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【讲通练透】高考化学知识清单11 碳、硅及其重要的化合物（思维导图+知识解读+易混易错+典例分析）
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这是一份【讲通练透】高考化学知识清单11 碳、硅及其重要的化合物（思维导图+知识解读+易混易错+典例分析），共18页。试卷主要包含了研究考试大纲，循纲务本，精练高考真题，明确方向，摸清问题所在，对症下药，切实回归基础，提高能力，5°等内容，欢迎下载使用。
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知识清单11 碳、硅及其重要的化合物
知识点01 单质碳的结构和性质
一、单质碳的结构和性质
1．碳元素的存在形态
（1）游离态：金刚石、石墨
（2）化合态：二氧化碳、碳酸钠、淀粉、纤维素
2．碳元素的作用
（1）形成化合物种类最多的元素
（2）构成生物体的基本元素
（3）构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素
3．碳的三种同素异形体
4．几种常见的碳单质的用途
（1）木 炭：制黑火药
（2）活性炭：防毒面具
（3）石 墨：制作电极
（4）焦 炭：冶炼金属
（5）金刚石：切割玻璃
（6）炭 黑：制造油墨
5．化合价：最高正价为+4，最低负价为－4
6．碳的还原性
（1）可燃性：CCOCO2
（2）与氧化物的反应
①Ceq \(-----------------------→,\s\up7(H2O、CO2、SiO2),\s\d5(高温))CO
②Ceq \(--------------------→,\s\up7(CuO、Fe2O3等),\s\d5(高温))CO2或CO（碳过量）
（3）与氧化性酸的反应
①浓硝酸：C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
②浓硫酸：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
易错点：碳的同素异形体的易错点
（1）木炭、焦炭、活性炭、炭黑中含有少量的杂质，不是碳单质，不属于碳的同素异形体。
（2）同素异形体之间的转化为化学变化，但是元素的化合价没有变化，不属于氧化还原反应。
（3）石墨中含有大键，碳碳键的键长比金刚石中的短，键能大，熔点比金刚石的高。
（4）虽然C60中的碳碳键的键长比金刚石中的短，但是金刚石的熔点比C60的高，因为C60属于分子晶体，而金刚石属于共价晶体。
【典例01】美国科学家制成了用C60作车轮的“纳米汽车”（如图所示），每辆“纳米汽车”是由一个有机分子和4个C60分子构成，直径约6到9纳米。“纳米汽车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法不正确的是（ ）。
A．C60属于新型无机非金属材料
B．C60可以在一定条件下转化为金刚石，且发生物理变化
C．C60与碳纳米管互为同素异形体
D．用激光笔照射该“纳米汽车”分散在蒸馏水中形成的分散系，光线通过时出现明亮的光路
【解析】选B。常见的无机非金属材料如氮化硅、晶体硅、二氧化硅、C60等，其中C60为新型无机非金属材料，故A正确；有新物质生成是化学变化，C60和金刚石属于不同物质，所以C60在一定条件下转化为金刚石是化学变化，故B错误；C60与碳纳米管均是碳元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故C正确；胶体具有丁达尔效应，该分散系为胶体，所以具有丁达尔效应，故D正确。
【典例02】（2023·广西防城港一模）中科大陈乾旺教授等人发明合成金刚石的新方法，其化学原理为：
①8Na+6CO2C（金刚石）+C（石墨）+4Na2CO3
该方法比1955年人工首次制得金刚石的旧方法容易得多，其化学原理是：
②C（石墨）C（金刚石）
以下表述中正确的是（ ）。
A．新法①利用的是化学变化，旧法②利用的是物理变化
B．在反应①中，利用了金属钠的还原性
C．在反应①中每生成12g金刚石需要消耗23g金属钠
D．在反应①和②中，金刚石都是还原产物
【解析】选B。化学变化中有新物质生成，方法①和②都发生了化学变化，故A错误；反应①中，Na元素的化合价由0升高为+1价，则Na为该反应中的还原剂，体现其还原性，故B正确；由反应可知，12g金刚石为1ml，消耗8mlNa，Na的质量为8ml×23g/ml＝184g，故C错误；因反应②中没有元素的化合价变化，则不属于氧化还原反应，故D错误。
知识点02 一氧化碳的结构、性质和制备
二、一氧化碳的结构和性质
1．结构
（1）结构式：，电子式：
（2）化学键
①按共用电子对来源：共价键和配位键
②按电子云重叠程度：2个键1个键
2．毒性：与血红蛋白（Hb）通过配位键结合，使其失去携氧功能，同NO
（1）提供孤电子对的原子：C
（2）配合物稳定性：Hb·CO＞Hb·O2，Hb·CO＞Hb·NO
3．还原性（高温还原剂）
（1）可燃性：COCO2
①蓝色火焰：CO燃烧
②淡蓝色火焰：氢气、甲烷、酒精燃烧、硫在空气中燃烧
③蓝紫色火焰：硫在纯氧中燃烧
④紫色火焰：钾元素的焰色试验
⑤黄色火焰：钠元素的焰色试验
⑥苍白色火焰：氢气在氯气中燃烧
（2）还原氧化物：COeq \(-------------------------→,\s\up7(CuO、Fe2O3、H2O),\s\d5(高温))CO2
4．工业制法：C+H2O（g）CO+H2，吸热反应
二、实验室制一氧化碳
1．反应原理及装置
（1）装置类型：“固体+固体气体（产生大量液体）”型
①反应：H2C2O4·2H2O（s）CO2↑+CO↑+3H2O
②信息：H2C2O4·2H2O在101.5℃熔化，150℃左右分解
（2）装置类型：“固（液）体+液体气体”型
①反应：H2C2O4（s）CO2↑+CO↑+H2O
②反应：HCOOH（l）CO↑+H2O
③浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂
2．气体净化装置（假设含CO2和H2O杂质）
（1）先用NaOH溶液除CO2
（2）再用浓硫酸或P2O5或硅胶或无水CaCl2或碱石灰除水蒸气
（3）最好用碱石灰将二者全部除去
4．气体收集装置：只能用排水法
5．检验方法
（1）图示
（2）方法：先将气体通过灼热的CuO，变红，再将产生的气体通入澄清石灰水，变浑浊
6．尾气处理
（1）点燃法
（2）袋装法
（3）强氧化剂法（信息型）
①银氨溶液：CO+2Ag（NH3）OH（NH4）CO3+2Ag↓+2NH3
②PdCl2溶液：PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl
③热的高锰酸钾溶液：5CO+2KMnO4+3H2SO45CO2+K2SO4+2MnSO4+3H2O
7．确定CO、CO2混合气体中含有CO的实验
（1）各装置的作用
①A装置：除去混合气体中的CO2气体。
②B装置：检验混合气体中的CO2是否除尽。
③C装置：检验气体有无还原性或初步检验是否有CO
④D装置：检验有无CO2生成，进一步确认是否有CO
⑤E装置：除去尾气中的CO2气体。
⑥F装置：除去尾气中的CO气体、防止污染空气。
（2）确定有CO的现象：B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊
易错点1：一氧化碳的易错知识点
（1）CO和互为等电子体，二者结构相似，
（2）CO不溶于水，与水、碱都不反应，不属于酸性氧化物。
（3）CO在高温下具有强还原性，常温下很不活泼。
易错点2：CO还原CuO的实验的操作顺序
（1）开始时
①先点燃酒精灯B（尾气处理）
②再通入CO排尽装置内的空气，防止不纯的CO在点燃时发生爆炸
③最后点燃酒精灯A，进行CO还原CuO的实验
（2）结束时
①先熄灭酒精灯A，停止反应
②再停止通入CO，防止水倒吸入热的硬质玻璃管中使其炸裂
③最后熄灭酒精灯B
【典例03】（2023·芜湖高三上学期期末）已知一氧化碳分子的电子式为：，下列叙述正确的是（ ）。
A．CO分子内含有一个共价叁键
B．分子内的化学键是非极性共价键
C．C、O原子间有3对电子，所以碳为+3价
D．其结构式为（→表示电子提供方向）
【解析】选A。由于一氧化碳分子的电子式可知，CO中共用了3对电子，即含有叁键，A选项正确；碳氧叁键是由不同种元素形成的共价键，属于极性共价键，B选项错误；虽然C、O原子间有3对电子，由于碳只提供了2个电子共用，故碳显+2价（或在CO中氧显－2价，则碳显+2价）。一氧化碳分子中的碳氧三键，由1对共用电子对是由氧原子单独提供的，为配位键，“→”有关由O原子指向C原子，D选项错误。
【典例04】已知：酸式乙二酸钠与浓硫酸共热时反应为：HOOC－COONa+H2SO4（浓）NaHSO4+CO2↑+CO↑+H2O。利用该反应所产生的气体（X）用下列有关仪器装置进行以下实验。据此，下列说法不正确的是（ ）。
A．对Ⅰ装置，活塞K2关闭，打开活塞K1，在导管D处能得到纯净而干燥的CO气体
B．当A选项反应完成后，再关闭活塞K1打开活塞K2，在导管D处得到纯净而干燥的CO2气体
C．利用装置Ⅰ中D处所得的纯净CO气体，通过实验装置Ⅱ能够说明CO具有还原性
D．实验装置Ⅲ与实验装置Ⅱ相比较，能减少CO的污染，能顺利完成氧化铁还原实验
【解析】选D。对装置Ⅰ，关闭活塞K2，打开活塞K1，气体经过氢氧化钠溶液除去 CO2，再经浓硫酸干燥，即能得到纯净而干燥的CO，故A正确；CO2与氢氧化钠溶液生成的碳酸钠溶液中加入稀硫酸生成CO2，故B正确；纯净的CO通过实验装置Ⅱ，若红色粉末变为黑色或澄清石灰水变浑浊，都能够说明CO具有还原性，故C正确；实验装置Ⅲ是一个闭合循环系统，在循环系统中，气体的压强处处相等，气体不能顺利进入硬质玻璃管，而造成实验无法进行，故D错误。
知识点03 二氧化碳的结构、性质和制备
一、二氧化碳的结构和性质
1．分子结构
（1）结构式：O＝C＝O，电子式
（2）共价键：2个键2个键，大键表示式Π
（3）分子类型：非极性分子
（4）晶胞结构
①晶胞名称面心立方，配位数12
②中心原子的杂化方式sp
2．物理性质
（1）溶解性：可溶于水（1∶1），不溶于饱和NaHCO3溶液
（2）固体CO2俗称干冰，可用于人工降雨
3．酸性氧化物
（1）与碱溶液反应
①NaOH溶液Na2CO3NaHCO3
②CO2NaHCO3Na2CO3
③Ca(OH)2CaCO3Ca（HCO3）2
（2）与碱性氧化物反应
①CaOCaCO3；②Na2ONa2CO3
4．氧化性
（1）Mg：CO2+2Mg2MgO+C
（2）C：C+CO22CO，吸热反应
5．工业制法：CaCO3CaO+CO2↑，吸热反应
二、实验室制二氧化碳
1．制备原理
（1）碳酸钙和稀盐酸：CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
（2）不用大理石和稀硫酸的原因：在CaCO3表面生成微溶的CaSO4沉淀，阻止反应继续进行
2．发生装置：“块状固体+液体→气体”型
4．气体净化装置
（1）试剂：先用饱和NaHCO3溶液除去HCl，再用浓硫酸、P2O5、硅胶、无水CaCl2除去水蒸气
（2）装置：洗气瓶，导气管口长进短出
5．气体收集装置
（1）排空气法：向上排空气法
①带橡胶塞的集气瓶正放：导气管口长进短出
②带橡胶塞的集气瓶倒放：导气管口短进长出
（2）排液体法：排饱和NaHCO3溶液法，导气管口短进长出
6．检验方法：先将气体通入品红溶液，不褪色；再通入澄清石灰水，变浑浊
易错点：CO2与常见盐溶液的反应
（1）CO2与弱酸盐溶液（如Na2SiO3、Ca（ClO）2、NaAlO2）的反应：同时满足“强酸制弱酸，强碱制弱碱”原理，少量CO2生成碳酸盐，过量CO2生成碳酸氢盐。
（2）CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。
（3）CO2与饱和Na2CO3溶液反应的现象是有白色晶体析出，生成的NaHCO3不能拆成离子形式。
（4）与CO2量无关的弱酸盐
①CO2与ONa溶液反应只生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞OH＞HCO3－。
②CO2与NaClO溶液反应只能生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞HClO＞HCO3－。
【典例05】（河南省新未来2023届高三上学期9月联考）向下列物质的饱和溶液中持续通入CO2气体，最终不会得到沉淀或析出晶体的是（ ）。
A．Ca（OH）2 B．NH3和NaCl C．Na2SiO3 D．NaAlO2
【解析】选A。过量的CO2与Ca（OH）2反应：2CO2+Ca（OH）2Ca（HCO3）2，最终不会得到沉淀，A符合题意；通入CO2与NH3和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，B不符合题意；碳酸的酸性比硅酸的强，过量的CO2与Na2SiO3溶液反应：Na2SiO3+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3，产生硅酸沉淀，C不符合题意；碳酸的酸性比氢氧化铝的强，过量的CO2与NaAlO2溶液反应：NaAlO2+2H2O+CO2Al（OH）3↓+NaHCO3，产生氢氧化铝沉淀，D不符合题意。
【典例06】】向含2mlNaOH、1mlBa（OH）2、2mlNaAlO2的混合液中慢慢通入CO2至过量，下列有关说法正确的是（ ）。
A．整个过程中共发生四个离子反应
B．根据现象可判断酸性强弱为：H2CO3＞HAlO2＞HCO3－
C．通入3mlCO2和通入5mlCO2都只产生3ml沉淀
D．整个过程中生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的图像如图所示
【解析】选C。CO2通入到NaOH、Ba（OH）2、NaAlO2的混合溶液，反应的先后顺序为：Ba（OH）2、NaOH、NaAlO2，则混合溶液中慢慢通入CO2，发生的反应有：CO2+Ba（OH）2＝BaCO3↓+H2O、2NaOH+CO2＝Na2CO3+H3O、2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3；CO2过量，还发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3、BaCO3+CO2+H2O＝Ba（HCO3）2，由以上分析可知，整个过程中共发生五个离子反应，故A错误；由2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3可知，酸性：H2CO3＞HAlO2，反应没有生成NaHCO3，说明酸性HAlO2＜HCO3－，故B错误；由方程式可知，2ml NaOH、1ml Ba（OH）2、2ml NaAlO2与3ml CO2恰好反应产生3ml沉淀，再通2mlCO2，只发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3所以沉淀的质量不变，故C正确；已知发生的反应有：CO2+Ba（OH）2＝BaCO3↓+H2O、2NaOH+CO2＝Na2CO3+H3O、2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3；CO2过量，还发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3、BaCO3+CO2+H2O＝Ba（HCO3）2，通过量的CO2不能氢氧化铝溶解，所以最后沉淀不为零，故D错误。
知识点04 单质硅的结构和性质
1．硅的存在
（1）形态：在自然界中只有化合态
（2）形式：二氧化硅和硅酸盐
2．晶体硅的结构
（1）构成微粒硅原子，作用力：共价键
（2）立体构型
①基本构型：正四面体，杂化方式sp3
②键角：109.5°
③最小的环：六元环
④Si-Si键数/ml：2
3．物理性质
（1）色、态：晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体
（2）导电性：良好的半导体材料
4．化合价：最高正价为+4，最低负价为－4
5．稳定性：Sieq \(------------------------------------→,\s\up7(H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸),\s\d5(常温))不反应
6．还原性
（1）常温下与F2、HF、NaOH溶液反应
①F2：Si+2F2SiF4
②HF：Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③NaOH：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
（2）高温下与O2、Cl2、C等化合
①Si+O2SiO2
②Si+2Cl2SiCl4
③Si+CSiC
（3）Si与NaOH溶液反应的原理
①置换反应：Si+3H2OH2SiO3+2H2↑
②中和反应：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
③还原剂是Si，氧化剂是H2O
7．工业制法
（1）流程一：SiO2粗硅SiCl4高纯硅
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+2Cl2SiCl4
③SiCl4+2H2Si+4HCl
（2）流程二：SiO2粗硅SiHCl3高纯硅
①Si+3HClSiHCl3+H2
②SiHCl3+H2Si+3HCl
8．晶体硅的用途
（1）制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件
（2）制造太阳能电池等
易错点：硅单质的特殊性
（1）硅化学性质不活泼，但自然界中却没有游离态的硅。
（2）非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。
（3）Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2+2CSi+2CO↑。
（4）非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出，但Si却能反应放出H2：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑。
（5）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅却能与氢氟酸反应：Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑。
【典例07】化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO44－，然后SiO44－迅速水解生成H4SiO4，下列有关说法正确的是（ ）。
A．原硅酸钠（Na4SiO4）能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质
B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C．2HCl+Na2SiO3H2SiO3↓+2NaCl说明Cl的非金属性大于Si
D．半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅
【解析】选D。原硅酸钠（Na4SiO4）是强碱弱酸盐，属于强电解质，A错误；石英的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，所以石英玻璃不属于硅酸盐产品，B错误；2HCl+Na2SiO3＝H2SiO3↓+2NaCl说明酸性HCl大于H2SiO3，由于盐酸为无氧酸，不能证明氯的非金属性大于硅，C错误；沙子的主要成分SiO2，以沙子为原料经过还原得到晶体Si，制成各种半导体电器，被人们使用，所以半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅，D正确。
【典例08】（2023·江西九江一模）实验室用H2还原SiHCl3（沸点：31.85℃）制备纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法正确的是（ ）。
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开盛装稀硫酸的分液漏斗
C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，用到的试剂可以为：盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于氢氧化钠稀溶液与氯化铵固体反应制备氨气
【解析】选C。本题制备晶体硅，H2+SiHCl3Si+3HCl，此反应应在Ⅳ装置中进行，A、装置I的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的目的是除去氢气中的水蒸气，即Ⅱ中盛放浓硫酸，Ⅲ的提供SiHCl3气体，因此在水浴中加热，故A错误；应先通入氢气，目的是排除装置中的空气，防止发生危险，故B错误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2+，Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，与KSCN溶液变红，可以鉴定是否含有铁单质，故C正确；用NaOH溶液制备氨气，需要加热或NaOH溶液为浓溶液，I装置中没有加热装置，且NaOH溶液为稀溶液，因此此装置不能制备氨气，故D错误。
知识点05 二氧化硅的结构和性质
1．物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水
2．天然存在：水晶、玛瑙、石英、沙子、硅石的主要成分
3．二氧化硅的结构
（1）晶体类型：共价晶体
（2）立体结构
①基本构型：正四面体，杂化方式sp3
②键角：109.5°
③最小的环：12元环，含6个Si，6个O
④Si-O键数/ml：4
4．酸性氧化物
（1）与水反应：SiO2不反应
（2）与碱发生复分解：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
（3）与碱性氧化物化合：SiO2Na2SiO3，SiO2CaSiO3
（4）工业上制玻璃（难挥发性酸性氧化物制挥发性酸性氧化物）
①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
②CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
5．特殊反应
（1）反应：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
（2）应用：雕刻玻璃
6．弱氧化性
（1）C：2C+SiO2Si+2CO↑
（2）Mg：2Mg+SiO2Si+2MgO
7．用途
（1）石英：石英玻璃用来制造耐高温化学仪器
（2）水晶：电子工业的重要部件，制造光学仪器、高级工艺品、眼镜片等
（3）玛瑙：制精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等
（4）SiO2：制光导纤维
（5）沙子：建筑材料
易错点：二氧化硅的易错知识点
（1）SiO2和CO2不是等电子体，因为二者的空间构型不同。
（2）酸性氧化物一般都溶于水生成相应的含氧酸，但SiO2不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。
（3）酸性氧化物一般不与非氧化性酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O。
（4）氢氟酸不能用玻璃容器盛放；NaOH溶液能用玻璃试剂瓶盛放，但不能用玻璃塞。
（5）SiO2不导电，是制作光导纤维的材料；Si是半导体，是制作芯片及光电池的材料。
（6）非金属氧化物的熔沸点一般比较低，但SiO2的却很高。
（7）SiO2既能和酸反应，又能和碱反应，但它不是两性氧化物。
【典例09】下列说法正确的是（ ）。
A．由SiO2不能与水反应生成硅酸可知，SiO2不是酸性氧化物
B．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
C．由SiO2可制作光导纤维可知，SiO2可导电
D．由SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
【解析】选B。酸性氧化物是能跟碱生成盐和水的氧化物，SiO2能与碱反应生成硅酸盐和水，所以SiO2是酸性氧化物，酸性氧化物不是根据能否跟水反应确定的，故A错误；CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀硅酸，根据强酸可以制弱酸，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，故B正确；SiO2可制作光导纤维，是因为SiO2的导光性，SiO2不导电，故C错误；SiO2可与NaOH等碱溶液反应生成盐和水，SiO2虽然可与氢氟酸反应，但不生成盐和水且不能和其他酸反应，SiO2和酸的反应不具有普遍性，所以SiO2不是两性氧化物，SiO2是酸性氧化物，故D错误。
【典例10】SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图所示），下列说法错误的是（ ）。
A．高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石（主要成分为SiO2）转化为易熔的炉渣
B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C．用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙
D．图中所含反应都不属于氧化还原反应
【解析】选D。高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣，故A正确；光导纤维的成分是二氧化硅，做半导体、芯片的是单质硅，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，故B正确；碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙和水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英（主要成分为SiO2）中混有的少量碳酸钙，故C正确；化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应，二氧化硅与碳反应生成硅单质的反应是氧化还原反应，故D错误。
知识点06 硅酸、硅酸盐的性质和应用
1．各种硅酸的结构
（1）原硅酸（H4SiO4）和硅酸（H2SiO3）
（2）多硅酸：原硅酸分子之间失去水生成一系列的酸
2．硅酸的性质
（1）物理性质：白色难溶于水的固体
（2）弱酸性：酸性比碳酸弱
①NaOH：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
②Na2CO3：不反应
（3）热不稳定性：H2SiO3SiO2+H2O
（4）硅酸酸性的实验证明
①向NaOH溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，加入适量硅酸，充分振荡，溶液红色消失，说明硅酸显酸性。
②向硅酸钠溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，说明硅酸显酸性。
③测定硅酸钠溶液的pH，若pH＞7，说明硅酸显酸性。
3．硅酸的制备：可溶性硅酸盐（Na2SiO3）和酸反应
（1）HCl：Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
（2）少量CO2：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
（3）过量CO2：Na2SiO3+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3
4．硅酸钠
（1）俗名：硅酸钠水溶液俗称水玻璃，硅酸钠固体俗称泡花碱
（2）弱酸盐：水溶液呈强碱性
（3）水玻璃的用途
①肥皂填料
②木材、织物的防腐剂和防火剂
③建筑工业上的粘合剂
④耐火材料
5．硅胶
（1）结构：网状多孔结构的无定形二氧化硅
（2）性质：具有强烈地吸水性
（3）用途：用做干燥剂、吸附剂和催化剂的载体
（4）制备：Na2SiO3H2SiO3SiO2·nH2O（硅胶）
6．用氧化物形式表示硅酸盐的化学式
（1）原则
①化学式中各元素的化合价不变
②化学式中各元素的原子个数比不变
（2）书写顺序；活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·SiO2·H2O
（3）实例
①Al2Si2O5（OH）4：Al2O3·2SiO2·2H2O
②KAlSi3O8：K2O•Al2O3•6SiO2
③BaCuSi2O6：BaO•CuO•2SiO2
④Na2Fe5Si8H2O24：Na2O•3FeO•Fe2O3•8SiO2•H2O
易错点1：硅酸、硅酸盐的易错知识点
（1）硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐有硅酸钠。
（2）H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓，但是在高温条件下反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能发生。其原因是：硅酸盐比碳酸盐稳定；由高沸点难挥发性固体SiO2制低沸点易挥发的CO2。
（3）水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。
（4）硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化硅酸盐组成，采用氧化物的形式。实际上，硅酸盐不是以简单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。
（5）Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠固体又称泡花碱，但它却是盐，并不是碱。
易错点2：常见坩埚的使用
【典例11】（2021年1月·浙江选考真题）铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道（如图），其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可表示为Ma［（AlO2）x·（SiO2）y］·zH2O（M代表金属离子）。下列推测不正确的是（ ）。
A．常采用水玻璃、偏铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛
B．若a＝，则M为二价阳离子
C．调节（硅铝比）的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性
D．分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子
【解析】选A。偏铝酸钠在强酸性溶液中不能稳定存在容易形成Al3+，不可以利用偏铝酸钠在强酸性溶液中制备分子筛，故A错误；设M的化合价为m，结合正负化合价代数和为0可知：m×+x×（－1）＝0，解得：m＝+2，故B正确；调节硅铝比可以改变分子筛的空间结构，从而改变分子筛的稳定性，故C正确；调节硅铝比可以调节分子筛的孔径，根据分子筛孔径的大小可以筛分不同大小的分子，故D正确。
【典例12】（2021年1月高三八省联考湖北卷）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2∆H＜0。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是（ ）。
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【解析】选C。水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；水与硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；硅酸三钙（3CaO·SiO2）与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确。
知识点01单质碳的结构和性质
知识点03二氧化碳的结构、性质和制备
知识点05二氧化硅的结构和性质
知识点02一氧化碳的结构、性质和制备
知识点04单质硅的结构和性质
知识点06硅酸和硅酸盐的性质和应用
名称
金刚石
石墨
碳六十
结构图示
晶体类型
共价晶体
混合型晶体
分子晶体
杂化方式
sp3
sp2
sp2
共价键数
4
1.5
90个键30个键
最小碳环
六元环
六元环
五元环
不能选用
可以选用
原硅酸
硅酸
二硅酸
三硅酸
n硅酸
性质
成分
适用范围
碱性
氧化镁坩埚
不能熔融KHSO4或NaHSO4等酸性固体
酸性
石英坩埚
不能熔融NaOH、Na2O2、Na2CO3等碱性固体，不能和氢氟酸接触
瓷坩埚
两性
氧化铝坩埚
不能熔融Na2CO3、NaOH、Na2O2等碱性固体和KHSO4或NaHSO4等酸性固体
中性
石墨坩埚
冶炼特种合金钢、熔化有色金属及其合金
铁坩埚
不能熔融KHSO4等酸性物质及Na2S等含硫的碱性硫化物
2.精练高考真题，明确方向。经过对近几年高考题的横、纵向分析，可以得出以下三点：一是主干知识考查“集中化”，二是基础知识新视角，推陈出新，三是能力考查“综合化”。
3.摸清问题所在，对症下药。要提高后期的备考质量，还要真正了解学生存在的问题，只有如此，复习备考才能更加科学有效。所以，必须加大信息反馈，深入总结学情，明确备考方向，对症开方下药，才能使学生的知识结构更加符合高考立体网络化要求，才能实现基础→能力→分数的转化。
4.切实回归基础，提高能力。复习训练的步骤包括强化基础，突破难点，规范作答，总结方法，通过这样的总结，学生印象深刻，应用更加灵活。
知识清单11 碳、硅及其重要的化合物
知识点01 单质碳的结构和性质
一、单质碳的结构和性质
1．碳元素的存在形态
（1）游离态：金刚石、石墨
（2）化合态：二氧化碳、碳酸钠、淀粉、纤维素
2．碳元素的作用
（1）形成化合物种类最多的元素
（2）构成生物体的基本元素
（3）构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素
3．碳的三种同素异形体
4．几种常见的碳单质的用途
（1）木 炭：制黑火药
（2）活性炭：防毒面具
（3）石 墨：制作电极
（4）焦 炭：冶炼金属
（5）金刚石：切割玻璃
（6）炭 黑：制造油墨
5．化合价：最高正价为+4，最低负价为－4
6．碳的还原性
（1）可燃性：CCOCO2
（2）与氧化物的反应
①Ceq \(-----------------------→,\s\up7(H2O、CO2、SiO2),\s\d5(高温))CO
②Ceq \(--------------------→,\s\up7(CuO、Fe2O3等),\s\d5(高温))CO2或CO（碳过量）
（3）与氧化性酸的反应
①浓硝酸：C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O
②浓硫酸：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
易错点：碳的同素异形体的易错点
（1）木炭、焦炭、活性炭、炭黑中含有少量的杂质，不是碳单质，不属于碳的同素异形体。
（2）同素异形体之间的转化为化学变化，但是元素的化合价没有变化，不属于氧化还原反应。
（3）石墨中含有大键，碳碳键的键长比金刚石中的短，键能大，熔点比金刚石的高。
（4）虽然C60中的碳碳键的键长比金刚石中的短，但是金刚石的熔点比C60的高，因为C60属于分子晶体，而金刚石属于共价晶体。
【典例01】美国科学家制成了用C60作车轮的“纳米汽车”（如图所示），每辆“纳米汽车”是由一个有机分子和4个C60分子构成，直径约6到9纳米。“纳米汽车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法不正确的是（ ）。
A．C60属于新型无机非金属材料
B．C60可以在一定条件下转化为金刚石，且发生物理变化
C．C60与碳纳米管互为同素异形体
D．用激光笔照射该“纳米汽车”分散在蒸馏水中形成的分散系，光线通过时出现明亮的光路
【解析】选B。常见的无机非金属材料如氮化硅、晶体硅、二氧化硅、C60等，其中C60为新型无机非金属材料，故A正确；有新物质生成是化学变化，C60和金刚石属于不同物质，所以C60在一定条件下转化为金刚石是化学变化，故B错误；C60与碳纳米管均是碳元素形成的不同种单质，互为同素异形体，故C正确；胶体具有丁达尔效应，该分散系为胶体，所以具有丁达尔效应，故D正确。
【典例02】（2023·广西防城港一模）中科大陈乾旺教授等人发明合成金刚石的新方法，其化学原理为：
①8Na+6CO2C（金刚石）+C（石墨）+4Na2CO3
该方法比1955年人工首次制得金刚石的旧方法容易得多，其化学原理是：
②C（石墨）C（金刚石）
以下表述中正确的是（ ）。
A．新法①利用的是化学变化，旧法②利用的是物理变化
B．在反应①中，利用了金属钠的还原性
C．在反应①中每生成12g金刚石需要消耗23g金属钠
D．在反应①和②中，金刚石都是还原产物
【解析】选B。化学变化中有新物质生成，方法①和②都发生了化学变化，故A错误；反应①中，Na元素的化合价由0升高为+1价，则Na为该反应中的还原剂，体现其还原性，故B正确；由反应可知，12g金刚石为1ml，消耗8mlNa，Na的质量为8ml×23g/ml＝184g，故C错误；因反应②中没有元素的化合价变化，则不属于氧化还原反应，故D错误。
知识点02 一氧化碳的结构、性质和制备
二、一氧化碳的结构和性质
1．结构
（1）结构式：，电子式：
（2）化学键
①按共用电子对来源：共价键和配位键
②按电子云重叠程度：2个键1个键
2．毒性：与血红蛋白（Hb）通过配位键结合，使其失去携氧功能，同NO
（1）提供孤电子对的原子：C
（2）配合物稳定性：Hb·CO＞Hb·O2，Hb·CO＞Hb·NO
3．还原性（高温还原剂）
（1）可燃性：COCO2
①蓝色火焰：CO燃烧
②淡蓝色火焰：氢气、甲烷、酒精燃烧、硫在空气中燃烧
③蓝紫色火焰：硫在纯氧中燃烧
④紫色火焰：钾元素的焰色试验
⑤黄色火焰：钠元素的焰色试验
⑥苍白色火焰：氢气在氯气中燃烧
（2）还原氧化物：COeq \(-------------------------→,\s\up7(CuO、Fe2O3、H2O),\s\d5(高温))CO2
4．工业制法：C+H2O（g）CO+H2，吸热反应
二、实验室制一氧化碳
1．反应原理及装置
（1）装置类型：“固体+固体气体（产生大量液体）”型
①反应：H2C2O4·2H2O（s）CO2↑+CO↑+3H2O
②信息：H2C2O4·2H2O在101.5℃熔化，150℃左右分解
（2）装置类型：“固（液）体+液体气体”型
①反应：H2C2O4（s）CO2↑+CO↑+H2O
②反应：HCOOH（l）CO↑+H2O
③浓硫酸的作用：催化剂和脱水剂
2．气体净化装置（假设含CO2和H2O杂质）
（1）先用NaOH溶液除CO2
（2）再用浓硫酸或P2O5或硅胶或无水CaCl2或碱石灰除水蒸气
（3）最好用碱石灰将二者全部除去
4．气体收集装置：只能用排水法
5．检验方法
（1）图示
（2）方法：先将气体通过灼热的CuO，变红，再将产生的气体通入澄清石灰水，变浑浊
6．尾气处理
（1）点燃法
（2）袋装法
（3）强氧化剂法（信息型）
①银氨溶液：CO+2Ag（NH3）OH（NH4）CO3+2Ag↓+2NH3
②PdCl2溶液：PdCl2+CO+H2OPd↓+CO2+2HCl
③热的高锰酸钾溶液：5CO+2KMnO4+3H2SO45CO2+K2SO4+2MnSO4+3H2O
7．确定CO、CO2混合气体中含有CO的实验
（1）各装置的作用
①A装置：除去混合气体中的CO2气体。
②B装置：检验混合气体中的CO2是否除尽。
③C装置：检验气体有无还原性或初步检验是否有CO
④D装置：检验有无CO2生成，进一步确认是否有CO
⑤E装置：除去尾气中的CO2气体。
⑥F装置：除去尾气中的CO气体、防止污染空气。
（2）确定有CO的现象：B中无明显现象，C中的物质由黑色变成红色，D中的澄清石灰水变浑浊
易错点1：一氧化碳的易错知识点
（1）CO和互为等电子体，二者结构相似，
（2）CO不溶于水，与水、碱都不反应，不属于酸性氧化物。
（3）CO在高温下具有强还原性，常温下很不活泼。
易错点2：CO还原CuO的实验的操作顺序
（1）开始时
①先点燃酒精灯B（尾气处理）
②再通入CO排尽装置内的空气，防止不纯的CO在点燃时发生爆炸
③最后点燃酒精灯A，进行CO还原CuO的实验
（2）结束时
①先熄灭酒精灯A，停止反应
②再停止通入CO，防止水倒吸入热的硬质玻璃管中使其炸裂
③最后熄灭酒精灯B
【典例03】（2023·芜湖高三上学期期末）已知一氧化碳分子的电子式为：，下列叙述正确的是（ ）。
A．CO分子内含有一个共价叁键
B．分子内的化学键是非极性共价键
C．C、O原子间有3对电子，所以碳为+3价
D．其结构式为（→表示电子提供方向）
【解析】选A。由于一氧化碳分子的电子式可知，CO中共用了3对电子，即含有叁键，A选项正确；碳氧叁键是由不同种元素形成的共价键，属于极性共价键，B选项错误；虽然C、O原子间有3对电子，由于碳只提供了2个电子共用，故碳显+2价（或在CO中氧显－2价，则碳显+2价）。一氧化碳分子中的碳氧三键，由1对共用电子对是由氧原子单独提供的，为配位键，“→”有关由O原子指向C原子，D选项错误。
【典例04】已知：酸式乙二酸钠与浓硫酸共热时反应为：HOOC－COONa+H2SO4（浓）NaHSO4+CO2↑+CO↑+H2O。利用该反应所产生的气体（X）用下列有关仪器装置进行以下实验。据此，下列说法不正确的是（ ）。
A．对Ⅰ装置，活塞K2关闭，打开活塞K1，在导管D处能得到纯净而干燥的CO气体
B．当A选项反应完成后，再关闭活塞K1打开活塞K2，在导管D处得到纯净而干燥的CO2气体
C．利用装置Ⅰ中D处所得的纯净CO气体，通过实验装置Ⅱ能够说明CO具有还原性
D．实验装置Ⅲ与实验装置Ⅱ相比较，能减少CO的污染，能顺利完成氧化铁还原实验
【解析】选D。对装置Ⅰ，关闭活塞K2，打开活塞K1，气体经过氢氧化钠溶液除去 CO2，再经浓硫酸干燥，即能得到纯净而干燥的CO，故A正确；CO2与氢氧化钠溶液生成的碳酸钠溶液中加入稀硫酸生成CO2，故B正确；纯净的CO通过实验装置Ⅱ，若红色粉末变为黑色或澄清石灰水变浑浊，都能够说明CO具有还原性，故C正确；实验装置Ⅲ是一个闭合循环系统，在循环系统中，气体的压强处处相等，气体不能顺利进入硬质玻璃管，而造成实验无法进行，故D错误。
知识点03 二氧化碳的结构、性质和制备
一、二氧化碳的结构和性质
1．分子结构
（1）结构式：O＝C＝O，电子式
（2）共价键：2个键2个键，大键表示式Π
（3）分子类型：非极性分子
（4）晶胞结构
①晶胞名称面心立方，配位数12
②中心原子的杂化方式sp
2．物理性质
（1）溶解性：可溶于水（1∶1），不溶于饱和NaHCO3溶液
（2）固体CO2俗称干冰，可用于人工降雨
3．酸性氧化物
（1）与碱溶液反应
①NaOH溶液Na2CO3NaHCO3
②CO2NaHCO3Na2CO3
③Ca(OH)2CaCO3Ca（HCO3）2
（2）与碱性氧化物反应
①CaOCaCO3；②Na2ONa2CO3
4．氧化性
（1）Mg：CO2+2Mg2MgO+C
（2）C：C+CO22CO，吸热反应
5．工业制法：CaCO3CaO+CO2↑，吸热反应
二、实验室制二氧化碳
1．制备原理
（1）碳酸钙和稀盐酸：CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O
（2）不用大理石和稀硫酸的原因：在CaCO3表面生成微溶的CaSO4沉淀，阻止反应继续进行
2．发生装置：“块状固体+液体→气体”型
4．气体净化装置
（1）试剂：先用饱和NaHCO3溶液除去HCl，再用浓硫酸、P2O5、硅胶、无水CaCl2除去水蒸气
（2）装置：洗气瓶，导气管口长进短出
5．气体收集装置
（1）排空气法：向上排空气法
①带橡胶塞的集气瓶正放：导气管口长进短出
②带橡胶塞的集气瓶倒放：导气管口短进长出
（2）排液体法：排饱和NaHCO3溶液法，导气管口短进长出
6．检验方法：先将气体通入品红溶液，不褪色；再通入澄清石灰水，变浑浊
易错点：CO2与常见盐溶液的反应
（1）CO2与弱酸盐溶液（如Na2SiO3、Ca（ClO）2、NaAlO2）的反应：同时满足“强酸制弱酸，强碱制弱碱”原理，少量CO2生成碳酸盐，过量CO2生成碳酸氢盐。
（2）CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。
（3）CO2与饱和Na2CO3溶液反应的现象是有白色晶体析出，生成的NaHCO3不能拆成离子形式。
（4）与CO2量无关的弱酸盐
①CO2与ONa溶液反应只生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞OH＞HCO3－。
②CO2与NaClO溶液反应只能生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞HClO＞HCO3－。
【典例05】（河南省新未来2023届高三上学期9月联考）向下列物质的饱和溶液中持续通入CO2气体，最终不会得到沉淀或析出晶体的是（ ）。
A．Ca（OH）2 B．NH3和NaCl C．Na2SiO3 D．NaAlO2
【解析】选A。过量的CO2与Ca（OH）2反应：2CO2+Ca（OH）2Ca（HCO3）2，最终不会得到沉淀，A符合题意；通入CO2与NH3和NaCl反应生成氯化铵和碳酸氢钠，碳酸氢钠的溶解度较小，则最终析出碳酸氢钠晶体，B不符合题意；碳酸的酸性比硅酸的强，过量的CO2与Na2SiO3溶液反应：Na2SiO3+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3，产生硅酸沉淀，C不符合题意；碳酸的酸性比氢氧化铝的强，过量的CO2与NaAlO2溶液反应：NaAlO2+2H2O+CO2Al（OH）3↓+NaHCO3，产生氢氧化铝沉淀，D不符合题意。
【典例06】】向含2mlNaOH、1mlBa（OH）2、2mlNaAlO2的混合液中慢慢通入CO2至过量，下列有关说法正确的是（ ）。
A．整个过程中共发生四个离子反应
B．根据现象可判断酸性强弱为：H2CO3＞HAlO2＞HCO3－
C．通入3mlCO2和通入5mlCO2都只产生3ml沉淀
D．整个过程中生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的图像如图所示
【解析】选C。CO2通入到NaOH、Ba（OH）2、NaAlO2的混合溶液，反应的先后顺序为：Ba（OH）2、NaOH、NaAlO2，则混合溶液中慢慢通入CO2，发生的反应有：CO2+Ba（OH）2＝BaCO3↓+H2O、2NaOH+CO2＝Na2CO3+H3O、2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3；CO2过量，还发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3、BaCO3+CO2+H2O＝Ba（HCO3）2，由以上分析可知，整个过程中共发生五个离子反应，故A错误；由2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3可知，酸性：H2CO3＞HAlO2，反应没有生成NaHCO3，说明酸性HAlO2＜HCO3－，故B错误；由方程式可知，2ml NaOH、1ml Ba（OH）2、2ml NaAlO2与3ml CO2恰好反应产生3ml沉淀，再通2mlCO2，只发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3所以沉淀的质量不变，故C正确；已知发生的反应有：CO2+Ba（OH）2＝BaCO3↓+H2O、2NaOH+CO2＝Na2CO3+H3O、2NaAlO2+3H2O+CO2＝2Al（OH）3↓+Na2CO3；CO2过量，还发生Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3、BaCO3+CO2+H2O＝Ba（HCO3）2，通过量的CO2不能氢氧化铝溶解，所以最后沉淀不为零，故D错误。
知识点04 单质硅的结构和性质
1．硅的存在
（1）形态：在自然界中只有化合态
（2）形式：二氧化硅和硅酸盐
2．晶体硅的结构
（1）构成微粒硅原子，作用力：共价键
（2）立体构型
①基本构型：正四面体，杂化方式sp3
②键角：109.5°
③最小的环：六元环
④Si-Si键数/ml：2
3．物理性质
（1）色、态：晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体
（2）导电性：良好的半导体材料
4．化合价：最高正价为+4，最低负价为－4
5．稳定性：Sieq \(------------------------------------→,\s\up7(H2、O2、Cl2、硫酸、硝酸),\s\d5(常温))不反应
6．还原性
（1）常温下与F2、HF、NaOH溶液反应
①F2：Si+2F2SiF4
②HF：Si+4HFSiF4↑+2H2↑
③NaOH：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑
（2）高温下与O2、Cl2、C等化合
①Si+O2SiO2
②Si+2Cl2SiCl4
③Si+CSiC
（3）Si与NaOH溶液反应的原理
①置换反应：Si+3H2OH2SiO3+2H2↑
②中和反应：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
③还原剂是Si，氧化剂是H2O
7．工业制法
（1）流程一：SiO2粗硅SiCl4高纯硅
①SiO2+2CSi+2CO↑
②Si+2Cl2SiCl4
③SiCl4+2H2Si+4HCl
（2）流程二：SiO2粗硅SiHCl3高纯硅
①Si+3HClSiHCl3+H2
②SiHCl3+H2Si+3HCl
8．晶体硅的用途
（1）制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件
（2）制造太阳能电池等
易错点：硅单质的特殊性
（1）硅化学性质不活泼，但自然界中却没有游离态的硅。
（2）非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。
（3）Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2+2CSi+2CO↑。
（4）非金属单质跟强碱溶液作用一般无H2放出，但Si却能反应放出H2：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑。
（5）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅却能与氢氟酸反应：Si+4HF＝SiF4↑+2H2↑。
【典例07】化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应，首先是Si与OH－反应，生成SiO44－，然后SiO44－迅速水解生成H4SiO4，下列有关说法正确的是（ ）。
A．原硅酸钠（Na4SiO4）能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质
B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C．2HCl+Na2SiO3H2SiO3↓+2NaCl说明Cl的非金属性大于Si
D．半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅
【解析】选D。原硅酸钠（Na4SiO4）是强碱弱酸盐，属于强电解质，A错误；石英的主要成分是SiO2，不是硅酸盐，所以石英玻璃不属于硅酸盐产品，B错误；2HCl+Na2SiO3＝H2SiO3↓+2NaCl说明酸性HCl大于H2SiO3，由于盐酸为无氧酸，不能证明氯的非金属性大于硅，C错误；沙子的主要成分SiO2，以沙子为原料经过还原得到晶体Si，制成各种半导体电器，被人们使用，所以半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅，D正确。
【典例08】（2023·江西九江一模）实验室用H2还原SiHCl3（沸点：31.85℃）制备纯硅的装置如图所示（夹持装置和尾气处理装置略去），下列说法正确的是（ ）。
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛装的是浓H2SO4、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开盛装稀硫酸的分液漏斗
C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，用到的试剂可以为：盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D．该实验中制备氢气的装置也可用于氢氧化钠稀溶液与氯化铵固体反应制备氨气
【解析】选C。本题制备晶体硅，H2+SiHCl3Si+3HCl，此反应应在Ⅳ装置中进行，A、装置I的目的是制备氢气，氢气中含有水蒸气，对后续实验产生干扰，必须除去，因此装置Ⅱ的目的是除去氢气中的水蒸气，即Ⅱ中盛放浓硫酸，Ⅲ的提供SiHCl3气体，因此在水浴中加热，故A错误；应先通入氢气，目的是排除装置中的空气，防止发生危险，故B错误；硅不与盐酸反应，铁与盐酸反应生成Fe2+，Fe2+被H2O2氧化成Fe3+，与KSCN溶液变红，可以鉴定是否含有铁单质，故C正确；用NaOH溶液制备氨气，需要加热或NaOH溶液为浓溶液，I装置中没有加热装置，且NaOH溶液为稀溶液，因此此装置不能制备氨气，故D错误。
知识点05 二氧化硅的结构和性质
1．物理性质：熔点高、硬度大，不溶于水
2．天然存在：水晶、玛瑙、石英、沙子、硅石的主要成分
3．二氧化硅的结构
（1）晶体类型：共价晶体
（2）立体结构
①基本构型：正四面体，杂化方式sp3
②键角：109.5°
③最小的环：12元环，含6个Si，6个O
④Si-O键数/ml：4
4．酸性氧化物
（1）与水反应：SiO2不反应
（2）与碱发生复分解：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
（3）与碱性氧化物化合：SiO2Na2SiO3，SiO2CaSiO3
（4）工业上制玻璃（难挥发性酸性氧化物制挥发性酸性氧化物）
①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
②CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑
5．特殊反应
（1）反应：SiO2+4HFSiF4↑+2H2O
（2）应用：雕刻玻璃
6．弱氧化性
（1）C：2C+SiO2Si+2CO↑
（2）Mg：2Mg+SiO2Si+2MgO
7．用途
（1）石英：石英玻璃用来制造耐高温化学仪器
（2）水晶：电子工业的重要部件，制造光学仪器、高级工艺品、眼镜片等
（3）玛瑙：制精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品等
（4）SiO2：制光导纤维
（5）沙子：建筑材料
易错点：二氧化硅的易错知识点
（1）SiO2和CO2不是等电子体，因为二者的空间构型不同。
（2）酸性氧化物一般都溶于水生成相应的含氧酸，但SiO2不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。
（3）酸性氧化物一般不与非氧化性酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2+4HF＝SiF4↑+2H2O。
（4）氢氟酸不能用玻璃容器盛放；NaOH溶液能用玻璃试剂瓶盛放，但不能用玻璃塞。
（5）SiO2不导电，是制作光导纤维的材料；Si是半导体，是制作芯片及光电池的材料。
（6）非金属氧化物的熔沸点一般比较低，但SiO2的却很高。
（7）SiO2既能和酸反应，又能和碱反应，但它不是两性氧化物。
【典例09】下列说法正确的是（ ）。
A．由SiO2不能与水反应生成硅酸可知，SiO2不是酸性氧化物
B．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3
C．由SiO2可制作光导纤维可知，SiO2可导电
D．由SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物
【解析】选B。酸性氧化物是能跟碱生成盐和水的氧化物，SiO2能与碱反应生成硅酸盐和水，所以SiO2是酸性氧化物，酸性氧化物不是根据能否跟水反应确定的，故A错误；CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀硅酸，根据强酸可以制弱酸，可知酸性H2CO3＞H2SiO3，故B正确；SiO2可制作光导纤维，是因为SiO2的导光性，SiO2不导电，故C错误；SiO2可与NaOH等碱溶液反应生成盐和水，SiO2虽然可与氢氟酸反应，但不生成盐和水且不能和其他酸反应，SiO2和酸的反应不具有普遍性，所以SiO2不是两性氧化物，SiO2是酸性氧化物，故D错误。
【典例10】SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图所示），下列说法错误的是（ ）。
A．高炉炼铁时，加入石灰石将铁矿石中的脉石（主要成分为SiO2）转化为易熔的炉渣
B．纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料
C．用盐酸可除去石英砂（主要成分为SiO2）中少量的碳酸钙
D．图中所含反应都不属于氧化还原反应
【解析】选D。高炉炼铁时用石灰石将铁矿石中的脉石转化为易熔的炉渣，故A正确；光导纤维的成分是二氧化硅，做半导体、芯片的是单质硅，纯净的二氧化硅和单晶硅都是信息产业的重要基础材料，故B正确；碳酸钙溶于盐酸生成氯化钙和水以及二氧化碳，二氧化硅和盐酸不反应，可以用盐酸除去石英（主要成分为SiO2）中混有的少量碳酸钙，故C正确；化学反应前后有元素化合价变化的一定是氧化还原反应，二氧化硅与碳反应生成硅单质的反应是氧化还原反应，故D错误。
知识点06 硅酸、硅酸盐的性质和应用
1．各种硅酸的结构
（1）原硅酸（H4SiO4）和硅酸（H2SiO3）
（2）多硅酸：原硅酸分子之间失去水生成一系列的酸
2．硅酸的性质
（1）物理性质：白色难溶于水的固体
（2）弱酸性：酸性比碳酸弱
①NaOH：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O
②Na2CO3：不反应
（3）热不稳定性：H2SiO3SiO2+H2O
（4）硅酸酸性的实验证明
①向NaOH溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，加入适量硅酸，充分振荡，溶液红色消失，说明硅酸显酸性。
②向硅酸钠溶液中加入几滴酚酞试液，溶液呈红色，说明硅酸显酸性。
③测定硅酸钠溶液的pH，若pH＞7，说明硅酸显酸性。
3．硅酸的制备：可溶性硅酸盐（Na2SiO3）和酸反应
（1）HCl：Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓
（2）少量CO2：Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3
（3）过量CO2：Na2SiO3+2CO2+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3
4．硅酸钠
（1）俗名：硅酸钠水溶液俗称水玻璃，硅酸钠固体俗称泡花碱
（2）弱酸盐：水溶液呈强碱性
（3）水玻璃的用途
①肥皂填料
②木材、织物的防腐剂和防火剂
③建筑工业上的粘合剂
④耐火材料
5．硅胶
（1）结构：网状多孔结构的无定形二氧化硅
（2）性质：具有强烈地吸水性
（3）用途：用做干燥剂、吸附剂和催化剂的载体
（4）制备：Na2SiO3H2SiO3SiO2·nH2O（硅胶）
6．用氧化物形式表示硅酸盐的化学式
（1）原则
①化学式中各元素的化合价不变
②化学式中各元素的原子个数比不变
（2）书写顺序；活泼金属氧化物·不活泼金属氧化物·SiO2·H2O
（3）实例
①Al2Si2O5（OH）4：Al2O3·2SiO2·2H2O
②KAlSi3O8：K2O•Al2O3•6SiO2
③BaCuSi2O6：BaO•CuO•2SiO2
④Na2Fe5Si8H2O24：Na2O•3FeO•Fe2O3•8SiO2•H2O
易错点1：硅酸、硅酸盐的易错知识点
（1）硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐有硅酸钠。
（2）H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓，但是在高温条件下反应Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能发生。其原因是：硅酸盐比碳酸盐稳定；由高沸点难挥发性固体SiO2制低沸点易挥发的CO2。
（3）水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅等是新型无机非金属材料。
（4）硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。由于硅酸盐的结构比较复杂，为了简化硅酸盐组成，采用氧化物的形式。实际上，硅酸盐不是以简单的氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。
（5）Na2SiO3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠固体又称泡花碱，但它却是盐，并不是碱。
易错点2：常见坩埚的使用
【典例11】（2021年1月·浙江选考真题）铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道（如图），其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可表示为Ma［（AlO2）x·（SiO2）y］·zH2O（M代表金属离子）。下列推测不正确的是（ ）。
A．常采用水玻璃、偏铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛
B．若a＝，则M为二价阳离子
C．调节（硅铝比）的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性
D．分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子
【解析】选A。偏铝酸钠在强酸性溶液中不能稳定存在容易形成Al3+，不可以利用偏铝酸钠在强酸性溶液中制备分子筛，故A错误；设M的化合价为m，结合正负化合价代数和为0可知：m×+x×（－1）＝0，解得：m＝+2，故B正确；调节硅铝比可以改变分子筛的空间结构，从而改变分子筛的稳定性，故C正确；调节硅铝比可以调节分子筛的孔径，根据分子筛孔径的大小可以筛分不同大小的分子，故D正确。
【典例12】（2021年1月高三八省联考湖北卷）水泥是人类最伟大的发明之一，主要成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）。将其与适量的水反应，形成相互交联的结构，反应式如下2（3CaO·SiO2）+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2∆H＜0。但是，需要避免交联过程热膨胀及产生的水蒸气在建筑结构中造成空隙。我国三峡大坝的建设者在全世界首创了以冰代水的浇灌方法，有效解决了这一问题，保证了大坝建筑质量。下列说法错误的是（ ）。
A．水泥由黏土和石灰石等研磨、煅烧制得
B．水泥生产过程中加入石膏，可以调节水泥的硬化速率
C．水的作用是提供结晶水以稳定交联结构
D．以冰代水的优点是减少了热膨胀及水蒸气的产生
【解析】选C。水泥由石灰石和粘土等混合，经高温煅烧制得，A说法正确；水泥生产过程中加入石膏的目的是为了调节水泥的凝结硬化速度，调整水泥的凝结时间，B说法正确；水与硅酸三钙（3CaO·SiO2）发生化学反应，生成的产物形成相互交联的结构，C说法错误；硅酸三钙（3CaO·SiO2）与水反应放热，以冰代水减少了热膨胀及水蒸气产生的气泡，保证建筑质量，D说法正确。
知识点01单质碳的结构和性质
知识点03二氧化碳的结构、性质和制备
知识点05二氧化硅的结构和性质
知识点02一氧化碳的结构、性质和制备
知识点04单质硅的结构和性质
知识点06硅酸和硅酸盐的性质和应用
名称
金刚石
石墨
碳六十
结构图示
晶体类型
共价晶体
混合型晶体
分子晶体
杂化方式
sp3
sp2
sp2
共价键数
4
1.5
90个键30个键
最小碳环
六元环
六元环
五元环
不能选用
可以选用
原硅酸
硅酸
二硅酸
三硅酸
n硅酸
性质
成分
适用范围
碱性
氧化镁坩埚
不能熔融KHSO4或NaHSO4等酸性固体
酸性
石英坩埚
不能熔融NaOH、Na2O2、Na2CO3等碱性固体，不能和氢氟酸接触
瓷坩埚
两性
氧化铝坩埚
不能熔融Na2CO3、NaOH、Na2O2等碱性固体和KHSO4或NaHSO4等酸性固体
中性
石墨坩埚
冶炼特种合金钢、熔化有色金属及其合金
铁坩埚
不能熔融KHSO4等酸性物质及Na2S等含硫的碱性硫化物
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