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1、第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅考纲定位1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。知识点一碳、硅单质1原子结构、存在形态、物理性质及用途碳硅原子结构 存在形态既有化合态，也有游离态是组成有机物的基本元素只有化合态，是构成矿物和岩石的主要元素物理性质金刚石：熔点高、硬度大，不导电石墨：硬度小、导电灰黑色固体，有金属光泽，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间用途金刚石用于切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯半导体材料和合金材料2化学性质(一般表现为还原性)写出下列反应的化学方程式(1)C(2)Si【小贴示】碳制取粗
2、硅的原理C、Si同主族，失电子能力CH2SiO3()(6)SiO2既能与强碱反应又能与氢氟酸反应，故SiO2为两性氧化物()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)4写出下列反应的离子方程式：(1)SiO2与NaOH溶液反应：_。(2)水玻璃中通入过量CO2：_。(3)水玻璃中加入盐酸：_。【答案】(1)SiO22OH=SiOH2O(2)SiO2CO22H2O=H2SiO32HCO(3)SiO2H=H2SiO3(胶体)备课记录考点一 023硅及其化合物的特性考题引领判断正误与填空1.(2013北京高考)长期盛放石灰水的试剂瓶内壁出现白色固体：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O()2.(
3、2013广东高考改编)SiO2可与HF反应，故氢氟酸不能保存在玻璃瓶中()3.(2013安徽高考)W的单质(Si)与氢氟酸反应生成两种无色气体，该反应的化学方程式是_。4.(2013上海高考节选)硅与铝同周期。SiO2是硅酸盐玻璃(Na2CaSi6O14)的主要成分，Na2CaSi6O14也可写成Na2OCaO6SiO2。盛放NaOH溶液的试剂瓶若用玻璃瓶塞容易形成粘性的硅酸盐而无法打开，发生反应的化学方程式为_。【答案】1.2.3.Si4HF=SiF42H24.SiO22NaOH=Na2SiO3H2O物质一般规律硅及其化合物特性Si硅还原性强于碳2CSiO2Si2CO非金属单质与强碱溶液一般
4、不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si4HF=SiF42H2一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用作电子部件SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO24HF=SiF42H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3酸性强于H2SiO3以下反应不符合此规律SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2SiO2CaCO3CaSiO3CO2H2SiO3无机酸一般易溶于水硅酸难溶于水硅酸盐大多数硅酸盐难溶于水常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3，水溶液称为水玻璃1个示范例(2012高考组合题)下列有
5、关叙述正确的是_(填字母)。A(新课标全国卷)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料B(天津高考)SiO2与酸碱均不反应C(广东高考)SiO2有导电性，故SiO2可用于制备光导纤维D(江苏高考)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，说明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强E(海南高考)CO2属于大气污染物，CO2含量的增加会导致温室效应加剧F(海南高考)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中【解析】SiO2与氢氟酸、强碱均反应，B错；SiO2无导电性，C错；因较强酸可生成较弱酸，故H2SiO3酸性比H2CO3的弱，D错；CO2不属于大气污染物，E错；Na2SiO3溶液
6、具有粘性能将玻璃塞与瓶口粘结，F错。【答案】A2个预测练考向预测1硅及其化合物性质1下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()A硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中B反应Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反应Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生CSiO2既能与氢氟酸反应又能与NaOH溶液反应，故SiO2属于两性氧化物D祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18用氧化物形式表示为3BeOAl2O36SiO2【解析】A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应是溶液中反应，强
7、酸可制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出促使反应发生；C项，SiO2只与氢氟酸这一种酸反应且生成的不是盐；D项正确。【答案】D考向预测2硅及其化合物用途2下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是()硅是构成一些岩石和矿物的基本元素水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料ABCD【解析】水晶的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐，错；光导纤维的主要成分是SiO2，错，C项正确。【答案】C考点二 024硅酸盐与无机非金属材料及硅的制备考题引领判断正误与填空1.(2013广东高考)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅()2.(2008广东高考)制备
8、硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式_。整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_；H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是_。【答案】1.2.【解析】根据给定的反应物和生成物写出化学方程式，注意反应条件和配平。写出反应物和给出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H2，并配平。【答案】SiHCl3H2Si3HClSiHCl33H2O=H2SiO33HClH2氧
9、气与氢气混合，可能引起爆炸；氧气可能会氧化SiHCl3一、硅酸盐的表示方法硅酸盐的种类很多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：1盐化学式法如：硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于表示组成较简单的硅酸盐。2氧化物法如：黏土：Al2O32SiO22H2O石棉：CaO2MgO4SiO2云母：K2O3Al2O36SiO22H2O滑石：3MgO4SiO2H2O钾长石：K2OAl2O36SiO2二、无机非金属材料分类无机非金属材料三、硅的制备1实验原理SiO2粗硅(含SiO2，C，Si)SiCl4Si(高纯)2有关反应SiO22CSi(粗)2COSi2Cl2SiCl4SiCl42H2S
10、i(粗)4HCl3其他制备方法：粗硅SiHCl3Si(精)Si3HClSiHCl3H2SiHCl3H2Si3HCl1个示范例单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/1803
11、00162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式_。(2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。【解析】四氯化硅是由粗硅与Cl2反应得到的，所以必须先制得Cl2，因SiCl4极易水解，所以Cl2须干燥，再根据表格数据分析提纯SiCl4的方法。(1)书写的是离子方程式，B装置中盛放饱和食盐水除去HCl，C装置用浓H2SO4除水以制得干燥纯净的Cl2；(2)A中用恒压滴液漏斗以平衡压强，使液体顺利
12、流下；h瓶用冷却液冷却主要目的是得到液态SiCl4；(3)精馏粗产物得到SiCl4，温度应控制在57.7 ，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均残留在h瓶中，所以残留杂质元素是Fe、Al、P、Cl。【答案】(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)平衡压强浓硫酸使SiCl4冷凝(3)Al、P、Cl备课记录2个预测练考向预测1硅酸盐3青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐材料B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉
13、的化学组成可表示为Na2O3FeOFe2O38SiO2H2OD1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原【解析】硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。【答案】B考向预测2硅制备的综合考查4晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2SiH
14、Cl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33 )中含有少量SiCl4(沸点57.6 )和HCl(沸点84.7 )，提纯SiHCl3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图(热源及夹持装置略去)装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_。装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实验的成功，操
15、作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是_。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液【解析】(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO22CSi2CO。(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。(3)因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3汽化，加快与H
16、2的反应。根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 0001 100 ，此温度下普通玻璃容易软化。因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。铁与盐酸反应产生Fe2，其检验方法常常采用先将Fe2氧化为Fe3，然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。【答案】(1)SiO22CSi2CO(2)分馏(或蒸馏)(3)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3H2Si3HCl排尽装置中的空气bd碳、硅及其化合物的性质认识误区1非金属单质一般不导电，但石墨导电，晶体硅为半导体。2CO2是
17、温室气体，但CO2不是污染气体。3酸性氧化物一般和水反应生成相应的酸，但SiO2不与H2O反应。4酸一般溶于水，但H2SiO3难溶于水。5酸性氧化物一般与酸不反应，但SiO2与氢氟酸可以反应。6SiO2与强碱或氢氟酸均反应，但SiO2不是两性氧化物。,考题传真选项分析(2014南平市高考模拟)下列有关叙述正确的是_(填字母)。A.碳、硅和氧气均能反应生成氧化物B.CO和CO2均为大气污染物，均可用碱液吸收C.CO2与碱液反应生成盐和水，SiO2与碱液反应生成盐和水D.利用SiO2与水反应制备H2SiO3E.SiO2(含杂质Fe2O3)滤液H2SiO3F.SiO2既能与NaOH溶液反应又能与氢氟
18、酸反应，可推出SiO2为两性化合物错项原因BCO2不是大气污染物，CO不能用碱液吸收DSiO2难溶于水，不与H2O反应FSiO2只与氢氟酸这一种酸反应且生成的不是盐和H2O，SiO2不是两性化合物正确答案ACE。A项，C、Si与O2反应生成CO2，SiO2，正确；C项，CO2、SiO2均为酸性氧化物，正确；E项，Fe2O3与NaOH不反应，正确。1(必修1P81T5改编)坩埚是实验室用于灼烧或熔融固体物质的常用仪器，材质种类很多，实验时应根据物质的性质加以选择。熔融烧碱时，应选用下列哪种材质的坩埚()A玻璃坩埚B石英坩埚C陶瓷坩埚D铁坩埚【解析】A、B、C项物质中均含SiO2，高温下均与NaO
19、H反应。【答案】D2(必修1P81T9改编)从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取：SiO22CSi2CO由粗硅制纯硅(常用方法)：Si(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl根据以上反应，下列说法不正确的是()A反应为置换反应，C作还原剂B反应分别为化合反应和置换反应C在半导体行业上充分体现了“从沙滩到用户”D在反应中，SiCl4作氧化剂发生氧化反应【解析】反应，SiCl4作氧化剂，发生还原反应。【答案】D3某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素()A在自然界中只以化合态的形式存在B单质常用作半导体材料和光导纤维C最高价氧化物
20、不与酸反应D气态氢化物比甲烷稳定【解析】该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性SiC，因此气态氢化物稳定性：SiH4CH4，D项错误。【答案】A4(2014威海模拟)硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述错误的是()A硅单质可用来制造太阳能电池B氮化硅陶瓷属于新型的无机非金属材料C为防止NaOH溶液变质，常将其保存在磨口玻璃瓶中D高温下，二氧化硅能分别与C、CaCO3、Na2CO3发生反应【解析】单质硅能够使太阳能直接转化为
21、电能，故用来制作太阳能电池板，A项正确；玻璃、水泥和陶瓷属于传统的硅酸盐材料，而氮化硅、碳化硅等被称之为新型的无机非金属材料，B项正确；NaOH能够与玻璃中的SiO2反应生成具有黏合能力的硅酸钠，将磨口玻璃塞和瓶口黏在一起，无法打开，C项错误；高温下，利用碳制取粗硅：2CSiO2Si2CO，水泥的制取中有SiO2与CaCO3的反应：SiO2CaCO3CaSiO3CO2，玻璃的制取中有SiO2与Na2CO3的反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，D项正确。【答案】C5下列有关硅材料的说法正确的是()A氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承B高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材
22、料光导纤维C普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高D盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅【解析】A、B选项回忆课本硅的化合物的用途可知，两项说法都正确。C项玻璃是混合物没有固定熔点；D项盐酸和硅不反应。【答案】AB6(2014北京海淀区期末练习)氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如下图所示：其中NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学反应方程式表示其原因：_。(2)图示的变化中，属于氧化还原反应的是_。(3)SiCl4在潮湿的空气
23、中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学反应方程式为_。(4)在反应中，3 mol Si(NH2)4，在高温下加热可得1 mol氮化硅粉末和8 mol A气体，则氮化硅的化学式为_。(5)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式_。【解析】石英砂不能与碱性物质共同存放的实质是SiO2与碱性物质可以发生反应。反应是石英砂与焦炭发生氧化还原反应，反应是硅单质与Cl2反应，也是氧化还原反应。SiCl4水解可以看做Si结合四个OH生成H4SiO4，H4SiO4不稳定失水生成H2SiO3，Cl结合H生成HCl。氮化硅的化学式可通过题目信息，运用质量守恒求得。结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。【答案】(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)(3)SiCl43H2O=4HClH2SiO3(4)Si3N4(5)3SiCl42N26H2Si3N412HCl