中国芯是指由我国自主研发并生产制造的计算机处理芯片。其核心材料是高纯度的单质硅。请画出硅元素的原子结构示意图；工业上制硅的其中一步是用二氧化硅和碳在高温下发生置换反应，同时生成一种具有还原性的气体，写出该反应的化学方程式。