第四章 非金属元素及其重要化合物第13讲 碳、硅及其重要化合物一、碳、硅单质的物理性质与用途1．碳、硅单质的存在形式2．碳、硅的物理性质和用途(用短线连接起来)：①－c ②－a ③－e ④－b ⑤－d①碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。

②同素异形体之间的转化是化学变化，但不是氧化还原反应。

二、碳、硅单质的化学性质——还原性硅、碳的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA 族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性。

1．碳的性质碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等，完成下列化学方程式。

①CO 2＋C=====高温2CO ；②C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2。

2．硅的化学性质硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气、氢氟酸、NaOH 溶液反应，不能与H 2、O 2、Cl 2、浓硫酸、浓硝酸反应，但加热时能与O 2、Cl 2反应。

完成下列化学方程式：①Si ＋2Cl 2=====△SiCl 4；②Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑；③Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。

3．硅的工业制法用焦炭和二氧化硅在电炉中反应得到粗硅，反应的化学方程式为SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO 。

工业上常用焦炭在电炉中还原SiO 2得到粗硅，但反应需隔绝空气(或O 2)，生成的是CO 而不是CO 2。

三、二氧化硅1．物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水。

2．化学性质(1)与酸反应只与氢氟酸反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。

(2)与碱(NaOH)反应SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)。

(3)与盐反应：如与Na 2CO 3反应：Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。

(4)与碱性氧化物反应：如与CaO 反应：CaO ＋SiO 2=====高温CaSiO 3。

3．用途光导纤维、光学仪器、电子部件。

四、硅酸五、硅酸盐1．硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。

2．硅酸盐组成的表示方法通过用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。

3．硅酸钠(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃有黏性，水溶液显碱性。

(2)与酸性较硅酸强的酸反应与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

(3)用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

六、无机非金属材料1．传统无机非金属材料(1)三种硅酸盐工业生产的比较(2)主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，也广泛应用于生活中。

2．新型无机非金属材料(1)高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性等。

(2)生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。

(3)压电陶瓷：具有压电效应。

1．正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。

(1)碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体。

()(2)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。

()(3)硅在自然界中只以化合态的形式存在。

()(4)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。

()(5)pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NH＋4、SiO2－3。

()(6)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋。

()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()①水玻璃既不易燃烧也不受腐蚀②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A ．①②B ．②③C ．①④D ．③④答案 C解析 水玻璃是Na 2SiO 3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；沙子不属于硅酸盐制品，②不正确；光导纤维的主要成分是SiO 2，③不正确。

考点1 碳、硅单质及其氧化物典例1 (2017·青岛高三模拟)二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。

a ～e 是对①～⑤反应中SiO 2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是( )①SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O②SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑③SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O④Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑⑤SiO 2＋3C=====高温SiC ＋2CO ↑a ．反应①中SiO 2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b ．反应②中SiO 2表现出氧化性c ．反应③中SiO 2表现了酸性氧化物的通性d ．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性酸酐的原理e ．反应⑤中SiO 2未参加氧化还原反应A ．aceB ．bdeC ．cdeD ．ab解析 通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a 、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中二氧化硅被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0变为－4和＋2，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此二氧化硅没有参加氧化还原反应，e判断也正确。

答案 B名师精讲熟记硅及其化合物的特殊性质1．下列有关说法中错误的是( )A ．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中B ．单晶硅可将太阳能转化为电能但不能将太阳能转化为热能C ．灼烧NaOH 固体时不能使用瓷坩埚，因坩埚中的SiO 2能与NaOH 反应D ．由沙子制备光伏材料的反应之一为SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑答案 B解析 氢氟酸能与玻璃中的SiO 2反应，A 正确；单晶硅也可将太阳能转化为热能，B 错误；高温下NaOH 能与瓷坩埚中的SiO 2反应，C 正确；沙子的主要成分是SiO 2，与碳反应时得到的是CO ，D正确。

2．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO 2制取Si 。

制取过程中不涉及的化学反应是( )A ．2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO ↑B ．SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2OC ．Si ＋2Cl 2=====△SiCl 4D ．SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl答案 B解析 工业制取纯硅的工艺流程为：SiO 2――→C 粗硅――→Cl 2SiCl 4――→H 2纯硅，该工艺流程中不涉及SiO 2与NaOH 溶液的反应。

考点2 硅酸 硅酸盐典例2 下列有关硅及硅酸盐材料的说法正确的是( )A ．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B ．反应①Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓，反应②Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生C ．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料D ．祖母绿的主要成分为Be 3Al 2Si 6O 18，用氧化物形式表示为3BeO·Al 2O 3·6SiO 2解析 A 项，硅酸钠本身是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结；B 项，两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO 2是气体，逸出反应体系，能促使反应发生；C 项，石英玻璃的成分为SiO 2，SiO 2是氧化物不是盐；D 项正确。

答案 D名师精讲1．硅及其化合物的特殊性(1)无机酸一般易溶于水，而H 2SiO 3却难溶于水。

(2)因H 2CO 3的酸性强于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2能发生下列反应：Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3↓＋Na 2CO 3，但在高温下Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑也能发生。

(3)Na 2SiO 3的水溶液俗称水玻璃，是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂的原料，与玻璃的成分不相同；水玻璃又称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，而不是碱溶液。

(4)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO 2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。

(5)熟悉几种常见饰品的主要成分水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO 2；珍珠的主要成分是CaCO 3；钻石是金刚石，主要成分是C ；红宝石的主要成分是Al 2O 3。

2．硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，且不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。

(2)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。

(3)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。

(4)当计量数配置出现分数时应化为整数。

如长石：KAlSi 3O 8不能写成12K 2O·12Al 2O 3·3SiO 2，应写成K 2O·Al 2O 3·6SiO 2。

3．如图所示是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()A．SiO2属于两性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示的转化都是氧化还原反应答案 C解析SiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，能与玻璃的主要成分SiO2反应，生成具有粘性的硅酸钠，导致试剂瓶不易打开，故盛放Na2CO3溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。

(建议用时：40分钟)一、选择题(每题6分，共54分)1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素()A．在自然界中只以化合态的形式存在B．单质常用作半导体材料和光导纤维C．最高价氧化物不与酸反应D．气态氢化物比甲烷稳定答案 A解析 由已知信息可知该非金属元素为硅。

硅强烈亲氧，在自然界以氧化物或复杂硅酸盐形式存在，不存在单质硅，A 正确；硅单质能用作半导体材料而不能用作光导纤维，制造光导纤维是用二氧化硅，B 错误；SiO 2能与氢氟酸反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ，C 错误；非金属性：C>Si ，故SiH 4的稳定性弱于甲烷，D 错误。