第13讲　碳、硅及其化合物

大单元三非金属元素及其化合物第13讲碳、硅及其化合物复习目标1.了解碳、硅及其重要化合物的主要性质和应用。2.了解粗硅的冶炼方法(从沙子到单晶硅)。3.了解传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的种类、性质和用途。熟记网络×××√××××××√√壹考点研析1C、Si单质的结构、物理性质及用途1.自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60、石墨烯等，它们之间的关系是互为_______________；硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。2.C、Si单质的物理性质与用途(1)金刚石：熔点高、硬度大，可作切割刀具。(2)晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高，可用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池板。(3)石墨：熔点高、质软、有滑腻感、能导电，可用作铅笔芯、电极。(4)石墨烯：石墨烯就是单层石墨，有优良的导电性能。同素异形体考点1碳、硅单质3.C60结构分析C60(如图所示)是由60个C原子形成的封闭笼状分子，形似足球的32面体，有______个六边形和______个五边形。20122碳的化学性质1.

与氧气反应2CO4Fe＋3CO2↑3.与强氧化性酸反应2CO2↑＋2SO2↑＋2H2O4CO2↑＋4NO2↑＋2H2O3硅的化学性质4.与氢氟酸反应(写化学方程式，下同)：_______________________________。5.

与NaOH溶液反应：____________________________________________。Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑4高纯硅的制备Si＋2CO↑(2024·江苏各地模拟重组)下列化学方程式书写错误的是()A.Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑B.Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑C.Si＋4HCl(aq)===SiCl4＋2H2↑11物质的转化C【解析】Si与盐酸不反应，C错误。

(2023·湖北卷)工业制备高纯硅的主要过程如下。下列说法错误的是(

)2工业制硅2BA.制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑B.1molSi中含有的Si—Si的数目约为4×6.02×1023C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气D.生成SiHCl3的反应为熵减过程考点2碳、硅的氧化物1一氧化碳1.物理性质通常状况下为无色、无味的气体，难溶于水。2.化学性质2SiO2与CO2的性质及用途酸性酸性大高SiF4↑＋2H2ONa2CO3＋酸性酸性H2ONaHCO3①CO2中混有的CO用灼热的CuO除去。②石英、水晶、沙子的主要成分是_________。珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。③SiO2难溶于水，不能与水反应生成H2SiO3。④SiO2是酸性氧化物，不与强酸(如盐酸、硫酸、硝酸)反应，但能与弱酸——氢氟酸反应生成SiF4气体，故可用氢氟酸在玻璃上刻字绘画。⑤SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水。硅酸钠是一种黏合剂，故在保存氢氧化钠、氢氧化钾、Na2CO3等碱性溶液时，不能将其装在带磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶内，要用橡胶塞。⑥石英坩埚不能用来熔融NaOH等碱性固体。SiO2(2024·江苏各地模拟重组)下列物质转化关系正确的是(

)31物质的转化D【解析】Na2SiO3与HCl反应生成H2SiO3，A错误；SiO2与水不反应，B错误；SiO2与HCl不反应，C错误。(2024·江苏各地模拟重组)下列化学反应表示错误的是(

)A.氢氟酸与玻璃中SiO2反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O4D【解析】

苯酚钠溶液中通入少量CO2，发生反应生成苯酚和NaHCO3，D错误。(1)向FeSO4溶液中加入NH4HCO3，生成FeCO3并且产生一种无色气体，写出对应的离子方程式：_________________________________________________。(2)50℃时，向MnSO4溶液中加入NH4HCO3沉锰，生成MnCO3并且产生一种无色气体，写出对应的化学方程式：__________________________________________________________________。(3)50℃时，向ZnSO4溶液中加入NH4HCO3“碳化”，生成ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O、(NH4)2SO4和CO2，写出“碳化”过程的化学方程式：_____________________________________________________________________。2金属离子与酸式碳酸盐反应5＋(NH4)2SO4＋H2O3ZnSO4＋6NH4HCO3===3(NH4)2SO4＋ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓＋5CO2↑有关酸式碳酸盐的反应考点3碳酸、硅酸、硅酸盐1碳酸与碳酸根离子sp2sp2平面三角形2硅酸2.物理性质：_____溶于水。sp2sp3难3.化学性质(1)弱酸性①H2SiO3酸性比H2CO3_____，______(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红。②H2SiO3能与NaOH溶液反应(写化学方程式)：_________________________________________。4.用途硅酸在水中易缩合形成胶体，将硅酸凝胶烘干脱水得到硅胶(SiO2)，硅胶常用作干燥剂。弱不能H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2OSiO2＋H2O3硅酸钠(Na2SiO3)1.物理性质：易溶于水的白色粉状固体。2.化学性质(写化学方程式)(1)与盐酸反应：_____________________________________；(2)硅酸钠溶液中通入过量CO2：_____________________________________________________。(说明酸性：H2CO3___H2SiO3；非金属性：C___Si)3.用途：Na2SiO3溶液(水玻璃)可用作黏合剂、木林防火剂。Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3>>4无机非金属材料1.传统硅酸盐材料

水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石、黏土、石膏石英(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)黏土主要成分硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸盐2.新型无机非金属材料(1)Si：Si晶体是半导体材料，可用于制造硅芯片和硅太阳能电池板。(2)SiO2：SiO2具有良好的导光性，可用于制造光导纤维和光学仪器。(3)新型陶瓷①耐高温结构陶瓷(如：SiC、Si3N4)；②压电陶瓷(如：钛酸盐、锆酸盐)；③透明陶瓷(Al2O3、AlN)；④超导陶瓷。(4)碳纳米材料碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管(生产电池和传感器等)、石墨烯(用于超级电容器、电池)等。(2024·江苏各地模拟重组)下列物质结构与性质或物质性质与用途对应关系正确的是()A.石墨晶体的层状结构间存在分子间作用力，具有导电性B.SiC中原子以共价键形成空间网状结构，可作砂轮的磨料C.SiO2是酸性氧化物，能用氢氟酸雕刻玻璃D.SiO2硬度高，可用于制造光导纤维61物质的性质与用途B【解析】

石墨能导电的原因是未成键的p电子在层内可以自由移动，A错误；SiC中原子间以共价键形成空间网状结构，SiC是共价晶体，硬度大，可作砂轮的磨料，B正确；SiO2是酸性氧化物的原因是SiO2能与碱反应生成盐和水，C错误；SiO2传导光的能力较强，可用于制造光导纤维，D错误。(2023·江苏各地模拟重组)在给定条件下，下列物质间的转化能实现的是(

)2物质的转化7A【解析】SiO2与浓盐酸不反应，B错误；SiO2与水不反应，C错误；石英砂与C需在高温的条件反应生成粗硅和CO，D错误。(2024·江苏各地模拟重组)下列说法正确的是(

)A.向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋B.用pH计测量Na2SiO3溶液和Na2CO3溶液的pH，探究H2CO3酸性比H2SiO3强C.将浓盐酸滴入Na2CO3固体中，生成的气体通入盛有Na2SiO3溶液的试管中，出现浑浊，碳的非金属性强于硅D.向久置的Na2SiO3溶液滴加稀盐酸，有气泡产生，说明Na2SiO3溶液已变质8D【解析】Na2SiO3溶于水，在离子方程式中应拆开，A错误；未指明溶液的浓度，无法比较，B错误；浓盐酸挥发出来的HCl通入Na2SiO3溶液中也生成沉淀，C错误；久置的Na2SiO3变质时，易混有Na2CO3或NaHCO3，故加入稀盐酸，有气泡产生，D正确。(2024·江苏各地模拟重组)下列叙述正确的是()A.石墨烯属于传统无机非金属材料B.烧制陶器的主要原料为黏土、石灰石和石英砂C.制玻璃的原料之一可用作制光导纤维D.硼硅玻璃中含有的Na2O·B2O3·SiO2是一种复杂的氧化物3传统硅酸盐材料9【解析】

石墨烯属于新型无机非金属材料，A错误；烧制陶器的主要原料为黏土，B错误；制玻璃的原料之一SiO2可制光导纤维，C正确；硼硅玻璃的成分主要是硅酸盐和硼酸盐，D错误。C(2024·江苏各地模拟重组)下列叙述正确的是()①“C919”大飞机使用的氮化硅陶瓷属于传统硅酸盐材料②“天和”核心舱电推进系统中的霍尔推力器腔体使用的氮化硼陶瓷属于新型无机非金属材料③“神舟十三号”宇宙飞船返回舱所用高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料④相控阵雷达使用的碳化硅陶瓷属于新型的有机材料A.①④

B.②③

C.①③

D.②④4传统硅酸盐材料【解析】

氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、高温结构陶瓷、碳化硅陶瓷都属于新型无机非金属材料，B正确。B101.氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。2.

各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。贰质量评价B2.(2019·江苏卷)下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是(

)A.二氧化硅具有高熔点，可用于制备光导纤维B.SiO2熔点很高，可用于制造坩埚C.SiO2熔点高、硬度大，可用于制作光学仪器D.硅酸钠易溶于水，可用于生产黏合剂和防火剂【解析】SiO2传导光的能力较强，可用于制造光导纤维，A错误；SiO2透光性好，可用于制作光学仪器，C错误；Na2SiO3不可燃且其水溶液是矿物胶，可用于生产黏合剂和防火剂，D错误。B阅读下列材料，完成第3题。A4.(1)实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α-Fe2O3。其主要实验流程如图所示：将提纯后的FeSO4溶液与氨水-NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。生成FeCO3沉淀的离子方程式：________________________________________________________________________________________________。(2)配制FeCl3溶液时，某同学误将FeCl3固体直接放入NaHCO3溶液中，看到红褐色沉淀和大量气泡，用离子方程式解释原因：______________________________________________。(3)(2023·南京、盐城一模)氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)和浓硫酸发生反应，生成Ce2(SO4)3等。该反应不宜在玻璃器皿中进行，其原因是_______________________________。反应生成的HF会腐蚀玻璃叁练习1碳及其化合物1.(2023·江苏卷)我国提出2060年实现“碳中和”的目标，体现了大国担当。“碳中和”中的碳是指(

)A.碳原子 B.二氧化碳C.碳元素 D.含碳物质B2.(2024·扬州期末)近日，科学家研制出了由石墨烯材料制成的功能性半导体。这主要是利用了石墨烯的(

)A．导电性 B.导热性

C.高熔点 D.高沸点【解析】

石墨烯制备半导体，利用了石墨烯的导电性，A正确。A3.(2023·镇江期初)我国提出2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”的目标。下列关于CO2的说法错误的是(

)A.CO2固体易升华 B.CO2是酸性氧化物C.CO2为极性分子 D.CO2属于非电解质【解析】CO2结构式为O==C==O，CO2是直线形结构，正、负电荷中心重合，为非极性分子，C错误。C4.(2021·湖北卷)“碳中和”有利于全球气候改善。下列有关CO2的说法错误的是(

)A.CO2是V形的极性分子B.CO2可催化还原为甲酸C.CO2晶体可用于人工增雨D.CO2是侯氏制碱法的原料之一【解析】CO2为直线形非极性分子，A错误；CO2→HCOOH，C元素化合价降低，理论上可被还原为HCOOH，B正确；干冰汽化时吸热，可用于人工降雨，C正确；侯氏制碱法原理之一为NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl，CO2是生产原料之一，D正确。A5.(2024·江苏各地模拟重组)(1)在海洋碳循环中，通过图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：______________________________________________。(3)以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2，还含少量Fe2O3等)为原料制取氧化铝的部分工艺流程如下：写出“除铁”生成Fe(OH)3的离子方程式：______________________________________。6.(2024·江苏各地模拟重组)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。(1)途径Ⅰ：吸收剂X能吸收CO2的原因是_______________________________；“解吸”的条件是_______________。HOCH2CH2NH2具有碱性高温、低压(2)途径Ⅱ：

“碳化”的温度不能过高的原因是_____________________________________________________________________________________；“脱碳”反应的化学方程式为____________________________________________。

温度升高，CO2的溶解度下降，转化率降低；温度升高，LiHCO3易分解生成Li2CO3肆练习2硅及其化合物1.(2023·连云港一调)晶体硅在信息技术产业中有重要应用。下列关于晶体硅说法错误的是(

)A.可制半导体芯片B.可制光导纤维C.属于无机非金属材料D.属于共价晶体B2.(2024·南通二模)下列中国古代文物中，主要由硅酸盐材料制成的是(

)A.青花碗 B.铜奔马C.纱襌衣 D.竹简牍【解析】

铜奔马的主要成分为金属铜，B错误；纱襌衣的主要成分是蛋白质，C错误；竹简牍的主要成分是纤维素，D错误。A3.(2024·宿迁二模)材料是人类生存和发展的物质基础。下列属于新型无机非金属材料的是(

)A.普通玻璃 B.氮化硅陶瓷C.硬铝 D.酚醛树脂【解析】

普通玻璃是传统无机非金属材料，A错误；硬铝是金属材料，C错误；酚醛树脂是有机高分子材料，D错误。B4.(2023·扬州期中)下列说法错误的是(

)A.Si晶体属于单质B.SiO2属于氧化物C.Si晶体属于共价晶体D.SiO2属于半导体D5.(2023·南京期初)第19届亚运会秉持“绿色、智能、节俭、文明”的办会理念。下列说法错误的是(

)A.会场“莲花碗”采取自然采光方式有利于实现“碳中和”B.火炬“薪火”使用的1070铝合金具有硬度高、耐高温的特点C.吉祥物“江南忆”机器人所采用芯片的主要成分为二氧化硅D.特许商品“亚运莲花尊”的艺术载体青瓷属于无机非金属材料C6.(2022·河北卷)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是(

)A.传统陶瓷是典型的绝缘材料B.陶瓷主要成分为SiO2和MgOC.陶瓷烧制的过程为物理变化D.白瓷的白色是因铁含量较高【解析】

陶瓷是良好的绝缘体，A正确；陶瓷主要成分为硅酸盐，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，C错误；白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。A7.

陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是(

)A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成C.陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐D.陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点【解析】Fe2O3呈红棕色，不呈青色，A错误。A8.(2024·江苏各地模拟重组)下列物质的性质与用途对应关系正确的是(

)A.氢氟酸具有弱酸性，可用于雕刻玻璃B.C60熔点低，可用作超导体C.Mg2Si3O8·nH2O能与酸反应，可用于制胃酸中和剂D.石英坩埚耐高温，可用来加热熔化烧碱、纯碱等固体【解析】

氢氟酸能与玻璃中的SiO2反应，与其弱酸性无关，A错误；C60用作超导体与其熔点无关，B错误；高温条件下，SiO2能与NaOH、Na2CO3反应，故不能用石英坩埚加热熔化烧碱、纯碱等固体，D错误。CB.步骤②③中每生成或反应1molSi，转移2mol电子C.SiO2能与氢氟酸反应，硅不能与氢氟酸反应D.SiHCl3(沸点为33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点为67.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl3D【解析】SiO2与C在高温下反应生成的气体是CO，A错误；SiHCl3中Si元素的化合价为＋4，步骤②③中每生成或反应1molSi，转移4mol电子，B错误；SiO2、Si均能与氢氟酸反应，C错误。10.下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是(

)A.键能：C—C>Si—Si、C—H>Si—H，因此C2H6稳定性大于Si2H6B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体，因此具有很高的硬度C.SiH4中Si的化合价为＋4，CH4中C的化合价为－4，因此SiH4还原性小于CH4D.Si原子间难形成双键而C原子间可以，是因为Si的原子半径大于C，难形成p-pπ键【解析】

键能越大，该物质越稳定，A正确；SiC与金刚石均为共价晶体，均具有很高的硬度，B正确；非金属性：C＞Si，还原性：SiH4＞CH4，C错误；原子半径：Si＞C，Si原子间难形成p-pπ键，D正确。C11.(2024·如皋适应性二)工业上以粉煤灰(主要含SiO2和3Al2O3·2SiO2，还含有少量CaO、Fe2O3和有机物)为原料制取某种沸石分子筛(Na12Al12Si12O48·27H2O)的过程如下：已知：粉煤灰中的硅、铝化合物煅烧时不发生反应，且难溶于酸。(1)将粉煤灰在空气中煅烧的目的是______________________________。(2)“酸浸”的操作是向“煅烧”后的固体混合物中加入足量的盐酸