高一化学复习精品讲义必修1碳硅及其化合物新人教版.docx
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高一化学复习精品讲义必修1碳硅及其化合物新人教版
碳、硅及无机非金属材料
一、碳、硅单质及其重要化合物的性质
1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
（1）自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
（2）单质的结构、物理性质与用途比较
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
2.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
（2）Si
3．硅的工业制法
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
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＋H2OH2CO3
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）
O2少量：
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2过量：
CO2＋NaOH===NaHCO3
④与盐反应
如与Na2CO3反应：
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
如与Na2SiO3反应：
Na2SiO3＋H2O＋CO2（不足）===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2（足量）===H2SiO3↓＋2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应
如与CaO反应：
SiO2＋CaO
CaSiO3
如与Na2O反应：
Na2O＋CO2===Na2CO3
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
5.硅酸和硅酸钠
（1）硅酸
硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊溶液变红色。
①硅酸不稳定，受热易分解：
H2SiO3
SiO2＋H2O。
②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
③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。
（2）硅酸钠（Na2SiO3）
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它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：
与盐酸反应：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。
与CO2水溶液反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
③用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
【互动思考
1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？
为什么？
答案没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。
2．写出除去下列气体中混有的杂质（括号内为杂质）可采取的方法：
（1）CO（CO2）______________________________________________________________________
（2）CO2（CO）______________________________________________________________________
（3）CO2（O2）______________________________________________________________________
（4）CO2（SO2）_____________________________________________________________________
（5）CO2（HCl）_____________________________________________________________________
答案
（1）通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶
（2）通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管（3）通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管（4）通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶（5）通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶
3．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质）。
将所选答案的编号填入下表内相应的空格内（如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着）。
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
粉末状混合物
选择的试剂
选用的操作
（1）
CaCO3（SiO2）
（2）
NaCl（SiO2）
（3）
SiO2（Fe2O3）
（4）
SiO2（CaCO3）
（5）
SiO2（NH4Cl）
答案
（1）B④
（2）D④⑤（3）A④（4）A④（5）②
解析可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸（氢氟酸除外）反应；它受热不分解等性质选择。
而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。
通过一定操作，除去杂质。
除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：
（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
（3）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O
（4）CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O
（5）NH4Cl
NH3↑＋HCl↑
题组一对比掌握CO2、SiO2的结构与性质
1．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（）
A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐
B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸
C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物
D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的
答案A
解析SiO2不能与水反应，B项错；SiO2也是酸性氧化物，C项错；SiO2中不存在分子，其化学式仅代表Si、O原子个数比为1∶2。
2．2019·天津理综，7（4）]晶体硅（熔点1410℃）是良好的半导体材料。
由粗硅制纯硅过程如下：
Si（粗）
SiCl4
SiCl4（纯）
Si（纯）
写出SiCl4的电子式：
______________；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，写出该反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________。
答案
SiCl4（g）＋2H2（g）
Si（s）＋4HCl（g）
ΔH＝＋0.025akJ·mol－1
熟记硅及其化合物的特殊性质
1．硅单质的特殊性
（1）Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：
SiO2＋2C
Si＋2CO↑；
（2）非金属单质跟碱液作用一般无H2放出，但Si与碱液作用却放出H2：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；
（3）非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能与HF作用：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
（4）非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。
2．含硅化合物的特殊性
（1）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3；
（2）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；
（3）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水；
（4）因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑也能发生。
题组二CO2与盐或碱溶液反应的规律
2．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（）
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液变浑浊
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去
Ca（ClO）2溶液
D
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊
澄清石灰水
答案B
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===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca（HCO3）2，再加入足量的NaOH，则：
2NaOH＋Ca（HCO3）2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。
3．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c（CO
）与c（HCO
）的比值为（不考虑CO
、HCO
的水解）（）
A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3
答案B
解析n（CO2）＝
＝0.150mol，
n（NaOH）＝0.200L×1.00mol·L－1＝0.200mol，
＝
＝
即1<
<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则
解得
，所以
＝
。
CO2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：
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH===NaHCO3
当n（OH－）∶n（CO2）的值不同时产物如下：
二、硅酸盐及无机非金属材料
1．硅酸盐
（1）概念：
由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
（2）表示方法：
硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成Na2O·SiO2，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
2．无机非金属材料
（1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
①常见硅酸盐材料比较
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔窑
陶瓷窑
②玻璃生产中的两个重要反应：
Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑。
③主要用途：
陶瓷、玻璃、水泥是主要建筑材料，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。
题组一无机非金属材料成分的辨别
1．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）
①水玻璃是一种矿物胶，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Na2SiO3的水溶液，可用作防火剂和防腐剂，①正确；光导纤维的主要成分是SiO2，③不正确。
2．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（）
A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4
B．碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2
D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2
答案D
解析A项，在氮化硅中N元素为－3价，Si元素为＋4价，则化学式为Si3N4，正确；D项，在SiO2晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。
1．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、计算机芯片的是晶体硅。
2．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SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。
三、碳、硅转化关系的应用
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
题组一常见转化关系判断
1．已知甲、乙、丙、X是4种化学中常见的物质，其转化关系符合下图。
则甲和X（要求甲和X能互换）不可能是（）
A．C和O2B．CO2和NaOH溶液
C．Cl2和FeD．AlCl3溶液和NaOH溶液
答案C
解析A项正确，既可以实现C
CO
CO2
CO的转化，也可以实现O2
CO2
CO
CO2的转化；B项正确，既可以实现CO2
NaHCO3
Na2CO3
NaHCO3的转化，也可以实现NaOH
Na2CO3
NaHCO3
Na2CO3的转化；C项错误，可以实现Cl2
FeCl3
FeCl2
FeCl3的转化，但不能实现Fe
FeCl3
FeCl2的转化；D项正确，既可以实现AlCl3
Al（OH）3
NaAlO2
Al（OH）3的转化，也可以实现NaOH
NaAlO2
Al（OH）3
NaAlO2的转化。
2．如图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溶液的试剂瓶能用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生
D．图中所示转化反应都是氧化还原反应
答案C
解析SiO2是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A错；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。
题组二化工生产中的硅及化合物的转化
3．硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
（1）硅在元素周期表中的位置是________。
（2）工业上生产粗硅的反应有：
SiO2＋2C
Si（粗）＋2CO↑；SiO2＋3C
SiC＋2CO↑。
若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________。
（3）工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：
①若反应Ⅰ为Si（粗）＋3HCl
SiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为________________________。
②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：
__________________。
③假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应Ⅰ中HCl的利用率为90%，反应Ⅱ中H2的利用率为93.75%，则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是________。
答案
（1）第三周期第ⅣA族
（2）5∶2
（3）①SiHCl3＋H2
Si（纯）＋3HCl
②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑
③5∶1
解析
（1）硅在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。
（2）根据反应SiO2＋2C
Si（粗）＋2CO↑，SiO2＋3C
SiC＋2CO↑，生成1molSi需C2mol、SiO21mol，生成1molSiC需C3mol、SiO21mol，产品中Si与SiC的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为5∶2。
（3）①反应Ⅱ的化学方程式为SiHCl3＋H2
Si（纯）＋3HCl。
②化学方程式为SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑。
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