单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级2022-3-21�›第四章非金属及其重要化合物第9讲碳、硅及其重要化合物备考导航核心素养1．了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响，了解传统无机非金属材料的原料、成分，认识无机非金属材料在生产中的应用。2．了解碳、硅及其化合物的主要性质及其应用。3．认识新型无机非金属材料。1．宏观辨识与微观探析：能从不同层次认识碳、硅单质及其化合物的性质。2．科学态度与社会责任：了解碳元素的化合物对环境的影响，根据所学化学知识提出解决方案进行环境保护，培养可持续发展意识，赞赏碳、硅及其化合物对社会发展作出的重大贡献。考点一考点二考点一1．碳、硅元素在自然界中的存在形态(1)碳：既有游离态又有化合态。(2)硅：因有________性，所以自然界中只有________态。硅在地壳中的含量居第______位。必备知识·梳理夯实考点一 碳、硅及其氧化物亲氧 化合 二 2．碳、硅单质的物理性质和用途(用短线连接)3．碳和硅的化学性质——还原性(1)碳单质的化学性质①与O2反应A．O2不足：_________________。B．O2足量：__________________。②与其他物质反应A．与CuO反应：___________________________。(冶炼金属)B．与CO2反应：___________________。C．与水蒸气反应：_______________________。(制取水煤气)D．与浓硫酸反应：__________________________________________。(2)硅单质的化学性质①与O2反应：________________②与Cl2反应：___________________③与氢氟酸反应：______________________________④与NaOH溶液反应：______________________________________。Si＋4HF═══SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O═══Na2SiO3＋2H2↑ 5．碳、硅的氧化物(1)一氧化碳的性质及应用①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒的原因是与人体内____________相结合，因缺氧而中毒。②化学性质及应用(写出有关化学方程式)A．可燃性：___________________，可作燃料。B．还原性：CO还原Fe2O3的反应为___________________________，可用于冶炼金属。血红蛋白 [微点拨] CO是不成盐氧化物，当引起人体中毒时，酸碱不能解毒。CO2是酸性氧化物，能形成温室效应，但不是大气污染物。(2)CO2和SiO2深度对比物质SiO2CO2构成1个Si周围有4个O,1个O周围有2个Si，呈空间网状结构，无SiO2分子CO2分子物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，能溶于水化学性质与水反应不反应_____________________与酸反应_________________________________________________________________不反应与碱反应SiO2＋2NaOH═══________________(盛碱液的试剂瓶用________塞)CO2＋2NaOH═══_______________或CO2＋NaOH═══__________只与氢氟酸反应SiO2＋4HF═══SiF4↑＋2H2O Na2SiO3＋H2O 橡皮 Na2CO3＋H2O NaHCO3 化学性质与盐反应如与Na2CO3、CaCO3反应：SiO2＋Na2CO3__________________、SiO2＋CaCO3_________________如与Ca(ClO2)、Na2CO3反应：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O═══____________________CO2＋Na2CO3＋H2O═══_____________与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2＋CaO__________如与Na2O反应：CO2＋Na2O═══__________Na2SiO3＋CO2↑ CaSiO3＋CO2↑ CaCO3↓＋2HClO 2NaHCO3 CaSiO3 Na2CO3 化学性质与碳反应________________________________________用途制光学仪器、石英玻璃、常用来制造通讯材料____________、制饰品合成肥料，干冰用作__________，人工降雨光导纤维 制冷剂 (1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氟酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶而用塑料瓶。(2)NaOH溶液可以用玻璃瓶盛放，但不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶。(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。特别提醒× × √ × (5)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。 ( )(6)晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。 ( )(7)二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸。 ( )(8)SiO2可与氢氟酸反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。 ( )(9)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强。 ( )[提示] 硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强。× × × √ × × √ × [提示] SiO2熔点高、硬度大，SiO2可用于制光导纤维均正确，但无因果关系。× × × (16)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记。 ( )[提示] SiO2只与酸中的HF反应。(17)氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。 ( )[提示] 氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出碳酸氢钠晶体。√ √ 2．深度思考：(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？[提示] 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，因此硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。(2)从元素周期表的位置看，硅的还原性比碳强，但碳能与SiO2反应制取Si，试从化学平衡的角度认识该反应发生的原因。(3)实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚及铁坩埚。你认为选哪一种？[提示] 选择铁坩埚。铁不与烧碱反应，而石英坩埚、陶瓷坩埚中都含有SiO2，能与NaOH反应使得坩埚受损。(4)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为SiO2属于两性氧化物吗？[提示] SiO2不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应，又能与碱反应并且均生成盐和水的氧化物。SiO2能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水，这只是SiO2的一个特性，SiO2属于典型的酸性氧化物。[提示] 不能。该反应是在高温下进行，产物中CO2为气体，生成后脱离反应体系，使反应能向右进行到底。微考点1 碳、硅单质的性质及应用 (2022·广东广州高三检测)下列说法正确的是 ( )A．常温下，单质硅的性质稳定，与强酸、强碱都很难发生反应B．高纯硅可用于制造太阳能电池，高纯二氧化硅可用于制造光导纤维C．SiC和C60两种化合物均属于新型无机非金属材料D．工业上用二氧化硅在高温下与焦炭反应制得高纯硅考点突破·训练提升典例1B [解析] 常温下，单质硅能与NaOH溶液发生反应，A项错误；B项正确；C60是碳元素形成的一种单质，不是化合物，C项错误；二氧化硅和焦炭在高温下反应制得的硅中会含有少量C、SiC等杂质，应为粗硅，D项错误。〔对点集训1〕 (1)(2022·福建漳州模拟)C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说法中正确的是 ( )A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态B．元素的＋4价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能与任何酸反应C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO3C [解析] A项，硅元素在自然界中无游离态，错误；B项，SiO2能与氢氟酸反应，错误；C项，C、Si、S三种元素最低价气态氢化物分别为CH4、SiH4、H2S，都具有还原性，易与O2发生反应，正确；D项，酸性强弱顺序为H2SO4>H2CO3>H2SiO3，错误。④硅的性质不活泼，常温时不与水、氧气和酸反应⑤反应Si＋2NaOH＋H2O═══Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂⑥金刚石和石墨在氧气中完全燃烧均只生成二氧化碳气体[答案]②③⑥和铝与氢氧化钠反应类似，Si＋2NaOH＋H2O═══Na2SiO3＋2H2↑反应的本质是Si先和H2O反应生成原硅酸：Si＋4H2O═══H4SiO4＋2H2↑，生成的H4SiO4再和氢氧化钠反应，反应中H2O为氧化剂，故⑤错误。金刚石和石墨是碳元素的同素异形体，在氧气中完全燃烧均是碳与氧气结合生成二氧化碳气体，故⑥正确。微考点2 碳、硅氧化物的性质及应用 (1)(2021·全国乙，7,6分)我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是 ( )A．将重质油裂解为轻质油作为燃料B．大规模开采可燃冰作为新能源C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染D．研发催化剂将CO2还原为甲醇D 典例2[解析] 根据“碳中和”的定义，A项，将重质油裂解为轻质油作为燃料，不会减少CO2的排放量，错误；B项，大规模开采可燃冰作为能源，不会减少CO2的排放量，错误；C项，通过清洁煤技术减少煤燃烧污染，但CO2的排放量没有减少，错误；D项，研发催化剂将CO2还原为甲醇，能有效促进碳中和，正确。(2)(2022·湖北黄冈模拟)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SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是 ( )a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2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SiO2未参加氧化还原反应A．ace B．bdeC．cde D．abB [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。B (2)(2022·山东聊城模拟)某实验小组设计了如图装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO＋PdCl2＋H2O═══CO2＋2HCl＋Pd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。①实验时要通入足够长时间的N2，其原因是__________________________________________________________________________。②装置B的作用是______________________。③装置C、D中所盛试剂分别为______________、_____________，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为_____________________________________。④该装置的缺点是____________________________。要用N2将装置中的空气排尽，避免空气中的O