知識清單11-碳、硅及其重要的化合物-2023年高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識清單(通用版)

11碳、硅及其重要的化合物知識清單【知識網(wǎng)絡(luò)】【知識歸納】一、單質(zhì)碳的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．碳元素的存在形態(tài)（1）游離態(tài)：金剛石、石墨（2）化合態(tài)：二氧化碳、碳酸鈉、淀粉、纖維素2．碳元素的作用（1）形成化合物種類最多的元素（2）構(gòu)成生物體的基本元素（3）構(gòu)成地殼中巖石和化石燃料的主要元素3．碳的三種同素異形體名稱金剛石石墨碳六十結(jié)構(gòu)圖示晶體類型共價晶體混合型晶體分子晶體雜化方式sp3sp2sp2共價鍵數(shù)41.590個鍵30個鍵最小碳環(huán)六元環(huán)六元環(huán)五元環(huán)4．幾種常見的碳單質(zhì)的用途（1）木炭：制黑火藥（2）活性炭：防毒面具（3）石墨：制作電極（4）焦炭：冶煉金屬（5）金剛石：切割玻璃（6）炭黑：制造油墨5．化合價：最高正價為+4，最低負(fù)價為－46．碳的還原性（1）可燃性：CCOCO2（2）與氧化物的反應(yīng)①Ceq\o(→,\s\up7(H2O、CO2、SiO2),\s\do5(高溫))CO②Ceq\o(→,\s\up7(CuO、Fe2O3等),\s\do5(高溫))CO2或CO（碳過量）（3）與氧化性酸的反應(yīng)①濃硝酸：C+4HNO3（濃）CO2↑+4NO2↑+2H2O②濃硫酸：C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O【易錯提醒】關(guān)于碳的同素異形體的易錯點（1）木炭、焦炭、活性炭、炭黑中含有少量的雜質(zhì)，不是碳單質(zhì)，不屬于碳的同素異形體。（2）同素異形體之間的轉(zhuǎn)化為化學(xué)變化，都是元素的化合價沒有變化，不屬于氧化還原反應(yīng)。（3）石墨中含有大鍵，碳碳鍵的鍵長比金剛石中的短，鍵能大，熔點比金剛石的高。（4）雖然C60中的碳碳鍵的鍵長比金剛石中的短，但是金剛石的熔點比C60的高，因為C60屬于分子晶體，而金剛石屬于共價晶體。二、一氧化碳的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)式：，電子式：（2）化學(xué)鍵①按共用電子對來源：共價鍵和配位鍵②按電子云重疊程度：2個鍵1個鍵2．毒性：與血紅蛋白（Hb）通過配位鍵結(jié)合，使其失去攜氧功能，同NO（1）提供孤電子對的原子：C（2）配合物穩(wěn)定性：Hb·CO＞Hb·O2，Hb·CO＞Hb·NO3．還原性（高溫還原劑）（1）可燃性：COCO2①藍(lán)色火焰：CO燃燒②淡藍(lán)色火焰：氫氣、甲烷、酒精燃燒、硫在空氣中燃燒③藍(lán)紫色火焰：硫在純氧中燃燒④紫色火焰：鉀元素的焰色試驗⑤黃色火焰：鈉元素的焰色試驗⑥蒼白色火焰：氫氣在氯氣中燃燒（2）還原氧化物：COeq\o(→,\s\up7(CuO、Fe2O3、H2O),\s\do5(高溫))CO24．工業(yè)制法：C+H2O（g）CO+H2，吸熱反應(yīng)三、實驗室制一氧化碳1．反應(yīng)原理及裝置（1）裝置類型：“固體+固體氣體（產(chǎn)生大量液體）”型①反應(yīng)：H2C2O4·2H2O（s）CO2↑+CO↑+3H2O②信息：H2C2O4·2H2O在101.5℃熔化，150℃左右分解不能選用可以選用（2）裝置類型：“固（液）體+液體氣體”型①反應(yīng)：H2C2O4（s）CO2↑+CO↑+H2O②反應(yīng)：HCOOH（l）CO↑+H2O③濃硫酸的作用：催化劑和脫水劑2．氣體凈化裝置（假設(shè)含CO2和H2O雜質(zhì)）（1）先用NaOH溶液除CO2（2）再用濃硫酸或P2O5或硅膠或無水CaCl2或堿石灰除水蒸氣（3）最好用堿石灰將二者全部除去4．氣體收集裝置：只能用排水法5．檢驗方法（1）圖示（2）方法：先將氣體通過灼熱的CuO，變紅，再將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，變渾濁6．尾氣處理（1）點燃法（2）袋裝法（3）強氧化劑法（信息型）①銀氨溶液：CO+2Ag（NH3）OH（NH4）CO3+2Ag↓+2NH3②PdCl2溶液：PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl③熱的高錳酸鉀溶液：5CO+2KMnO4+3H2SO45CO2+K2SO4+2MnSO4+3H2O7．CO還原CuO的實驗（1）開始時①先點燃酒精燈B（尾氣處理）②再通入CO排盡裝置內(nèi)的空氣，防止不純的CO在點燃時發(fā)生爆炸③最后點燃酒精燈A，進行CO還原CuO的實驗（2）結(jié)束時①先熄滅酒精燈A，停止反應(yīng)②再停止通入CO，防止水倒吸入熱的硬質(zhì)玻璃管中使其炸裂③最后熄滅酒精燈B8．確定CO、CO2混合氣體中含有CO的實驗（1）各裝置的作用①A裝置：除去混合氣體中的CO2氣體。②B裝置：檢驗混合氣體中的CO2是否除盡。③C裝置：檢驗氣體有無還原性或初步檢驗是否有CO④D裝置：檢驗有無CO2生成，進一步確認(rèn)是否有CO⑤E裝置：除去尾氣中的CO2氣體。⑥F裝置：除去尾氣中的CO氣體、防止污染空氣。（2）確定有CO的現(xiàn)象：B中無明顯現(xiàn)象，C中的物質(zhì)由黑色變成紅色，D中的澄清石灰水變渾濁四、二氧化碳的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．分子結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)式：O＝C＝O，電子式（2）共價鍵：2個鍵2個鍵，大鍵表示式Π（3）分子類型：非極性分子（4）晶胞結(jié)構(gòu)①晶胞名稱面心立方，配位數(shù)12②中心原子的雜化方式sp2．物理性質(zhì)（1）溶解性：可溶于水（1∶1），不溶于飽和NaHCO3溶液（2）固體CO2俗稱干冰，可用于人工降雨3．酸性氧化物（1）與堿溶液反應(yīng)①NaOH溶液Na2CO3NaHCO3②CO2NaHCO3Na2CO3③Ca(OH)2CaCO3Ca（HCO3）2（2）與堿性氧化物反應(yīng)①CaOCaCO3；②Na2ONa2CO34．氧化性（1）Mg：CO2+2Mg2MgO+C（2）C：C+CO22CO，吸熱反應(yīng)5．工業(yè)制法：CaCO3CaO+CO2↑，吸熱反應(yīng)五、CO2與常見鹽溶液的反應(yīng)1．CO2與弱酸鹽溶液的反應(yīng)：同時滿足“強酸制弱酸，強堿制弱堿”原理（1）Na2SiO3溶液①少量CO2：CO2+Na2SiO3+H2OH2SiO3↓+Na2CO3②過量CO2：2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3（2）Ca（ClO）2溶液①少量CO2：CO2+Ca（ClO）2+H2OCaCO3↓+2HClO②過量CO2：2CO2+Ca（ClO）2+2H2OCa（HCO3）2+2HClO（3）NaAlO2溶液①少量CO2：CO2+2NaAlO2+3H2O2Al（OH）3↓+Na2CO3②過量CO2：CO2+NaAlO2+2H2OAl（OH）3↓+NaHCO32．與CO2量無關(guān)的酸式鹽（1）CO2與ONa溶液反應(yīng)只生成NaHCO3，因為酸性H2CO3＞OH＞HCO3－。（2）CO2與NaClO溶液反應(yīng)只能生成NaHCO3，因為酸性H2CO3＞HClO＞HCO3－。3．CO2與飽和Na2CO3溶液反應(yīng)（1）現(xiàn)象：有白色晶體析出（2）反應(yīng)：CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3↓（3）原因：NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小，而且反應(yīng)消耗水4．CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會產(chǎn)生白色沉淀，因為碳酸的酸性弱于鹽酸。六、實驗室制二氧化碳1．制備原理（1）碳酸鈣和稀鹽酸：CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O（2）不用大理石和稀硫酸的原因：在CaCO3表面生成微溶的CaSO4沉淀，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行2．發(fā)生裝置：“塊狀固體+液體→氣體”型4．氣體凈化裝置（1）試劑：先用飽和NaHCO3溶液除去HCl，再用濃硫酸、P2O5、硅膠、無水CaCl2除去水蒸氣（2）裝置：洗氣瓶，導(dǎo)氣管口長進短出5．氣體收集裝置（1）排空氣法：向上排空氣法①帶橡膠塞的集氣瓶正放：導(dǎo)氣管口長進短出②帶橡膠塞的集氣瓶倒放：導(dǎo)氣管口短進長出（2）排液體法：排飽和NaHCO3溶液法，導(dǎo)氣管口短進長出6．檢驗方法：先將氣體通入品紅溶液，不褪色；再通入澄清石灰水，變渾濁七、單質(zhì)硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．硅的存在（1）形態(tài)：在自然界中只有化合態(tài)（2）形式：二氧化硅和硅酸鹽2．晶體硅的結(jié)構(gòu)（1）構(gòu)成微粒硅原子，作用力：共價鍵（2）立體構(gòu)型①基本構(gòu)型：正四面體，雜化方式sp3②鍵角：109.5°③最小的環(huán)：六元環(huán)④Si-Si鍵數(shù)/mol：23．物理性質(zhì)（1）色、態(tài)：晶體硅是灰黑色、有金屬光澤的固體（2）導(dǎo)電性：良好的半導(dǎo)體材料4．化合價：最高正價為+4，最低負(fù)價為－45．穩(wěn)定性：Sieq\o(→,\s\up7(H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸),\s\do5(常溫))不反應(yīng)6．還原性（1）常溫下與F2、HF、NaOH溶液反應(yīng)①F2：Si+2F2SiF4②HF：Si+4HFSiF4↑+2H2↑③NaOH：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑（2）高溫下與O2、Cl2、C等化合①Si+O2SiO2②Si+2Cl2SiCl4③Si+CSiC（3）Si與NaOH溶液反應(yīng)的原理①置換反應(yīng)：Si+3H2OH2SiO3+2H2↑②中和反應(yīng)：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O③還原劑是Si，氧化劑是H2O7．工業(yè)制法（1）流程一：SiO2粗硅SiCl4高純硅①SiO2+2CSi+2CO↑②Si+2Cl2SiCl4③SiCl4+2H2Si+4HCl（2）流程二：SiO2粗硅SiHCl3高純硅①Si+3HClSiHCl3+H2②SiHCl3+H2Si+3HCl8．晶體硅的用途（1）制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件（2）制造太陽能電池等【易錯提醒】硅單質(zhì)的特殊性（1）硅化學(xué)性質(zhì)不活潑，但自然界中卻沒有游離態(tài)的硅。（2）非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。（3）Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2+2CSi+2CO↑。（4）非金屬單質(zhì)跟強堿溶液作用一般無H2放出，但Si卻能反應(yīng)放出H2：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑。（5）非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅卻能與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑。二、二氧化硅的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1．物理性質(zhì)：熔點高、硬度大，不溶于水2．天然存在：水晶、瑪瑙、石英、沙子、硅石的主要成分3．二氧化硅的結(jié)構(gòu)（1）晶體類型：共價晶體（2）立體結(jié)構(gòu)①基本構(gòu)型：正四面體，雜化方式sp3②鍵角：109.5°③最小的環(huán)：12元環(huán)，含6個Si，6個O④Si-O鍵數(shù)/mol：44．酸性氧化物（1）與水反應(yīng)：SiO2不反應(yīng)（2）與堿發(fā)生復(fù)分解：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O（3）與堿性氧化物化合：SiO2Na2SiO3，SiO2CaSiO3（4）工業(yè)上制玻璃（難揮發(fā)性酸性氧化物制揮發(fā)性酸性氧化物）①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑②CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑5．特殊反應(yīng)（1）反應(yīng)：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O（2）應(yīng)用：雕刻玻璃6．弱氧化性（1）C：2C+SiO2Si+2CO↑（2）Mg：2Mg+SiO2Si+2MgO7．用途（1）石英：石英玻璃用來制造耐高溫化學(xué)儀器（2）水晶：電子工業(yè)的重要部件，制造光學(xué)儀器、高級工藝品、眼鏡片等（3）瑪瑙：制精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品等（4）SiO2：制光導(dǎo)纖維（5）沙子：建筑材料三、硅酸和硅酸鹽的性質(zhì)1．各種硅酸的結(jié)構(gòu)（1）原硅酸（H4SiO4）和硅酸（H2SiO3）原硅酸硅酸（2）多硅酸：原硅酸分子之間失去水生成一系列的酸二硅酸三硅酸n硅酸2．硅酸的性質(zhì)（1）物理性質(zhì)：白色難溶于水的固體（2）弱酸性：酸性比碳酸弱①NaOH：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O②Na2CO3：不反應(yīng)（3）熱不穩(wěn)定性：H2SiO3SiO2+H2O（4）硅酸酸性的實驗證明①向NaOH溶液中加入幾滴酚酞試液，溶液呈紅色，加入適量硅酸，充分振蕩，溶液紅色消失，說明硅酸顯酸性。②向硅酸鈉溶液中加入幾滴酚酞試液，溶液呈紅色，說明硅酸顯酸性。③測定硅酸鈉溶液的pH，若pH＞7，說明硅酸顯酸性。3．硅酸的制備：可溶性硅酸鹽（Na2SiO3）和酸反應(yīng)（1）HCl：Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓（2）少量CO2：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3（3）過量CO2：Na2SiO3+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO34．硅酸鈉（1）俗名：硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，硅酸鈉固體俗稱泡花堿（2）弱酸鹽：水溶液呈強堿性（3）水玻璃的用途①肥皂填料②木材、織物的防腐劑和防火劑③建筑工業(yè)上的粘合劑④耐火材料5．硅膠（1）結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)的無定形二氧化硅（2）性質(zhì)：具有強烈地吸水性（3）用途：用做干燥劑、吸附劑和催化劑的載體（4）制備：Na2SiO3H2SiO3SiO2·nH2O（硅膠）6．用氧化物形式表示硅酸鹽的化學(xué)式（1）原則①化學(xué)式中各元素的化合價不變②化學(xué)式中各