考点18 碳、硅及其化合物——备战2021年高考化学一轮复习考点帮

考点18 碳、硅及其化合物 一、碳族元素 原子结构：相同点——最外层有4个电子；不同点——电子层数、原子半径。 1．相似点： （1）主要化合价：+2、+4、−4。 （2）气态氢化物通式：RH4。 （3）氧化物的常见形式：RO、RO2。 （4）最高价氧化物的水化物的通式：H2RO3或H4RO4。 2．递变规律： （1）原子半径逐渐增大。 （2）单质的密度逐渐增大。 （3）单质的熔沸点逐渐降低。 （4）元素非金属性逐渐减弱。 （5）元素金属性逐渐增强。 （6）气态氢化物的稳定性逐渐减弱。 （7）最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强。 （8）C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定，而Pb的+2价化合物稳定。 二、碳、硅单质的性质、用途及制法 1．碳、硅在自然界中的存在 碳、硅均为第ⅣA族元素，非金属性较强的是碳。碳在自然界中以游离态和化合态存在；硅元素在自然界中只以化合态存在，因其有亲氧性。 2．碳、硅单质的化学性质及用途 （2）硅eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(与非金属单质反应\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(O2：Si＋O2\o(=====,\s\up12(△))SiO2,F2：Si＋2F2\o(=====,\s\up12(△))SiF4,Cl2：Si＋2Cl2\o(=====,\s\up12(高温))SiCl4)),与强碱反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑,与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑)) 3．硅的工业制法 （1）四氯化硅还原法 ①工艺流程 石英砂粗硅SiCl4高纯硅 ②反应原理 Si(粗)+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl （2）三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法) ①工艺流程 ②反应原理 SiO2+2CSi+2CO↑， Si+3HClSiHCl3+H2， SiHCl3+H2Si+3HCl。 三、碳、硅的氧化物 1．一氧化碳 （1）物理性质：无色无味的有毒气体，难溶于水。 （2）化学性质： ①可燃性：2CO+O22CO2 ②还原性：CO还原Fe2O3的反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 2．二氧化碳和二氧化硅的比较 物质 二氧化硅 二氧化碳 结构 四面体结构，不存在单个分子 直线形结构，存在单个CO2分子 晶体类型 原子晶体 分子晶体 化学式 SiO2 分子式：CO2 主要物理性质 硬度大、熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水 熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水 化学性质 ①与水反应 不反应 CO2+H2OH2CO3 ②与酸反应 只与HF反应： SiO2+4HF SiF4↑+2H2O 不反应 ③与碱（NaOH）反应 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) CO2+2NaOHNa2CO3+H2O 或CO2+NaOHNaHCO3 ④与盐的反应 如与Na2CO3反应：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ 如与Ca(ClO)2反应： Ca(ClO)2+CO2+H2O CaCO3↓+2HClO ⑤与碱性氧化物反应 如与CaO反应： SiO2+CaOCaSiO3 如与Na2O反应： CO2+Na2ONa2CO3 用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 灭火、人工降雨、制饮料、制碳酸盐 注意： 玻璃中含有SiO2，SiO2能够与碱液缓慢反应，带玻璃塞的玻璃试剂瓶一般都是磨砂口的，接触非常严密，接触碱液时间长了会生成具有黏合性很强的Na2SiO3水溶液，从而使瓶塞与瓶颈黏在一起，不易分开。 四、碳、硅元素的酸及其盐 （一）碳酸及其盐 1．碳酸是一种二元弱酸，酸性：CH3COOH>H2CO3>。 2．热分解：碳酸>酸式盐>正盐（盐中金属阳离子相同时）。 3．盐在水中的溶解性：钾、钠、铵盐和酸式盐均可溶于水，钾、钠、铵盐和酸式盐的溶解度小于其正盐；Mg2+、Ca2+、Ba2+等高价阳离子的酸式盐溶解度大于其正盐的溶解度（正盐均难溶于水）。 4．在可溶性碳酸盐溶液中慢慢滴加H+，并不断振荡，反应是分步进行的，先生成 ，再生成CO2；因此利用两者滴加顺序不同，出现现象不同，可将它们互相鉴别出来。但难溶于水的碳酸盐与H+的反应，因其反应只是发生在固体表面，故不能分步进行。 （二）硅酸和硅酸盐 1．硅酸 （1）物理性质：硅酸难溶于水。 （2）化学性质 ①弱酸性：其酸性比碳酸弱，不能使紫色石蕊试液变红。与NaOH溶液反应的化学方程式为： H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O ②不稳定性：受热易分解，化学方程式为H2SiO3SiO2+H2O （3）制备：