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专题二元素及其化合物第12讲碳、硅及其化合物目标导航复习目标1.了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解Si、SiO2的结构特点，了解Si的制备方法。3.了解硅酸盐工业，了解无机非金属材料和新型无机非金属材料。知识体系知识体系课前思考问题1：为什么不能用带有玻璃塞的玻璃瓶装碱液？[答案]因玻璃中含有SiO2，能与碱性溶液中OH－发生反应而生成硅酸盐，故盛放碱性溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞。其反应的离子方程式为SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O。但由于反应极慢，因而盛放碱液仍可用玻璃瓶，只是瓶塞应用橡皮塞成软木塞。课前思考问题2：粗硅提纯的常见方法有哪些？[答案]课前8min栏目导航考点透视质量验收课前8min1.判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)Si和SiO2都用于制造光导纤维()(2)(2017·天津卷)硅太阳能电池工作时，光能转化成电能()(3)(2017·天津卷)气态氢化物的稳定性：H2O＞NH3＞SiH4()(4)(2018·天津卷)汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器，其主要原料为黏土()(5)(2018·海南卷)SiO2具有导电性，可用于制作光导纤维和光电池()(6)(2018·江苏卷)SiO2熔点高、硬度大，可用于制光导纤维()(7)(2018·海南卷)12g金刚石中含有化学键的数目为4NA()(8)二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸()×√√√××××(9)HF能与SiO2反应，所以氢氟酸能在玻璃器皿上刻蚀标记()(10)硬度比较：晶体硅金刚石()(11)(2017·北京卷)将SO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀产生，说明酸性：H2SO3＞H2SiO3()(12)SiO2既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物()(13)可用磨口玻璃瓶保存NaOH溶液()√√√××[解析](1)SiO2用于制造光导纤维，Si用于制造半导体材料。(5)SiO2不导电，制作光电池的原料是Si。(6)SiO2传导光的能力强，可用于制光导纤维。(7)1mol金刚石含有2molC—C键，故12g金刚石中含有化学键的数目为2NA。(8)二氧化硅不与强酸反应，但HF能与SiO2发生反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以石英器皿不能存放氢氟酸。(10)晶体硅与金刚石都为原子晶体，原子半径碳小于硅，键长：C—C＜Si—Si，键长越短，键能越大，则硬度越大。(12)二氧化硅是酸性氧化物，二氧化硅能和氢氟酸反应是二氧化硅的特性。(13)玻璃中含有二氧化硅，能与氢氧化钠反应生成硅酸钠，使瓶塞与瓶口粘连在一起。2.(2018·武汉模拟)碳循环(如下图)对人类生存、发展有着重要的意义。下列说法错误的是()A.碳是构成有机物的主要元素B.光合作用是将太阳能转化为化学能的过程C.化石燃料的大量燃烧是产生温室效应的原因之一D.石油的年产量是一个国家石油化工发展水平的标志D[解析]乙烯的年产量是石油化工发展水平的标志，D错误。3.(2018·郑州模拟)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它的制备方法如下图所示，下列说法正确的是()SiO2――→①C高温Si(粗)――→②HCl300℃SiHCl3――→③过量H21000～1100℃Si(纯)A.步骤①的化学方程式：SiO2＋C=====高温Si＋CO2↑B.灼烧熔融的Na2CO3固体，可用石英坩埚C.二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D.SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点67.6℃)，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3D[解析]二氧化硅与C高温下反应生成CO，即步骤①的化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，故A错误；Na2CO3和二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠和二氧化碳，B错误；硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，C错误；D正确。4.(2018·山西晋城一模)A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种短周期主族元素R，它们能发生如下图所示的转化关系，已知A、B、D、E四种物质均难溶于水，单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。下列说法正确的是()A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1B.化合物A既能溶于NaOH又能溶于氢氟酸C.反应④的离子方程式：2R＋2OH－＋2H2O===2RO－2＋3H2↑D.化合物C的溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应B[解析]单质R能与NaOH溶液反应生成盐和氢气，常见的是Al或Si，结合图中转化关系可知，R是Si，A是SiO2、B为CaSiO3、D为Si、C为Na2SiO3、E为H2SiO3。反应①的化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，由方程式可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2，故A错误；SiO2既能与NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，故B正确；反应④的离子方程式为Si＋2OH－＋H2O===SiO2－3＋2H2↑，故C错误；反应①产生的气体是CO，Na2SiO3溶液与CO不反应，故D错误。考点透视考点1碳、硅单质的性质与比较基础梳理1.单质的存在形态、物理性质及用途碳硅存在形态______态、______态______态游离化合化合碳硅结构金刚石石墨C60金刚石：____________空间网状结构石墨：平面_____________层状结构C60分子：______形对称结构硅硅：__________空间网状结构正四面体正六边形球正四面体碳硅物理性质金刚石：熔点___、硬度___；石墨：硬度___，是电的良导体灰黑色固体，有金属光泽，熔点____、硬度_____，有脆性用途_______用作切割刀具，_____用作电极、铅笔芯硅用于制造_________材料和合金材料由石英砂制取并获得高纯硅的主要反应的化学方程式如下：①SiO2＋2C=====高温______________②Si(粗)＋2Cl2=====高温SiCl4③SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl高大小高大金刚石石墨半导体Si(粗)＋2CO↑2.化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。举题悟法类型1硅的性质下列对物质用途的描述错误的是()A.高温下用焦炭还原SiO2得到粗硅和一氧化碳B.在高温下，粗硅提纯涉及的反应都是硅元素的氧化反应C.硅是一种良好的半导体材料D.硅的熔点高、硬度大B[解析]粗硅提纯涉及的反应是硅元素先被氧化、后被还原，B项错误。下列关于硅的说法不正确的是()A.硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体B.常温下硅可以与氢氟酸反应生成两种气体C.硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应C[解析]晶体硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属，A正确；硅与氢氟酸反应生成四氟化硅和氢气，B正确；硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属发生反应，C错误，D正确。类型2能力提升——硅的提纯从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如图：①SiO2＋2C=====高温Si(粗)＋2CO↑②Si(粗)＋2Cl2=====高温SiCl4③SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl关于上述反应的叙述不正确的是()A.①③是置换反应，②是化合反应B.高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C.任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D.高温下，在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅D[解析]已知的三个反应是在三个不同反应器中进行的，D错误。工业上用硅石为原料，制备高纯多晶硅的流程如下：有关性质如下表：物质熔点/℃沸点/℃其他SiHCl3－126.533.0易与水强烈反应，空气中易自燃SiCl4－7057.6易水解HCl－114.2－84.7(1)制备粗硅的化学反应方程式为___________________________；硅的一种重要用途是________________。(2)第②步经冷凝得到的SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，提纯SiHCl3采用的方法是________；尾气中含有少量SiCl4和HCl，可通过_____________溶液除去。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑半导体材料蒸馏NaOH(碱)(3)实验室用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：①需要加热的装置有________(填字母)；如无装置B则C中发生副反应的化学方程式是_______________________________________。②制备实验操作成功的关键是检查实验装置的气密性、控制好反应温度以及实验开始时先________________________________________。CDSiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl通一段时间H2，将装置中的空气排尽[解析](2)第②步经冷凝得到的SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，利用三者的沸点差异，采用蒸馏方法分离提纯；SiCl4和HCl能和NaOH溶液反应，所以用NaOH处理尾气。(3)①C装置加热使SiHCl3汽化；D装置加热使SiHCl3和氢气发生置换反应生成Si。SiHCl3易与水剧烈反应，如果没有B装置，生成的氢气中含有水蒸气，发生的反应为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋H2↑＋3HCl。②SiHCl3在空气中易自燃，所以需要排尽装置中的空气。碳、硅的特殊性(1)一般情况下，非金属元素单质的熔、沸点低，硬度小，但硅、金刚石的晶体类型是原子晶体，所以它们的熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界天然存在的硬度最大的物质。(2)一般情况下，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)一般情况下，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剂：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑、2FeO＋C=====高温2Fe＋CO2↑。(4)硅为非金属单质，却可以和强碱反应，得到氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。(5)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。(6)一般情况下，只有非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C(s)＋H2O(g)=====高温CO(g)＋H2(g)。考点2碳、硅的主要化合物的比较基础梳理1.SiO2与CO2化学式SiO2CO2晶体类型______晶体______晶体用途SiO2是制造光导纤维的主要原料干冰可用于人工降雨原子分子化学式SiO2CO2与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与C反应SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑C＋CO2=====高温2CO与HF反应SiO2＋4HF===______________不反应化学性质与碱反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O盛碱性溶液的试剂瓶要用_______，碱性溶液只能装在______滴定管中CO2少量：CO2＋2NaOH===_____________CO2过量：CO2＋NaOH===____________SiF4↑＋2H2O橡皮塞碱式Na2CO3＋H2ONaHCO3化学式SiO2CO2与盐反应SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑(Na2SiO3的水溶液俗称为_________)Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClOCO2＋Na2CO3＋H2O===___________化学性质与碱性氧化物反应SiO2＋CaO=====高温CaSiO3CO2＋Na2O===Na2CO3水玻璃2NaHCO32.一氧化碳(CO)(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质——还原性①燃烧：2CO＋O2=====点燃2