碳、硅及其化合物
[江苏考纲要求]
——————————————————————————————————— 1．了解碳、硅及其重要化合物的主要性质和重要应用。 2．认识物质间转化等方面的实际应用。
3．认识碳、硅及其化合物在生产中的应用和对生态环境的影响。
碳、硅单质的性质及用途
[教材基础—自热身]
1．单质结构、物理性质和用途
元素的存在形式 碳 游离态和化合态 金刚石：空间网状结构；石墨：单质的结构 层状结构； C60(足球烯)：由多个五边形和六边形构成的分子 物理性质 金刚石：熔点高、硬度大；石墨：晶体硅为灰黑色固体，有金属光硬度小、电的良导体 金刚石用于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯 泽、熔点高、硬度大，有脆性 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 硅 化合态
用途 2.化学性质
碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性：
[知能深化—扫盲点]
提能点一 硅单质的特殊性
高温
(1)Si的还原性强于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。 (2)非金属单质与碱液反应一般无H2放出，但Si与碱液反应却放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
(4)非金属单质大多为非导体，但Si为半导体。 [对点练]
1．下列关于硅的说法不正确的是( )
A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体 B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
解析：选C 硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氟化氢和NaOH溶液等发生反应，C错误。
提能点二 硅的工业制法 (1)制取粗硅
高温
工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2C=====Si＋2CO↑。 (2)粗硅提纯
高温
①Si＋2Cl2=====SiCl4， 高温
②SiCl4＋2H2=====Si＋4HCl。 (3)注意问题
①用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。
②粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4
后，再用H2还原，得到高纯度硅。
[对点练]
2．(2019·南京一中月考)从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下： 高温
①SiO2＋2C=====Si(粗)＋2CO↑ △
②Si(粗)＋2Cl2=====SiCl4 高温
③SiCl4＋2H2=====Si(纯)＋4HCl 关于上述反应的叙述不正确的是( ) A．①③是置换反应，②是化合反应 B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下在炉子里将石英砂、焦炭、氯气、氢气按比例混合就能得到高纯硅 解析：选D 在氧化还原反应中，还原剂的还原性比还原产物的强，B正确；根据元素化合价的变化，每消耗或生成28 g (1 mol)硅，均转移4 mol电子，C正确；题中的三个反应是在三个不同反应器中发生，D错误。
[题点全练—过高考]
题点一 C、Si的性质
1．下列关于C、Si两种非金属元素的说法中，正确的是( ) A．两者结合形成的化合物是共价化合物 B．在自然界中都能以游离态存在 C．氢化物的热稳定性比较：CH4 解析：选A B项，Si在自然界中没有游离态，错误；C项，稳定性：CH4>SiH4，错误；D项，SiO2不能与水反应，错误。 2．常温下，下列不发生反应的物质是( ) ①硅与NaOH溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸 ④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与NaOH溶液 A．①② B．③④ C．②⑤ D．②④ 解析：选D ①中发生反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；Si不与除氢氟酸外的其他酸反应，②不反应，③反应；④中SiO2与Na2CO3反应需要高温，常温下不反应；⑤中发生反应SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 题点二 Si的制取 3．硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题： (1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下： ①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式：______________________________。 ②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式：___________________________________________； H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是_________________________。 (2)化学研究性学习小组在探究硅的制取方法时，从资料查阅到下列信息： Ⅰ.Mg在高温条件下可与SiO2反应； Ⅱ.金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐和SiH4； Ⅲ.SiH4在空气中自燃。 他们根据信息进行实验，当用足量稀H2SO4溶解Ⅰ实验获得的固体产物时，发现有爆鸣声和火花；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量、计算，测得其产率只有预期值的63%左右。 ①Ⅰ实验发生反应的化学方程式是______________________________________。 ②用稀H2SO4溶解Ⅰ实验获得固体产物时，产生爆鸣声和火花的原因是_____________________________________________________。 解析：在SiHCl3中，把硅考虑为＋4价，则氢为－1价，氯为－1价，SiHCl3水解时，－1价氢还原水中＋1价的氢，生成氢气。 1 357 K 答案：(1)①SiHCl3＋H2=====Si＋3HCl ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl 高温下，H2遇O2发生爆炸 高温高温 (2)①2Mg＋SiO2=====2MgO＋Si、2Mg＋Si=====Mg2Si ②Mg2Si与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃，即发生反应Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O 碳、硅的氧化物 [教材基础—自热身] 1．结构 SiO2是空间网状立体结构，不存在单个分子；CO2中存在单个CO2分子。 2．物理性质 (1)熔、沸点：SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高。 (2)溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。 3．化学性质 二氧化硅 二氧化碳
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