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第1讲含硅矿物与信息材料【2020·备考】最新考纲：1.了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质和重要应用。2.了解碳元素、硅元素的单质及重要化合物对环境的影响。新课标要求：结合实例认识非金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。最新考情：硅、碳作为ⅣA族的代表元素，需要掌握碳、硅单质，氧化物，酸及其盐的性质，一是在选择题中考查Si、SiO2、Na2SiO3的用途及相互转化关系，二是在流程题中考查SiO2的性质。考点一碳、硅及其氧化物的性质[知识梳理]1.碳、硅元素的原子结构与存在碳硅原子结构示意图在元素周期表中的位置第2周期ⅣA族第3周期ⅣA族单质的结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有化合态2.碳、硅单质的性质(1)碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)：(2)碳的化学性质(3)硅的化学性质及制取①与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。②与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。③与O2反应：Si＋O2SiO2。④工业制法：提醒：①自然界中没有游离态硅，工业上常用焦炭在电炉中还原SiO2得到粗硅。②Si的还原性强于C，但C能还原SiO2生成Si，且氧化产物为CO：2C＋SiO2Si＋2CO↑，其原因是产物CO为气体，它的放出降低了生成物浓度，促使反应向正反应方向进行。且该反应必须在隔绝空气的条件下进行。3.二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个分子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①与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3②与酸反应只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O不反应③与碱反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3④与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3⑤与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaO=====高温CaSiO3如与Na2O反应：Na2O＋CO2===Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐提醒：①SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水；CO2与水反应生成碳酸，但SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。②SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。③不能依据反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2对应的水化物(即H2SiO3)的酸性比H2CO3强。[题组诊断]碳、硅的性质及应用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解析CO不溶于水，不能生成相应的酸，也不能与NaOH溶液反应；SiO2不溶于水，也不能生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素有多种单质。答案B2.下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是()A.SiO2―→SiB.CO2―→CC.SiO2―→H2SiO3D.Si―→Na2SiO3解析A项，SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑；B项，CO2＋2Mg=====高温2MgO＋C；C项，SiO2不能与水反应生成H2SiO3，也无法与其他物质通过一步反应生成H2SiO3；D项，Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。答案C3.制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：石英砂――→焦炭高温＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，有5Ca2＋～5H2C2O4～2KMnO4，n(KMnO4)＝0.0500mol/L×36.00×10－3mL＝1.80×10－3mol，n(Ca2＋)＝4.50×10－3mol，水泥中钙的质量分数为4.50×10－3mol×40.0g/mol/0.400g×100%＝45.0%答案(1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋双氧水(H2O2)(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(若H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)(3)防止胶体生成，易沉淀分离Fe(OH)3、Al(OH)3(4)45.0%