【精准备考】（2019人教版）2026年高考化学一轮复习（知识点梳理+真题挑战） 第13讲　碳、硅及其化合物

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知识点一C、Si单质的结构、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，而硅元素仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60、石墨烯等，它们之间的关系是互为同素异形体；硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
2.C、Si单质的物理性质与用途
(1)金刚石：熔点高、硬度大，可作切割刀具。
(2)晶体硅：灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高，可用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池板。
(3)石墨：熔点高、质软、有滑腻感、能导电，可用作铅笔芯、电极。
(4)石墨烯：石墨烯就是单层石墨，有优良的导电性能。
3.C60结构分析
C60(如图所示)是由60个C原子形成的封闭笼状分子，形似足球的32面体，有20个六边形和12个五边形。
知识点二碳的化学性质
1.与氧气反应
C＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2(O2足量)；
2C＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO(O2少量)。
2.与氧化物反应
(1)C＋CO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO；
(2)3C＋2Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))4Fe＋3CO2↑。
(3)C＋H2Oeq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2(工业制水煤气)
3.与强氧化性酸反应
C＋2H2SO4(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；
C＋4HNO3(浓)eq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。
知识点三硅的化学性质
1.与O2反应：Si＋O2eq \(=====,\s\up7(△))SiO2
2.与F2、Cl2反应
Si＋2F2===SiF4、Si＋2Cl2eq \(=====,\s\up7(△))SiCl4
3.与氯化氢反应
Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))H2＋SiHCl3
4.与氢氟酸反应(写化学方程式，下同)：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
5.与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
知识点四高纯硅的制备
1.原料：焦炭和石英。
2.粗硅的制备：SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。
3.粗硅的提纯：Si＋3HCleq \(=====,\s\up7(300 ℃))H2＋SiHCl3、H2＋SiHCl3eq \(=====,\s\up7(1 100 ℃))Si＋3HCl
考点2 碳、硅的氧化物
知识点一一氧化碳
1.物理性质
通常状况下为无色、无味的气体，难溶于水。
2.化学性质
(1)可燃性：2CO＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2
(2)还原性：CO＋CuOeq \(=====,\s\up7(△))Cu＋CO2、
3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2(高炉炼铁)。
知识点二SiO2与CO2的性质及用途
【考法归纳】
①CO2中混有的CO用灼热的CuO除去。
②石英、水晶、沙子的主要成分是SiO2。珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。
③SiO2难溶于水，不能与水反应生成H2SiO3。
④SiO2是酸性氧化物，不与强酸(如盐酸、硫酸、硝酸)反应，但能与弱酸——氢氟酸反应生成SiF4气体，故可用氢氟酸在玻璃上刻字绘画。
⑤SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成硅酸钠和水。硅酸钠是一种黏合剂，故在保存氢氧化钠、氢氧化钾、Na2CO3等碱性溶液时，不能将其装在带磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶内，要用橡胶塞。
⑥石英坩埚不能用来熔融NaOH等碱性固体。
【知识拓展】
有关酸式碳酸盐的反应
类型1：金属离子M2＋与HCOeq \\al(－,3)反应生成碳酸盐MCO3沉淀、CO2气体和水；M2＋主要有：Ca2＋、
Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋、C2＋等。
Fe2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===FeCO3↓＋CO2↑＋H2O
Ca2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
类型2：金属离子M3＋与HCOeq \\al(－,3)反应生成M(OH)3沉淀和CO2气体；M3＋主要有：Al3＋、Fe3＋等。
Al3＋＋3HCOeq \\al(－,3)===Al(OH)3↓＋3CO2↑
Fe3＋＋3HCOeq \\al(－,3)===Fe(OH)3↓＋3CO2↑
类型3：金属离子M2＋与HCOeq \\al(－,3)反应生成碱式碳酸盐M2(OH)2CO3沉淀或带结晶水的碱式碳酸盐沉淀[如ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O]和CO2气体；M2＋主要有：Cu2＋、Zn2＋等。
考点3 碳酸、硅酸、硅酸盐
知识点一碳酸与碳酸根离子
H2CO3中，碳原子的杂化方式为sp2。H2CO3属于分子晶体。COeq \\al(2－,3)中，碳原子的杂化方式为sp2，COeq \\al(2－,3)的空间结构为平面三角形。
知识点二硅酸
1.分子结构：H2SiO3分子中，Si原子的杂化方式为sp2。但在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体()，Si在四面体的中心，Si原子的杂化方式为sp3。
2.物理性质：难溶于水。
3.化学性质
(1)弱酸性
①H2SiO3酸性比H2CO3弱，不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红。
②H2SiO3能与NaOH溶液反应(写化学方程式)：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。
(2)不稳定性：H2SiO3eq \(=====,\s\up7(△))SiO2＋H2O。
4.用途
硅酸在水中易缩合形成胶体，将硅酸凝胶烘干脱水得到硅胶(SiO2)，硅胶常用作干燥剂。
知识点三硅酸钠(Na2SiO3)
1.物理性质：易溶于水的白色粉状固体。
2.化学性质(写化学方程式)
(1)与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl；
(2)硅酸钠溶液中通入过量CO2：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3。
(说明酸性：H2CO3>H2SiO3；非金属性：C>Si)
3.用途：Na2SiO3溶液(水玻璃)可用作黏合剂、木林防火剂。
知识点四无机非金属材料
1.传统硅酸盐材料
2.新型无机非金属材料
(1)Si：Si晶体是半导体材料，可用于制造硅芯片和硅太阳能电池板。
(2)SiO2：SiO2具有良好的导光性，可用于制造光导纤维和光学仪器。
(3)新型陶瓷
①耐高温结构陶瓷(如：SiC、Si3N4)；
②压电陶瓷(如：钛酸盐、锆酸盐)；
③透明陶瓷(Al2O3、AlN)；
④超导陶瓷。
(4)碳纳米材料
碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管(生产电池和传感器等)、石墨烯(用于超级电容器、电池)等。
【考法归纳】
硅酸盐的氧化物书写
1.氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。
2.各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。
3.当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成eq \f(1,2)K2O·eq \f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
【真题挑战】
一、单选题
1．（2025·河北·高考真题）河北省古建筑数量大，历史跨度长，种类齐全，在我国建筑史上占有非常重要的地位。下列古建筑组件主要成分属于有机物的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【详解】A．古建筑中的基石一般使用石质材料，常用的石材有花岗岩、青石等，花岗岩的主要成分是硅酸盐，青石的主要成分是CaCO3，均属于无机物，A错误；
B．斗拱是由木材制成的，木材的主要成分是纤维素，属于有机物，B正确；
C．青瓦是由黏土烧制而成的传统建筑材料，黏土的主要成分为含水的铝硅酸盐，属于无机物，C错误；
D．琉璃的主要成分是二氧化硅，属于无机物，D错误；
故选B。
2．（2025·云南·高考真题）稻壳制备纳米Si的流程图如下。下列说法错误的是
A．可与NaOH溶液反应
B．盐酸在该工艺中体现了还原性
C．高纯Si可用于制造硅太阳能电池
D．制备纳米Si：
【答案】B
【分析】稻壳在一定条件下制备纳米SiO2，纳米SiO2和Mg在650℃发生置换反应生成MgO和纳米Si，加盐酸将MgO转化为MgCl2，过滤、洗涤、干燥得到纳米Si。
【详解】A．SiO2是酸性氧化物，与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，A正确；
B．盐酸参与的反应为：MgO+2HCl=MgCl2+H2O，该反应是非氧化还原反应，盐酸体现酸性，没有体现还原性，B错误；
C．高纯硅可以将太阳能转化为电能，故可用于制硅太阳能电池，C正确；
D．SiO2和Mg在650℃条件下发生置换反应得到MgO和纳米Si，反应的化学方程式为，D正确；
故选B。
3．（2024·吉林·高考真题）文物见证历史，化学创造文明。东北三省出土的下列文物据其主要成分不能与其他三项归为一类的是
A．金代六曲葵花鎏金银盏B．北燕鸭形玻璃注
C．汉代白玉耳杯D．新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐
【答案】A
【详解】A．金代六曲葵花鎏金银盏是合金，属于无机金属材料；
B．北燕鸭形玻璃注是玻璃制品，属于硅酸盐材料；
C．汉代白玉耳杯是玉，属于含有微量元素的钙镁硅酸盐材料；
D．新石器时代彩绘几何纹双腹陶罐是陶器，属于硅酸盐材料；
故选A。
4．（2024·河北·高考真题）燕赵大地历史悠久，文化灿烂。对下列河北博物院馆藏文物的说法错误的是
A．青铜铺首主要成分是铜锡合金B．透雕白玉璧主要成分是硅酸盐
C．石质浮雕主要成分是碳酸钙D．青花釉里红瓷盖罐主要成分是硫酸钙
【答案】D
【详解】A．青铜铺首是青铜器，青铜的主要成分是铜锡合金，A正确；
B．透雕白玉璧是玉石，玉石的主要成分是硅酸盐，B正确；
C．石质浮雕是汉白玉，汉白玉的主要成分是碳酸钙，C正确；
D．青花釉里红瓷盖罐是陶瓷，陶瓷的主要成分是硅酸盐，D错误；
故选D。
5．（2023·广东·高考真题）“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】A．九霄环佩木古琴主要构成是木材，动物筋制得，A错误；
B．裴李岗文化骨笛由动物骨骼构成，B错误；
C．商朝后期陶埙属于陶瓷，由硅酸盐制成，C正确；
D．曾侯乙青铜编钟主要由合金材料制成，D错误；
故选C。
6．（2023·湖北·高考真题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂粗硅高纯硅
下列说法错误的是
A．制备粗硅的反应方程式为
B．1mlSi含Si-Si键的数目约为
C．原料气HCl和应充分去除水和氧气
D．生成的反应为熵减过程
【答案】B
【详解】A. 和在高温下发生反应生成和，因此，制备粗硅的反应方程式为，A说法正确；
B. 在晶体硅中，每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成立体空间网状结构，因此，平均每个Si形成2个共价键， 1ml Si含Si-Si键的数目约为，B说法错误；
C. HCl易与水形成盐酸，在一定的条件下氧气可以将HCl氧化；在高温下遇到氧气能发生反应生成水，且其易燃易爆，其与在高温下反应生成硅和HCl，因此，原料气HCl和应充分去除水和氧气 ，C说法正确；
D. ，该反应是气体分子数减少的反应，因此，生成的反应为熵减过程，D说法正确；
故选B。
二、解答题
7．（2023·山东·高考真题）三氯甲硅烷是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为，熔点为，易水解。实验室根据反应，利用如下装置制备粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为 ；判断制备反应结束的实验现象是 。图示装置存在的两处缺陷是 。
(2)已知电负性在浓溶液中发生反应的化学方程式为 。
(3)采用如下方法测定溶有少量的纯度。
样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：① ，② (填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为 (填标号)。测得样品纯度为 (用含、的代数式表示)。
【答案】(1) 检查装置气密性 球形冷凝管下端不再有液体滴下 C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置
(2)SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O
(3) 高温灼烧 冷却 AC
【分析】氯化氢气体通入浓硫酸干燥后，在管式炉中和硅在高温下反应，生成三氯甲硅烷和氢气，由于三氯甲硅烷沸点为31.8℃，熔点为，在球形冷凝管中可冷却成液态，在装置C中收集起来，氢气则通过D装置排出同时D可处理多余吸收的氯化氢气体，据此解答。
【详解】（1）制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时候后，接通冷凝装置，加热开始反应，当球形冷凝管下端不再有液体滴下，即硅粉完全反应，SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置，故答案为：检查装置气密性；球形冷凝管下端不再有液体滴下；C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置；
（2）已知电负性Cl＞H＞Si，则SiHCl3中氯元素的化合价为-1，H元素的化合价为-1，硅元素化合价为+4，所以氢氧化钠溶液和SiHCl3反应时，要发生氧化还原反应，得到氯化钠、硅酸钠和氢气，化学方程式为：SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O，故答案为：SiHCl3+5NaOH =Na2SiO3+3NaCl+H2↑+2H2O；
（3）m1g样品经水解，干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化硅的物质的量为n(SiO2)=，样品纯度为=，故答案为：高温灼烧；冷却；AC；。物质
SiO2(酸性氧化物)
CO2(酸性氧化物)
物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质
与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
与C反应
SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑
C＋CO2eq \(=====,\s\up7(高温))2CO
与HF反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O(少量CO2)
CO2＋NaOH===NaHCO3(过量CO2)
与盐反应
SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
与碱性氧化
物反应
SiO2＋CaOeq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3
CO2＋Na2O===Na2CO3
用途
SiO2是制造光导纤维的主要原料
干冰(固态CO2)用于人工降雨
水泥
玻璃
陶瓷
主要原料
石灰石、黏土、石膏
石英(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)
黏土
主要成分
硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)
硅酸盐
制备过程中的主要反应
复杂的物理及化学变化
Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑
复杂的物理及化学变化
特性
水硬性
无固定熔点
抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘
A．基石
B．斗拱
C．青瓦
D．琉璃




A．九霄环佩木古琴
B．裴李岗文化骨笛
C．商朝后期陶埙
D．曾侯乙青铜编钟