第一节 碳、硅及无机非金属材料
[最新考纲]
1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
[知识网络]
1. 碳及其化合物的转化关系图
2. 硅及化合物转化关系图
3. 碳、硅及其化合物的转化关系图
考点一 应用广泛的非金属单质——碳、硅
[课前预习]
1. C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)自然界中碳元素既有游离态,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
碳 硅
结构 金刚石:空间网状结构
石墨:层状结构 晶体硅:与金刚石类似的空间网状结构
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、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池
2.碳、硅的化学性质:
①碳单质的化学性质——还原性。
a.与O2的反应(用化学方程式表示):
O2不足:2C+O2点燃,2CO;O2充足:C+O2点燃,CO2。
b.与其他物质的反应(用化学方程式表示):
与CuO反应:2CuO+C高温,2Cu+CO2↑(可用于金属的冶炼);
与CO2反应:CO2+C高温,2CO;
与水蒸气反应:C+H2O(g)高温,CO+H2(制水煤气);
与浓硫酸反应:C+2H2SO4(浓)△,CO2↑+2SO2↑+2H2O。
②硅的化学性质——还原性。
a.与氢氟酸反应的化学方程式:Si+4HF===SiF4↑+2H2↑;
b.与NaOH溶液反应的化学方程式:Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑;
c.与O2反应:Si+O2△,SiO2。
[课内探究]
考点1 硅单质的特性
非金属的一般规律 硅的特性
硅还原性强于碳 2C+SiO2=====高温 Si+2CO↑
非金属与强碱溶液反应一般不产生H2 硅可与强碱溶液反应产生H2:
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑
非金属一般不与非氧化性酸反应 Si+4HF===SiF4↑+2H2↑
一般非金属单质为绝缘体 硅为半导体,常用于电子部件
[典题示例]
判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2013•广东高考)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。( )
(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。( )
(3)(2011•山东高考)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。( )
(4)(2011•山东高考)硅在自然界中只以化合态的形式存在。( )
(5)硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应。( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)×
考点2 硅的工业制法
1.制取粗硅
工业上,用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。
SiO2+2C=====高温 Si+2CO↑。
2.粗硅提纯