高三化学复习知识清单（通用版） 知识清单11 碳、硅及其重要的化合物

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【知识归纳】
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
【易错提醒】关于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，都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。
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
三、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．CO还原CuO的实验
（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
8．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
四、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
五、CO2与常见盐溶液的反应
1．CO2与弱酸盐溶液的反应：同时满足“强酸制弱酸，强碱制弱碱”原理
（1）Na2SiO3溶液
①少量CO2：CO2+Na2SiO3+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3
②过量CO2：2CO2+Na2SiO3+2H2O＝H2SiO3↓+2NaHCO3
（2）Ca（ClO）2溶液
①少量CO2：CO2+Ca（ClO）2+H2O＝CaCO3↓+2HClO
②过量CO2：2CO2+Ca（ClO）2+2H2O＝Ca（HCO3）2+2HClO
（3）NaAlO2溶液
①少量CO2：CO2+2NaAlO2+3H2O＝2Al（OH）3↓+Na2CO3
②过量CO2：CO2+NaAlO2+2H2O＝Al（OH）3↓+NaHCO3
2．与CO2量无关的酸式盐
（1）CO2与ONa溶液反应只生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞OH＞HCO3－。
（2）CO2与NaClO溶液反应只能生成NaHCO3，因为酸性H2CO3＞HClO＞HCO3－。
3．CO2与饱和Na2CO3溶液反应
（1）现象：有白色晶体析出
（2）反应：CO2+Na2CO3+H2O＝2NaHCO3↓
（3）原因：NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小，而且反应消耗水
4．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。
六、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
七、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
【易错提醒】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↑。
二、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
三、硅酸和硅酸盐的性质
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
【特别提醒】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。
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