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第四单元 非金属及其化合物
第1节 碳、硅及其化合物 讲义
【核心素养】
1.掌握碳、硅单质及其重要化合物（宏观辨识与微观探析）
2.了解碳、硅单质及其重要化合物的制备方法（科学探究与创新意识）
3.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境的影响（科学探究与创新意识）
【考点解读】
一、碳及其重要化合物（★★）
1.碳单质
种类 主要有金刚石、石墨、C60、富勒烯等
结构 金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边层状结构
物理性质 金刚石：熔点高，硬度大、不导电；石墨：熔点高，质软、有滑腻感，能导电
化学性质 与O2反应 O2充足时：O2不足时：
与氧化物反应 CuO：SiO2：H2O：
与强氧化性酸反应 浓硫酸：
用途 金刚石：用作切削刀具、装饰品等；作电极、高温润滑剂、铅笔芯等
2.一氧化碳和二氧化碳
物质 CO CO2
物理性质 无色气体、有毒、难溶于水 无色无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰
化学性质 还原性： 酸性氧化物的通性：CO2+H2OH2CO3；CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O氧化性：；
二、硅及其重要化合物（★★）
1.硅
(1)物理性质：晶体硅呈灰黑色、有金属光泽，导电性介于导体与绝缘体之间，熔、沸点高
(2)化学性质：
与氢氟酸反应：。
与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===。
与O2反应：。
(3)硅的制备
石英砂粗硅SiCl4高纯硅
反应①：。
反应②：。
反应③：。
(4)硅的用途：半导体材料，太阳能电池、计算机芯片等。
2.二氧化硅
二氧化硅
存在 二氧化硅存在于沙子、石英、水晶、玛瑙中
晶体类型 原子晶体
结构 空间立体网状结构，不存在单个分子
物理性质 硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
化学性质 ①与水反应　 不反应
②与酸反应　 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
③与碱反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
④与盐反应 如与Na2CO3反应：
⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应：
用途 光导纤维、光学仪器、电子部件
3.硅酸及硅酸盐
(1)硅酸的性质与用途
(2)硅酸盐
①定义：由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
②表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，常用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
③硅酸钠(Na2SiO3)
白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
与较强的酸反应，如与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓；与 CO2 水溶液反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。
【基础测评】
1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“ ”)。
(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性,能被氧化剂氧化为+2价或+4价的化合物 (　 　)
(2)硅的性质很稳定,在常温下不与任何物质反应 (　 　)
(3)C60、金刚石、石墨互为同位素 (　 　)
(4)SiO2与水反应生成H2SiO3 (　 　)
(5)SiO2既能与NaOH(aq)反应又能与HF(aq)反应,故SiO2为两性氧化物 (　 　)
(6)2C+SiO2Si+2CO↑,说明C的还原性比Si强 (　 　)
(7)1 mol SiO2中含有4NA个Si—O键 (　 　)
(8)根据反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,可知SiO2对应水化物的酸
性比H2CO3强 (　 　)
(9)含有1 mol C原子的石墨中含有3NA个C—C键 (　 　)
(10)硅酸难溶于水,故为非电解质 (　 　)
(11)水玻璃俗称泡花碱,是一种纯净物 (　 　)
(12)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀,通入过量
CO2,白色沉淀消失 (　 　)
答案： √ √
2.将下列物质和其物理性质或用途用短线连接起来。
答案：①—c；②—a；③—e；④—b；⑤—d；⑥—g；⑦—f。
3.(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是　　　 。
①浓HNO3　②水　③浓H2SO4　④氢氟酸
⑤NaOH溶液　⑥氟气　⑦氯气
(2)下列事实能说明非金属性:C>Si的是　　　 。
①硬度:金刚石>晶体硅　②熔、沸点:SiO2>CO2　③酸性:H2CO3>H2SiO3　
④稳定性:CH4>SiH4　⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀　
⑥高温下,SiO2与Na2CO3反应　⑦相同条件下,碱性:Na2SiO3(aq)>Na2CO3(aq)
答案：④⑤⑥⑦；③④⑤⑦
【方法技巧】
三、无机非金属材料（★★★）
1.材料的分类
2.传统无机非金属材料
①三种硅酸盐工业生产的比较
水泥 玻璃 陶瓷
生产原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石和石英 黏土
主要成分 3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3 Na2SiO3，CaSiO3，SiO2 硅酸盐
生产条件 高温
玻璃生产中的重要反应：
；
。
②主要用途：陶瓷、玻璃、水泥是重要建筑材料，也广泛应用于生活中。
(3)新型无机非金属材料
①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化
学侵蚀性和电绝缘性等。
②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。
③压电陶瓷：具有压电效应。
【基础测评】
1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“ ”)。
(1)玻璃是一种晶体,有较高的熔点 (　 　)
(2)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品 (　 　)
(3)反应①Na2SiO3+H2O+CO2 Na2CO3+H2SiO3↓,反应②Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑,两反应是相互矛盾的,不可能都发生 (　 　)
(4)硅胶多孔,吸水能力强,常用作袋装食品的干燥剂和抗氧化剂 ( 　)
(5)生产玻璃和水泥的共同原料是石灰石 (　 　)
答案： √
2.(2020·康定教学质量检查)“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是(　　)
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C.硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D.沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
答案： C
3.下列叙述正确的是( )
A.高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强
B.陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸
C.石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同
D.玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳
答案：D
【真题模拟演练】
1.[2020湖北三校联考]《厉害了,我的国》展示了中国探索太空,开发深海,建设世界第一流的高铁、桥梁、码头,5G技术联通世界等取得的举世瞩目的成就。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是 (　　)
A.为打造生态文明建设,我国近年来大力发展核电、光电、风电、水电,电能属于一次能源
B.C919大型客机使用了大量先进复合材料、铝锂合金等,铝锂合金属于金属材料
C.我国提出网络强国战略,光缆线路总长超过三千万公里,光缆的主要成分是晶体硅
D.“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
答案：B
2.[2019北京,11,6分]探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)
实验 装置 试剂a 现象
① Ca(OH)2溶液(含酚酞) 溶液褪色,产生白色沉淀
② 少量NaHCO3溶液 产生气泡
③ 酸性KMnO4溶液 紫色溶液褪色
④ C2H5OH和浓硫酸 加热后产生有香味物质
由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是 (　　)
A.H2C2O4有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2Mn+5C2+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
答案：C
3.(2019湖南长沙期末)半导体工业中,有一句行话:“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是(　 　)
A.2C+SiO2 Si+2CO↑
B.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
C.Si+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
答案：B

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