碳硅及其化合物一轮复习精讲

化学方 程式
写出硅酸钠溶液通入二氧化碳的化学方程式和离子方程式 Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3↓ SiO32- + H2O + CO2 = CO32- + H2SiO3↓
证明几种酸性强弱的方法
较强的酸+盐=较弱的酸+新盐
要证明酸性CH3COOH>H2CO3>H2SiO3(或HClO) 可以采用如下装置：
H4SiO4： O
H2SiO3：
H
O
H－O－Si －O－H
H－O－Si －O－H O H
碳与硅单质
碳及其重要化合物之间的转化关系
C2H4
SiC
CO
HCOOH
C2H2
CaC2
C
H2C2O4
CH4
CS2
CO2
CaCO3
H2CO3
Ca(HCO3) 2
硅及其重要化合物之间的转化关系
SiF4 CaSiO3
(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。 硅胶吸附水分能 力强，常用作 干燥剂 。 2.硅酸盐 (1)硅酸盐 由 硅、氧和金属 元素组成的化合物的总称， 是 构成地壳岩石的主要成分。 (2)硅酸钠 ——泡花碱 硅酸钠水溶液俗称 水玻璃 ， 是无色黏稠液体， 常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。 (3)硅酸盐常用的表示法 ——氧化物法
游离 金刚石 石墨
化合
C60
(2)硅在地壳中的含量占第 二 位，仅次于 氧 ， 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。晶体硅是良好的 半导体 材 料，在计算机等电子工业，可用作 半导体芯片 、 大规模 集成电路 等。硅是人类将 太阳 能转化为 电 能的常用材料，所以硅还用于制造 光电池 。
石灰石、 纯碱、石灰石、 黏土 水泥回 转窑 石英 玻璃窑
黏土
2. 特殊功能的含硅物质 (1) 碳化硅 具有金刚石结构，可用作磨料。 (2)含硅元素 4%的硅钢具有 导磁 性。 (3)硅橡胶具有 既耐高温又耐低温 的性质。 3.无机非金属材料的使用 无机非金属材料在日常生活中有广泛的用途， 这 些知识大多数属于识记知识。 除了解前面所讲的传统 无机非金属材料外， 还应了解新型无机非金属材料的 种类和用途：
(6)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2 是 酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋ 2H2O(SiF4 不属于盐)。 (7)无机酸一般能溶于水，而 H2SiO3 及 H4SiO4 却难 溶于水。 (8)H2CO3 的酸性大于 H2SiO3， 所以有 Na2SiO3＋CO2 ＋ H2O===H2SiO3↓＋ Na2CO3 ，但高温下： Na2CO3 ＋ 高温 SiO2 ===== Na2SiO3 ＋ CO2↑也能发生 (CO2 离开反应体 系)。 (9)一般情况，非常活泼的金属(Na、K 等)才能够置 高温 换出水中的氢，但 C＋H2O(g) =====CO＋H2。
2. C、Si的化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性
与O2反应
O2(足量)
O2(不足) Fe2O3 Fe2O3＋3C = 2Fe＋3CO↑
高温
(1)C
与氧化物反应
SiO2
SiO2＋2C = Si＋2CO↑ CO2＋C 浓H2SO4
均为加热条件
高温
高温
CO2
C与强氧化性酸反应
=
2CO
浓HNO3
材料类 别
主要特性
示例
用途
汽轮机叶片、轴 高温结 能承受高温， 氮化硅陶瓷 承、永久性模具 构陶瓷 强度高 等 半导体 集成电路中的 具有电学特性 氧化锡陶瓷 陶瓷 半导体 光学材 光缆通讯、医 具有光学特性 光导纤维 料 疗、照明等 生物陶 人造骨骼、人造 具有生物功能 氧化铝陶瓷 瓷 关节、接骨螺钉
(10)一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的 酸，如 CO2＋H2OH2CO3，但 SiO2 不溶于水，不 与水反应。 2. 硅与铝的相似性及区别 (1)与强碱溶液反应时相似 ①Si、Al 均与 NaOH 溶液反应生成盐和 H2。 ②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3[Al(OH)3]均与 NaOH 溶液反应生成盐和水。 ③Na2SiO3、 NaAlO2 溶液通入过量 CO2 均生成白 色沉淀。
例：NaHCO3在溶于水或处于熔融状态（常压）时，都存在的离 子是（已知碳酸氢钠的熔点高于其分解温度）
C
①Na+ A. ①③
②H+ B. ②③
③HCO3C. ①④
④CO32D. ①②④
2、CO2和SiO2性质比较
试分析下列说法是否正确，说明理由。
1、SiO2高温时与Na2CO3反应产生CO2，将CO2通Na2SiO3 溶液中可产生H2SiO3，说明H2SiO3酸性有时比H2CO3强，有 时比H2CO3弱？ 强酸制弱酸适用于常温下水溶液里的复分解反应，不适用于 高温非水体系的反应。 2、SiO2既能与碱反应又能与酸反应，属两性氧化物。 SiO2与HF的反应是SiO2的特殊性质，并非所有的酸都能反应。 3、NaOH溶液、Na2SiO3溶液和氢氟酸均不应装在玻璃瓶中。 NaOH与SiO2常温下的反应十分缓慢，所以NaOH溶液、 Na2SiO3溶液可以保存在玻璃瓶中，但不能用磨口的玻璃塞
－ －
生。
碳及其化合物 金刚石： 石墨：
C60：
CH4： (正四面体，属非极性分子，电子式要求) CO： (直线型，属极性分子，电子式不要求) CO2： O＝C＝O (直线型，属非极性分子，电子式要求) O H2CO3：
H－O－C －O－H
硅及其化合物
晶体硅：
二氧化硅晶体：
SiH4： (正四面体，属非极性分子，电子式要求)
硅酸制法——可溶性硅酸盐与酸反应
现象
滴入酚酞后溶液变为红色，再滴入稀盐酸，溶 液红色变浅至无色，同时有白色胶状沉淀产生
结论
①Na2SiO3溶液呈碱性 ②可溶性硅酸盐与盐酸反应生成不溶于 水的硅酸
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓ SiO32- + 2H+ = H2SiO3↓
O2 Si＋O2 = SiO2 与非金属单质 (2)Si F2 Si＋2F2 = SiF4 Cl2 Si＋2Cl2 = SiCl4 与氢氟酸反应 与碱反应 Si＋4HF = SiF4↑＋2H2↑
△Leabharlann Baidu
△
Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2↑
注意：Si与HF、NaOH反应放出氢气是一般非金 属单质不具有的性质，证明硅具有一定程度的金 属性。
(3)一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱 氧化剂＋较弱还原剂， 而碳却还原出比它更强的还原 高温 高温 剂： SiO2 ＋ 2C===== Si ＋ 2CO↑， FeO ＋ C===== Fe ＋CO↑。 (4)非金属单质与碱反应一般是非金属既作氧化 剂又作还原剂，而 Si 与碱溶液反应却只作还原剂： Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (5)一般情况， 较活泼金属＋酸―→盐＋氢气， 然 而 Si 是 非 金 属 ， 却 能 与 氢 氟 酸 发 生 反 应 ： Si ＋ 4HF===SiF4↑＋2H2↑。
4、硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试
管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象 并给予解释。 现象：生成白色絮状沉淀，又有刺激性气味的气体生成。
解释：SiO32−与NH4+发生双水解反应
SiO32−+2NH4++2H2O = 2NH3· H2O+H2SiO3↓。
－ 中有 CO2 3 。
特别提醒
－
(1)不能用 Ca(OH)2 溶液和 Ba(OH)2
－ － －
溶液检验 CO2 3 和 HCO3 ，原因是 OH 将 HCO3 转化
2 为 CO3 ；
－
2 (2)加酸后可根据气体是否有气味排除 SO3 的干
－
扰； (3)不能只用加酸看是否有无色无味气体产生的 方法检验，因 CO2 3 与 HCO3 两种离子都有该现象发
Si
SiO2
Na2SiO3
SiCl4
SiH4
H2SiO3
重点、难点剖析
1、碳酸盐的性质规律
（1）溶解性规律：如果碳酸正盐的溶解度较大，则酸式盐的 溶解度小（如Na2CO3> NaHCO3);如果碳酸正盐的溶解度小， 则对应的酸式盐的溶解度较大（如CaCO3 < Ca(HCO3)2） （2）稳定性规律：难溶性的碳酸盐及碳酸的酸式盐（包括铵盐） 受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
SiO2+4HF = SiF4+2H2O
SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O SiO2+Na2CO3 SiO2+CaCO3
高温 高温
Na2SiO3+CO2↑ CaSiO3+CO2↑
⑥硅单质与氢氧化钾溶液反应 Si+2KOH+H2O = K2SiO3+2H2↑ ⑦水玻璃长期放置于空气中变质 Na2SiO3+H2O+CO2 = Na2CO3+H2SiO3↓
(2)区别 ①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3 不与其他酸反 应。 ②Al2O3、Al(OH)3 属两性化合物。 ③Na2SiO3 溶液、 NaAlO2 溶液与过量盐酸反应时 现象不同。
－ 3. CO2 3 的检验
向待检验溶液中滴加一定量的 Ca2 或 Ba2 的可
＋ ＋
溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的强酸， 白色沉淀溶解且生成无色、无味的气体，则待检溶液
碳、硅及其化合物
【课前练习】
(1)写出碳族元素的所有元素名称、元素符号
C(碳)Si(硅)Ge(锗)Sn(锡)Pb(铅) (2)写出下列反应方程式 ①二氧化碳与某种金属反应 2Mg+CO2 2C+SiO2
点燃
高温
2MgO+C 2CO↑+Si
②工业上制取粗硅
③氢氟酸腐蚀玻璃 ④石英与苛性钠溶液反应 ⑤制取普通玻璃的两个反应
实验现象： B中有大量气体产生，C中产生白色沉淀。
反应方程式： 2CH3COOH+Na2CO3 = 2CH3COONa+CO2↑+H2O Na2SiO3+CO2+H2O = Na2CO3+H2SiO3↓ Ca(ClO)2+CO2+H2O = 2HClO+CaCO3↓
考点精讲
考点一 碳、硅及其化合物的特性 1. 碳、硅元素单质及其化合物的特性 (1)一般情况，非金属元素单质熔、沸点低，硬度 小，但硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石 为硬度最大的物质。 (2)一般情况， 非金属元素单质为绝缘体， 但硅为 半导体，石墨为电的良导体。
(3)
二、硅酸、硅酸盐
1.硅酸 硅酸 不 溶于水，其酸性比碳酸 弱 ，硅酸 不能 “能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。 (1)硅酸不稳定，受热易分解： ∆ H2SiO3 = SiO2＋H2O (2)硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化 学方程式为： H2SiO3＋2NaOH = Na2SiO3＋2H2O 。 (填