碳、硅及无机非金属材料（讲义）-2025年高考化学一轮复习（新教材新高考）

第15讲碳、硅及无机非金属材料

目录

考情分析知识点3硅酸

网络构建知识点4硅酸盐

1考点一碳及其化合物知识点5碳、硅及其化合物性质“反常”小结

【夯基・必备基础知识梳理】【提升•必考题型归纳】

知识点1碳单质考向1考查硅、二氧化硅的性质及其应用

知识点2碳的氧化物考向2考查硅的制备

知识点3碳酸、碳酸盐考向3考查硅酸、硅酸盐的性质及其应用

知识点4碳元素在自然界中的循环3考点三无机非金属材料

知识点5cO?与碱、盐溶液的反应规律【夯基・必备基础知识梳理】

【提升•必考题型归纳】知识点1传统无机非金属材料

考向1考查碳及及其化合物性质和应用知识点2新型无机非金属材料

考向2考查CCh与碱反应图像分析【提升•必考题型归纳】

考向3考查碳元素在自然界中的循环考向1考查传统无机非金属材料的分类和

0考点二硅及基化合物应用

【夯基・必备基础知识梳理】考向2考查传统无机非金属材料的分类和

知识点1单质硅应用

知识点2二氧化硅真题感悟

考点要求考题统计考情分析

2023浙江1月卷7题，分析近三年高考试题，高考命题在本讲有以下规律：

碳及其化2分1.从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题呈现，考

合物2022江苏卷7题，3分查内容主要有以下几个方面：

2021山东卷2题，2分(1)直接考查硅及其化合物、碳及其氧化物的结构、性质。

2023湖北卷3题，3分(2)以传统文化、先进科学技术为素材考查无机非金属材料的组成、性

硅及其化

2022广东卷3题，2分质、应用等。

合物

2021辽宁卷1题，3分(3)与环境相结合考查碳循环。

(4)以水煤气变换为载体，考查盖斯定律、化学平衡等化学反应原理的

内容。

(5)原料中涉及硅元素的工艺流程中，考查硅及其化合物的性质。

2.从命题思路上看，侧重从晶体结构、物质类型、化合价等方面多

2023浙江6月卷1题，

角度、多层次分析、认知碳、硅两种元素的单质及其重要化合物；以

无机非金2分

无机非金属材料为载体考查化学对社会发展的重大贡献；通过二氧化

属材料2022河北卷1题，3分

碳对环境的影响的考查，树立低碳绿色可持续发展意识。

2021重庆卷1题，3分

根据高考命题的特点和规律，复习时注意以下几个方面：

(1)掌握C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。

(2)了解无机非金属材料对社会发展的影响。注重联系生活实际。

(3)有意识运用相关知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。

硅原子及其单质的结构

硅单质的物理性质

碳原子的结构、碳原同素异形体硅单质

硅的化学性质

碳单质的物理性质2MH

"碳的化学性质>碳单质硅单质的用途

二氧化硅的结构

硅

碳单质的用途及

其

化_=+二氧化硅的物理性质

碳

合

一氧化碳的物理性质物

的二氧化硅的化学性质

一氧化碳的化学性质一氧化碳氧

二氧化硅的用途

化

一氧化碳的用途

物j硅酸的结构与性质

硅酸及其盐

碳

二氧化碳的结构及

硅酸盐的结构与性质

其

二氧化碳的物理性质__小〜化

合

物

二氧化碳的化学性质水泥

二氧化碳的用途传统无机非金属材料

碳陶瓷

酸

机徘

无

属材

及

金高温结构陶瓷

料

其光导纤维

碳酸的结构及性质盐

新型无机非金属材料生物陶瓷

碳酸盐及碳酸氢盐

压电陶徭

碳纳米材料

考点一碳及其重要化合物

—夯基•必备基础知识梳理

知识点1碳单质

2^4

1.碳原子的结构及碳元素的存在：C元素原子结构示意图：，在自然界以化合态和游离态形式存在。

2.常见碳单质的结构和物理性质

常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。

碳原子的排列方式：正四

圆生的空间网状结构

物理性质：熔点质,硬度

力,不导电

碳原子的排列方式：层状结

-构.每层为正六边形的平面

网状结构

_物理性质：熔点直，硬度小,

能导电

碳原子的排列方式:“足球”

状分子，由正五边形和正六

边形排列而成

物理性质：不导电

3.碳单质化学性质

a.与O2的反应（用化学方程式表示）:

点燃

①。2不足：2C+O2=2C0；

点燃

②。2充足：C+O2=^CO2o

b.与氧化物反应（用化学方程式表示）：

①与CuO反应：2CUO+GM2CU+CC）2T；

②与Fe2C）3反应：Fe2C）3+3ClB2Fe+3coT；

③与CO2反应：CO2+C®2CO；

④与水蒸气反应：C+H2O（g）基CO+H2（制水煤气）;

⑤与SiCh反应：SiCh+2C笆Si+2coM制粗硅）；SQ+3C翼SiC+2coi（制金刚砂）

c.与强氧化性酸反应

①与浓硫酸反应：C+2H2SC>4（浓）&CO2T+2SC）2t+2H2。。

②与浓硝酸反应：C+4HNC）3（浓）金CO2T+4NO2T+2H20。

4.碳单质的用途：

①金刚石结构坚硬，作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等；

②石墨的细鳞片状结构质软、导电性、滑腻性、耐高温铅笔芯、电极、润滑剂、生期；

③木炭和活性炭的疏松多孔的结构吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等;

④作燃料，用于家庭取暖、做饭等；

⑤作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。

知识点2碳的氧化物CO和C02

1.碳的氧化物的物理性质

色态味密度(比空气)水溶性毒性相互转化

CO无色、无小难溶有(易结合血红蛋白)

('().,1=＜、()

①()2；②01()

CO2味、气体大能溶无(温室效应)

2.碳的氧化物的化学性质

①CO具有较强的还原性，可以与。2、金属氧化物等发生反应。

如与FezCh反应：Fe2O3+3CO=^^2Fe+3CO2»

②CCh是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。

a.酸性氧化物

;

①与水反应：CO2+H2O5=iH2CO3

②与碱反应：CC>2少量：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O；82足量：CO2+NaOH=NaHCO3

③与碱性氧化物反应：CO2+CaO=CaCO3

④与Ca(C10)2盐溶液反应：Ca(C10)2+CO2+HzO-CaCOM+2HC1O(CC)2少量)；

Ca(ClO)2+2cCh+2H2O=Ca(HCO3)2+2HC1O(CO2过量)；

b.氧化性

①与C反应：CCh+C隹2cO；

②与Mg反应：2Mg+CO232MgO+C

【特别提醒】溶液中通入CCh气体产生沉淀的问题：向BaCb或CaCL溶液中通入CCh气体，由于盐酸的酸

性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。

3.C0、CCh气体的除杂方法

CO中混有co2通过盛有NaOH溶液的洗气瓶,然后干燥气体

CO2中混有co通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管

CO2中混有O2通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管

C02中混有少量S02通过盛有饱和NaHCCh溶液或酸性KMnCU溶液的洗气瓶,然后干燥气体

CO2中混有少量HC1通过盛有饱和NaHCCh溶液的洗气瓶,然后干燥气体

【易错提醒】①澄清石灰水只用于检验C02,不能用于除去混合气体中的C02,应用NaOH溶液除去;

②CO?、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。

知识点3碳酸和碳酸盐

1.碳酸

二元弱酸、不稳定，常用CO2+H2O代替H2c03,但酸性比苯酚、次氯酸强。

2.碳酸的正盐和酸式盐的比较

正盐(COT)酸式盐(HCOQ

溶解性只有钾、钠、锈盐可溶一般都可溶

热稳定性正盐〉酸式盐

溶液pH同浓度：正盐>酸式盐

①COz+HzO：②IT(少量)

相互转化

COF0H-HCOr

知识点4碳元素在自然界中的循环

1.C02的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。

2.自然界消耗CCh的主要反应：

a.溶于江水、海水中：CO2+H2O^=^H2CO3；

b.光合作用将CO2转化为O2；

c.岩石的风化：CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2=

知识点5CCh与碱、盐溶液的反应规律

1、与碱溶液的反应

(1)反应原理

少量CO?co2

NaOH------->Na2CO3------->NaHCO3

(2)反应后溶质成分的判断

-NaOH

溶质成分

尤一«CO2

X<1：1NaHCCb

1：1<X<2：1NazCO、NaHCCh

x—2：1NazCO?

x>2：1NaOH、NazCCh

也可用数轴来表示:

NaHCO3>

,NaHCO.Na2cO3jNa2cO3、NaOH

3,n(NaOH)

2'n(CO2)

1。1------1

NaHCO3Na2CO3

①CO2+Na2cCh+H2O=2NaHCO3

②CO2+Na2SiO3+2H2O=H4SiO4i+Na2cO3

或C02+Na2SiO3+H2O=H2SiO3；+Na2CO3

当C02过量时，发生反应如下：

2cCh+Na2SiO3+2H2O=H2SiO3i+2NaHCO3

③CO2+Ca(ClO)2+H2O=CaCO3i+2HC1O

2、与盐溶液的反应

(1)CO2与盐溶液的常见反应

碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯

ONa

、NaAlCh等盐溶液中，均能

发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的a应用。如：

①CO2+Na2c。3+H2O=2NaHCO3

②CO2+Na2SiO3+2H2O=H4SiO4i+Na2CO3

或C02+Na2SiO3+H2O=H2SiO3i+Na2CO3

当CO2过量时，发生反应如下：

2cCh+Na2SiO3+2H2O=H2SiO3i+2NaHCO3

③CO2+Ca(ClO)2+H2O=CaCO3；+2HC1O

当CO2过量时，发生反应如下：

2cCh+Ca(ClO)2+2H2O=Ca(HCO3)2+2HC1O

<-()Xa()H

④CO2+O+H20―>O^+NaHC03

⑤CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3i+NaHCO3(CO2过量时)

CO2+2NaAlO2+3H2O=2A1(OH)3；+Na2CO3(CO2少量时)

(2)注意事项

①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的

酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H+就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2s通入CuSO4溶液中或向氢

硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S+CUSO4=CUSJ+H2sCMS?一与Ci?+结合成难溶的

CuS),H2S+C12=SJ+2HC1(S2一被氧化)。

②CO2与《溶液反应的产物与C02的用量无关，都生成NaHCC)3，因为酸性H2c03>I>HCO*

③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCCh，不能生成Na2cCh，因为酸性

H2C03>HC10>HC0r»

④CO2、SC>2通入CaCh或BaCb溶液均不反应，无沉淀产生。

.提升•必考题型归纳

考向1考查碳及及其化合物性质和应用

例1.（2023•广东梅州・统考二模）为了获得良好的草酸酯加氢的催化效果，通常需要保持铜催化剂中Cu。

和CW的组成相对稳定，将C60作为电子缓冲剂，通过中性碳团簇（C60）与负离子（C］。）的切换可有效地稳定铜

催化剂中Cu°和Cu+的比例。下列说法正确的是

A.C60是新型化合物

B.当1moic60转变为C6。时，失去60moi电子

C.当C60转变为C时，铜催化剂中Cu°和Cu+的个数比减小

D.草酸酯催化加氢过程中，需要不断补充C60

【解析】A.是单质，不是化合物，A项错误；B.C6G是一个由60个C原子构成的分子，ImolCe。转

变为C］。时，得到Imol电子，B项错误；C.C6。转变为C］。时，得到电子，则铜催化剂中部分Cu°失去电子

变成Cu+,两者个数比减小，C项正确；D.题干中C6。是电子缓冲剂，通过C6。与Ceo的切换起作用，不用

补充Ce。，D项错误；故选C。

【答案】C

【变式训练1】（2023•全国•高三专题练习）科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4000

个碳原子，直径约6~9nm,在低于-183℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述错误的是

A.“碳纳米泡沫”与石墨互为同素异形体

B.把“碳纳米泡沫”分散到适当的溶剂中能产生丁达尔现象

C.“碳纳米泡沫”是一种新型的碳单质

D.“碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同

【解析】A.“碳纳米泡沫”与石墨分子为含碳原子的不同单质，两者互为同素异形体，A正确；B.“碳纳米

泡沫”的粒子直径为6~9nm,分散到适当的溶剂中形成胶体，能产生丁达尔现象，B正确；C.“碳纳米泡沫”

分子含碳原子，是一种新型的碳单质，C正确；D.“碳纳米泡沫”和金刚石互为同素异形体，化学性质相同，

物理性质不同，D错误；故选D。

【答案】D

【变式训练2】（2023・山东济南•统考三模）下列关于“碳”的说法错误的是

A.自然界中的14c来自宇宙射线（中子）撞击14W其过程可表示为"N+；n="C+；H

B.高压下制得的CCh共价晶体结构与SiO2晶体相似，其硬度和熔沸点均高于SiO2晶体

C.石墨烯、石墨焕都是全碳二维平面结构材料，二者碳原子杂化方式完全相同

D.用风能、光能等清洁能源代替煤和石油，有利于实现“双碳”目标

【解析】A.自然界中的14c来自宇宙射线（中子）撞击UN,根据质量守恒可知，该过程可表示为

“N+；n="C+；H,A正确；B.高压下制得的CO2共价晶体结构与SiCh晶体相似，由于C的原子半径比Si

的小，则C-O键的键长比Si-O的短，C-O键的键能比Si-O键大，故其硬度和熔沸点均高于SiCh晶体，B

正确；C.石墨烯含有碳碳双键，碳原子采用sp2杂化，而石墨快中含有碳碳三键，故该碳原子采用sp杂化,

故都是全碳二维平面结构材料，但二者碳原子杂化方式不完全相同，C错误；D.用风能、光能等清洁能源

代替煤和石油，可以减少化石燃料的燃烧，减少CO2的排放，有利于实现“双碳”目标，D正确；故答案为:

Co

【答案】C

考向2CO2与碱反应图像分析

35.（2023・陕西西安・统考二模）室温下，向VmLcmoM/i的NaOH溶液中通入CO2气体，溶液pH与通入

气体的关系如图所示（忽略反应后溶液体积的变化），下列说法错误的是

0.050.0750.1«（CO2）

A.通入CO2的过程中，a,b、c三点水的电离程度a>b>c

B.a点溶液中c（HCO；）+c（COf）=0.05mol«L1

C.b点溶液中c（HCO；）+2c（COf）+c（OH-）=c（H+）+c（Na+）

D.c点一定存在c（OH）c（H+）V2c（H2co3）-c（CO<）

【解析】A.NaOH与CO2反应共有4种组成，分别为NaOH和NaQOs、Na2CO3,Na2CO3^NaHCO3,

NaHCO3,从溶液pH与通入气体的关系图像可知，a点溶质为Na2cO3,c点溶质为NaHCO3,b点为Na2cO3

和NaHCC>3的混合物，由起点pH=13,以及消耗CO2的物质的量可推知V=1000mL,c=0.1moVL,所以a、

b、c三点水的电离程度a>b>c,A正确；B.a点处，由物料守恒，c（HCO；）+c（CO；）+c（H2co3）=0.05mol/L,

B错误；C.b点溶质为Na2co3和NaHCOs，根据电荷守恒成立，

c（HCO-）+2c（CO1-）+c（OH-）=c（H+）+c（Na+）,C正确；D.c点溶质为NaHCCX,,根据电荷守恒和物料守

恒c（OH）=c（H+）+c（H2co3）-c（CO；）,即C（OH）C（H+）=C（HZCO3）-C（CO；）,所以

+

2c（H2CO3）-c（CO；）>c（H2CO3）-c（CO1'）=c（OH-）-c（H）,D正确；故选B。

【答案】B

【变式训练1】（2023•全国•高三专题练习）离子的摩尔电导率可用来衡量电解质溶液中离子导电能力的强

弱，摩尔电导率越大，离子在溶液中的导电能力越强。已知Ca2+、OH、HCO］的摩尔电导率分别为0.60、

1.98、0.45,据此判断，向饱和的澄清石灰水中通入过量的CO[方程式为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3i+H2O,

CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2],溶液导电能力随CCh通入量的变化趋势正确的是

导

导

电

电

能

能

力

A力B

V(CO)

V(CO2)2

导

导

电

电

能

能

力

C力D

V(CO2)V(CO2)

【解析】向澄清石灰水中通入过量的CO2,先生成碳酸钙沉淀，钙离子、氢氧根离子浓度在减少，溶液导

电能力减弱，后沉淀溶解生成碳酸氢钙溶液，钙离子、碳酸氢根离子的浓度在增大，钙离子的浓度与原来

相等，碳酸氢根离子的浓度与原来氢氧根离子浓度相等，但OH-的摩尔导电率大于HCO3-的摩尔电导率，所

以最后溶液的导电性小于原来，最后不变；D符合。答案选D。

【答案】D

【变式训练2】(2023•全国•高三专题练习)将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2>KAlCh的混合溶液中,

生成沉淀的物质的量与所通入CCh的体积关系如图所示.下列关于整个反应过程中的叙述不正确的是

.。(fa)

A.Oa段反应的化学方程式是Ba(OH)2+CO2=BaCO3i+H2O

B.ab段与cd段所发生的反应相同

C.de段沉淀减少是由于BaCCh固体消失

2-

D.be段反应的离子方程式是2AlCh-+3H2O+CO2=2Al(OH)3i+CO3

【解析】A.只要通入CCh,立刻就有沉淀BaCCh产生，首先Oa段发生反应Ba(OH)2+CO2=BaCO3i+H2O,

将Ba(OH)2消耗完毕，A正确；B.接下来消耗KOH,ab段发生反应2KoH+CC)2=K2cO3+H2O,因而此段

2

沉淀的量保持不变，然后沉淀量增大，be段发生反应2A1O2-+3H2O+CO2=2A1(OH)3i+CO3\沉淀量达

最大后，cd段再发生CO32+CO2+H2OHCO3-,ab段与cd段所发生的反应不相同，故B错误；C.最后de

段发生反应BaCCh+CO2+H2O=Ba(HCO3)2,沉淀部分溶解，故C正确；D.be段发生反应2AKV

2-

+3H2O+CO2=2A1(OH)3；+CO3,故D正确；故答案选B。

【答案】B

考向3考查碳元素在自然界中的循环的应用

例3.（2023•黑龙江哈尔滨・哈尔滨三中校考二模）海洋碳循环在整个地球气候系统中具有重要地位，下列叙

述错误的是

大气CO2

A.海洋酸化会导致海水吸收CO2的能力减弱

B.温室效应导致的海表温度上升，会增加海洋对CO2的吸收

C.该循环中涉及反应CCh+lhO+CaCChCa（HCO3）2,CO2排放量的增加将影响珊瑚生存

D.虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成污染

【解析】A.海洋酸化导致溶液酸性增加，会抑制海水吸收CO2的能力，故A正确；

B.温度升高，气体的溶解度减小，故海表温度上升，会减小海洋对CO2的吸收，故B错误；C.该循环中

涉及反应CO2+H2O+CaCO3kCa（HCO3）2,CO2排放量的增加导致碳酸钙转化为可溶性碳酸氢钙，会将影响

珊瑚生存，故C正确；D.虽然塑料颗粒中含有的碳很难降解进入海洋碳循环，但仍会造成白色污染，故D

正确；故选B。

【答案】B

【变式训练1】（2023秋•江苏盐城•高三校联考期末）我国提出争取在2030年前实现碳达峰，2060年实现

碳中和。下列说法正确的是

A.“碳达峰”和“碳中和”中的“碳”都是指碳元素

B.光催化CO2和H2。合成甲醇是实现碳中和的有效手段

C.在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径

D.利用火力发电产生的电能电解水制氢有利于实现碳中和

【解析】A.“碳达峰”是指在某一个时间点，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值，之后逐渐回落，“碳中

和”是指二氧化碳的排放总量和减少总量相当，所以这里的“碳”都是指二氧化碳，A错误；B.光催化CO2

和H2O合成甲醇是实现碳中和的有效手段，B正确；C.在燃煤中加入生石灰能减少SO2排放，减少空气污

染，不能减少二氧化碳排放，C错误；D.火力发电以化石燃料为原料进行发电，不利于实现碳中和，D错

误；故答案选B。

【答案】B

【变式训练2】（2023春•上海浦东新•高三上海市实验学校校考阶段练习）CCh是自然界碳循环中的重要物

质。下列过程会引起大气中CO2含量上升的是

A.光合作用B.自然降雨C.化石燃料的燃烧D.碳酸盐的沉积

【解析】A项，光合作用消耗CO2,光合作用的总方程式可表示为6co2+6H2Om翳＞C6Hl2O6+6O2,光合

作用会引起大气中CO2含量下降；B项，自然降雨时H2O会与少量CO2反应生成H2co3,不会引起CO2含

量的上升；C项，化石燃料指煤、石油、天然气，煤、石油、天然气中都含C元素，C元素燃烧后生成C02,

化石燃料的燃烧会引起大气中C02含量上升；D项，碳酸盐沉积指由形成于海洋或湖泊底部的粒装泥状碳

酸盐矿物及其集合体，通过生物作用或从过饱和碳酸盐的水体中直接沉淀，水体中生物活动消耗C02,有

利于碳酸盐沉积，碳酸盐沉积不会引起大气中C02含量上升；化石燃料的燃烧会引起大气中CO2含量上升;

答案选C。

【答案】C

考点二硅及其化合物

・夯基•必备基础知识梳理

知识点1单质硅

1.硅的存在、结构与物理性质

(1)存在：单质硅有晶体硅和无定形硅两大类,自然界中无游离态硅一单质硅，硅以化合态存在，主要以

二氧化硅和硅酸盐的形式存在地壳中，含量仅次于氧，位列第二。

(2)单质硅结构：硅元素原子序数为14,基态原子的简化电子排布式为[Ne]_3s23P2,核外电子的空间运动状

态有8种，不成对电子数有2个；单晶硅为共价晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的

Si原子形成4个。键，Si原子的配位数为4,晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5Si原子，含

Si—Si键数为lo

(2)物理性质：灰黑色固体，有金属光泽，熔、沸点高，硬度大，有脆性，是常见的半导体材料和合金材料。

金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。

2.单质硅化学性质

a.常温

①与氢氟酸反应的化学方程式：Si+4HF=SiF4T+2H2T；

②与NaOH溶液反应的化学方程式：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2?；

③与F2反应的化学方程式:Si+2F2=SiF4

b.高温

①与。2反应：Si+O2^SiO2o

②与C12反应：Si+C12隹SiC14

3.单质硅的工业制法

①原料：石英砂和焦炭

②制备：SiCh+2C^=Si（粗）+2C0f

③提纯：Si（粗）+2Cb隹SiCL;SiCL+2H2起工Si（纯）+4HCl

【特别提醒】①用焦炭还原SiO2,产物是CO而不是CO2o

②粗硅中含碳等杂质，与Cb反应生成的SiCL中含有CCL等杂质，经过分储提纯SiCL后，再用H2还原，

得到高纯度硅。

4.单质硅的用途：半导体材料、太阳能电池、计算机芯片和耐酸设备等。

知识点2二氧化硅

1.存在：硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子等

2.二氧化硅的结构特点

在SiO2晶体中，每个Si周围结合4个O,Si在中心，。在4个顶角；许多这样的3%四面体又通

过顶角的。相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O与2个Si相结合。实际上，SiO2晶体是由Si

和O按1：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。由结构可知，二氧化硅的化学性质很稳定。

3.物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水

4.化学性质：

a.酸性氧化物

①与碱反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O；

②与CaO碱性氧化物反应：SiCh+CaO强CaSiCh

③与盐反应：SiO2+Na2CO3MNa2SiO3+CO2T；SiCh+CaCCh逊CaSiCh+CO2T（工业制玻璃）

b.氧化性：

高］日

①与碳反应：SiO+2C=^=Si+2c0T（制粗硅）:SiC）2+3C直工SiC+2cof（制金刚砂）；

②与Mg反应：4Mg+SiCh32Mg2Si+2MgO；Mg2Si+2H2O=SiH4T+2Mg（0H）2（制硅化氢）；

c.特性：

与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4T+2H2。

5.用途

①水晶可用于电子工业的部件、光学仪器、工艺品

②SiCh是制光导纤维的重要原料

③较纯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

【特别提醒】（1）由于玻璃的成分中含有SiCh，故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

（2）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。

（3）因为氢氟酸腐蚀玻璃，与玻璃中的SiCh反应，所以氢氟酸不能用玻璃瓶保存，而应保存在塑料瓶或铅

皿中。

(4)SiO2是H2SQ3的酸酎，但SiCh不与水反应，不能用SiCh直接与水作用制备HzSiCh。

知识点3硅酸

1.物理性质：硅酸是一种白色胶状物质，丕溶于水，能形成胶体。新制备的硅酸为透明、胶冻状，硅酸经干

燥脱水形成硅酸干凝胶一“硅胶”。

2.化学性质：

a.弱酸性：硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。如：

H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2。。

b.不稳定性：硅酸的热稳定性很差，受热分解为SiCh和H2O：H2SiO3=====SiO2+H2O„

3制备:

由于SiCh不溶于水，所以硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得的。

Na2SiO3+2HCl==H2SiO3i+2NaCl,

Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3；+Na2CO3(证明酸性：H2CO3>H2SiO3)。

4.用途：硅胶可作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品的干燥剂。

知识点4硅酸盐

1.概念：由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分。

2.硅酸盐的氧化物表示方法一常用氧化物的形式表示：

氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物—较活泼金属氧化物一二氧化硅一水，不同氧化物间以“•”隔开。

如硅酸钠(NazSiCh)可表示为Na2O-SiO2,长石(KAlSisOs)可表示为K2OAl2O3-6SiO2=

【特别提醒】(1)氧化物之间以“•”隔开；(2)计量数配置出现分数应化为整数。硅酸盐改写为氧化物形

式时，各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。当系数

配置出现分数时一般应化为整数。如上例中KAS3O8，将;KzO^AbChSSiCh，要写成KzOAbChfSiCh。

3.硅酸钠(NazSiCh)——又称泡花碱

①物理性质：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。

②化学性质——与酸性较硅酸强的酸反应：

a.与盐酸反应的化学方程式：

Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO31。

b.与CO2水溶液反应的化学方程式：

Na2SiO3+H2O+CCh===Na2cCh+H2SiO3；o

③用途：黏合剂(矿物胶)、防腐剂和耐火阻燃材料。

【特别提醒】①NazSiCh的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；NazSiCh易与空气中

的C02、H2。反应，要密封保存。

②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。

知识点5碳、硅及其化合物性质“反常”小结

1.一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石

为自然界中硬度最大的物质。

2.一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

高温

3.Si的还原性强于C,但C在高温下能还原出Si：SiO2+2C^=Si+2COto

4.非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与强碱溶液反应只作还原剂，且放

出氢气：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2T□

5.非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4t+2H2To

6.一般情况下，碱性氧化物+酸一＞盐+水，二氧化硅是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4t

+2H2O（SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物）。

7.一般情况下，无机酸能溶于水，但硅酸却难溶于水。

8.一般情况下，较强酸+较弱酸的盐一＞较弱酸+较强酸的盐（溶液中的反应）。

因碳酸的酸性强于硅酸，所以水玻璃在空气中易变质：Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3（胶体）。

高温

但在高温下，可发生反应Na2cO3+SiO2^=Na2SiO3+CO2T（CO2离开反应体系促进反应的正向进行）。

高温

9.一般情况下，金属（Na、K）能置换出水中的氢，但C在高温下也能置换出H2O中的氢：C+H2O（g）^=H2

+COo

10.一般情况下，酸性氧化物与水反应生成相应的含氧酸，但二氧化硅不溶于水，也不与水反应。

一提升•必考题型归纳

考向1考查硅、二氧化硅的性质及其应用

例1.（2023•全国•高三专题练习）下列有关硅及其化合物的说法正确的是

A.在粗硅的制取中发生反应2C+SiO,J2C0t+Si,硅被还原，所以碳的还原性大于硅的

B.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中

C.用Si。2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通入CO?

D.由Na2cOs+Si%口0）/+岫251。3可知，硅酸的酸性大于碳酸的

【解析】A.Si的还原性比C的强，反应2C+Si（）2—2C0t+Si在高温下进行，且产物中有气体生成，气体

从反应体系中逸出，有利于反应的进行，A项错误；B.不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放NazSiOs溶液，

因为NazSiOs溶液本身是一种黏合剂，B项错误；C.Si。?不能与水直接反应，所以制取硅酸可用可溶性硅

酸盐与CO?或盐酸反应：Na2SiO3+CC）2（少量）+H2（3=Na2co3+H2Si€）3J、Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO31,

C项正确；D.H2cO3的酸性比H?SiO3的强，反应Na20Vsi0,Jav+Na/O,能在高温下进行，主要是因

为产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，与酸性无关，D项错误；答案选C。

【答案】C

【变式训练】（2022.全国•高三专题练习）硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅及其化合

物的叙述错误的是

A.氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，其化学式为Si3N4

B.高纯硅可以制成计算机、通信设备等的芯片

C.硅可以用来生产新型无机非金属材料一光导纤维

D.二氧化硅为立体网状结构，每个硅原子结合4个氧原子

【解析】A.氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，氮化硅中各元素的原子最外层达到8电子稳定结构，Si原子

最外层电子数为4,N原子最外层电子数为5,要形成8电子稳定结构，则二者个数比值为3：4,其化学式

为Si3N4,故A正确；B.高纯硅具有良好的半导体性能，可以制成计算机、通信设备等的芯片，故B正确；

C.光导纤维的主要成分是二氧化硅，属于新型无机非金属材料，故C错误；D.二氧化硅为原子晶体，为

立体网状结构，其晶体中每个硅原子结合4个氧原子，每个氧原子结合2个硅原子，硅原子和氧原子个数

之比为1：2,故D正确；故选C。

【答案】C

【名师点睛】选项D是解答的易错点，注意不能依据Na2cCh+SiCh高温NazSiCh+CCht、CaCO3+SiO2

高温CaSiCh+CO2T说明H2SiO3的酸性比H2cCh强，这是由于强酸制弱酸的规律：强酸+弱酸盐=强酸

盐+弱酸，仅适用于常温下水溶液中进行的反应，而该反应是在高温且干态下进行，因此不能说明H2SiO3

的酸性比H2cO3强。而上述反应之所以能进行，是因为该反应是在高温干态条件下进行的，可从化学平衡

角度理解，高温时，SiO2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的C02气体，因C02生成后离

开反应体系，使反应向右进行到底。

考向2考查硅的制备

例2.（2023•海南海口•统考模拟预测）设义为阿伏加德罗常数的值。工业上制备高纯度硅的反应有：

18002000℃人

①SiO?+2C=Si+2coT

300℃

②Si+3HC1^=SiHCl3+H2

1100℃

@SiHCl,+H2Si+3HC1

已知：H、Si的电负性依次为2.1、1.8.下列有关说法正确的是

A.①中，30g氧化剂含极性键数目为鼠B.②中，生成IgH?时转移电子数为"人

C.②和③互为可逆反应D.②和③的目的是除去粗硅中的杂质

18002000℃人

【解析】A.①SiC>2+2CSi+2coT中Si元素化合价降低,Si。2是氧化剂，30gsiO2的物质的

30g

量为“/;=0.5moL含Si-O极性键0.5molx4=2moL数目为2治，故A错误；B.已知：H、Si的电负

oOg/mol

性依次为2.1、1.8,SiHCL中H和C1元素为-1价，Si为+4价，②Si+3HC1型篁SiHCL+H?中，部分H元

素由+1价下降到。价，部分由+1价下降到-1价，IgH?的物质的量为~~-=0.5mol,生成O.SmolH2时转

2g/mol

移0.5molx2+lmol=2mol电子，数目为2A\,故B错误；C.②和③反应条件不同，不互为可逆反应，故C

错误；D.②和③的目的是除去粗硅中的杂质，故D正确；故选D。

【答案】D

【变式训练1】（2023・湖北•高三统考专题练