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1、课时 1 碳、硅及其化合物最新考纲1了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.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、硅单质的性质 1碳、硅的存在形态(1)碳在自然界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)硅在地壳中的含量占第二位，仅次于氧，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碳硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结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
2、高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池3.碳、硅单质的化学性质(1)碳与O2反应O2（足量）：CO2 =点燃CO2O2（不足）：2CO2 =点燃2CO)与氧化 物反应CuO：2CuOC = = = = =2CuCO2（冶炼金属）SiO2：SiO22C = = = = =高温Si2CO（制取粗硅）H2O：CH2O（g） = = = = =高温COH2（制取水煤气）)与强氧化 性酸反应浓H2SO4：C2H2SO4（浓） = = = = =CO22SO22H2O浓HNO3：C4HNO3（浓） = = = = =CO24NO22H2O)(2)与 F2反
3、应：Si2F2=SiF4。与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与 NaOH 溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。与 O2反应：SiO2SiO2。=与 Cl2反应：Si2Cl2SiCl4。=4硅的工业制法探究思考1用短线把碳的同素异形体与其物理性质和用途连接起来2判断正误(1)碳的几种单质性质不同的原因主要是由于其结构不同。( )(2)12C、13C、14C 是碳的三种同素异形体。( )(3)硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体( )(4)硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料( )(5)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应( )(6)加热到
4、一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6)【示例 1】 下列说法不正确的是( )。A高温下用焦炭还原 SiO2制取粗硅(2013广东，11C)B单晶硅是将太阳能转变为电能的常用材料(2012新课标，8B)C单质硅常用作半导体材料和光导纤维(2011山东理综，10B)D硅是构成一些岩石和矿物的基本元素(2009广东理基，22)思维启迪 硅是现在应用最为广泛的半导体材料，而光导纤维的主要成分为SiO2，光导纤维不导电(填“导电”或“不导电”)。解析 光导纤维的主要成分为二氧化硅而不是硅单质。答案 C【示例 2】 (2012重庆理综，26 节选
5、)金刚石、SiC 具有优良的耐磨、耐腐蚀特性，应用广泛。(1)碳与短周期元素 Q 的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物 R 为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是_，Q 是_。R 的电子式为_。(2)一定条件下，Na 还原 CCl4可制备金刚石。反应结束冷却至室温后，回收其中的 CCl4的实验操作名称为_，除去粗产品中少量钠的试剂为_。(3)碳还原 SiO2制 SiC，其粗产品中杂质为 Si 和 SiO2。现将 20.0 g SiC 粗产品加入到过量的 NaOH 溶液中充分反应，收集到 0.1 mol 氢气，过滤得 SiC 固体11.4 g，滤液稀释到 1 L。生成氢气的离子方
6、程式为_，硅酸盐的物质的量浓度为_。解析 (1)C(碳)的两种常见气态化合物为 CO、CO2，其中 CO2为非极性分子，所以 Q 为 O，R 为 CO2。(2)根据 Na 能与 H2O(或 CH3CH2OH)反应，而金刚石性质稳定的特点，可用H2O(或 CH3CH2OH)除去金刚石中含有的 Na。(3)Si 与 NaOH 溶液反应的离子方程式为Si2OHH2O=SiO322H2。20.0 g 粗产品中，含有 11.4 g SiC，根据Si2H2，可得 m(Si)0.05 mol28 gmol11.4 g，m(SiO2)20.0 g11.4 g1.4 g7.2 g，n(SiO2)0.12 mol
7、，根据 Si 原子守恒，可得 n(Na2SiO3)0.17 mol，故 c(Na2SiO3)0.17 0.17 mol1 LmolL1。答案 (1)第二周期第A 族 O(氧) (2)过滤 水(或乙醇)(3)Si2OHH2O=SiO322H2 0.17 molL11(2013榆林模拟)科学家在不断深入的研究中，发现了一系列新的碳单质，对碳单质的研究已发展成一门独立的科学碳科学。下列关于碳单质的叙述正确的是( )。A碳的各种单质互称为碳的同素异形体B碳元素的各种单质结构虽然不同，但性质差别不大C碳元素的单质性质不同，其用途相同D碳元素的单质只有金刚石、石墨和 C60解析 碳元素的单质结构不同，物理
8、性质差别较大，B 错误；碳元素单质性质不同，用途也不相同，C 错误；常见的碳元素单质有金刚石、石墨和 C60，但同时还存在其他单质，D 错误。答案 A2硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是( )。A硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B从 Si(s)O2(g)SiO2(s) H858.6 kJmol1可知，硅燃烧放= = = = =出的热量多C自然界中硅的储量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析 硅燃烧生成二氧化硅，二氧化硅是固体，其污染容易得到有效控制；硅为固体燃料，化学性质不活泼，运输、
9、贮存比较容易且又安全；硅在自然界中无单质形式，只有化合物，所以 C 是错误的。答案 C32009浙江理综，28(1)(2)(3)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度 450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/18
10、0300162请回答下列问题：(1)写出装置 A 中发生反应的离子方程式：_。(2)装置 A 中 g 管的作用是_；装置 C 中的试剂是_；装置 E 中的 h 瓶需要冷却的理由是_。(3)装置 E 中 h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。解析 依据题中信息可知 A 为 Cl2的发生装置，B、C 为 Cl2净化装置，D 中发生反应 2Cl2SiSiCl4，生成 SiCl4用 E 收集，B 中为饱和食盐水= = = = =将氯化氢气体除去，C 中应为浓 H2SO4除水，由表中数据可知 SiCl4沸点
11、较低，用冷却液冷却可得到液态 SiCl4。答案 (1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O=(2)平衡气压 浓 H2SO4 SiCl4沸点较低，用冷却液冷却可得到液态 SiCl4 (3)Al、B、P碳、硅单质的特殊性1一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。2一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3Si 的还原性大于 C，但 C 在高温下能还原出Si：SiO22CSi2CO。= = = = =高温4非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放
12、出氢气：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。5非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟 HF 作用：Si4HF=SiF42H2。6一般情况下，金属(Na、K)能置换出水中的氢，但 C 在高温下也能置换出H2O 中的氢：CH2O(g)H2CO。= = = = =高温考点二 碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质燃烧：2COO22CO2，淡蓝色火焰；=点燃还原 CuO：CuOCOCuCO2(冶炼金属)。=2二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 CO2分子主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固
13、体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应 化学性质与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH= Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH= NaHCO3与盐反应如与 Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3=高温CO2如与 Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与 CaO 反应：SiO2C
14、aOCaSiO3=高温如与 Na2O 反应：Na2OCO2= Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐探究思考1判断正误(1)CO2不支持燃烧是相对的。( )(2)CO 和 CO2是碳的两种氧化物，二者均是温室气体。( )(3)酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应。( )(4)工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2CSiCO2。( )= = = = =高温(5)不能用 SiO2与水反应的方法来制取硅酸，不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化。( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)2指出下列反应中 SiO2所表现的化学性质或作用，在 AE 选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O( )(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2( )= = = = =高温(3)SiO22CSi2CO( )= = = = =高温(4)SiO23CSiC2CO( )= = = = =高温(5)SiO24HF=SiF42H2O( )A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应答案 (1)C (2)D (3)B (4)E (5)A【示例 3】 下列说法
