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1、无机非金属材料的主角硅 考纲要求 1. 了解 C、Si 元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2. 了解 C、Si 元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3. 以新材料、 新技术为背景考查C、Si 元素及其重要化合物的性质及应用。考点一碳、硅单质的存在与性质1C、Si 单质的存在形态、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，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。(2) 单质的结构、物理性质与用途比较碳硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点
2、高、硬度大石墨熔点高、 质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2. 碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页(2)Si与非金属单质反应O2 ：SiO2=SiO2F2：Si2F2=SiF4Cl2： Si2Cl2=SiCl4与氢氟酸反应：Si 4HF= SiF42H2 深度思考1从元素周期表的位置看，碳和硅均为A元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的
3、单质吗？为什么？答案没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。2硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。答案粗硅的制取： SiO22C=高温Si 2CO 由粗硅制取纯硅( 常用方法 ) ：Si( 粗) 2Cl2=加热SiCl4 SiCl4 2H2=高温Si( 纯) 4HCl 题组一新材料、新技术下C、Si 的考查1下列关于硅的说法中，不正确的是( ) A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D加热到一定温度时，硅能
4、与氯气、氧气等非金属反应答案C 解析硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。2石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页的是 ( ) A石墨烯可导电，说明它是电解质B石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质C由于 C(石墨， s)=C( 金刚石， s) H1.9 kJ mol 1 知金刚石比石墨烯稳定D尽量使用含12 6C 的产品，减少使用含13 6C 的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨答案B 解析“石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单
5、质，它既不是电解质，也不是非电解质，A 项错；石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质，它们互为同素异形体，B项正确； C 项中由于石墨转化为金刚石的 H0 ，是吸热过程，即石墨的能量较金刚石低，因而石墨烯稳定，C项错； 12 6C 和13 6C 都是碳元素，故D项错。题组二工业制取高纯硅3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 ：Si 3HCl =300 SiHCl3 H2 .SiHCl3与过量 H2在 1 000 1 100 反应制得纯硅已知 SiHCl3 能与 H2O
6、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 33.0 ) 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( 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，操作的关键是检查实验
7、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溶液答案(1)SiO2 2C=高温Si 2CO 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页(2) 分馏 ( 或蒸馏 ) (3) 浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3 气化有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3 H2=1 000 1 100 Si 3HCl 排尽装置中的空气bd解析(1) 根据题给信息，粗硅可以用碳还原
8、二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO22C=高温Si 2CO 。(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 气化，加快与H2 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。
9、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。考点二碳、硅的氧化物1一氧化碳(1) 物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2) 化学性质燃烧： 2CO O2=点燃2CO2 ，淡蓝色火焰；还原 CuO ：CuO CO=Cu CO2(冶炼金属 ) 。2二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个 CO2分子主要物理性质硬度大，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 H2OH2CO3 与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF= SiF4 2
10、H2O 不反应与碱反应SiO2 2NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞 ) CO2少量： CO2 2NaOH =Na2CO3 H2O 、CO2过量： CO2 NaOH =NaHCO3 与盐反应如与 Na2CO3 反应： SiO2Na2CO3=高温Na2SiO3 CO2 如与 Na2SiO3 反应： Na2SiO3H2OCO2(不足 )=H2SiO3 Na2CO3或Na2SiO3 2H2O 2CO2( 足精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页量)=H2SiO3 2NaHCO3 与碱性氧化物反应如与 Ca
11、O反应： SiO2 CaO =高温CaSiO3 如与 Na2O反应： Na2O CO2 =Na2CO3 用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐深度思考1除去下列气体中混有的杂质( 括号内为杂质) 可采取的方法：(1)CO(CO2)：_ _。(2)CO2(CO)：_ 。(3)CO2(O2) ：_ 。(4)CO2(SO2) ：_ 。(5)CO2(HCl) ：_ 。(6)CO2(H2S) ：_ 。答案(1) 通过盛有浓NaOH 溶液的洗气瓶(2) 通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3) 通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4) 通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液(5) 通过饱和NaHCO
12、3 溶液(6) 通过 CuSO4 溶液2如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质( 括号内为杂质 ) 。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内( 如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着) 。可供选择的试剂：A.盐酸B氢氧化钠溶液C氧气D水E二氧化碳可选用的操作：水洗；加热；高温灼烧；过滤；结晶。粉末状混合物选择的试剂选用的操作(1) CaCO3(SiO2) (2) NaCl(SiO2) (3) SiO2(Fe2O3) (4) SiO2(CaCO3) (5) SiO2(H2SiO3) (6) SiO2(NH4Cl) 答案(1)B (2)D (3)A (4)A (5) (6) 解析可根据
13、二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸( 氢氟酸除外 )反应；它受热不分解等性质。而三氧化二铁、碳酸钙跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。通过一定操作，除去杂质。除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：(1)SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O (2)Fe2O3 6HCl=2FeCl3 3H2O (3)CaCO32HCl=CaCl2CO2 H2O (4)H2SiO3=高温SiO2H2O (5)NH4Cl=NH3 HCl题组一二氧化硅的结构与性质精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页1判断正误，正确
14、的划“”，错误的划“”(1) 二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ( ) (2013 江苏， 3A) (2)SiO2是酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应( ) (2013 山东理综，13A) (3) 二氧化硅是生产光纤制品的基本原料( ) (2013 江苏， 4A) (4) 二氧化硅的分子式是SiO2 ( ) (2013 上海， 2B) 答案(1) (2) (3) (4) 2指出下列反应中SiO2 所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO2 2NaOH=Na2SiO3 H2O ( ) (2)SiO2 Na2CO3=高温Na2SiO3CO2 ( ) (
15、3)SiO2 2C=高温Si2CO ( ) (4)SiO2 3C=高温SiC2CO ( ) (5)SiO2 4HF= SiF4 2H2O ( ) A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应答案(1)C (2)D (3)B (4)E (5)A 解析本题较全面考查SiO2 的性质，将所给选项结合实际一一对应查找，A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸 (HF) 参与反应； B中氧化性是指反应中SiO2 中 Si 得电子，化合价降低；D中挥发性酸酐，应为CO2而不是 CO ； C中表现酸性氧化物通性是指SiO2 与碱的反应。题组二二氧化碳与
16、弱酸盐溶液反应的规律3用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( ) 选项操作及现象溶液A 通入 CO2 ，溶液变浑浊，再升温至65 以上，溶液变澄清C6H5ONa 溶液B 通入 CO2 ，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失Na2SiO3溶液C 通入CO2 ，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去Ca(ClO)2溶液D 通入 CO2 ，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊Ca(OH)2溶液答案B 解析A项，升温至65 以上， C6H5OH 完全溶解，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
17、 - - -第 6 页，共 13 页溶液变澄清； B项，CO2 Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3 ， H2SiO3与 CO2不反应， 浑浊不会消失； C 项， CO2 Ca(ClO)2 H2O= CaCO3 2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被 HClO氧化褪色； D项，首先 CO2 Ca(OH)2=CaCO3 H2O ，继续通CO2 ，生成可溶于水的 Ca(HCO3)2 ，再加入足量的NaOH ，则： 2NaOH Ca(HCO3)2= CaCO3 Na2CO3 2H2O ，溶液又变浑浊。4下列实验过程中，始终无明显现象的是( ) ANH3通入 FeSO4溶液中BCO2通入
18、CaCl2 溶液中CAlCl3 溶液中滴入NaHCO3 溶液D向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2 答案B 熟记可用CO2制取的弱酸碳酸酸性比硅酸、 次氯酸、 苯酚、偏铝酸等强， 将 CO2气体通入Na2SiO3、NaClO 、NaAlO2 盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸( 氢) 盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。如：CO2 CaCl2溶液、溶液酸性比 H2CO3 强的酸对应的盐不反应Na2CO3 溶液自身对应的盐NaHCO3CO2 Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3 ( 或 CO2 Na2SiO32H2O= H4SiO4 Na2CO3) CO2 Ca(ClO)2 H2
19、O= CaCO3 2HClO CO2 H2O NaHCO3 CO2(过量 ) NaAlO22H2O= Al(OH)3 NaHCO3 CO2(少量 ) 2NaAlO23H2O= 2Al(OH)3 Na2CO3 易错警示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。题组三CO2与碱溶液反应产物的定量判断5标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol L 1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO23) 与 c(HCO3 ) 的比值为 ( 不考虑 CO2 3、HCO 3 的水解 ) ( ) A11 B 12 C 21 D13答案B
20、 解析n(CO2)3.36 L22.4 L mol 1 0.150 mol n(NaOH)0.2 00 L1.00 mol L 10.200 mol 0.2 mol0.15 mol43即 1H2SiO3 。(8) 水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂( )(2013 江苏， 4B) 2(2013 海南， 9 改编) “碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉” CO2 ，其基本过程如下图所示( 部分条件及物质未标出 )。下列有关该方法的叙述中正确的是( ) 能耗大是该方法的一大缺点整个过程中，只有一种物质可以循环利用“反应分离”环节中，分离物
21、质的基本操作是蒸发结晶、过滤该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品A B C D答案D 解析，该方法中高温反应炉分离出CO2 ，需要消耗较多能量；，整个过程中NaOH和CaO均可循环利用； ， 从捕捉室中得到的溶液中含有大量的NaHCO3 ， 加入 CaO后生成 CaCO3和 NaOH ，通过过滤的方法即可分离；，捕捉到的CO2 可与H2 反应制备甲醇：CO2 3H2 一定条件CH3OH H2O 。32013 浙江理综， 28(1)(2)(3)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
22、温度450500 ) ，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页相关信息如下：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SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 沸点/ 57.7 12.8 315 熔点/ 70.0 107.2 升华温度 / 180 300 162 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
23、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)。答案(1)MnO24H 2Cl =Mn2 Cl2 2H2O (2) 平衡气压浓 H2SO4 SiCl4 沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4 (3)Al 、B、P 解析依题中信息可知A为 Cl2 的发生装置，B、C 为 Cl2 净化装置， D中发生反应2Cl2 Si=SiCl4 ， 生成 SiCl4 用 E收集， B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去，C中应为浓 H2SO4除水，由表中数据可知SiCl4 沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4 ；由题中信息粗硅( 含铁、铝、硼、磷等杂质) ，即可轻松完成第(3) 问。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页