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碳硅及其化合物无机非金属材料碳和硅是两种非金属材料，分别构成了碳族和硅族元素的主要成员。
它们的化合物和纯净的形式具有广泛的应用领域，包括电子学、材料科学、化学、生物学等。
下面将详细介绍碳、硅及其化合物的性质和应用。
碳是地球上最丰富的元素之一，存在于多种形式中，包括钻石、石墨和富勒烯等。
钻石是由碳原子形成的三维晶体结构，具有极高的硬度和热导率。
它在工业领域用于制造切割工具、磨料和高压实验设备。
相比之下，石墨由层状的碳原子组成，具有良好的导电性和润滑性。
它被广泛应用于电池、润滑剂和石墨烯等领域。
石墨烯是由单层石墨形成的二维结构，具有出色的电导性和机械性能，被视为未来材料科学领域的重要方向。
硅是地壳中第二丰富的元素，主要以二氧化硅的形式存在。
二氧化硅是非晶态或结晶态的硅氧化物，广泛应用于制造玻璃、陶瓷和光纤等。
此外，硅也可以形成硅晶体，是制造集成电路和太阳能电池等电子器件的重要材料。
硅的高熔点和良好的热导率使其成为高温电子设备和热管理材料的理想选择。
碳和硅的化合物也具有重要的应用价值。
碳化硅是碳和硅的化合物，具有良好的耐高温性能和化学稳定性，被广泛应用于制造陶瓷、研磨材料和半导体器件等。
碳酸钙是由碳、氧和钙元素组成的化合物，广泛存在于大自然中的石灰岩和大理石中。
它在建筑材料、制药和食品工业等领域中得到了广泛应用。
另一个重要的碳化合物是一氧化碳。
一氧化碳是一种无色、无味和有毒的气体，是燃烧不完全时产生的副产品。
尽管一氧化碳具有毒性，但它也有一定的应用价值。
一氧化碳能够与铁形成一种稳定的碳氧化物，被广泛用于冶金工业中的一氧化碳炉，用于还原金属矿石。
总的来说，碳和硅及其化合物是无机非金属材料中非常重要的成员。
它们具有良好的物理、化学和电学性质，广泛应用于各个领域。
通过深入研究和开发这些材料，我们可以不断发现新的应用领域，并推动科技和工业的进步。
第一节碳、硅及其化合物1．单质的存在形态、物理性质和用途2．碳和硅的化学性质(1)碳单质的化学性质——还原性。
C ＋2O ――→CO 2、SiO 2O 2(不足) C 0常温下不活泼――→CuO 、浓硫酸O 2(充足)C ＋4O 2①与O 2的反应：O 2不足：2C ＋O 2=====点燃2CO ；O 2充足：C ＋O 2=====点燃CO 2。
②与其他物质的反应：a ．与CuO 反应：2CuO ＋C=====高温2Cu ＋CO 2↑(可用于金属的冶炼)； b ．与CO 2反应：CO 2＋C=====高温2CO ；c ．与水蒸气反应：C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2(制水煤气)； d ．与浓硫酸反应：C ＋2H 2SO 4(浓)=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋2H 2O 。
(2)硅的化学性质——还原性。
不能被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化Si①与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑；②与NaOH 溶液反应：Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑； ③与O 2反应：Si ＋O 2=====△SiO 2。
1.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SiO 2制取粗硅。
( )(2)(2013·浙江高考)碳有多种同素异形体，而氧不存在同素异形体。
( ) (3)(2012·新课标全国卷)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。
( ) (4)(2011·山东高考)单质硅常用作半导体材料和光导纤维。
( ) (5)(2011·山东高考)硅在自然界中只以化合态的形式存在。
( ) (6)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)√(6)×2．将碳、硅的单质和其物理性质或用途用短线连接起来。
第三部分常见无机物及其应用一、知识整理1．常见金属元素的位置和物理通性(1)元素在周期表中的位置(2)金属材料的物理通性常用的金属材料主要有金属和合金两类，它们具有如下的物理通性：①金属具有金属光泽；②金属具有导电性；③金属具有导热性；④金属具有良好的延展性。
2．比较金属性强弱的方法元素金属性的本质是指元素的原子失电子能力。
它取决于金属的原子半径、核电荷数、最外层电子数等因素。
可以从以下几个方面来比较元素金属性强弱：(1)根据金属的原子结构；(2)根据元素在周期表中的位置；(3)根据最高价氧化物对应水化物的碱性强弱；(4)根据与氧气反应的难易；(5)根据与水反应的条件难易；(6)根据与非氧化性酸反应的剧烈情况；(7)根据金属间发生的置换；(8)根据原电池反应，做负极的金属比做正极的金属活泼。
3．金属活动性顺序的应用。
金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 金属原子失去电子能力强---------------------------------------------------→弱金属阳离子得电子能力弱----------------------------------------------------→强金属与氧气反应常温极易氧化，燃烧产生过氧化物或超氧化物常温形成氧膜，点燃剧烈反应常温与氧气缓慢反应，高温下Fe可在纯氧中燃烧铜加热与氧化合，其余难反应金属与水反应常温剧烈Mg加热反应，Al去膜后反应铁与水蒸气反应产生四氧化三铁和氢气与水不反应金属与酸反应可置换非氧化性酸中的氢不可置换酸中的氢金属与盐溶液反应与水反应，生成的碱与盐溶液反应一般是位于金属活动性顺序表前边的金属能从盐溶液中置换出后边的金属氧化物与水反应K、Ca、Na的氧化物易和水化合生成碱，MgO与水缓慢反应，Al及其以后金属的氧化物均不与水反应氢氧化物的热稳定性K、Na的氢氧化物稳定，受热不分解，其余受热分解得到相应的氧化物和水，且它们的稳定性逐渐减弱跟碱溶液反应Al与碱溶液反应产生盐和氢气冶炼方法电解法(电解熔融盐或氧化物) 热还原法(还原剂：C、CO、H2、Al等)热分解法物理方法二、重点知识解析1．钠及其钠的化合物(1)钠及其钠的化合物的知识体系银白色、质软、比水轻，熔点97.81℃，沸点882.9℃化学性质①与氧气反应：4Na＋O22Na2O(常温下缓慢氧化)2Na＋O22Na2O2②与其他非金属反应：2Na＋Cl22NaCl(产生大量白烟)③与水反应：2Na＋H2O2NaOH＋H2↑(浮于水面，熔成闪亮的小球，并在水面上四处游动，发出咝咝的响声) ④与盐反应：2Na＋CuSO4＋2H2O Cu(OH)2↓＋Na2SO4＋H2↑(钠先与水反应，其产物再与盐反应)⑤与乙醇反应：2Na＋2C2H5OH2C2H5ONa＋H2↑(3)氧化钠与过氧化钠氧化钠过氧化钠颜色、状态白色固体淡黄色固体化学式Na2O Na2O2氧的化合价－2－1稳定性不稳定，在空气中可以继续氧化：2Na2O＋O22Na2O2稳定，加热不分解与H2O反应Na2O＋H2O2NaOH2Na2O2＋2H2O4NaOH＋O2↑与CO2反应Na2O＋CO2Na2CO32Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2氧化性、漂白性一般不表现氧化性、还原性，无漂白性有强氧化性、漂白性，可以杀菌消毒(4)碳酸钠与碳酸氢钠碳酸钠碳酸氢钠俗名苏打、纯碱小苏打色、态常以Na2CO3·10H2O存在，为无色晶体，易风化失水为白色粉末Na2CO3白色粉末水溶性易溶于水溶解度较碳酸钠小热稳定性稳定，受热难分解2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O与盐酸反应Na2CO3＋HCl NaCl＋NaHCO3Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H2ONaHCO3＋HCl NaCl＋CO2↑＋H2O 碳酸钠碳酸氢钠与碱反应Na2CO3＋Ca(OH)2CaCO3↓＋2NaOH NaHCO3＋NaOH Na2CO3＋H2O 相互转化Na2CO3NaHCO3用途重要的化工原料，用于玻璃、造纸、纺织、洗涤剂等的生产食品工业，泡沫灭火剂等2．铝及其铝的化合物(1)铝及其铝的化合物的知识体系(2)铝①铝在周期表中的位置和物理性质铝在周期表中第三周期ⅢA族，是一种银白色轻金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。
碳、硅及其化合物无机非金属材料一、碳及其化合物1、单质（1）同素异形体金刚石：构型、空间网状结构的晶体。
无色透明，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不导电。
用途：钻具、装饰品。
石墨：平面层状正六边形结构，层间以范德华力结合。
熔点很高，质软，有滑腻感，电的良导体。
用途：润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料。
C60：形似足球，俗称“足球烯”，是分子晶体。
无定形碳：木炭、活性炭（有吸附性）等，实际是石墨的微小晶体和少量杂质组成。
（2）化学性质还原性：（与O2、浓H2SO4、CuO、H2O）、、2、气态氢化物—CH43、一氧化碳CO（1）物理性质：色味的气体，溶于水，有剧毒（与血红蛋白作用）（2）化学性质：高温下表现出强还原性（与O2、Fe2O3、CuO）、4、二氧化碳CO2（1）结构：电子式为，结构式为，空间构型为型。
属于由键构成的分子，固态时为晶体。
（2）物理性质：色味的气体，溶于水，干冰能升华。
（3）化学性质：①弱氧化性（Mg、C）、② 具有酸性氧化物的性质（NaOH 、Ca(OH)2、CaCO 3、Ca(ClO)2）、 、（4）制法① 工业制法：② 实验室制法：5、碳酸H 2CO 3结构 ，二元弱酸，不稳定，易分解，具有酸的通性。
在化学方程式中写成CO 2和H 2O 的形式，只有作为水解产物时写成H 2CO 3的分子式。
6、碳酸盐（正盐、酸式盐）（1）溶解性 正盐 溶解度比较 酸式盐K +、Na +、NH 4+ 可溶 ＞可溶 其它难溶＜ 可溶 （2）热稳定性 类别稳定性分解产物 稳定性变化 正盐K +、Na + 高温不分解 稳 定 性 减 弱其它难溶性 常温稳定，高温分解 金属氧化物+CO 2 酸式盐K +、Na + 加热可分解，＜200℃ 正盐+CO 2+H 2O其它Ca 2+、Mg 2+等 加热可分解，＜100℃ 正盐+CO 2+H 2O 铵盐 (NH 4)2CO 3、NH 4HCO 3 不稳定，常温已分解 NH 3+CO 2+H 2O （3）相互转化7、碳化物（1）SiC ，金刚砂，原子晶体。
第二章 常见无机物及其应用第四节 碳、硅及其化合物【考纲扫描】了解碳、硅及其化合物的主要性质及应用【考纲解读】以新材料、新技术为背景考查碳，硅及其重要化合物的性质及应用是高考考查本部分知识的一个重要内容。
【知识梳理】一、知识网络二、碳及其化合物1．碳在自然界中的存在（1（2）具体形式：以存在于大气中。
2．碳的单质主要有4．碳酸盐（1）水溶性①含碱金属阳离子（Li +除外）、NH 4+的碳酸正盐水；酸式盐均溶于水。
②一般地，在相同温度下，难溶性正盐的溶解度CaCOCa(HCO 3)2；可溶性正盐的溶解度Na 2CO 3。
（2）热稳定性①一般地，热稳定性顺序为：如Na 2COH 2CO 3。
②可溶性正盐K 2COCaCO（3）与强酸反应碳酸的正盐、酸式盐、碱式盐均能与强酸反应产生如：（4）与强碱反应①酸式盐均能与强碱反应，如：NaHCO 3与NaOH②可溶性正盐均能与含Ba 2+、Ca 2+的碱反应，如：Na 2CO 3与Ca(OH)2反应的化学方程式：（5）与盐反应三、硅及其化合物1．硅在自然界中的存在（1（2）具体形式：以其在地壳中的含量仅次于居第二位。
2．硅的单质（1）结构及物理性质单质硅有晶体硅和无定形硅两种，晶体硅与金刚石结构相似，熔点硬度（2）主要用途：可作（3）化学性质Si 与其它元素主要形成化学性质不活泼，加热条件下与O反应，方程F 2、HF 、NaOH（43．二氧化硅（1）存在形态有结晶形和无定形两大类，统称包括水晶和玛瑙等。
（2）二氧化碳和二氧化硅的性质比较特别关注二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，也不能与水反应。
它对应的水化物是硅酸，硅酸不能由二氧化硅直接制得，只能通过可溶性硅酸盐与酸反应来制取。
（3）应用：纯净的SiO2是制作4．硅酸和硅酸盐的性质（1①②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH③水分的能力强，常用做（2）硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，大多数不溶于水。
H2CO3＞H2SiO3）5．无机非金属材料（1）三大硅酸盐材料——使用量最大的无机非金属材料（2）特殊功能的含硅物质①碳化硅：化学式为②硅钢：具有很高的导磁性，用做变压器的铁芯。
③硅橡胶：既耐高温又耐低温的橡胶。
④分子筛：具有均匀微孔结构的铝硅酸盐，主要用做（3）新型陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷。
【知识梳理自我校对】二、碳及其化合物22CO3CO+Fe2O32Fe+3CO料属的冶炼车尾气碳化合物CO2+2NaAlO2+3H2O=2Al(OH)3↓+Na2CO CO2+2Mg2CO+2Na O=2Na CO+O易3+2H+═Ca+CO2↑+H2－+OH－=CO3－Na2CO3+Ca(OH)2═CaCO3↓3+BaCl2 ═ BaCO3↓+2NaCl三、硅及其化合物点燃△点燃2SiO 2═ SiF 4，Si+4HF═ SiF 4↑+2H 2↑，Si+2NaOH+H 2O═ Na 2SiO 3+2H 2↑2+2C 2+2MgSiO 2+2C Si+2CO 2+H 2OH 2CO CO 2+CaO CaCO SiO 2+CaO CaSiO SiO 2+4HF=SiF 4+2H 2CO 2+2NaOH=Na 2CO 3+H 2SiO 2+2NaOH=Na 2SiO 3+H 22+2NaClO=Na 2CO 3SiO 2+ Na 2CO 3Na SiO 3+COSiO =SiO 2+H 23+2NaOH═Na SiO +2H 2干燥剂化剂玻璃材防火剂2SiO +2HCl═2NaCl+H 22SiO 3+CO 2+H 2O ═ Na 2CO 3+H 2SiO 3【要点精解】一、碳的化合物的重要特性1．CO 2通入BaCl 2、CaCl 2溶液中，不能生成BaCO 3、CaCO 3沉淀，原因是碳酸的酸性比盐酸弱；CO 2通入澄清石灰水中，澄清石灰水先变浑浊后又澄清。
但有此现象的还有SO 2，其区别既可以通过气味判断，又可以通过通入品红溶液判断。
2．碳酸盐的水溶性和热稳定性在物质的分离或提纯中有重要应用。
如用过滤法可将CaCO 3从水溶液中分离出来，用加热法可除去CaCO 3固体中混有的Ca(HCO 3)2固体杂质。
3．由于Na 2CO 3的溶解度大于NaHCO 3，故将CO 2通入Na 2CO 3饱和溶液中，有NaHCO 3晶体析出。
4．CO 2能引起温室效应，但引起温室效应的不仅有CO 2，还有CH 4等气体；CO 能与血红蛋白结合使人中毒，但与血红蛋白结合使人中毒的还有NO 气体。
典例精析将过量的CO 2分别通入下列溶液中，最终溶液中有白色沉淀析出的是①CaCl 2溶液 ②Na 2SiO 3溶液 ③NaAlO 2溶液 ④饱和Na 2CO 3溶液 ⑤Ca(OH)2A ．①②③④⑤B ．②③④C ．②④⑤D ．①②④答案：B解析：CO 2溶于水：CO 2+H 2O═H 2CO 3，H 2CO 3的酸性比盐酸弱，而比硅酸、铝酸（即氢氧化铝）强。
根据溶液中酸与盐反应的规律，CO 2通入CaCl 2溶液无明显现象（弱酸不能制强酸）；过量CO 2通入Na 2SiO 3、NaAlO 2溶液有白色沉淀H 2SiO 3、Al(OH)3产生；过量CO 2通入饱和Na 2CO 3溶液中：Na 2CO 3+CO 2+H 2O═2NaHCO 3，生成的NaHCO 3的溶解度比Na 2CO 3溶解度小而结晶析出；过量的CO 2通入Ca(OH)2溶液中最终生成Ca(HCO 3)2而无沉淀析出。
二、硅的化合物的重要特性1．因硅酸的酸性比碳酸还弱，所以空气中的CO 2可以跟Na 2SiO 3水溶液发生反应，从而使Na 2SiO 3变质，故Na 2SiO 3要密封保存，且其溶液因具有黏性而不能用带玻璃塞的试剂瓶盛装。
2．因玻璃中含有SiO 2，SiO 2能与碱性溶液中的OH －发生反应生成硅酸盐，故盛放碱性溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，而应用橡皮塞或软木塞。
3．常见的坩埚有瓷坩埚、铁坩埚等。
一般来说，瓷坩埚不能用于盛放碱性物质（如固体NaOH 、固体Na 2CO 3）进行加热；而铁坩埚不能用于盛放酸性或氧化性物质（如胆矾）高温 高温 高温 高温 点燃 △ 高温进行加热。
4．碳与SiO 2的反应要注意生成物为CO ，而不是CO 2。
5．SiO 2是难溶于水的酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。
典例精析（2010河南新乡模拟）在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤高氯酸 ⑥氢氧化钾 ⑦水 ⑧氮气A ．③⑤⑦⑧B ．⑤⑦C ．⑤⑧D ．⑤答案：B解析：SiO 2为难溶的酸性氧化物，具有以下特性：①常温下不与一般酸反应；②能与强碱溶液反应；③能与氢氟酸反应；④与碱性氧化物、碳酸盐、碳等反应需要高温条件。
典题训练现有下列五个转化：①SiO 2→Na 2SiO 3 ②CuSO 4→CuCl 2 ③SiO 2→H 2SiO 3 ④CuO →Cu(OH)2 ⑤Ca 3(PO 4)2→ Ca(H 2PO 4)2。
其中不可能通过一步反应实现的是A ．①②B ．③④C ．②③④D ．②③④⑤答案：B解析：SiO 2与NaOH 反应生成Na 2SiO 3；CuSO 4与BaCl 2反应生成CuCl 2；Ca 3(PO 4)2与H 3PO 4反应生成Ca(H 2PO 4)2；但SiO 2不与水反应，需经两步转化为H 2SiO 3：SiO 2先与NaOH 反应生成Na 2SiO 3，Na 2SiO 3再与盐酸反应生成H 2SiO 3；CuO 也不与水反应，需先加入H +转化为Cu 2+,再加OH －才能转化为Cu(OH)2。
三、碳、硅的“反常反应”1．SiO 2+2C ↑该反应中C 作还原剂，SiO 2中的Si 得电子，而根据元素周期律知识可知，失电子的能力Si ＞C 。
这可从化学平衡的角度理解，由于产物CO 为气体，它的放出降低了生成物的浓度，促使反应向正反应方向进行。
2．Na 2CO 3+SiO 22SiO 3+CO 2↑；CaCO 3+SiO 2CaSiO 3+CO 2↑一般情况下，因为碳酸的酸性比硅酸强，可发生反应如Na 2SiO 3+CO 2+H 2O=H 2SiO 3↓+Na 2CO 3，即符合“较强酸制较弱酸”的复分解反应规律。
而上述反应之所以能进行，是因为该反应不是在水溶液中，而是在高温条件下发生的。
从化学平衡的角度理解，高温时，SiO 2这种高沸点、难挥发的固体制得了低沸点、易挥发的CO 2气体，因CO 2生成后离开反应体系使反应向正反应方向进行到底。
3．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能与氢氟酸（HF 的水溶液）作用。
4．无机酸一般易溶于水，但H 2SiO 3难溶于水。
四、硅酸盐的氧化物表示法顺序：先写金属氧化物（活泼金属在前，不活泼金属在后；同种金属低价在前，高价在后），后写非金属氧化物（顺序同金属），最后写水。
注意事项：①氧化物之间用“· ”隔开；②系数配置出现分数时应化为整数；③氧化物形式与盐形式对照，各元素的化合价不能变，各元素的原子个数比应保持不变。
典例精析（2010湖南师大附中月考）工业上获得有关物质的方法或途径正确的是A ．将氯气通入澄清石灰水，获得漂白粉B ．用SiO 2+2C ↑制得粗硅C ．用钠将钛、锆、铌、钽等金属从它们的卤化物溶液里还原出来高温 高温 高温 高温D．将二氧化硫通入过氧化氢溶液，获得硫酸答案：B解析：漂白粉的制取一般选用石灰乳，A项错误；钠的化学性质活泼，在溶液中会与水反应，故不能在溶液中还原金属，C项错误；工业制硫酸采用接触法，原料为黄铁矿或硫，D项错误。
典题训练我国成功地发射了“嫦娥一号”探测卫星，并对月球土壤中14种元素的分布及含量进行了探测。
月球上矿产资源极为丰富，仅月面表层5 cm厚的沙土就含铁单质上亿吨，月球上的主要矿物有辉石［CaMgSi2O6］、斜长石［KAlSi3O8］和橄榄石［(MgFe)2SiO6］等，下列说法或分析不正确的是A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2C．橄榄石中铁为+2价D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱答案：D解析：铁的活动性是不会改变的，只是月球上没有氧气，故在月球上存在游离态铁，D项错误。
【感悟高考】1．（2012北京卷）已知33As、35Br位于同一周期，下列关系正确的是A．原子半径：As＞C1＞P B．热稳定性：HC1＞AsH3＞HBrC．还原性：As3−＞S2−＞C1−D．酸性：H3AsO4＞H2SO4＞H3PO42．（2011·山东高考）某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素A．在自然界中只以化合态的形式存在B．单质常用做半导体材料和光导纤维C．最高价氧化物不与酸反应D．气态氢化物比甲烷稳定34A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂C．盐析可提纯蛋白质并保持其生理活性D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯5（2009·四川理综）开发新材料是现代科技发展的方向之一。
