ．③⑤⑦⑧B ．⑤⑦C ．⑤⑧D ．⑤答案：B解析：SiO 2为难溶的酸性氧化物，具有以下特性：①常温下不与一般酸反应；②能与强碱溶液反应；③能与氢氟酸反应；④与碱性氧化物、碳酸盐、碳等反应需要高温条件。

典题训练现有下列五个转化：①SiO 2→Na 2SiO 3 ②CuSO 4→CuCl 2 ③SiO 2→H 2SiO 3 ④CuO →Cu(OH)2 ⑤Ca 3(PO 4)2→ Ca(H 2PO 4)2。

其中不可能通过一步反应实现的是A ．①②B ．③④C ．②③④D ．②③④⑤答案：B解析：SiO 2与NaOH 反应生成Na 2SiO 3；CuSO 4与BaCl 2反应生成CuCl 2；Ca 3(PO 4)2与H 3PO 4反应生成Ca(H 2PO 4)2；但SiO 2不与水反应，需经两步转化为H 2SiO 3：SiO 2先与NaOH 反应生成Na 2SiO 3，Na 2SiO 3再与盐酸反应生成H 2SiO 3；CuO 也不与水反应，需先加入H +转化为Cu 2+,再加OH －才能转化为Cu(OH)2。

三、碳、硅的“反常反应”1．SiO 2+2C ↑该反应中C 作还原剂，SiO 2中的Si 得电子，而根据元素周期律知识可知，失电子的能力Si ＞C 。

这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO 为气体，它的放出降低了生成物的浓度，促使反应向正反应方向进行。

2．Na 2CO 3+SiO 22SiO 3+CO 2↑；CaCO 3+SiO 2CaSiO 3+CO 2↑一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应如Na 2SiO 3+CO 2+H 2O=H 2SiO 3↓+Na 2CO 3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。

而上述反应之所以能进行，是因为该反应不是在水溶液中，而是在高温条件下发生的。

从化学平衡的角度理解，高温时，SiO 2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO 2气体，因CO 2生成后离开反应体系使反应向正反应方向进行到底。

3．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能与氢氟酸（HF 的水溶液）作用。

4．无机酸一般易溶于水，但H 2SiO 3难溶于水。

四、硅酸盐的氧化物表示法顺序：先写金属氧化物（活泼金属在前，不活泼金属在后；同种金属低价在前，高价在后），后写非金属氧化物（顺序同金属），最后写水。

注意事项：①氧化物之间用“· ”隔开；②系数配置出现分数时应化为整数；③氧化物形式与盐形式对照，各元素的化合价不能变，各元素的原子个数比应保持不变。

典例精析（2010湖南师大附中月考）工业上获得有关物质的方法或途径正确的是A ．将氯气通入澄清石灰水，获得漂白粉B ．用SiO 2+2C ↑制得粗硅C ．用钠将钛、锆、铌、钽等金属从它们的卤化物溶液里还原出来高温 高温 高温 高温D．将二氧化硫通入过氧化氢溶液，获得硫酸答案：B解析：漂白粉的制取一般选用石灰乳，A项错误；钠的化学性质活泼，在溶液中会与水反应，故不能在溶液中还原金属，C项错误；工业制硫酸采用接触法，原料为黄铁矿或硫，D项错误。

典题训练我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，并对月球土壤中14种元素的分布及含量进行了探测。

月球上矿产资源极为丰富，仅月面表层5 cm厚的沙土就含铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石［CaMgSi2O6］、斜长石［KAlSi3O8］和橄榄石［(MgFe)2SiO6］等，下列说法或分析不正确的是A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2C．橄榄石中铁为+2价D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱答案：D解析：铁的活动性是不会改变的，只是月球上没有氧气，故在月球上存在游离态铁，D项错误。

【感悟高考】1．（2012北京卷）已知33As、35Br位于同一周期，下列关系正确的是A．原子半径：As＞C1＞P B．热稳定性：HC1＞AsH3＞HBrC．还原性：As3−＞S2−＞C1−D．酸性：H3AsO4＞H2SO4＞H3PO42．（2011·山东高考）某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素A．在自然界中只以化合态的形式存在B．单质常用做半导体材料和光导纤维C．最高价氧化物不与酸反应D．气态氢化物比甲烷稳定34A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂C．盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯5（2009·四川理综）开发新材料是现代科技发展的方向之一。