1、 1、掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系以及应用。2、了解硅酸盐工业、常见无机非金属材料的性质和用途，新型无机非金属材料的特性及其应用。3、以新材料、新技术为背景考查 C、Si 元素及其重要化合物的性质及应用。一、碳、硅元素的存在及单质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、C 60等。（2）硅元素在地壳中的含量占第二位，仅次于氧元素，是一种亲氧元素，全部以化合态存在，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碳 硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构C60：足球烯晶体硅：与金刚石类似的空间网状结
2、构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用于制造切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料，制造硅芯片和硅太阳能电池3、碳、硅单质的化学性质还原性碳、硅原子的最外电子层都是 4 个电子，位于元素周期表的第A 族，不容易失电子也不容易得电子，单质化学性质较稳定，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(如图)。（1）碳的化学性质（2）硅的化学性质与氢氟酸反应：Si4HF= =SiF42H 2；与 NaOH 溶液反应：Si2NaOHH 2O=Na2SiO32H 2；与 F2反应：2F 2Si= =Si
3、F4；与 O2反应：SiO 2 SiO2；= = = = = 与 Cl2反应：Si2Cl 2 SiCl4。= = = = = 4、硅单质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SiO22C Si2CO。= = = = =高 温 【归纳总结】熟记硅单质的特殊性质Si 的还原性大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO 22C Si2CO；= = = = =高 温 非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但 Si 能与 HF 反应：Si4HF= =SiF42H 2；非金属单质大多为非导体，但 Si 为半导体。【典型例题 1】 【重庆八中 2018 届期中】下列说法中正确
4、的是 （ ）A自然界中存在单质硅B硅胶具有吸水性，可以用作食品干燥剂CSiO 2既能和 NaOH 溶液反应又能和氢氟酸反应，故 SiO2是两性氧化物DSi 和 C 是同主族元素，其性质相似，CO 2能与水反应，故 SiO2也能与水反应【答案】B【点评】碳、硅元素都位于第 IVA 族，硅及其化合物具有不同与其他非金属的特性，如硅在自然界的存在，SiO2作为酸性氧化物的特性等，复习时应重点掌握硅及其化合物的特性。【迁移训练 1】 【2019 届一轮复习针对训练（碳、硅及其化合物） 】下列关于碳和硅的叙述，正确的是 （ ）A其单质在加热时都能跟氧气反应B其氧化物都能跟氢氧化钠溶液反应C其含氧酸可由相
5、应的氧化物溶于水得到D其单质化学性质稳定，都能以游离态存在于自然界中【答案】A 【解析】A其单质在加热时都能跟氧气反应，生成二氧化碳、二氧化硅，A 正确；B二氧化碳、二氧化硅都能跟氢氧化钠溶液反应，CO 与氢氧化钠溶液不反应，B 错误；C二氧化碳溶于水生成碳酸，二氧化硅不溶于水，C 错误；D硅是亲氧元素，不能以游离态存在于自然界中，硅全部以化合态存在与自然界中，D 错误。答案选 A。二、碳、硅元素的氧化物1、一氧化碳CO 是无色无味的有毒气体，不溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的还原剂。（1）燃烧的化学方程式为 2COO 2 2CO2。（2）还原 CuO 的化学方程式为 COCuO CuCO
6、2。2、二氧化碳和二氧化硅的比较物质 二氧化碳 二氧化硅化学式CO2，表示一个分子的组成SiO2，没有分子，只表示组成及其原子比例晶体类型 分子晶体 原子晶体主要物理性质熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水与水反应 CO2H 2OH 2CO3 不反应与酸反应 不反应只与 HF 反应：SiO24HF= =SiF42H 2O与碳反应 CO2C2CO SiO22C= = = = =高 温 电 炉Si2CO与碱反应CO2(少量)2NaOH= =Na2CO3H 2O，CO2(足量)NaOH= =NaHCO3SiO22NaOH= =Na2SiO3H 2O(盛碱液的试
7、剂瓶不用玻璃塞而用橡皮塞的原因)与盐反应H2OCO 2(不足)Na 2SiO3=H2SiO3Na 2CO3,2H2O2CO 2(足量)Na 2SiO3=H2SiO32NaHCO 3SiO2Na 2CO3Na2SiO3CO 2化学性质与碱性氧化物反应CO2Na 2O=Na2CO3 SiO2CaO CaSiO 3制备 工业制法： CaCO3CaOCO 2；实验室制法：CaCO32HCl= =CaCl2H 2OCO 23、主要用途CO2：制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷剂。SiO2：作光导纤维，制光学仪器、电子部件，水晶可制作饰品。【归纳总结】 （1）熟记含硅化合物的特殊性质SiO 2是 H2SiO3的
8、酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3；酸性氧化物一般不与酸反应，但 SiO2能跟 HF 反应：SiO 24HF= =SiF42H 2O；无机酸一般易溶于水，但 H2SiO3难溶于水；因 H2CO3的酸性大于 H2SiO3，所以在 Na2SiO3溶液中通入少量 CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO 2H 2O=H2SiO3Na 2CO3，但在高温下 SiO2Na 2CO3 Na2SiO3CO 2也= = = = =高 温 能发生。（2）不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是 SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片及光伏电池的是晶体硅。【典型例题 2】 【 2019
9、 届一轮复习针对训练（碳、硅及其化合物） 】下列关于 CO2和 SiO2性质的说法中，不正确的是 （ ）ACO 2与 SiO2在物理性质上差别很大BSiO 2不与 CaCl2溶液反应，而 CO2通入 CaCl2溶液中可得到白色沉淀CCO 2和 SiO2都是酸性氧化物，都能与 NaOH 溶液反应DCO 2通入到水玻璃中可以得到硅酸【答案】B【点评】本题考查了二氧化碳、二氧化硅性质判断，熟悉较强酸制备较弱酸规律、熟悉酸性氧化物、二氧化碳、二氧化硅晶体结构是解题的关键，题目难度不大。B 选项是解答的易错点。【迁移训练 2】 【福建省福建师范大学第二附属中学 2018 届高三上期中】下列有关说法或对有
10、关现象的解释正确的是 （ ）ASiO 2既可与 NaOH 溶液反应也可与 HF 溶液反应均生成盐和水，所以 SiO2属于两性氧化物BSO 2 和 NH3分别通入水中其水溶液均可以导电，所以 SO2 和 NH3均属于电解质C “水滴石穿”不仅包含着“量变到质变”的哲学思想，同时也包含了物理和化学变化D 14CO2和 12CO2具有相同的元素组成，所以 14CO2和 12CO2属于同素异形体【答案】C三、硅酸和硅酸盐、传统无机非金属材料1、硅酸（1）溶解性：硅酸不溶于水。（2）化学性质弱酸性：酸性比碳酸还弱，不能使紫色石蕊溶液变红色。Na2SiO3CO 2+H2O=Na2CO3H 2SiO3 。硅
11、酸不稳定，受热易分解：H 2SiO3 SiO2H 2O。= = = = = 硅酸能与碱溶液反应，如与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 H2SiO32NaOH= =Na2SiO32H 2O。硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。（3）制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na 2SiO32HCl=2NaClH 2SiO32、硅酸盐（1）硅酸盐：是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。（2）硅酸钠白色、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。常用于制作黏合剂、防腐剂、硅胶和耐火材料。它能与酸性比硅酸强的酸反应与盐酸反应：Na 2SiO
12、32HCl= =2NaClH 2SiO3。与 CO2水溶液反应：Na 2SiO3CO 2H 2O=H2SiO3Na 2CO3。（3）硅酸盐组成的表示通常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(Na 2SiO3)可表示为 Na2OSiO2，长石(KAlSi 3O8)可表示为：K 2OAl2O36SiO2 。【特别提醒】用氧化物的形式表示硅酸盐时需注意：（1）氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。（2）氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。氧化物之间以“”隔开；系数配置出现分数应化为整数。例如：长石：KAlSi 3O8不
13、能写成 K 2OAl2O33SiO2，应写成 K2OAl2O36SiO2。（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。如正长石：KAlSi 3O8不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写12 12成 K2OAl2O36SiO2。3、传统无机非金属材料传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。（1）普通玻璃主要原料：纯碱、石灰石、石英。主要设备： 玻璃熔炉主要成分： Na 2SiO3、CaSiO 3、 SiO 2。玻璃生产中的两个重要反应：Na 2CO3SiO 2Na2SiO3CO 2；CaCO3Si
14、O 2CaSiO3CO 2。（2）普通硅酸盐水泥主要原料：石灰石、黏土。主要设备： 水泥回转窑主要成分（写出名称和化学式）：硅酸三钙(3CaOSiO 2)、硅酸二钙(2CaOSiO 2)、铝酸三钙(3CaOAl 2O3)（3）陶瓷主要原料：黏土主要设备： 陶瓷窑4、新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。材料类别 主要特性 示例 用途高温结构陶瓷 能承受高温，强度 氮化硅陶瓷 汽轮机叶片、轴承、永久性模具等高半导体陶瓷 具有电学特性 二氧化锡陶瓷 集成电路中的半导体光学材料 具有光学特性 光导纤维 光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷 具有生物功能 氧化铝陶瓷 人造骨骼、
15、人造关节、接骨螺钉【典型例题 3】 【福建省 2018 年 4 月高三质检】下列各组物质中，均属于硅酸盐工业产品的是 （ ）A陶瓷、水泥 B水玻璃、玻璃钢C单晶硅、光导纤维 D石膏、石英玻璃【答案】A【点评】本题考查硅酸盐产品，难度较小，解题关键：明确物质的组成，注意基础知识的积累掌握易错点 B，水玻璃是硅酸钠的水溶液、玻璃钢(FRP)亦称作 GFRP，即纤维强化塑料。【迁移训练 3】 【江西省新余市一中 2018 届毕业年级第二次模拟】用二氧化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的形成，不正确的是 （ ）A正长石KAlSi 3O8：K 2OAl2O33SiO2B镁橄榄石Mg 2SiO4：2MgOS
16、iO 2C钙沸石CaAl 2Si3O103H2O： CaOAl 2O33SiO23H2OD高岭石Al 2(Si2O5)(OH)4：Al 2O32SiO22H2O【答案】A【解析】正长石KAlSi 3O8：K 2OAl2O36SiO2，故 A 错误。考点一：硅的性质及高纯硅的制备方法1、硅的性质硅的性质要注意的是其性质稳定，但能与发生一些比较特别的反应，如常温下与 F2、HF、NaOH 反应；加热时能与 H2化合生成不稳定的氢化物 SiH4，加热时还能与 Cl2、O 2化合分别生成 SiCl4、SiO 2。2、高纯硅在信息产业中的应用越来越广泛，故其制取也就成了热点题型。其制取过程一般为：SiO
17、2 粗硅 SiCl4 高纯硅（1)制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO22C Si2CO。（2）粗硅提纯Si2Cl 2 SiCl4，SiCl42H 2 Si4HCl。Si3HCl SiHCl3H 2，= = = = =250 300 Cu粉 或 Ag粉SiHCl3H 2 Si3HCl。【典型例题 4】 【贵州遵义四中 2018 届高三 3 月月考】硅是最理想的太阳能电池材料，高性能晶硅电池是建立在高质量晶硅材料基础上的。工业上可以用如图所示的流程制取高纯硅。（1）硅在周期表中的位置是_，反应 1 中氧化剂与还原剂的物质的量之比为：_（2）粗硅与 HCl 反应
18、完全后,经冷凝得到的 SiHCl3 (沸点 31.8)中含有少量 SiCl4 (沸点 57.6)和SiH2Cl2 (沸点 8.2)、SiH 3Cl(沸点-30.4)提纯 SiHCl3采用的方法为_，整个过程中可以循环利用的物质 X 是：_（填化学式）（3）提纯粗硅的过程中必须严格控制无水无氧，原因之一是硅的卤化物极易水解，写出 SiCl4遇水剧烈反应的化学方程式_（4）硅在有 HNO3存在的条件下，可以与 HF 生成 H2SiF6，同时有不溶于水的气体生成，该气体遇空气变为红棕色，硅单质发生的化学方程式为_（5）某工厂用 100 吨纯度为 75%的石英砂为原料经第一步反应制得的粗硅中含硅 28
19、 吨，则该过程中硅的产率是：_（精确到小数点后两位）【答案】 第三周期第 IVA 族 1:2 蒸馏或分馏 HCl SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl 或 3SiCl4+4H2O=H3SiO4+4HCl 3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO+8H 2O 0.80 或 80.00%【点评】与新能源有关的多晶硅会成为今后命题的热点。教材只在习题中简单介绍了粗硅及高纯硅制备的反应原理，而高考命题者却把这一知识点迁移到高纯硅制备的工艺流程之中。制备过程中，往往涉及氯气的制备、气体的净化及物质的分离提纯等操作，有时还会用化学平衡理论解释实验过程中遇到的具体问题，在考查元素化合物的
20、同时，渗透了对化学基本理论的考查。【迁移训练 4】 【安徽省六安市一中 2017-2018 学年高一下学期开学考试】晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下:高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3: Si+3HC1 SiHCl3+H2SiHCl 3与过量 H2在 10001100反应制得纯硅。已知 SiHCl3能与 H2O 强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题:（1）中制取粗硅的化学方程式:_。（2）粗硅与 HCl 反应完全后，经冷凝得到的 SiHCl3 (沸点 33.0) 中含有少量 SiCl4(沸点 57.6)和HCl(沸点-84.7)
21、，提纯 SiHCl3采用的方法为_。（3）用 SiHCl3与过量 H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置 B 中的试剂是浓硫酸。装置 C 中的烧瓶需要加热，其目的是_。装置 D 中发生反应的化学方程式为_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是_。A碘水 B氯水 CNaOH 溶液 DKSCN 溶液 e.Na 2SO3【答案】 SiO 2+2C Si+2CO 分馏（或蒸馏） 使滴入烧瓶中的 SiHCl3汽化 SiHCl 3+H2 Si+3HCl b、d考点二：CO 2的相关性质1、CO 2与盐溶液的常见反应碳酸是一种弱酸，
22、其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将 CO2气体通入 Na2SiO3、NaClO、NaAlO 2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如：CO 2Na 2CO3H 2O=2NaHCO3CO 2Na 2SiO32H 2O=H4SiO4Na 2CO3或 CO2Na 2SiO3H 2O=H2SiO3Na 2CO3当 CO2过量时，发生反应如下：2CO2Na 2SiO32H 2O=H2SiO32NaHCO 3CO 2Ca(ClO) 2H 2O=CaCO32HClO当 CO2过量时，发
23、生反应如下：2CO2Ca(ClO) 22H 2O=Ca(HCO3)22HClOCO 2 H 2O NaHCO 3CO 2NaAlO 22H 2O=Al(OH)3NaHCO 3(CO2过量时)CO22NaAlO 23H 2O=2Al(OH)3Na 2CO3(CO2少量时)【易错警示】CO 2通入 CaCl2或 BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。CO 2与 溶液反应的产物与 CO2的用量无关，都生成 NaHCO3，因为酸性H2CO3 HCO 。 3CO 2与 NaClO 溶液反应的产物与 CO2的量无关，也只能生成 NaHCO3，不能生成 Na2CO3，因为酸性 H2CO3H
24、ClOHCO 。 32、二氧化碳反应先后关系当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。如将 CO2通入 KOH、Ba(OH) 2混合溶液中，假设 CO2先与 KOH 反应，则生成的 K2CO3会与 Ba(OH)2继续反应生成 BaCO3，故假设错误，应该是 CO2先与 Ba(OH)2反应。3、CO 2与碱反应产物的定量判断CO2通入 NaOH、Ca(OH) 2等强碱溶液的反应与 CO2气体的通入量有关，当 CO2通入少量时生成碳酸盐，当 CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当 CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐
25、生成，因此推断时一定要注意 CO2与碱之间量的关系。以 CO2与 NaOH 溶液反应为例：CO22NaOH= =Na2CO3H 2OCO2NaOH= =NaHCO3当 n(OH ) n(CO2)的值不同时产物如下：【典型例题 5】 【江西省九江一中 2018 届上学期期末】将一定体积 CO2气体通入到一定浓度的 NaOH 溶液中，向反应后溶液中滴加相关试剂,下列结论正确的是 （ ）A逐滴滴加盐酸溶液，立即产生气泡，则生成物只含有 NaHCO3B逐滴滴加盐酸溶液，开始无气泡产生，则生成物一定含有 Na2CO3C加入 BaCl2溶液，有白色沉淀，则可确定 CO2和 NaOH 反应的离子方程式：CO
26、 2+2OH-=CO H 2OD加入 MgCl2溶液，有白色沉淀，则反应中 NaOH 溶液过量。【答案】A【点评】本题考查学生二氧化碳和氢氧化钠之间的反应情况，注意物质的过量和不足引起的反应产物的变化是解答的关键。分析 Na2CO3和 NaHCO3的混合溶液与盐酸反应的先后顺序：在 Na2CO3和 NaHCO3的混合溶液中，逐滴加入盐酸，盐酸先与何种物质反应，取决于 CO32 和 HCO3 结合 H 的难易程度。由于CO32 比 HCO3 更易于结合 H 形成难电离的 HCO3 ，故盐酸应先与 Na2CO3溶液反应。只有当 CO32 完全转化为 HCO3 时，再滴入的 H 才与 HCO3 反应
27、。如果含有氢氧化钠，则优先发生中和反应。【迁移训练 5】 【河北省辛集市第一中学 2018 届高三上学期第一次月考】向以下六种饱和溶液中分别持续通入 CO2，最终得到沉淀或析出晶体的一组是 （ ）Ba(NO 3)2Ca(OH) 2Na 2SiO3 NaAl(OH) 4 Na 2CO3NH 3和 NaClA B C D【答案】C考点三：碳、硅及其化合物之间综合转化关系1、知识网络（1）碳及其化合物的转化关系图（2）硅及其化合物的转化关系图2、推断中常用题眼解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口” 。【典型例题 6】
28、 【黑龙江佳木斯一中 2018 届第一次月考】常见物质之间的转化如下图所示：其中 B 常被用于制造光导纤维，其对应的单质的结构与金刚石的结构是相似的。（1）试推测：A_，F_(写化学式)（2）试写出反应的离子方程式：_。（3）写出反应的化学方程式_。（4）在反应中，碳的作用是_，当生成 1molA 时，转移电子的数目为_。【答案】 Si H 2SiO3 SiO2+20H =SiO32 +H2O SiO2+2C Si+2CO 还原剂 2.408l0 24化合价降低 4 价，因此生成 1molSi，转移电子物质的量为 4mol，转移电子的数目是 4NA。【点评】本题是无机元素及化合物的推断题，本题
29、相对比较简单，熟记光导纤维的成分是 SiO2，工业上制取硅，注意生成的是 CO，不是 CO2，同时注意（4） ，问题是转移电子的数目，不是转移电子的物质的量。从物质之间的转化关系中找准突破口，问题就会各个击破，迎仍而解。【迁移训练 6】 【广东省湛江一中 2018 届上学期期末】硅单质化学性质不活泼，但常温下能与强碱溶液反应，下面几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示：（1）写出图示反应的几种物质的化学式：B_，C_，D_。（2）写出下列反应的化学方程式：BA：_；BE：_。（3）写出下列溶液中反应的离子方程式：DC：_。【答案】 SiO 2 H2SiO3 Na2SiO3 SiO22C Si2CO CaCO3SiO 2 CaSiO3CO 2 SiO H 2OCO 2=H2SiO3CO （或 SiO 2H 2O2CO 2=H2SiO32HCO 3-）
