无机化学第七讲 碳、硅及其化合物 讲义【含经典例题分析】-2022届高三化学一轮复习（学生版+教师版，含word版、pdf版）

第七讲 碳、硅及其化合物 碳原子结构示意图： ；价层电子排布图： ； 位于 p 区第 二 周期 ⅣA 族；具有的化学性质：氧化性与还原性 ； 硅原子结构示意图： ；价层电子排布图： ； 位于 p 区第 三 周期 ⅣA 族；具有的化学性质：氧化性与还原性 ； 1、 单质碳、单质硅的对比 1. 物理性质对比： 碳单质 硅单质 种类 金刚石、石墨、无定形碳、 足球烯等同素异形体 晶体硅、无定型硅 结构 金刚石：空间立体网状结构 石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间立体网状结构 物理 性质 金刚石熔点高、硬度大 石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用作切割刀具， 石墨用作电极 晶体硅用作半导体材料、电脑芯片、硅太阳能电池等 2. 化学性质： （一）单质碳 (1) 可燃性：2C＋O2 2CO （不完全燃烧） C＋O2 CO2 （完全燃烧） (2) 碳的还原性： 与CO2反应：CO2＋C 2CO 与SiO2反应：SiO2＋2C Si＋2CO↑ 与H2O反应：C＋H2O(g) CO＋H2 与CuO反应：2CuO＋C 2Cu＋CO2↑ 与强氧化性酸反应：C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2O C＋4HNO3（浓） CO2↑＋4NO2↑＋2H2O （二）单质硅Si、SiO2 不是两性物质 (1) 与非金属反应： 与O2反应：Si＋O2 SiO2 与Cl2反应：Si＋2Cl2 SiCl4 与C反应：Si＋C SiC----金刚砂的制备。 (2) 与氢氟酸反应： Si＋4HF == SiF4↑＋2H2 (3) 与NaOH溶液反应： Si＋2NaOH＋H2O == Na2SiO3＋2H2↑ (4) 工业制备： 制粗硅：SiO2＋2C Si(粗)＋2CO↑ 粗硅提纯：Si(粗)＋3HCl SiHCl3 ＋H2 ，SiHCl3 ＋H2 Si(精)＋3 HCl 2、 对应氧化物的性质对比 物质 CO2 SiO2 结构特点 存在单个CO2分子，固态CO2俗称干冰，是分子晶体 空间立体网状结构，不存在单个分子，由Si原子和O原子按1 ∶ 2的比例形成共价晶体 化学键类型 极性共价键、 1 molCO2分子有2mol σ键 极性共价键、 1 mol SiO2有4mol σ键 物质类别 酸性氧化物、分子晶体 酸性氧化物、共价晶体 物理性质 无色无味气体，ρ ＞ ρ(空气)，微溶于水 硬度大，熔沸点高的固体，不溶于水 化 学 性质 与水 反应 CO2＋H2O H2CO3 不反应 与碱性氧化物 与Na2O反应：Na2O＋CO2 == Na2CO3 与CaO反应: CaO＋CO2 == CaCO3 与CaO反应：SiO2＋CaO CaSiO3 与酸 反应 不反应 只与氢氟酸反应：SiO2＋4HF == SiF4↑＋2H2O （刻画玻璃原理） 与碱 反应 CO2少量：CO2＋2NaOH == Na2CO3＋H2O CO2过量：CO2＋NaOH == NaHCO3 SiO2＋2NaOH == Na2SiO3＋H2O（腐蚀玻璃原理） (盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 与盐 反应 CO32﹣＋H2O＋CO2 == HCO3﹣ Na2SiO3＋H2O＋CO2(少) == H2SiO3↓＋Na2CO3 Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(多) == H2SiO3↓＋2NaHCO3 SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3 Na2SiO3＋CO2↑ 特殊反应 与C反应：C＋CO2 2CO 与Mg反应: 2Mg＋CO2 2MgO＋C 光合作用：6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2 SiO2＋2C Si(粗)＋2CO↑ 用途 制饮料、制碳酸盐 光导纤维、光学仪器、电子部件 3、 对应含氧酸的性质 HCO3﹣呈碱性：水解大于电离 HC2O42﹣呈酸性：电离大于水解 （一）碳酸(H2CO3) 常见的二元弱酸，性质不稳定：H2CO3 CO2＋H2O，因此常把CO2＋H2O当碳酸用。 （二）草酸(H2C2O4) 常见的二元弱酸，碳元素的化合价为+3价，有较强的还原性。 1. 使酸性高锰酸钾溶液褪色：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4 == K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O 2. H2C2O4不稳定，固体受热易分解：H2C2O4