碳、硅及其重要化合物-课件

[知能拓展] (1)常见与强碱反应生成H2的固体单质有Al和 Si，能够置换出H2O中氢的非金属单质为碳，这些特征反应常 作为推断题的突破口。
(2)金刚石为原子晶体，1 mol金刚石含有2 mol碳碳单键； 晶体硅为原子晶体， 1 mol晶体硅含有2 mol Si－Si键；二氧化 硅晶体为原子晶体，1 mol SiO2中含有4 mol Si－O键；石墨为 混合晶体，1 mol石墨中含1.5 mol C－C键，每个六元环中平均 含2个碳原子；C60是分子晶体。
CaO＋SiO2=高==温== CaSiO3
4HF＋SiO2===SiF4↑＋ 2H2O
Na2CO3＋SiO2=高==温== Na2SiO3＋CO2↑
用途
制饮料、制碳酸盐
光导纤维、光学仪器、电 子部件
[特别提醒] (1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生 成盐和水。
(2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸 反应。
C. 存放NaOH溶液的试剂瓶应用细口玻璃瓶并配磨口玻璃 塞
D. 硅是一种良好的半导体材料，所以是制造光导纤维的 基本原料
(5)特殊的含硅材料是金刚砂(SiC)、硅橡胶及变压器的铁 芯(含Si 4%的硅钢)。
[固本自测] 3．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的 杂质(括号内为杂质)，将所选答案的编号填入表内相应的空格 内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可不填)。 可供选择的试剂：A.盐酸 B．氢氧化钠溶液 C．氧气 D．水 E．二氧化碳 可供选用的操作：①水洗 ②加热 ③高温灼烧 ④过滤 ⑤结晶
粉aCl(SiO2)
(3)
SiO2(Fe2O3)
(4)
SiO2(CaCO3)
(5)
SiO2(H2SiO3)
(6)
SiO2(NH4Cl)
试剂
操作
答案：(1)B ④ (2)D ④⑤ (3)A ④ (4)A ④ (5) ③ (6)②(或D ④)
解析：在(1)中SiO2与碱溶液反应，而CaCO3不反应，故用 NaOH溶液、过滤；
追本溯源拓认知
知识点一 碳和硅
1. 单质的存在形态、物理性质和用途
存在形态 物理性质
用途
碳 游离态和化合态
硅 化合态
金刚石：熔点 高 、硬 灰黑 色固体，
度大
有金属光泽、熔点
石墨：硬度 小 、电的 高 、硬度 大 ，
良导体
有脆性
金刚石
， 石墨 笔芯
用作切割刀具 用作电极、铅
半导体 材料和 合金材料
)
③SiO2＋2C=高==温==Si＋2CO↑( )
④SiO2＋3C=高==温==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
解析：在①中体现SiO2的酸性氧化物的性质；②中是与盐 反应生成酸酐；在③中SiO2中元素化合价降低，显示氧化性； 在④中SiO2元素化合价不变；在⑤中玻璃中SiO2被HF腐蚀。
知识点三 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料 1.硅酸 (1)物理性质： 不 溶于水。 (2)化学性质 ①弱酸性 硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸 弱 。
(2)硅酸钠 硅酸钠可溶于水，其水溶液俗称 水玻璃 ，是无色黏稠 液体，常用于制备 硅胶 和 木材防火剂 等。
3．无机非金属材料 (1)硅酸盐材料
生产原料 主要设备
水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑
玻璃 纯碱、石灰石、石英
玻璃窑
陶瓷 黏土 陶瓷窑
(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 良好的弹性 的性质。 ④分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)主要用作 吸附剂 和 催化剂 。
CO是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料
和冶金工业的 还原剂
。
(1)燃烧的化学方程式为 2CO＋O2=高==温==2CO2
。
(2)还原CuO的化学方程式为 CO＋CuO==△===Cu＋CO2 。
2. 二氧化碳和二氧化硅
二氧化碳
二氧化硅
类别
均为 酸性 氧化物
结构特点 由二氧化碳分子构成
由氧原子与硅原子构成 立体网状 结构
在(2)中SiO2不溶于水，NaCl溶于水，用水溶解过滤、结 晶；
在(3)中Fe2O3与盐酸反应，而SiO2不反应，用盐酸溶解过 滤；
在(4)中CaCO3与盐酸反应，而SiO2不反应，用盐酸溶解、 过滤；
在(5)中H2SiO3加热分解生成SiO2，只有加热即可； 在(6)中NH4Cl加热分解，生成NH3和HCl气体。
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O、SiO2＋ B
×
排查
2NaOH===Na2SiO3＋H2O
分析
3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，有化合价变
C
√
化，为氧化还原反应
D
Fe在Cl2中燃烧只得到FeCl3
×
[互动探究](1)将D项改为“过量的Fe在Cl2中燃烧”生成物 是什么？
提示：Fe和Cl2反应和量无关，只生成FeCl3。 (2)将B项改为“SiO2与NaOH溶液、氢氟酸反应，故SiO2 为两性氧化物”对吗？ 提示：SiO2只是与氢氟酸反应，与盐酸、硝酸不反应， SiO2属于酸性氧化物。
②不稳定性 受热易分解，化学方程式为 H2SiO3==△===H2O＋SiO2 。
(3)制备及用途 可溶性硅酸盐溶液与其他酸溶液反应可制得硅酸。如硅酸 钠溶液与盐酸反应，其离子方程式为SiO32－＋2H＋===H2SiO3。↓ 硅胶可用作 干燥剂 、 催化剂 的载体。
2．硅酸盐 (1)硅酸盐
由 硅、氧和金属 组成的化合物的总称。硅酸盐结构复 杂，大多 不溶于水 ，化学性质 很稳定 。
2. 化学性质
[特别提醒] (1)碳单质的化学性质主要表现为还原性，能 被氧化剂氧化为＋2价或＋4价的化合物。
(2)工业上制备硅的反应 ①粗硅的制备：SiO2＋2C=高==温==Si＋2CO↑
②由粗硅制纯硅：Si(粗)＋2Cl2==△===SiCl4 SiCl4＋2H2=高==温==Si(纯)＋4HCl。
非金属及其化合物
碳、硅及其重要化合物
高考地位：3年11考 预测指数：★★★
考什么 1. 了解碳、硅的原子结构、认识硅在自然界的存在形式。 2. 了解碳、硅及其重要化合物的主要性质。 3. 了解硅酸盐产品及其在生产生活中的用途。
怎么考 高考对本节内容的考查点有三个：一是以新材料、新技术为背 景考查C、Si及其重要化合物的性质及应用，二是以推断题考 查C、Si及其化合物之间的转化关系，三是以硅、硅酸的制备 为载体，考查实验探究能力。特别注意，Si、SiO2在现代科技 中的用途经常以选择题形式出现，已成为高考考查热点。
＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋
2C
高温 =====
Si＋2CO↑，FeO＋C
高温 =====
Fe＋CO↑。碳在高温时
还原性强。
(3)非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅与氢 氧化钠等强碱溶液反应产生氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (4)一般情况下，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↑。 (5)一般情况下，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性 氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋ 2H2O。
(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉 中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。
(4)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。
[固本自测] 1. 将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来。
答案：①—c，②—a，③—e，④—b，⑤—d
知识点二 碳和硅的氧化物
1. 一氧化碳
1. [2012·天津高考]下列单质或化合物性质的描述正确的是
A．NaHSO4水溶液显中性 B．SiO2与酸、碱均不反应 C．NO2溶于水时发生氧化还原反应 D．Fe在足量Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3
()
答案：C
解析：
审题
选出正确的选项
A NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO42－，溶液显酸性 ×
硅是无机非金属材料的主角，硅及其化合物是高考的重 点。在高考中主要涉及晶体硅、二氧化硅的结构和性质比较， 硅酸及硅酸盐，传统无机非金属材料、新型无机非金属材料等 方面的知识。
(1) 一般情况下，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但
晶体硅、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。
(2)一般情况下，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂
(3)SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。
(4)不能依据反应2C＋SiO2
高温 =====
Si＋2CO↑来说明C的还
原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋Na2CO3
高温 =====
Na2SiO3＋
CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。
(5)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻
物理性质 熔点和沸点低、可溶于水
坚硬难熔的固体、不溶 于水
与碱(如
NaOH)溶液
反应 化 与CaO 学 反应 性
与HF的反 质
应
与Na2CO3 反应
CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O CaO＋CO2=== CaCO3
Na2CO3＋CO2＋ H2O===2NaHCO3
SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O