第14讲 碳、硅及无机非金属材料
考点一 碳、硅单质及氧化物
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
结构 碳 金刚石：空间网状结构 石墨：层状结构 硅 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 物理 金刚石熔点高、硬度大 性质 石墨熔点高、质软，有滑腻感 用途
2.碳、硅单质的化学性质——还原性
金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性(如图)。
(1)碳的还原性
碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、生产水煤气等，完成上图转化关系中①～④的化学方程式。 △
①CO2＋C=====2CO； 高温
②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑； 高温
③C＋H2O(g)=====CO＋H2； △
④2CuO＋C=====2Cu＋CO2↑。
碳的还原性还表现为可将强氧化性浓硫酸、浓硝酸分别还原为SO2和NO2，本身被氧化为CO2。 (2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。 完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。 △
⑥Si＋2Cl2=====SiCl4； ⑦Si＋2F2===SiF4；
⑧Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 3．二氧化硅和二氧化碳的比较
物质 结构 主要物 理性质 与水 反应 与酸 反应 化 学 性 质 与盐 反应 如与Na2CO3反应：SiO2＋高温Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑ 与碱 反应 二氧化硅 立体网状结构，不存在单个分子 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 不反应 只与氢氟酸反应： SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 二氧化碳 存在单个 CO2分子 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 CO2＋H2OH2CO3 不反应 CO2少量：CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O、 CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3 如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 与碱 如与CaO反应：SiO2＋如与Na2O反应：Na2O＋
性氧化 物反应 用途
深度思考
高温CaO=====CaSiO3 光导纤维、光学仪器、电子部件 CO2===Na2CO3 制饮料、制碳酸盐 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．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。
高温
答案 2C＋SiO2=====Si＋2CO↑，由于CO气体的逸出，促使反应正向进行。 3．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
4．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
(1) (2) (3) (4) 粉末状混合物 CaCO3(SiO2) NaCl(SiO2) SiO2(Fe2O3) SiO2(CaCO3) 选择的试剂 选用的操作