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2019-2020年高考化學一輪復習 課時13 碳、硅單質及其化合物考點過關 碳、硅單質的存在及性質 【基礎梳理】 1. 單質的存在形態(tài)、物理性質及用途 碳 硅 存在形態(tài) 　　　態(tài)、　　　態(tài) 　　　態(tài) 結　構 金剛石　 　石墨 C60 硅 物理性質 金剛石:熔點　　、硬度　　;石墨:硬度　　　，是電的良導體 灰黑色固體，有金屬光澤，熔點　　、硬度　　，有脆性 用　途 　　　　用作切割刀具，　　　　用作電極、鉛筆芯 硅用于　　　　材料和合金材料? 由石英砂制取并獲得高純硅的主要反應的化學方程式如下: ①SiO2+2C　　　　　? ②Si(粗)+2Cl2SiCl4 ③SiCl4+2H2Si(純)+4HCl 　　2. 化學性質 碳、硅在參與化學反應時，一般表現(xiàn)還原性。 【典型例題】 下列對物質用途的描述錯誤的是 (　　) A. 高溫下用焦炭還原SiO2得到粗硅和一氧化碳 B. 在高溫下，粗硅提純涉及的反應是氧化反應 C. 硅是一種良好的半導體材料 D. 制備光導纖維的原料是SiO2 [答案]　B [解析]　粗硅提純涉及的反應是先氧化后還原反應，B項錯誤。 二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(各種轉化見下圖)。下列說法正確的是 (　　) A. SiO2既能與HF反應，又能與NaOH反應，屬于兩性氧化物 B. SiO2和Si都是光導纖維材料 C. 在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效 D. 圖中所示轉化反應都是非氧化還原反應 [答案]　C [解析]　兩性氧化物的定義為與酸和堿反應均生成鹽和水的氧化物，SiO2與HF反應得到的SiF4不屬于鹽類，A錯誤;SiO2是光導纖維材料，Si為半導體材料，B錯誤;CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C正確;制取Si的過程中涉及氧化還原反應，D錯誤。 從石英砂制取并獲得高純硅的主要化學反應如下:①SiO2+2CSi(粗)+2CO↑;②Si(粗)+2Cl2SiCl4;③SiCl4+2H2Si(純)+4HCl。關于上述反應的分析不正確的是 (　　) A. 粗硅中可能含有SiO2、C等雜質 B. 高溫下，焦炭與氫氣的還原性均強于硅 C. 任一反應中，每消耗或生成28 g硅，均轉移4 mol電子 D. 高溫下將石英砂、焦炭、氯氣、氫氣按一定比例混合可得高純硅 [答案]　D [解析]　三步反應是按一定順序反應，且反應條件也不同。 我國目前制備多晶硅主要采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法。由于三氯氫硅氫還原法具有一定優(yōu)點，被廣泛應用。其簡化的工藝流程如下圖所示: 　　(1)制備三氯氫硅的反應為Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-210 kJmol-1。伴隨的副反應有Si(s)+4HCl(g)SiCl4(g)+2H2(g)　ΔH=-241 kJmol-1。SiCl4在一定條件下與H2反應可轉化為SiHCl3，反應的熱化學方程式為SiCl4(g)+H2(g)SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH=　　　　　　　　。 (2)由純SiHCl3制備高純硅的化學方程式為? 　。 該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質是? (至少寫出兩種)。 (3)由于SiH4具有易提純的特點，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。工業(yè)上廣泛采用的合成硅烷方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質中反應得到硅烷，化學方程式是　 ;?整個制備過程必須嚴格控制無水，否則反應將不能生成硅烷，而是生成硅酸和氫氣等，其化學方程式為?　 ;?整個系統(tǒng)還必須與氧隔絕，其原因是?　 。 [答案]　(1)+31 kJmol-1 (2)SiHCl3+H2Si+3HCl HCl、H2、SiHCl3、SiCl4等 (3)Mg2Si+4NH4ClSiH4↑+2MgCl2+4NH3↑ Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑ 由于硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發(fā)生爆炸 　 碳、硅的特殊性 (1)一般情況下，非金屬元素單質的熔、沸點低，硬度小，但硅、金剛石的晶體類型是原子晶體，所以它們的熔、沸點高，硬度大，其中金剛石為硬度最大的物質。 (2)一般情況下，非金屬元素單質為絕緣體，但硅為半導體，石墨為電的良導體。 (3)一般情況下，較強氧化劑+較強還原劑較弱氧化劑+較弱還原劑，而碳卻還原出比它更強的還原劑:SiO2 +2CSi+2CO↑，2FeO+C2Fe+CO2↑。 (4)硅為非金屬單質，卻可以和強堿反應，得到氫氣:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。 (5)非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，而Si卻能與HF發(fā)生反應:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。 (6)一般情況下，只有非?；顫姷慕饘?Na、K等)才能 夠置換出水中的氫，但碳單質卻能與水蒸氣反應:C+H2O(g)CO+H2。 碳、硅的主要化合物 【基礎梳理】 1. SiO2與CO2 化學式 SiO2 CO2 晶體類型 　　　晶體 　　　晶體 用　途 SiO2是制造光導纖維的主要原料 干冰可用于人工降雨 化學性質 與水反應 不反應 CO2+H2OH2CO3 與C反應 SiO2+2CSi+2CO↑ C+CO22CO 與HF反應 SiO2+4HF　　　 不反應 與堿反應 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O 盛堿液的試劑瓶要用　　　，堿溶液只能裝在　　　滴定管中 CO2(少量)+2NaOH　　　 CO2(過量)+NaOH　　 與鹽反應 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ (Na2SiO3的水溶液稱為　　　) Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO CO2+Na2CO3+H2O　　　 與堿性氧化物反應 SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2ONa2CO3 　　2. 硅酸與碳酸 化學式 H2SiO3 H2CO3 顏色與狀態(tài) 白色、粉末狀 無色液態(tài)，只存在于水溶液中 水溶性 不溶于水 只存在于水溶液中 酸　酐 SiO2 CO2 制　法 Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl CO2+H2OH2CO3 揮發(fā)性 不揮發(fā) 揮發(fā) 酸　性 硅酸　　碳酸 穩(wěn)定性 硅酸　　碳酸 相互轉化 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ CO2+H2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3↓　H2SiO3SiO2+H2O 【典型例題】 下列說法正確的是 (　　) A. 高溫下焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反應中，同時生成二氧化碳 B. CO2通入到CaCl2溶液中，會出現(xiàn)沉淀 C. 硅是構成礦物和巖石的主要元素，在地殼中的含量在所有元素中居第一位 D. 盛放NaOH溶液的試劑瓶瓶塞要用橡皮塞或軟木塞 [答案]　D [解析]　A選項錯誤，因為反應生成一氧化碳;B選項錯誤，因為不反應，無沉淀生成;C選項，氧元素在地殼中的含量居第一位，錯誤;D選項正確，試劑瓶瓶塞要用橡皮塞或軟木塞，可以防止NaOH與玻璃中的SiO2反應生成Na2SiO3。 下列說法不正確的是 (　　) A. SiO2是酸性氧化物，但是能和氫氟酸反應 B. 在氫氧化鈉溶液中通入過量CO2的離子方程式:2OH-+CO2C+H2O C. 水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 D. CO2通入硅酸鈉溶液會生成白色沉淀，說明酸性:碳酸大于硅酸 [答案]　B [解析]　在氫氧化鈉溶液中通入過量CO2的離子方程式為OH-+CO2HC。 下列說法不正確的是 (　　) A. SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應 B. 二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料 C. 水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 D. 酸性氧化物可以和堿反應，但均不能與酸反應 [答案]　D [解析]　SiO2是酸性氧化物，但能與氫氟酸反應。 　 　　水泥、玻璃和陶瓷等硅酸鹽產(chǎn)品 硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機非金屬材料，玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和石灰石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品?？杀容^如下: 硅酸鹽產(chǎn)品 水　泥 玻　璃 原　料 石灰石、黏土 純堿、石灰石、石英 反應原理 發(fā)生復雜的物理化學變化(不作要求) SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ 主要設備 水泥回轉窯 玻璃窯 主要成分 3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反應條件 高溫 高溫