第二单元 含硅矿物与信息材料
[考试标准]
知识条目 1.硅在自然界的存在形式 2.硅及其化合物(以SiO2和Na2SiO3为例)的重要性质 3.工业制备高纯硅的方法 4.三大硅酸盐产品：水泥、陶瓷、玻璃 5.硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域中的应用 6.光导纤维的组成和作用 考点一 碳、硅单质及氧化物 必考要求 a a a a a 加试要求 a b b a a a
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 物理 性质 用途 碳 金刚石：空间网状结构 石墨：层状结构 金刚石熔点高、硬度大； 石墨熔点高、质软，有滑腻感 金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 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 2.碳、硅单质的化学性质——还原性 碳、硅的最外层都是4个电子，位于元素周期表的第ⅣA族，不容易失电子也不容易得电子，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(如炼铜)、制取粗硅、
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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，加热或高温时能与氧气、氯气反应。 完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。 高温
⑥Si＋2Cl2=====SiCl4； ⑦Si＋2F2===SiF4；
⑧Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 (3)硅的工业制法
3．二氧化硅和二氧化碳的比较
物质 结构 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) 如与Na2CO3反应：SiO2＋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 主要物理性质 化 学 性 质 与碱 反应 与盐
与水 反应 与酸 反应 不反应 CO2少量：CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O、 CO2过量：CO2＋NaOH===NaHCO3 如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋2
反应 NaCO高温H2O＋CO2(不足)===H2SiO3↓＋23=====Na2SiO3＋CO2↑ Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===H2SiO3↓＋2NaHCO3 与碱性氧 如与CaO反应：SiO高温2＋CaO=====如与Na2O反应：Na2O＋化物反CaSiO3 CO2===Na2CO3 应 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、制碳酸盐
题组一 硅和碳的结构与性质 1．下列说法错误的是( )
A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片 B．铅笔芯的主要成分是石墨
C．低温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应 D．自然界硅元素的储量丰富，并存在大量的单质硅 答案 D
2．下列关于金刚石、足球烯(C60)、石墨的说法正确的是( ) A．碳元素的三种同素异形体都属于原子晶体
B．金刚石、足球烯、石墨和足量的氧气反应，最终产物不同 C．足球烯是分子晶体
D．金刚石、石墨、足球烯都是碳的共价化合物 答案 C
3．下列关于硅的说法中不正确的是( )
A．硅是非金属元素，但它的单质是有金属光泽的灰黑色固体 B．硅的导电性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．硅与氟、氯、溴、碘在一定条件下能直接化合 答案 C
解析 硅的化学性质不活泼，但在常温下能与F2、氢氟酸、强碱溶液等反应，C项错误。题组二 硅、碳的氧化物对比
4．下列对于碳和硅的叙述中，正确的是( ) A．其氧化物都能与NaOH溶液反应
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B．其单质在加热时都能跟O2反应 C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸 D．碳和硅两种元素共有两种单质 答案 B
解析 CO不溶于水不能生成相应的酸，也不能与NaOH溶液反应；SiO2不溶于水，也不能生成相应的酸；碳有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅等，所以两种元素共有多种单质。
5．下列叙述正确的是( )
A．利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能 B．CO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒 C．SiO2可用于制造光导纤维和半导体 D．SiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3 答案 A
6．下列反应不能一步得到的是( ) A．SiO2→Na2SiO3 C．SiO2→SiF4 答案 B
解析 SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，A项不符合题意；SiO2不溶于水，也不能与水反应，故不能由SiO2直接得到H2SiO3，B项符合题意；SiO2可以和氢氟酸反应生成SiF4，C项不符合题意；H2SiO3受热分解生成SiO2和H2O：△
H2SiO3=====SiO2＋H2O，D项不符合题意。
7．下列关于CO2和SiO2性质的说法中，不正确的是( ) A．CO2通入水玻璃中可以得到硅酸 B．CO2和SiO2在物理性质上有很大的差别
C．SiO2不与CaCl2溶液反应，而CO2通入CaCl2溶液中可得到白色沉淀 D．CO2和SiO2都是酸性氧化物，都能与NaOH溶液反应 答案 C
解析 水玻璃是Na2SiO3的水溶液，由于C的非金属性比Si强，则酸性：H2CO3>H2SiO3，故CO2能与Na2SiO3溶液反应生成硅酸，A项正确；CO2是气体，熔、沸点很低，而SiO2是坚硬的固体，熔、沸点很高，故B项正确；SiO2、CO2均不与CaCl2溶液反应，故C项错误。
熟记硅及其化合物的特殊性质
1．硅单质的特殊性
B．SiO2→H2SiO3 D．H2SiO3→SiO2
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