第15講碳、硅及無機(jī)非金屬材料(講義)(原卷版+解析)

第15講碳、硅及無機(jī)非金屬材料目錄考情分析網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一碳及其化合物【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1碳單質(zhì)知識(shí)點(diǎn)2碳的氧化物知識(shí)點(diǎn)3碳酸、碳酸鹽知識(shí)點(diǎn)4碳元素在自然界中的循環(huán)知識(shí)點(diǎn)5CO2與堿、鹽溶液的反應(yīng)規(guī)律【提升·必考題型歸納】考向1考查碳及及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用考向2考查CO2與堿反應(yīng)圖像分析考向3考查碳元素在自然界中的循環(huán)考點(diǎn)二硅及基化合物【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1單質(zhì)硅知識(shí)點(diǎn)2二氧化硅知識(shí)點(diǎn)3硅酸知識(shí)點(diǎn)4硅酸鹽知識(shí)點(diǎn)5碳、硅及其化合物性質(zhì)“反常”小結(jié)【提升·必考題型歸納】考向1考查硅、二氧化硅的性質(zhì)及其應(yīng)用考向2考查硅的制備考向3考查硅酸、硅酸鹽的性質(zhì)及其應(yīng)用考點(diǎn)三無機(jī)非金屬材料【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)2新型無機(jī)非金屬材料【提升·必考題型歸納】考向1考查傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用考向2考查傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用真題感悟考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析碳及其化合物2023浙江1月卷7題，2分2022江蘇卷7題，3分2021山東卷2題，2分分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：1．從考查題型和內(nèi)容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現(xiàn)，考查內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：(1)直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。(2)以傳統(tǒng)文化、先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為素材考查無機(jī)非金屬材料的組成、性質(zhì)、應(yīng)用等。(3)與環(huán)境相結(jié)合考查碳循環(huán)。(4)以水煤氣變換為載體，考查蓋斯定律、化學(xué)平衡等化學(xué)反應(yīng)原理的內(nèi)容。(5)原料中涉及硅元素的工藝流程中，考查硅及其化合物的性質(zhì)。2．從命題思路上看，側(cè)重從晶體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)類型、化合價(jià)等方面多角度、多層次分析、認(rèn)知碳、硅兩種元素的單質(zhì)及其重要化合物；以無機(jī)非金屬材料為載體考查化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；通過二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響的考查，樹立低碳綠色可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。根據(jù)高考命題的特點(diǎn)和規(guī)律，復(fù)習(xí)時(shí)注意以下幾個(gè)方面：(1)掌握C、Si單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。(2)了解無機(jī)非金屬材料對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。注重聯(lián)系生活實(shí)際。(3)有意識(shí)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會(huì)性議題的討論。硅及其化合物2023湖北卷3題，3分2022廣東卷3題，2分2021遼寧卷1題，3分無機(jī)非金屬材料2023浙江6月卷1題，2分2022河北卷1題，3分2021重慶卷1題，3分考點(diǎn)一碳及其重要化合物知識(shí)點(diǎn)1碳單質(zhì)1.碳原子的結(jié)構(gòu)及碳元素的存在：C元素原子結(jié)構(gòu)示意圖：，在自然界以化合態(tài)和游離態(tài)形式存在。2.常見碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)常見的碳單質(zhì)有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯、碳納米管等，它們互為_________。3.碳單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)a．與O2的反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：①O2不足：2C＋O2eq\o(=,\s\up11(點(diǎn)燃),\s\do4())2CO；②O2充足：C＋O2eq\o(=,\s\up11(點(diǎn)燃),\s\do4())CO2。b．與氧化物反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：①與CuO反應(yīng)：__________________；②與Fe2O3反應(yīng)：__________________；③與CO2反應(yīng)：__________________；④與水蒸氣反應(yīng)：__________________(制水煤氣)；⑤與SiO2反應(yīng)：__________________(制粗硅)；__________________(制金剛砂)c．與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)①與濃硫酸反應(yīng)：__________________。②與濃硝酸反應(yīng)：__________________。4.碳單質(zhì)的用途：①金剛石結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，作玻璃刻刀、機(jī)器鉆頭、裝飾品等；②石墨的細(xì)鱗片狀結(jié)構(gòu)質(zhì)軟、導(dǎo)電性、滑膩性、耐高溫鉛筆芯、電極、潤滑劑、坩堝；③木炭和活性炭的疏松多孔的結(jié)構(gòu)吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味劑等；④作燃料，用于家庭取暖、做飯等；⑤作還原劑：冶煉金屬，如冶煉金屬銅、鐵等。知識(shí)點(diǎn)2碳的氧化物CO和CO21.碳的氧化物的物理性質(zhì)色態(tài)味密度(比空氣)水溶性毒性相互轉(zhuǎn)化CO無色、無味、氣體小難溶有(易結(jié)合血紅蛋白)CO2大能溶無(溫室效應(yīng))2.碳的氧化物的化學(xué)性質(zhì)①CO具有較強(qiáng)的還原性，可以與O2、金屬氧化物等發(fā)生反應(yīng)。如與Fe2O3反應(yīng)：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。a.酸性氧化物①與水反應(yīng)：CO2＋H2OH2CO3②與堿反應(yīng)：CO2少量：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O；CO2足量：CO2＋NaOH=NaHCO3③與堿性氧化物反應(yīng)：CO2＋CaO=CaCO3④與Ca(ClO)2鹽溶液反應(yīng)：___________________________（CO2少量）；___________________________（CO2過量）；b.氧化性①與C反應(yīng)：CO2＋C2CO；②與Mg反應(yīng)：2Mg＋CO22MgO＋C【特別提醒】溶液中通入CO2氣體產(chǎn)生沉淀的問題：向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2氣體，由于鹽酸的酸性比碳酸的強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生BaCO3或CaCO3沉淀。3.CO、CO2氣體的除雜方法CO中混有CO2通過盛有_________溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體CO2中混有CO通過盛有灼熱_________的硬質(zhì)玻璃管CO2中混有O2通過盛放灼熱_________網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管CO2中混有少量SO2通過盛有飽和_________溶液或酸性_________溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體CO2中混有少量HCl通過盛有_________溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體【易錯(cuò)提醒】①澄清石灰水只用于檢驗(yàn)CO2，不能用于除去混合氣體中的CO2，應(yīng)用NaOH溶液除去；②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均無沉淀產(chǎn)生。知識(shí)點(diǎn)3碳酸和碳酸鹽1.碳酸二元弱酸、不穩(wěn)定，常用CO2＋H2O代替H2CO3，但酸性比苯酚、次氯酸_________。2.碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(COeq\o\al(2－,3))酸式鹽(HCOeq\o\al(－,3))溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶熱穩(wěn)定性正鹽＞酸式鹽溶液pH同濃度：正鹽＞酸式鹽相互轉(zhuǎn)化COeq\o\al(2－,3)HCOeq\o\al(－,3)知識(shí)點(diǎn)4碳元素在自然界中的循環(huán)1.CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。2.自然界消耗CO2的主要反應(yīng)：a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；b．光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2；c．巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。知識(shí)點(diǎn)5CO2與堿、鹽溶液的反應(yīng)規(guī)律1、與堿溶液的反應(yīng)(1)反應(yīng)原理NaOHeq\o(→,\s\up15(少量CO2))Na2CO3eq\o(→,\s\up15(CO2))NaHCO3(2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷x＝eq\f(nNaOH,nCO2)溶質(zhì)成分x≤1∶1_________1∶1<x<2∶1_________x＝2∶1_________x>2∶1_________也可用數(shù)軸來表示：①CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO2、與鹽溶液的反應(yīng)(1)CO2與鹽溶液的常見反應(yīng)碳酸是一種弱酸，其酸性比鹽酸、醋酸要弱，因此，鹽酸、醋酸能與碳酸鹽反應(yīng)；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強(qiáng)，因此，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這就是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：①CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO④CO2＋＋H2O→＋NaHCO3⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2過量時(shí))CO2＋2NaAlO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量時(shí))(2)注意事項(xiàng)①“強(qiáng)酸制弱酸”是一個(gè)重要的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，但不可認(rèn)為弱酸就不能“制取”強(qiáng)酸。在某些條件下，當(dāng)弱酸的酸根陰離子被沉淀或被氧化后，H＋就被“釋放”出來，從而生成了強(qiáng)酸。如將H2S通入CuSO4溶液中或向氫硫酸中滴加氯水，均由氫硫酸這種弱酸生成了強(qiáng)酸：H2S＋CuSO4=CuS↓＋H2SO4(S2－與Cu2＋結(jié)合成難溶的CuS)，H2S＋Cl2=S↓＋2HCl(S2－被氧化)。②CO2與溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的用量無關(guān)，都生成NaHCO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>>HCOeq\o\al(－,3)。③CO2與NaClO溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的量無關(guān)，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>HClO>HCOeq\o\al(－,3)。④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反應(yīng)，無沉淀產(chǎn)生?？枷?考查碳及及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用例1．（2023·廣東梅州·統(tǒng)考二模）為了獲得良好的草酸酯加氫的催化效果，通常需要保持銅催化劑中Cu0和Cu+的組成相對(duì)穩(wěn)定，將C60作為電子緩沖劑，通過中性碳團(tuán)簇(C60)與負(fù)離子(C)的切換可有效地穩(wěn)定銅催化劑中Cu0和Cu+的比例。下列說法正確的是A．C60是新型化合物B．當(dāng)1molC60轉(zhuǎn)變?yōu)镃時(shí)，失去60mol電子C．當(dāng)C60轉(zhuǎn)變?yōu)镃時(shí)，銅催化劑中Cu0和Cu+的個(gè)數(shù)比減小D．草酸酯催化加氫過程中，需要不斷補(bǔ)充C60【變式訓(xùn)練1】（2023·全國·高三專題練習(xí)）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了純碳新材料“碳納米泡沫”，每個(gè)泡沫含有約4000個(gè)碳原子，直徑約6~9nm，在低于-183℃時(shí)，泡沫具有永久磁性。下列敘述錯(cuò)誤的是A．“碳納米泡沫”與石墨互為同素異形體B．把“碳納米泡沫”分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲心墚a(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象C．“碳納米泡沫”是一種新型的碳單質(zhì)D．“碳納米泡沫”和金剛石的性質(zhì)相同【變式訓(xùn)練2】（2023·山東濟(jì)南·統(tǒng)考三模）下列關(guān)于“碳”的說法錯(cuò)誤的是A．自然界中的14C來自宇宙射線(中子)撞擊14N，其過程可表示為B．高壓下制得的CO2共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)與SiO2晶體相似，其硬度和熔沸點(diǎn)均高于SiO2晶體C．石墨烯、石墨炔都是全碳二維平面結(jié)構(gòu)材料，二者碳原子雜化方式完全相同D．用風(fēng)能、光能等清潔能源代替煤和石油，有利于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)考向2CO2與堿反應(yīng)圖像分析35．（2023·陜西西安·統(tǒng)考二模）室溫下，向VmLcmol?L-1的NaOH溶液中通入CO2氣體，溶液pH與通入氣體的關(guān)系如圖所示(忽略反應(yīng)后溶液體積的變化)，下列說法錯(cuò)誤的是A．通入CO2的過程中，a，b、c三點(diǎn)水的電離程度a＞b＞cB．a(chǎn)點(diǎn)溶液中c(HCO)+c(CO)=0.05mol?L-1C．b點(diǎn)溶液中c(HCO)+2c(CO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)D．c點(diǎn)一定存在c(OH-)-c(H+)＜2c(H2CO3)-c(CO)【變式訓(xùn)練1】（2023·全國·高三專題練習(xí)）離子的摩爾電導(dǎo)率可用來衡量電解質(zhì)溶液中離子導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，摩爾電導(dǎo)率越大，離子在溶液中的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。已知Ca2＋、OH-、HCO的摩爾電導(dǎo)率分別為0.60、1.98、0.45，據(jù)此判斷，向飽和的澄清石灰水中通入過量的CO2[方程式為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2]，溶液導(dǎo)電能力隨CO2通入量的變化趨勢(shì)正確的是A． B．C． D．【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·高三專題練習(xí)）將足量的CO2不斷通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量與所通入CO2的體積關(guān)系如圖所示．下列關(guān)于整個(gè)反應(yīng)過程中的敘述不正確的是A．Oa段反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ba(OH)2+CO2═BaCO3↓+H2OB．a(chǎn)b段與cd段所發(fā)生的反應(yīng)相同C．de段沉淀減少是由于BaCO3固體消失D．bc段反應(yīng)的離子方程式是2AlO2﹣+3H2O+CO2═2Al(OH)3↓+CO32﹣考向3考查碳元素在自然界中的循環(huán)的應(yīng)用例3.（2023·黑龍江哈爾濱·哈爾濱三中?？级＃┖Ｑ筇佳h(huán)在整個(gè)地球氣候系統(tǒng)中具有重要地位，下列敘述錯(cuò)誤的是A．海洋酸化會(huì)導(dǎo)致海水吸收CO2的能力減弱B．溫室效應(yīng)導(dǎo)致的海表溫度上升，會(huì)增加海洋對(duì)CO2的吸收C．該循環(huán)中涉及反應(yīng)CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加將影響珊瑚生存D．雖然塑料顆粒中含有的碳很難降解進(jìn)入海洋碳循環(huán)，但仍會(huì)造成污染【變式訓(xùn)練1】（2023秋·江蘇鹽城·高三校聯(lián)考期末）我國提出爭取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。下列說法正確的是A．“碳達(dá)峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素B．光催化CO2和H2O合成甲醇是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效手段C．在燃煤中加入生石灰是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑D．利用火力發(fā)電產(chǎn)生的電能電解水制氫有利于實(shí)現(xiàn)碳中和【變式訓(xùn)練2】（2023春·上海浦東新·高三上海市實(shí)驗(yàn)學(xué)校校考階段練習(xí)）CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)。下列過程會(huì)引起大氣中CO2含量上升的是A．光合作用 B．自然降雨 C．化石燃料的燃燒 D．碳酸鹽的沉積考點(diǎn)二硅及其化合物知識(shí)點(diǎn)1單質(zhì)硅1.硅的存在、結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(1)存在：單質(zhì)硅有_________硅和_________硅兩大類，自然界中無游離態(tài)硅——單質(zhì)硅，硅以化合態(tài)存在，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在地殼中，含量僅次于氧，位列第二。(2)單質(zhì)硅結(jié)構(gòu)：硅元素原子序數(shù)為14，基態(tài)原子的簡化電子排布式為[Ne]_3s23p2，核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有8種，不成對(duì)電子數(shù)有2個(gè)；單晶硅為共價(jià)晶體，晶體中每個(gè)Si原子以sp3雜化，分別與4個(gè)相鄰的Si原子形成4個(gè)σ鍵，Si原子的配位數(shù)為4，晶體中最小的環(huán)是6元環(huán)，1個(gè)環(huán)中平均含有0.5Si原子，含Si—Si鍵數(shù)為1。(2)物理性質(zhì)：灰黑色固體，有金屬光澤，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，有脆性，是常見的半導(dǎo)體材料和合金材料。金剛石、晶體硅、碳化硅中熔點(diǎn)從高到低的順序是金剛石、碳化硅、晶體硅。2.單質(zhì)硅化學(xué)性質(zhì)a．常溫①與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；②與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑；③與F2反應(yīng)的化學(xué)方程式:Si＋2F2=SiF4b．高溫①與O2反應(yīng)：Si＋O2SiO2。②與Cl2反應(yīng)：Si＋Cl2SiCl43.單質(zhì)硅的工業(yè)制法①原料：石英砂和焦炭②制備：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up11(高溫),\s\do4())Si(粗)＋2CO↑③提純：Si(粗)＋2Cl2SiCl4；SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl【特別提醒】①用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。②粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中含有CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。4.單質(zhì)硅的用途：半導(dǎo)體材料、太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片和耐酸設(shè)備等。知識(shí)點(diǎn)2二氧化硅1.存在：硅石、石英、水晶、瑪瑙、沙子等2.二氧化硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在SiO2晶體中，每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在4個(gè)頂角；許多這樣的四面體又通過頂角的O相連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，即每個(gè)O與2個(gè)Si相結(jié)合。實(shí)際上，SiO2晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。由結(jié)構(gòu)可知，二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。3.物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水4.化學(xué)性質(zhì)：a.酸性氧化物①與堿反應(yīng):___________________________；②與CaO堿性氧化物反應(yīng)：____________________________________；③與鹽反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工業(yè)制玻璃）b.氧化性：①與碳反應(yīng)：__________________(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金剛砂)；②與Mg反應(yīng)：4Mg＋SiO22Mg2Si＋2MgO；Mg2Si＋2H2O=SiH4↑＋2Mg(OH)2(制硅化氫)；c.特性：與氫氟酸反應(yīng)：___________________________5.用途①水晶可用于電子工業(yè)的部件、光學(xué)儀器、工藝品②SiO2是制光導(dǎo)纖維的重要原料③較純的石英用于制造石英玻璃④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料【特別提醒】（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故實(shí)驗(yàn)室盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。（2）未進(jìn)行磨砂處理的玻璃，在常溫下是不易被強(qiáng)堿腐蝕的。（3）因?yàn)闅浞岣g玻璃，與玻璃中的SiO2反應(yīng)，所以氫氟酸不能用玻璃瓶保存，而應(yīng)保存在塑料瓶或鉛皿中。（4）SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不與水反應(yīng)，不能用SiO2直接與水作用制備H2SiO3。知識(shí)點(diǎn)3硅酸1.物理性質(zhì)：硅酸是一種_________色膠狀物質(zhì)，_________溶于水，能形成膠體。新制備的硅酸為透明、膠凍狀，硅酸經(jīng)干燥脫水形成硅酸干凝膠——“硅膠”。2.化學(xué)性質(zhì)：a.弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性還弱，在與堿反應(yīng)時(shí)只能與強(qiáng)堿反應(yīng)。如：____________________________________。b.不穩(wěn)定性：硅酸的熱穩(wěn)定性很差，受熱分解為SiO2和H2O：H2SiO3eq\o(=====,\s\up7(△))SiO2＋H2O。3.制備：由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得的。Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（證明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。4.用途：硅膠可作催化劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品的干燥劑。知識(shí)點(diǎn)4硅酸鹽1.概念：由_________和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。2.硅酸鹽的氧化物表示方法——常用氧化物的形式表示：氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。【特別提醒】（1）氧化物之間以“·”隔開；（2）計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。硅酸鹽改寫為氧化物形式時(shí)，各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成。當(dāng)系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)一般應(yīng)化為整數(shù)。如上例中KAlSi3O8，將eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，要寫成K2O·Al2O3·6SiO2。3.硅酸鈉(Na2SiO3)——又稱泡花堿①物理性質(zhì)：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱_________，有黏性，水溶液顯堿性。②化學(xué)性質(zhì)——與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)：a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合劑(礦物膠)、防腐劑和耐火阻燃材料?！咎貏e提醒】①Na2SiO3的水溶液是一種黏合劑，是制備硅膠和木材防火劑等的原料；Na2SiO3易與空氣中的CO2、H2O反應(yīng)，要密封保存。②可溶性碳酸鹽、硅酸鹽的水溶液呈堿性，保存該溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞。知識(shí)點(diǎn)5碳、硅及其化合物性質(zhì)“反常”小結(jié)1.一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2.一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。3.Si的還原性強(qiáng)于C，但C在高溫下能還原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高溫))Si＋2CO↑。4.非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般既作氧化劑又作還原劑，且無氫氣放出，但硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)只作還原劑，且放出氫氣：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。5.非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能跟氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。6.一般情況下，堿性氧化物＋酸→鹽＋水，二氧化硅是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(SiF4不屬于鹽，故SiO2不是兩性氧化物)。7.一般情況下，無機(jī)酸能溶于水，但硅酸卻難溶于水。8.一般情況下，較強(qiáng)酸＋較弱酸的鹽→較弱酸＋較強(qiáng)酸的鹽(溶液中的反應(yīng))。因碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以水玻璃在空氣中易變質(zhì)：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3(膠體)。但在高溫下，可發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(CO2離開反應(yīng)體系促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行)。9.一般情況下，金屬(Na、K)能置換出水中的氫，但C在高溫下也能置換出H2O中的氫：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))H2＋CO。10.一般情況下，酸性氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)。考向1考查硅、二氧化硅的性質(zhì)及其應(yīng)用例1．（2023·全國·高三專題練習(xí)）下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是A．在粗硅的制取中發(fā)生反應(yīng)，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的B．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中C．用制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后通入D．由可知，硅酸的酸性大于碳酸的【變式訓(xùn)練】（2022·全國·高三專題練習(xí)）硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅及其化合物的敘述錯(cuò)誤的是A．氮化硅陶瓷是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，其化學(xué)式為Si3N4B．高純硅可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的芯片C．硅可以用來生產(chǎn)新型無機(jī)非金屬材料——光導(dǎo)纖維D．二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)硅原子結(jié)合4個(gè)氧原子考向2考查硅的制備例2．（2023·海南?？凇そy(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）設(shè)為阿伏加德羅常數(shù)的值。工業(yè)上制備高純度硅的反應(yīng)有：①②③已知：H、Si的電負(fù)性依次為2.1、1.8.下列有關(guān)說法正確的是A．①中，30g氧化劑含極性鍵數(shù)目為 B．②中，生成1g時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為C．②和③互為可逆反應(yīng) D．②和③的目的是除去粗硅中的雜質(zhì)【變式訓(xùn)練1】（2023·湖北·高三統(tǒng)考專題練習(xí)）多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯(cuò)誤的是A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅過程可能發(fā)生反應(yīng)：C．提純SiHCl3可采用萃取、分液的方法D．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·高三專題練習(xí)）二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其含硅化合物的重要原料。部分轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列說法正確的是A．SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物B．因?yàn)樵诟邷貤l件下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)C．SiO2在高溫條件下能與過量的碳反應(yīng)生成SiC，體現(xiàn)了二氧化硅的氧化性D．除Si的制取過程中涉及的反應(yīng)外，圖中所示其他反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)考向3考查硅酸、硅酸鹽的性質(zhì)及其應(yīng)用例3．（2023·山西·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）地球上的硅大部分以二氧化硅及硅酸鹽的形式存在，它們的基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體[](圖1)。石英晶體中的硅氧四面體相連構(gòu)成螺旋鏈(圖2)。天然硅酸鹽組成復(fù)雜，硅、氧原子通過共用氧原子形成各種不同的硅酸根陰離子，一種層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)如圖3所示。下列說法正確的是A．基態(tài)Si原子的原子核外的電子有14種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B．二氧化硅中硅原子的配位數(shù)是2C．圖2中Si原子的雜化軌道類型是D．圖3層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)中硅和氧的原子個(gè)數(shù)比為2∶5【變式訓(xùn)練1】（2023·黑龍江大慶·統(tǒng)考一模）北京故宮的屋頂有各種顏色的琉璃瓦，其堅(jiān)實(shí)耐用，經(jīng)歷幾百年的風(fēng)雨洗禮仍能保存完整，下列說法錯(cuò)誤的是A．琉璃瓦的主要成分是硅酸鹽 B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土C．琉璃瓦堅(jiān)實(shí)耐用取決于硅酸鹽的結(jié)構(gòu) D．黃色和綠色琉璃瓦中分別含有、【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·高三專題練習(xí)）下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說法正確的是

①硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素②水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④考點(diǎn)三無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)1傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料1.含義：傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料多為硅酸鹽材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。2.分類（1）陶瓷：陶瓷以__________________為主要原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。（2）玻璃：普通玻璃的主要成分為__________________，它是以__________________為主要原料，經(jīng)混合、粉碎，在玻璃窯中熔融，發(fā)生復(fù)雜的___________________________而制得的，玻璃可用于生產(chǎn)建筑材料、光學(xué)儀器和各種器皿，還可制造玻璃纖維，用于高強(qiáng)度復(fù)合材料等。（3）水泥：普通硅酸鹽水泥的主要原料是__________________，二者與其他輔料經(jīng)混合、研磨后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，發(fā)生復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，加入適量石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率，再研成細(xì)粉得到普通水泥。_________是水泥、沙子和碎石等與水混合得到的。3.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料比較水泥玻璃陶瓷主要原料黏土、石灰石、石膏石灰石、石英砂、純堿黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯變化復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程主要反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up14(高溫),\s\do14())Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up14(高溫),\s\do14())CaSiO3＋CO2↑復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程組成硅酸三鈣(3CaO·SiO2)硅酸二鈣(2CaO·SiO2)鋁酸三鈣3CaO·Al2O3)硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅硅酸鹽用途重要的建筑材料制化學(xué)實(shí)驗(yàn)用的玻璃儀器、窗玻璃等在工農(nóng)業(yè)、科技、生活、實(shí)驗(yàn)室中使用廣泛知識(shí)點(diǎn)2新型無機(jī)非金屬材料1.高純度含硅元素的材料，如單晶硅、二氧化硅，具有特殊的光學(xué)和電學(xué)性能。2.新型陶瓷（1）含義：新型陶瓷在組成上不再限于傳統(tǒng)的硅酸鹽體系，在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面具有很多新的特性和功能。（2）新型陶瓷的種類與用途材料類型主要特性示例用途高溫結(jié)構(gòu)陶瓷耐高溫、抗氧化、耐磨蝕碳化硅、氮化硅與某些金屬氧化物等燒結(jié)而成火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的尾管及燃燒室、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、高溫電極材料等壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)化鈦酸鹽、鋯酸鹽濾波器、揚(yáng)聲器、聲納探傷器、點(diǎn)火器等透明陶瓷優(yōu)異的光學(xué)性能，耐高溫，絕緣性好氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣高壓鈉燈、激光器、高溫探測(cè)窗等超導(dǎo)陶瓷在某一臨界溫度下電阻為零可用于電力、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域3.碳納米材料(1)含義：碳納米材料是一類新型的無機(jī)非金屬材料。(2)類型：富勒烯、碳納米管、石墨烯等。(3)用途：在能源、信息、醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。材料類型性能用途碳納米管比表面積大，高強(qiáng)度，優(yōu)良的電學(xué)性能生產(chǎn)復(fù)合材料、電池和傳感器等石墨烯電阻率低，熱導(dǎo)率高，具有很高的強(qiáng)度用于光電器件、超級(jí)電容器、電池和復(fù)合材料等考向1考查傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用例1．（2023·全國·高三專題練習(xí)）下列關(guān)于無機(jī)非金屬材料的說法不正確的是A．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料B．新型無機(jī)非金屬材料雖然克服了傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，但強(qiáng)度比較差C．高溫結(jié)構(gòu)材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)D．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料的主要成分不同【變式訓(xùn)練】（2023·北京·高三專題練習(xí)）陶瓷版“冰墩墩”和“雪容融”均產(chǎn)自中國陶瓷之鄉(xiāng)——福建德化縣。德化陶瓷早在宋元時(shí)期就是“海上絲綢之路”的重要出口商品。下列說法不正確的是A．陶瓷、玻璃和水泥均屬于傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料B．陶瓷版“冰墩墩”上黑色涂料的主要成分為Fe2O3C．高溫結(jié)構(gòu)陶瓷具有耐高溫、耐氧化、耐磨蝕等優(yōu)良性能D．陶瓷是以粘土及天然礦物巖為原料，經(jīng)加工燒制而成考向2考查新型無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用例2．（2023·遼寧葫蘆島·統(tǒng)考二模）近年來，我國科技迅猛發(fā)展，下列科技成果中蘊(yùn)含的化學(xué)知識(shí)敘述不正確的是A．建造港珠澳大橋所采用的高強(qiáng)抗震螺紋鋼屬于合金B(yǎng)．中國天眼FAST用到的SiC是新型無機(jī)非金屬材料C．華為麒麟芯片的主要成分是單質(zhì)硅D．飛船返回艙使用氮化硅耐高溫結(jié)構(gòu)材料，Si3N4屬于分子晶體【變式訓(xùn)練】（2023·安徽蕪湖·統(tǒng)考二模）化學(xué)與生活、科技、社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)。下列說法正確的是A．“天宮”空間站使用聚乳酸材料餐具，聚乳酸是化合物B．富勒烯與石墨烯用途廣泛，它們都屬于新型無機(jī)非金屬材料C．冬奧場(chǎng)館建筑使用碲化鎘發(fā)電玻璃，碲和鎘均屬于主族元素D．中國承建的卡塔爾首座光伏電站中的光伏材料為高純度二氧化硅1．（2023·山東·統(tǒng)考高考真題）下列之物具有典型的齊魯文化特色，據(jù)其主要化學(xué)成分不能與其他三種歸為一類的是A．泰山墨玉 B．龍山黑陶 C．齊國刀幣 D．淄博琉璃2．（2023·浙江·高考真題）下列物質(zhì)中屬于耐高溫酸性氧化物的是A． B． C． D．3．（2023·湖北·統(tǒng)考高考真題）工業(yè)制備高純硅的主要過程如下：石英砂粗硅高純硅下列說法錯(cuò)誤的是A．制備粗硅的反應(yīng)方程式為B．1molSi含Si-Si鍵的數(shù)目約為C．原料氣HCl和應(yīng)充分去除水和氧氣D．生成的反應(yīng)為熵減過程4．（2023·浙江·統(tǒng)考高考真題）材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，下列材料主要成分屬于有機(jī)物的是A．石墨烯 B．不銹鋼 C．石英光導(dǎo)纖維 D．聚酯纖維

第15講碳、硅及無機(jī)非金屬材料目錄考情分析網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一碳及其化合物【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1碳單質(zhì)知識(shí)點(diǎn)2碳的氧化物知識(shí)點(diǎn)3碳酸、碳酸鹽知識(shí)點(diǎn)4碳元素在自然界中的循環(huán)知識(shí)點(diǎn)5CO2與堿、鹽溶液的反應(yīng)規(guī)律【提升·必考題型歸納】考向1考查碳及及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用考向2考查CO2與堿反應(yīng)圖像分析考向3考查碳元素在自然界中的循環(huán)考點(diǎn)二硅及基化合物【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1單質(zhì)硅知識(shí)點(diǎn)2二氧化硅知識(shí)點(diǎn)3硅酸知識(shí)點(diǎn)4硅酸鹽知識(shí)點(diǎn)5碳、硅及其化合物性質(zhì)“反?！毙〗Y(jié)【提升·必考題型歸納】考向1考查硅、二氧化硅的性質(zhì)及其應(yīng)用考向2考查硅的制備考向3考查硅酸、硅酸鹽的性質(zhì)及其應(yīng)用考點(diǎn)三無機(jī)非金屬材料【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料知識(shí)點(diǎn)2新型無機(jī)非金屬材料【提升·必考題型歸納】考向1考查傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用考向2考查傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的分類和應(yīng)用真題感悟考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析碳及其化合物2023浙江1月卷7題，2分2022江蘇卷7題，3分2021山東卷2題，2分分析近三年高考試題，高考命題在本講有以下規(guī)律：1．從考查題型和內(nèi)容上看，高考命題以選擇題和非選擇題呈現(xiàn)，考查內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：(1)直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)。(2)以傳統(tǒng)文化、先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為素材考查無機(jī)非金屬材料的組成、性質(zhì)、應(yīng)用等。(3)與環(huán)境相結(jié)合考查碳循環(huán)。(4)以水煤氣變換為載體，考查蓋斯定律、化學(xué)平衡等化學(xué)反應(yīng)原理的內(nèi)容。(5)原料中涉及硅元素的工藝流程中，考查硅及其化合物的性質(zhì)。2．從命題思路上看，側(cè)重從晶體結(jié)構(gòu)、物質(zhì)類型、化合價(jià)等方面多角度、多層次分析、認(rèn)知碳、硅兩種元素的單質(zhì)及其重要化合物；以無機(jī)非金屬材料為載體考查化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)；通過二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響的考查，樹立低碳綠色可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。根據(jù)高考命題的特點(diǎn)和規(guī)律，復(fù)習(xí)時(shí)注意以下幾個(gè)方面：(1)掌握C、Si單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。(2)了解無機(jī)非金屬材料對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。注重聯(lián)系生活實(shí)際。(3)有意識(shí)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會(huì)性議題的討論。硅及其化合物2023湖北卷3題，3分2022廣東卷3題，2分2021遼寧卷1題，3分無機(jī)非金屬材料2023浙江6月卷1題，2分2022河北卷1題，3分2021重慶卷1題，3分考點(diǎn)一碳及其重要化合物知識(shí)點(diǎn)1碳單質(zhì)1.碳原子的結(jié)構(gòu)及碳元素的存在：C元素原子結(jié)構(gòu)示意圖：，在自然界以化合態(tài)和游離態(tài)形式存在。2.常見碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)常見的碳單質(zhì)有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯、碳納米管等，它們互為同素異形體。3.碳單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)a．與O2的反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：①O2不足：2C＋O2eq\o(=,\s\up11(點(diǎn)燃),\s\do4())2CO；②O2充足：C＋O2eq\o(=,\s\up11(點(diǎn)燃),\s\do4())CO2。b．與氧化物反應(yīng)(用化學(xué)方程式表示)：①與CuO反應(yīng)：2CuO＋C2Cu＋CO2↑；②與Fe2O3反應(yīng)：Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑；③與CO2反應(yīng)：CO2＋C2CO；④與水蒸氣反應(yīng)：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤氣)；⑤與SiO2反應(yīng)：SiO2＋2CSi＋2CO↑(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金剛砂)c．與強(qiáng)氧化性酸反應(yīng)①與濃硫酸反應(yīng)：C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。②與濃硝酸反應(yīng)：C＋4HNO3(濃)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。4.碳單質(zhì)的用途：①金剛石結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，作玻璃刻刀、機(jī)器鉆頭、裝飾品等；②石墨的細(xì)鱗片狀結(jié)構(gòu)質(zhì)軟、導(dǎo)電性、滑膩性、耐高溫鉛筆芯、電極、潤滑劑、坩堝；③木炭和活性炭的疏松多孔的結(jié)構(gòu)吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味劑等；④作燃料，用于家庭取暖、做飯等；⑤作還原劑：冶煉金屬，如冶煉金屬銅、鐵等。知識(shí)點(diǎn)2碳的氧化物CO和CO21.碳的氧化物的物理性質(zhì)色態(tài)味密度(比空氣)水溶性毒性相互轉(zhuǎn)化CO無色、無味、氣體小難溶有(易結(jié)合血紅蛋白)CO2大能溶無(溫室效應(yīng))2.碳的氧化物的化學(xué)性質(zhì)①CO具有較強(qiáng)的還原性，可以與O2、金屬氧化物等發(fā)生反應(yīng)。如與Fe2O3反應(yīng)：Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。a.酸性氧化物①與水反應(yīng)：CO2＋H2OH2CO3②與堿反應(yīng)：CO2少量：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O；CO2足量：CO2＋NaOH=NaHCO3③與堿性氧化物反應(yīng)：CO2＋CaO=CaCO3④與Ca(ClO)2鹽溶液反應(yīng)：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO（CO2少量）；Ca(ClO)2＋2CO2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO（CO2過量）；b.氧化性①與C反應(yīng)：CO2＋C2CO；②與Mg反應(yīng)：2Mg＋CO22MgO＋C【特別提醒】溶液中通入CO2氣體產(chǎn)生沉淀的問題：向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2氣體，由于鹽酸的酸性比碳酸的強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生BaCO3或CaCO3沉淀。3.CO、CO2氣體的除雜方法CO中混有CO2通過盛有NaOH溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體CO2中混有CO通過盛有灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管CO2中混有O2通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管CO2中混有少量SO2通過盛有飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體CO2中混有少量HCl通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶，然后干燥氣體【易錯(cuò)提醒】①澄清石灰水只用于檢驗(yàn)CO2，不能用于除去混合氣體中的CO2，應(yīng)用NaOH溶液除去；②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均無沉淀產(chǎn)生。知識(shí)點(diǎn)3碳酸和碳酸鹽1.碳酸二元弱酸、不穩(wěn)定，常用CO2＋H2O代替H2CO3，但酸性比苯酚、次氯酸強(qiáng)。2.碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(COeq\o\al(2－,3))酸式鹽(HCOeq\o\al(－,3))溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶熱穩(wěn)定性正鹽＞酸式鹽溶液pH同濃度：正鹽＞酸式鹽相互轉(zhuǎn)化COeq\o\al(2－,3)HCOeq\o\al(－,3)知識(shí)點(diǎn)4碳元素在自然界中的循環(huán)1.CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。2.自然界消耗CO2的主要反應(yīng)：a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；b．光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2；c．巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。知識(shí)點(diǎn)5CO2與堿、鹽溶液的反應(yīng)規(guī)律1、與堿溶液的反應(yīng)(1)反應(yīng)原理NaOHeq\o(→,\s\up15(少量CO2))Na2CO3eq\o(→,\s\up15(CO2))NaHCO3(2)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的判斷x＝eq\f(nNaOH,nCO2)溶質(zhì)成分x≤1∶1NaHCO31∶1<x<2∶1Na2CO3、NaHCO3x＝2∶1Na2CO3x>2∶1NaOH、Na2CO3也可用數(shù)軸來表示：①CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO2、與鹽溶液的反應(yīng)(1)CO2與鹽溶液的常見反應(yīng)碳酸是一種弱酸，其酸性比鹽酸、醋酸要弱，因此，鹽酸、醋酸能與碳酸鹽反應(yīng)；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強(qiáng)，因此，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這就是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：①CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO當(dāng)CO2過量時(shí)，發(fā)生反應(yīng)如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O=Ca(HCO3)2＋2HClO④CO2＋＋H2O→＋NaHCO3⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2過量時(shí))CO2＋2NaAlO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量時(shí))(2)注意事項(xiàng)①“強(qiáng)酸制弱酸”是一個(gè)重要的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，但不可認(rèn)為弱酸就不能“制取”強(qiáng)酸。在某些條件下，當(dāng)弱酸的酸根陰離子被沉淀或被氧化后，H＋就被“釋放”出來，從而生成了強(qiáng)酸。如將H2S通入CuSO4溶液中或向氫硫酸中滴加氯水，均由氫硫酸這種弱酸生成了強(qiáng)酸：H2S＋CuSO4=CuS↓＋H2SO4(S2－與Cu2＋結(jié)合成難溶的CuS)，H2S＋Cl2=S↓＋2HCl(S2－被氧化)。②CO2與溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的用量無關(guān)，都生成NaHCO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>>HCOeq\o\al(－,3)。③CO2與NaClO溶液反應(yīng)的產(chǎn)物與CO2的量無關(guān)，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因?yàn)樗嵝訦2CO3>HClO>HCOeq\o\al(－,3)。④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反應(yīng)，無沉淀產(chǎn)生?？枷?考查碳及及其化合物性質(zhì)和應(yīng)用例1．（2023·廣東梅州·統(tǒng)考二模）為了獲得良好的草酸酯加氫的催化效果，通常需要保持銅催化劑中Cu0和Cu+的組成相對(duì)穩(wěn)定，將C60作為電子緩沖劑，通過中性碳團(tuán)簇(C60)與負(fù)離子(C)的切換可有效地穩(wěn)定銅催化劑中Cu0和Cu+的比例。下列說法正確的是A．C60是新型化合物B．當(dāng)1molC60轉(zhuǎn)變?yōu)镃時(shí)，失去60mol電子C．當(dāng)C60轉(zhuǎn)變?yōu)镃時(shí)，銅催化劑中Cu0和Cu+的個(gè)數(shù)比減小D．草酸酯催化加氫過程中，需要不斷補(bǔ)充C60【解析】A．是單質(zhì)，不是化合物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．是一個(gè)由60個(gè)C原子構(gòu)成的分子，轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)，得到電子，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)，得到電子，則銅催化劑中部分失去電子變成，兩者個(gè)數(shù)比減小，C項(xiàng)正確；D．題干中是電子緩沖劑，通過與的切換起作用，不用補(bǔ)充，D項(xiàng)錯(cuò)誤；故選C?！敬鸢浮緾【變式訓(xùn)練1】（2023·全國·高三專題練習(xí)）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了純碳新材料“碳納米泡沫”，每個(gè)泡沫含有約4000個(gè)碳原子，直徑約6~9nm，在低于-183℃時(shí)，泡沫具有永久磁性。下列敘述錯(cuò)誤的是A．“碳納米泡沫”與石墨互為同素異形體B．把“碳納米泡沫”分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲心墚a(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象C．“碳納米泡沫”是一種新型的碳單質(zhì)D．“碳納米泡沫”和金剛石的性質(zhì)相同【解析】A．“碳納米泡沫”與石墨分子為含碳原子的不同單質(zhì)，兩者互為同素異形體，A正確；B．“碳納米泡沫”的粒子直徑為6~9nm，分散到適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬赡z體，能產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象，B正確；C．“碳納米泡沫”分子含碳原子，是一種新型的碳單質(zhì)，C正確；D．“碳納米泡沫”和金剛石互為同素異形體，化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)不同，D錯(cuò)誤；故選D?！敬鸢浮緿【變式訓(xùn)練2】（2023·山東濟(jì)南·統(tǒng)考三模）下列關(guān)于“碳”的說法錯(cuò)誤的是A．自然界中的14C來自宇宙射線(中子)撞擊14N，其過程可表示為B．高壓下制得的CO2共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)與SiO2晶體相似，其硬度和熔沸點(diǎn)均高于SiO2晶體C．石墨烯、石墨炔都是全碳二維平面結(jié)構(gòu)材料，二者碳原子雜化方式完全相同D．用風(fēng)能、光能等清潔能源代替煤和石油，有利于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)【解析】A．自然界中的14C來自宇宙射線(中子)撞擊14N，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，該過程可表示為，A正確；B．高壓下制得的CO2共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)與SiO2晶體相似，由于C的原子半徑比Si的小，則C-O鍵的鍵長比Si-O的短，C-O鍵的鍵能比Si-O鍵大，故其硬度和熔沸點(diǎn)均高于SiO2晶體，B正確；C．石墨烯含有碳碳雙鍵，碳原子采用sp2雜化，而石墨炔中含有碳碳三鍵，故該碳原子采用sp雜化，故都是全碳二維平面結(jié)構(gòu)材料，但二者碳原子雜化方式不完全相同，C錯(cuò)誤；D．用風(fēng)能、光能等清潔能源代替煤和石油，可以減少化石燃料的燃燒，減少CO2的排放，有利于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，D正確；故答案為：C。【答案】C考向2CO2與堿反應(yīng)圖像分析35．（2023·陜西西安·統(tǒng)考二模）室溫下，向VmLcmol?L-1的NaOH溶液中通入CO2氣體，溶液pH與通入氣體的關(guān)系如圖所示(忽略反應(yīng)后溶液體積的變化)，下列說法錯(cuò)誤的是A．通入CO2的過程中，a，b、c三點(diǎn)水的電離程度a＞b＞cB．a(chǎn)點(diǎn)溶液中c(HCO)+c(CO)=0.05mol?L-1C．b點(diǎn)溶液中c(HCO)+2c(CO)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)D．c點(diǎn)一定存在c(OH-)-c(H+)＜2c(H2CO3)-c(CO)【解析】A．與反應(yīng)共有4種組成，分別為和、、和、，從溶液pH與通入氣體的關(guān)系圖像可知，a點(diǎn)溶質(zhì)為，c點(diǎn)溶質(zhì)為，b點(diǎn)為和的混合物，由起點(diǎn)，以及消耗的物質(zhì)的量可推知，，所以a、b、c三點(diǎn)水的電離程度，A正確；B．a(chǎn)點(diǎn)處，由物料守恒，，B錯(cuò)誤；C．b點(diǎn)溶質(zhì)為和，根據(jù)電荷守恒成立，，C正確；D．c點(diǎn)溶質(zhì)為，根據(jù)電荷守恒和物料守恒，即，所以，D正確；故選B。【答案】B【變式訓(xùn)練1】（2023·全國·高三專題練習(xí)）離子的摩爾電導(dǎo)率可用來衡量電解質(zhì)溶液中離子導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，摩爾電導(dǎo)率越大，離子在溶液中的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。已知Ca2＋、OH-、HCO的摩爾電導(dǎo)率分別為0.60、1.98、0.45，據(jù)此判斷，向飽和的澄清石灰水中通入過量的CO2[方程式為：Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2]，溶液導(dǎo)電能力隨CO2通入量的變化趨勢(shì)正確的是A． B．C． D．【解析】向澄清石灰水中通入過量的CO2，先生成碳酸鈣沉淀，鈣離子、氫氧根離子濃度在減少，溶液導(dǎo)電能力減弱，后沉淀溶解生成碳酸氫鈣溶液，鈣離子、碳酸氫根離子的濃度在增大，鈣離子的濃度與原來相等，碳酸氫根離子的濃度與原來氫氧根離子濃度相等，但OH-的摩爾導(dǎo)電率大于HCO3-的摩爾電導(dǎo)率，所以最后溶液的導(dǎo)電性小于原來，最后不變；D符合。答案選D。【答案】D【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·高三專題練習(xí)）將足量的CO2不斷通入KOH、Ba(OH)2、KAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量與所通入CO2的體積關(guān)系如圖所示．下列關(guān)于整個(gè)反應(yīng)過程中的敘述不正確的是A．Oa段反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ba(OH)2+CO2═BaCO3↓+H2OB．a(chǎn)b段與cd段所發(fā)生的反應(yīng)相同C．de段沉淀減少是由于BaCO3固體消失D．bc段反應(yīng)的離子方程式是2AlO2﹣+3H2O+CO2═2Al(OH)3↓+CO32﹣【解析】A.只要通入CO2，立刻就有沉淀BaCO3產(chǎn)生，首先Oa段發(fā)生反應(yīng)Ba（OH）2+CO2=BaCO3↓+H2O，將Ba（OH）2消耗完畢，A正確；B.接下來消耗KOH，ab段發(fā)生反應(yīng)2KOH+CO2=K2CO3+H2O，因而此段沉淀的量保持不變，然后沉淀量增大，bc段發(fā)生反應(yīng)2AlO2﹣+3H2O+CO2=2Al（OH）3↓+CO32﹣，沉淀量達(dá)最大后，cd段再發(fā)生CO32﹣+CO2+H2O=HCO3﹣，ab段與cd段所發(fā)生的反應(yīng)不相同，故B錯(cuò)誤；C.最后de段發(fā)生反應(yīng)BaCO3+CO2+H2O=Ba（HCO3）2，沉淀部分溶解，故C正確；D.bc段發(fā)生反應(yīng)2AlO2﹣+3H2O+CO2=2Al（OH）3↓+CO32﹣，故D正確；故答案選B?！敬鸢浮緽考向3考查碳元素在自然界中的循環(huán)的應(yīng)用例3.（2023·黑龍江哈爾濱·哈爾濱三中?？级＃┖Ｑ筇佳h(huán)在整個(gè)地球氣候系統(tǒng)中具有重要地位，下列敘述錯(cuò)誤的是A．海洋酸化會(huì)導(dǎo)致海水吸收CO2的能力減弱B．溫室效應(yīng)導(dǎo)致的海表溫度上升，會(huì)增加海洋對(duì)CO2的吸收C．該循環(huán)中涉及反應(yīng)CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加將影響珊瑚生存D．雖然塑料顆粒中含有的碳很難降解進(jìn)入海洋碳循環(huán)，但仍會(huì)造成污染【解析】A．海洋酸化導(dǎo)致溶液酸性增加，會(huì)抑制海水吸收CO2的能力，故A正確；B．溫度升高，氣體的溶解度減小，故海表溫度上升，會(huì)減小海洋對(duì)CO2的吸收，故B錯(cuò)誤；C．該循環(huán)中涉及反應(yīng)CO2+H2O+CaCO3Ca(HCO3)2，CO2排放量的增加導(dǎo)致碳酸鈣轉(zhuǎn)化為可溶性碳酸氫鈣，會(huì)將影響珊瑚生存，故C正確；D．雖然塑料顆粒中含有的碳很難降解進(jìn)入海洋碳循環(huán)，但仍會(huì)造成白色污染，故D正確；故選B?！敬鸢浮緽【變式訓(xùn)練1】（2023秋·江蘇鹽城·高三校聯(lián)考期末）我國提出爭取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。下列說法正確的是A．“碳達(dá)峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素B．光催化CO2和H2O合成甲醇是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效手段C．在燃煤中加入生石灰是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑D．利用火力發(fā)電產(chǎn)生的電能電解水制氫有利于實(shí)現(xiàn)碳中和【解析】A．“碳達(dá)峰”是指在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長，達(dá)到峰值，之后逐漸回落，“碳中和”是指二氧化碳的排放總量和減少總量相當(dāng)，所以這里的“碳”都是指二氧化碳，A錯(cuò)誤；B．光催化CO2和H2O合成甲醇是實(shí)現(xiàn)碳中和的有效手段，B正確；C．在燃煤中加入生石灰能減少SO2排放，減少空氣污染，不能減少二氧化碳排放，C錯(cuò)誤；D．火力發(fā)電以化石燃料為原料進(jìn)行發(fā)電，不利于實(shí)現(xiàn)碳中和，D錯(cuò)誤；故答案選B。【答案】B【變式訓(xùn)練2】（2023春·上海浦東新·高三上海市實(shí)驗(yàn)學(xué)校?？茧A段練習(xí)）CO2是自然界碳循環(huán)中的重要物質(zhì)。下列過程會(huì)引起大氣中CO2含量上升的是A．光合作用 B．自然降雨 C．化石燃料的燃燒 D．碳酸鹽的沉積【解析】A項(xiàng)，光合作用消耗CO2，光合作用的總方程式可表示為6CO2+6H2OC6H12O6+6O2，光合作用會(huì)引起大氣中CO2含量下降；B項(xiàng)，自然降雨時(shí)H2O會(huì)與少量CO2反應(yīng)生成H2CO3，不會(huì)引起CO2含量的上升；C項(xiàng)，化石燃料指煤、石油、天然氣，煤、石油、天然氣中都含C元素，C元素燃燒后生成CO2，化石燃料的燃燒會(huì)引起大氣中CO2含量上升；D項(xiàng)，碳酸鹽沉積指由形成于海洋或湖泊底部的粒裝泥狀碳酸鹽礦物及其集合體，通過生物作用或從過飽和碳酸鹽的水體中直接沉淀，水體中生物活動(dòng)消耗CO2，有利于碳酸鹽沉積，碳酸鹽沉積不會(huì)引起大氣中CO2含量上升；化石燃料的燃燒會(huì)引起大氣中CO2含量上升；答案選C。【答案】C考點(diǎn)二硅及其化合物知識(shí)點(diǎn)1單質(zhì)硅1.硅的存在、結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)(1)存在：單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩大類，自然界中無游離態(tài)硅——單質(zhì)硅，硅以化合態(tài)存在，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在地殼中，含量僅次于氧，位列第二。(2)單質(zhì)硅結(jié)構(gòu)：硅元素原子序數(shù)為14，基態(tài)原子的簡化電子排布式為[Ne]_3s23p2，核外電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有8種，不成對(duì)電子數(shù)有2個(gè)；單晶硅為共價(jià)晶體，晶體中每個(gè)Si原子以sp3雜化，分別與4個(gè)相鄰的Si原子形成4個(gè)σ鍵，Si原子的配位數(shù)為4，晶體中最小的環(huán)是6元環(huán)，1個(gè)環(huán)中平均含有0.5Si原子，含Si—Si鍵數(shù)為1。(2)物理性質(zhì)：灰黑色固體，有金屬光澤，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，有脆性，是常見的半導(dǎo)體材料和合金材料。金剛石、晶體硅、碳化硅中熔點(diǎn)從高到低的順序是金剛石、碳化硅、晶體硅。2.單質(zhì)硅化學(xué)性質(zhì)a．常溫①與氫氟酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；②與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑；③與F2反應(yīng)的化學(xué)方程式:Si＋2F2=SiF4b．高溫①與O2反應(yīng)：Si＋O2SiO2。②與Cl2反應(yīng)：Si＋Cl2SiCl43.單質(zhì)硅的工業(yè)制法①原料：石英砂和焦炭②制備：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up11(高溫),\s\do4())Si(粗)＋2CO↑③提純：Si(粗)＋2Cl2SiCl4；SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl【特別提醒】①用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。②粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中含有CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。4.單質(zhì)硅的用途：半導(dǎo)體材料、太陽能電池、計(jì)算機(jī)芯片和耐酸設(shè)備等。知識(shí)點(diǎn)2二氧化硅1.存在：硅石、石英、水晶、瑪瑙、沙子等2.二氧化硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在SiO2晶體中，每個(gè)Si周圍結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在4個(gè)頂角；許多這樣的四面體又通過頂角的O相連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，即每個(gè)O與2個(gè)Si相結(jié)合。實(shí)際上，SiO2晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。由結(jié)構(gòu)可知，二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。3.物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水4.化學(xué)性質(zhì)：a.酸性氧化物①與堿反應(yīng):SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；②與CaO堿性氧化物反應(yīng)：SiO2＋CaOCaSiO3③與鹽反應(yīng)：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑；SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑（工業(yè)制玻璃）b.氧化性：①與碳反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金剛砂)；②與Mg反應(yīng)：4Mg＋SiO22Mg2Si＋2MgO；Mg2Si＋2H2O=SiH4↑＋2Mg(OH)2(制硅化氫)；c.特性：與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O5.用途①水晶可用于電子工業(yè)的部件、光學(xué)儀器、工藝品②SiO2是制光導(dǎo)纖維的重要原料③較純的石英用于制造石英玻璃④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料【特別提醒】（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故實(shí)驗(yàn)室盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。（2）未進(jìn)行磨砂處理的玻璃，在常溫下是不易被強(qiáng)堿腐蝕的。（3）因?yàn)闅浞岣g玻璃，與玻璃中的SiO2反應(yīng)，所以氫氟酸不能用玻璃瓶保存，而應(yīng)保存在塑料瓶或鉛皿中。（4）SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2不與水反應(yīng)，不能用SiO2直接與水作用制備H2SiO3。知識(shí)點(diǎn)3硅酸1.物理性質(zhì)：硅酸是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，能形成膠體。新制備的硅酸為透明、膠凍狀，硅酸經(jīng)干燥脫水形成硅酸干凝膠——“硅膠”。2.化學(xué)性質(zhì)：a.弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性還弱，在與堿反應(yīng)時(shí)只能與強(qiáng)堿反應(yīng)。如：H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。b.不穩(wěn)定性：硅酸的熱穩(wěn)定性很差，受熱分解為SiO2和H2O：H2SiO3eq\o(=====,\s\up7(△))SiO2＋H2O。3.制備：由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得的。Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（證明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。4.用途：硅膠可作催化劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品的干燥劑。知識(shí)點(diǎn)4硅酸鹽1.概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。2.硅酸鹽的氧化物表示方法——常用氧化物的形式表示：氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，長石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2?！咎貏e提醒】（1）氧化物之間以“·”隔開；（2）計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。硅酸鹽改寫為氧化物形式時(shí)，各元素的化合價(jià)保持不變，且滿足化合價(jià)代數(shù)和為零，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成。當(dāng)系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)一般應(yīng)化為整數(shù)。如上例中KAlSi3O8，將eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，要寫成K2O·Al2O3·6SiO2。3.硅酸鈉(Na2SiO3)——又稱泡花堿①物理性質(zhì)：白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。②化學(xué)性質(zhì)——與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)：a．與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。b．與CO2水溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合劑(礦物膠)、防腐劑和耐火阻燃材料。【特別提醒】①Na2SiO3的水溶液是一種黏合劑，是制備硅膠和木材防火劑等的原料；Na2SiO3易與空氣中的CO2、H2O反應(yīng)，要密封保存。②可溶性碳酸鹽、硅酸鹽的水溶液呈堿性，保存該溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞。知識(shí)點(diǎn)5碳、硅及其化合物性質(zhì)“反?！毙〗Y(jié)1.一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，硬度小，但晶體硅、金剛石熔、沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)。2.一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。3.Si的還原性強(qiáng)于C，但C在高溫下能還原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up15(高溫))Si＋2CO↑。4.非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)一般既作氧化劑又作還原劑，且無氫氣放出，但硅與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)只作還原劑，且放出氫氣：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。5.非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能跟氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。6.一般情況下，堿性氧化物＋酸→鹽＋水，二氧化硅是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(SiF4不屬于鹽，故SiO2不是兩性氧化物)。7.一般情況下，無機(jī)酸能溶于水，但硅酸卻難溶于水。8.一般情況下，較強(qiáng)酸＋較弱酸的鹽→較弱酸＋較強(qiáng)酸的鹽(溶液中的反應(yīng))。因碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，所以水玻璃在空氣中易變質(zhì)：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3(膠體)。但在高溫下，可發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up15(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(CO2離開反應(yīng)體系促進(jìn)反應(yīng)的正向進(jìn)行)。9.一般情況下，金屬(Na、K)能置換出水中的氫，但C在高溫下也能置換出H2O中的氫：C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up15(高溫))H2＋CO。10.一般情況下，酸性氧化物與水反應(yīng)生成相應(yīng)的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不與水反應(yīng)。考向1考查硅、二氧化硅的性質(zhì)及其應(yīng)用例1．（2023·全國·高三專題練習(xí)）下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是A．在粗硅的制取中發(fā)生反應(yīng)，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的B．硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在帶磨口玻璃塞的試劑瓶中C．用制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后通入D．由可知，硅酸的酸性大于碳酸的【解析】A．的還原性比C的強(qiáng)，反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，且產(chǎn)物中有氣體生成，氣體從反應(yīng)體系中逸出，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．不能用帶磨口玻璃塞的試劑瓶盛放溶液，因?yàn)槿芤罕旧硎且环N黏合劑，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C．不能與水直接反應(yīng)，所以制取硅酸可用可溶性硅酸鹽與或鹽酸反應(yīng)：、，C項(xiàng)正確；D．的酸性比的強(qiáng)，反應(yīng)能在高溫下進(jìn)行，主要是因?yàn)楫a(chǎn)物中有氣體生成，氣體從反應(yīng)體系中逸出，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，與酸性無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選C?！敬鸢浮緾【變式訓(xùn)練】（2022·全國·高三專題練習(xí)）硅是構(gòu)成無機(jī)非金屬材料的一種主要元素，下列有關(guān)硅及其化合物的敘述錯(cuò)誤的是A．氮化硅陶瓷是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，其化學(xué)式為Si3N4B．高純硅可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的芯片C．硅可以用來生產(chǎn)新型無機(jī)非金屬材料——光導(dǎo)纖維D．二氧化硅為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)硅原子結(jié)合4個(gè)氧原子【解析】A．氮化硅陶瓷是一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，氮化硅中各元素的原子最外層達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，Si原子最外層電子數(shù)為4，N原子最外層電子數(shù)為5，要形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，則二者個(gè)數(shù)比值為3∶4，其化學(xué)式為Si3N4，故A正確；B．高純硅具有良好的半導(dǎo)體性能，可以制成計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備等的芯片，故B正確；C．光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，屬于新型無機(jī)非金屬材料，故C錯(cuò)誤；D．二氧化硅為原子晶體，為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其晶體中每個(gè)硅原子結(jié)合4個(gè)氧原子，每個(gè)氧原子結(jié)合2個(gè)硅原子，硅原子和氧原子個(gè)數(shù)之比為1∶2，故D正確；故選C?！敬鸢浮緾【名師點(diǎn)睛】選項(xiàng)D是解答的易錯(cuò)點(diǎn)，注意不能依據(jù)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)，這是由于強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律：強(qiáng)酸＋弱酸鹽＝強(qiáng)酸鹽＋弱酸，僅適用于常溫下水溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，而該反應(yīng)是在高溫且干態(tài)下進(jìn)行，因此不能說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)。而上述反應(yīng)之所以能進(jìn)行，是因?yàn)樵摲磻?yīng)是在高溫干態(tài)條件下進(jìn)行的，可從化學(xué)平衡角度理解，高溫時(shí)，SiO2這種高沸點(diǎn)、難揮發(fā)的固體制得了低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的CO2氣體，因CO2生成后離開反應(yīng)體系，使反應(yīng)向右進(jìn)行到底。考向2考查硅的制備例2．（2023·海南?？凇そy(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）設(shè)為阿伏加德羅常數(shù)的值。工業(yè)上制備高純度硅的反應(yīng)有：①②③已知：H、Si的電負(fù)性依次為2.1、1.8.下列有關(guān)說法正確的是A．①中，30g氧化劑含極性鍵數(shù)目為 B．②中，生成1g時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為C．②和③互為可逆反應(yīng) D．②和③的目的是除去粗硅中的雜質(zhì)【解析】A．①中Si元素化合價(jià)降低，是氧化劑，30g的物質(zhì)的量為=0.5mol，含Si-O極性鍵0.5mol4=2mol，數(shù)目為2，故A錯(cuò)誤；B．已知：H、Si的電負(fù)性依次為2.1、1.8，中H和Cl元素為-1價(jià)，Si為+4價(jià)，②中，部分H元素由+1價(jià)下降到0價(jià)，部分由+1價(jià)下降到-1價(jià)，1g的物質(zhì)的量為=0.5mol，生成0.5mol時(shí)轉(zhuǎn)移0.5mol2+1mol=2mol電子，數(shù)目為2，故B錯(cuò)誤；C．②和③反應(yīng)條件不同，不互為可逆反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D．②和③的目的是除去粗硅中的雜質(zhì)，故D正確；故選D。【答案】D【變式訓(xùn)練1】（2023·湖北·高三統(tǒng)考專題練習(xí)）多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。已知多晶硅第三代工業(yè)制取流程如圖所示。已知：SiHCl3遇水劇烈水解。下列說法錯(cuò)誤的是A．Y、Z分別為H2、Cl2B．制取粗硅過程可能發(fā)生反應(yīng)：C．提純SiHCl3可采用萃取、分液的方法D．為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行【分析】電解飽和NaCl溶液，反應(yīng)產(chǎn)生NaOH、H2、Cl2，X是NaOH，H2、Cl2反應(yīng)產(chǎn)生HCl，焦炭與石英在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生粗Si，HCl與粗硅反應(yīng)產(chǎn)生SiHCl3和少量SiCl4，SiHCl3和SiCl4是沸點(diǎn)不同的混合物，經(jīng)分餾分離提純得到SiHCl3，SiHCl3和H2在加熱條件下反應(yīng)產(chǎn)生多晶硅和HCl，所以Y是H2，Z是Cl2?！窘馕觥緼．根據(jù)上述分析可知X是NaOH，Y是H2，Z是Cl2，A正確；B．焦炭與SiO2在高溫下發(fā)生反應(yīng)制取粗Si、CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為，同時(shí)可能發(fā)生副反應(yīng)：，B正確；C．SiHCl3和SiCl4是沸點(diǎn)不同的互溶的液體混合物，可以采用蒸餾方法進(jìn)行分離，而不是采用萃取、分液的方法，C錯(cuò)誤；D．已知：SiHCl3遇水劇烈水解，且H2是可燃性氣體，與O2混合點(diǎn)燃可能會(huì)發(fā)生爆炸，因此為防止SiHCl3水解而損失及氫氣燃炸，“還原”步驟在無水、無氧條件下進(jìn)行，D正確；故合理選項(xiàng)是C?！敬鸢浮緾【變式訓(xùn)練2】（2023·全國·高三專題練習(xí)）二氧化硅又稱硅石，是制備硅及其含硅化合物的重要原料。部分轉(zhuǎn)化過程如圖所示，下列說法正確的是A．SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物B．因?yàn)樵诟邷貤l件下二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)C．SiO2在高溫條件下能與過量的碳反應(yīng)生成SiC，體現(xiàn)了二氧化硅的氧化性D．除Si的制取過程中涉及的反應(yīng)外，圖中所示其他反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)【解析】A.SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，但屬于酸性氧化物，因?yàn)槎趸柚荒芘c一種酸反應(yīng)，且生成的四氟化硅不是鹽，A錯(cuò)誤；B.高溫條件下，二氧化硅和碳酸鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，常溫下，二氧化硅和碳酸鈉不反應(yīng)，所以不能說明H2SiO3的酸性強(qiáng)于H2CO3，事實(shí)上碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，B錯(cuò)誤；C.SiO2在高溫條件下能與過量的碳反應(yīng)生成SiC，反應(yīng)中硅元素的化合價(jià)不變，不能體現(xiàn)二氧化硅的氧化性，C錯(cuò)誤；D.圖中氧化還原反應(yīng)有3個(gè)，即Si的制取過程中涉及的反應(yīng)，其它反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)，D正確；答案選D?！敬鸢浮緿【歸納總結(jié)】在設(shè)計(jì)制備純硅的實(shí)驗(yàn)題中，常遇到的知識(shí)點(diǎn)(1)粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si(粗)＋3HCleq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do4())SiHCl3＋H2(2)SiHCl3與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do4())Si(純)＋3HCl(3)SiO2＋2Mgeq\o(=,\s\up7(高溫),\s\do4())2MgO＋Si(4)SiHCl3、SiCl4能與水發(fā)生反應(yīng)：SiHCl3＋3H2O=H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑SiCl4＋3H2O=H2SiO3↓＋4HCl(5)SiH4在空氣中易自燃考向3考查硅酸、硅酸鹽的性質(zhì)及其應(yīng)用例3．（2023·山西·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）地球上的硅大部分以二氧化硅及硅酸鹽的形式存在，它們的基本結(jié)構(gòu)單位是硅氧四面體[](圖1)。石英晶體中的硅氧四面體相連構(gòu)成螺旋鏈(圖2)。天然硅酸鹽組成復(fù)雜，硅、氧原子通過共用氧原子形成各種不同的硅酸根陰離子，一種層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)如圖3所示。下列說法正確的是A．基態(tài)Si原子的原子核外的電子有14種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B．二氧化硅中硅原子的配位數(shù)是2C．圖2中Si原子的雜化軌道類型是D．圖3層狀硅酸根陰離子結(jié)構(gòu)中硅和氧的原子個(gè)數(shù)比為2∶5【解析】A．1個(gè)原子軌道稱為1種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，基態(tài)Si原子的電子排布式為，原子核外的電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)目為，即有8種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，A錯(cuò)誤；B．二氧化硅中硅原子的配位數(shù)是4，B錯(cuò)誤；C．晶體的結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體，所以Si原子的雜化軌道類型是，C錯(cuò)誤；D．由圖3可知，每個(gè)硅氧四面體分別以三個(gè)頂角氧和其他相鄰的三個(gè)硅氧四面體共享，根據(jù)均攤法，每個(gè)硅氧四面體含有的氧原子數(shù)為，含有的硅原子數(shù)為1，則硅和氧的原子個(gè)數(shù)比為，D正確；故選D。【答案】D【變式訓(xùn)練1】（2023·黑龍江大慶·統(tǒng)考一模）北京故宮的屋頂有各種顏色的琉璃瓦，其堅(jiān)實(shí)耐用，經(jīng)歷幾百年的風(fēng)雨洗禮仍能保存完整，下列說法錯(cuò)誤的是A．琉璃瓦的主要成分是硅酸鹽 B．制作琉璃瓦的主要原料是黏土C．琉璃瓦堅(jiān)實(shí)耐用取決于硅酸鹽的結(jié)構(gòu) D．黃色和綠色