基础课时1 碳、硅及其重要化合物
[最新考纲]
1．了解碳元素、硅元素的单质的主要性质及应用。
2.了解碳元素、硅元素的重要化合物的主要性质及应用。
3.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境质量的影响。
考点一碳、硅及其氧化物的性质
[知识梳理·固考基]
1．碳、硅元素的存在形态
(1)碳元素在自然界中既有游离态又有化合态。
碳的同素异形体有金刚石、石墨、无定形碳、C60等。
(2)硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，全部以化合态存在，是一种亲氧元素，单质硅有晶体和无定形两种。
2．碳、硅单质的结构、物理性质与用途的比较
提醒：①碳单质的结构不同导致物理性质不同，但化学性质相似。
②12C 、13C 、14C 是碳的三种同位素而非同素异形体。
③同素异形体之间的转化为化学变化，但不是氧化还原反应。
3．碳、硅单质的化学性质 (1)碳的化学性质
(2)硅的化学性质及制取
①与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。
②与NaOH 溶液反应：
Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑； ③与O 2反应：Si ＋O 2=====△
SiO 2。
④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↑。
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＋SiO2=====
高温Si＋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。
4．二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＋H2O H2CO3
②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===NaHCO3
④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↓＋
2NaHCO 3
⑤与碱性氧化物反应
如与CaO 反应：SiO 2＋CaO=====高温
CaSiO 3 如与Na 2O 反应：Na 2O ＋CO 2===Na 2CO 3
用途
光导纤维、光学仪器、电子
部件
制饮料、制碳酸盐 提醒：①SiO 2和CO 2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水；CO 2与水反应生成碳酸，但SiO 2不溶于水，故不能用SiO 2与水反应制备硅酸。
②SiO 2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SiO 2＋Na 2CO 3=====高温
Na 2SiO 3＋CO 2↑来说明SiO 2对应的水化物(即H 2SiO 3)的酸性比H 2CO 3强。
1．(RJ 必修1·P 8110改编)下列关于碳、硅的叙述正确的是( ) A ．碳、硅都是ⅣA 族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在 B ．二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似
C ．二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH 溶液反应生成相应的盐
D ．高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料 答案 C
2．(LK 必修1·P 714改编)用墨书写的字画可以久不变色，说明碳单质在常温下性质稳定，工业上利用高温下焦炭与水蒸气反应制取水煤气，化学方程式为C ＋H 2O(g)=====高温
CO ＋H 2，说明碳单质高温下具有较强的还原性。
3．(溯源题)判断下列说法是否正确
(1)元素C 的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体(×)
(2015·江苏化学，4A)
(2)粗硅――→Cl 2高温SiCl 4――→H 2高温Si 物质间的转化可一步实现(√)
(2015·江苏化学，8A)
(3)将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO 2(×) (2015·天津理综，2D)
(4)SiO 2可与HF 反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中(√) (2013·广东理综，10D)
(5)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料(√) (2012·新课标全国卷，8B)
探源：本高考题组主要源于教材RJ 必修1 P 76“思考与交流”与LK 必修1 P 62“多种多样的碳单质”及其拓展，对碳、硅及其氧化物的常见性质进行了考查。
[题组精练·提考能]
题组一 碳、硅单质的性质 1．下列说法正确的是( )
A ．焦炭具有还原性，高温下能将二氧化硅还原为硅
B ．晶体硅用于制作半导体材料是因其熔点高、硬度大
C ．硅主要以单质、氧化物、硅酸盐的形式存在于自然界中
D ．高纯硅可以制作太阳能电池，其工作原理与原电池相同
解析 A 项，发生反应：SiO 2＋2C=====高温
Si ＋2CO ↑，焦炭表现出还原性，正确；B 项，晶体硅用于制作半导体材料是因为具有特殊的导电性，与熔点、硬度无关，错误；在自然界中无单质Si ，C 选项错误；D 选项，一个是把光能转化为电能，一个是把化学能转化为电能，D 错误。
答案 A
2．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、C60等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素共有多种单质。
答案 B
【练后归纳】
非金属单质硅的特殊性
题组二性质迥异的氧化物(CO2、SiO2)
3．(2015·陕西质检)下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是( )
A．都是共价化合物
B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨
C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸
D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应
解析SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。
答案 C
4．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
解析由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3，因而会析出NaHCO3晶体，A项正确；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2＋
Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O ，继续通CO 2，生成可溶于水的Ca(HCO 3)2，再加入足量的NaOH ，则：2NaOH ＋Ca(HCO 3)2===CaCO 3↓＋Na 2CO 3＋2H 2O ，溶液又变浑浊。
答案 B
5．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 ．SiO 2可将太阳能转化为电能
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时的反应之一为SiO 2＋2C=====高温
Si ＋2CO ↑
解析 氢氟酸能与玻璃中的SiO 2反应，A 正确；SiO 2不能将太阳能转化为电能，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。
答案 B 【反思归纳】 SiO 2的特殊性
拓展：
根据SiO2性质的一般性与特殊性完成下列表格(其中括号内为要除去的杂质)。
可供选择的试剂：A.盐酸B．氢氧化钠溶液C．氧气D．水E．二氧化碳可选用的操作：①水洗②加热③高温灼烧④过滤⑤结晶。