sio2 和 c 在高温条件下的反应属于置换反应,这个反应就是工业粗硅制备的经典反应,化学方程式是 sio2 加 2c 在高温条件下生成 si 加 2co 气体。置换反应的定义是一种单质和一种化合物反应,生成另外一种单质和另外一种化合物,对照这个反应,反应物里面 c 是单质,sio2 是化合物,生成物里面 si 是新单质,co 是新化合物,完全符合置换反应的判定标准。很多同学容易产生疑问,觉得碳的非金属性比硅强,按照金属活动性或者非金属活动性顺序好像不能置换,这里要注意,置换反应不能只依靠常温下非金属性强弱判断,这个反应是高温条件,属于特殊环境,高温下生成一氧化碳气体逸出,推动反应持续正向进行,所以可以发生置换,这也是这个反应最容易出错的考点。同时这个反应也属于氧化还原反应,碳元素化合价升高被氧化,硅元素化合价降低被还原,置换反应本身全部都是氧化还原反应,两个分类并不冲突,是从不同角度对化学反应分类。
反应基础信息
反应条件 高温
化学方程式 sio2 + 2c 高温 si + 2co↑
反应物 单质碳 化合物二氧化硅
生成物 单质硅 化合物一氧化碳
置换反应判定对照
| 判定要素 | 本反应情况 | 是否满足 |
|---|---|---|
| 反应物有单质 | 碳单质 | 满足 |
| 反应物有化合物 | 二氧化硅 | 满足 |
| 生成物有新单质 | 硅单质 | 满足 |
| 生成物有新化合物 | 一氧化碳 | 满足 |
深度易错辨析
第一 注意产物是 co 不是 co2,如果写成 sio2 加 c 生成 si 加 co2,方程式就是错误的,高中教材这个反应固定产物是一氧化碳,不是二氧化碳,一旦产物写错,虽然依旧是置换反应,但是方程式本身不得分。
第二 区分概念,置换反应是四大基本反应类型,氧化还原反应是按照化合价变化分类,二者分类体系不一样,这个反应同时属于这两类。
第三 不要用常温非金属活动性直接否定该置换,高温是关键条件,高温环境改变了反应趋势,气体 co 不断逸出,平衡持续右移,所以反应可以进行。
拓展补充
如果碳过量,高温下还会继续和生成的硅反应生成碳化硅 sic,这个后续反应就不再是置换反应,做题的时候如果题目只问 sio2 和 c 第一步主反应,就按照制备粗硅的置换反应判断。
【常见问题】
问题 1 sio2 与 c 反应是置换反应吗,产物为什么不是二氧化碳
回答 1 sio2 与 c 反应是置换反应,高温主反应产物是一氧化碳不是二氧化碳,因为高温环境下碳过量优先生成 co,该反应依然满足单质化合物生成新单质新化合物,所以 sio2 与 c 反应是置换反应。
问题 2 sio2 与 c 反应是置换反应吗,它同时也是氧化还原反应吗
回答 2 sio2 与 c 反应是置换反应,同时它也属于氧化还原反应,硅元素降价碳元素升价,置换反应本身全部属于氧化还原反应,sio2 与 c 反应同时符合两种分类。
问题 3 sio2 与 c 反应是置换反应吗,碳过量之后还属于置换反应吗
回答 3 sio2 与 c 反应第一步主反应是置换反应,碳过量之后生成碳化硅的后续反应不再是置换反应,判断 sio2 与 c 反应是置换反应吗的时候,默认考察的是制备粗硅的第一步主反应。
【免责申明】
本文按照高中化学教材标准讲解,针对高温制备粗硅主反应进行概念判定,特殊配比特殊实验条件下副反应不改变主反应分类结论,内容仅作为学习参考。


