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1、第1讲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高、硬度大石墨熔点高、
2、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。(2)Si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：SiO22CSi2CO由粗硅制取纯硅(常用方法)：Si(粗)2Cl2SiCl4Si
3、Cl42H2Si(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 kJmol1知金刚石比石墨烯稳定D尽量使用含C的产品，减少使用含C
4、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；C和C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：Si3HClSiHCl3H2.SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制
5、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33.0 )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装置的气密性，控制好反应温
6、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)SiO22CSi2CO(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SiHCl3H2Si3HCl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S
7、iHCl3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。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：2COO22CO2，淡蓝色火焰；还原CuO：CuOCO
8、CuCO2(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CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2
9、OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=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(
10、4)通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液(5)通过饱和NaHCO3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
11、)(6)解析可根据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)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(2)Fe2O36HCl=2FeCl33H2O(3)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(4)H2SiO3SiO2H2O(5)NH4ClNH3HCl题组一二氧化硅的结构与性质1判断正误，正确的划“”，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 ()(2011江苏，3A)(2)SiO2是酸性氧化物，
12、能与NaOH溶液反应()(2010山东理综，13A)(3)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料()(2010江苏，4A)(4)二氧化硅的分子式是SiO2()(2010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)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()(3)SiO22CSi2CO()(4)SiO23CSiC2CO()(5)SiO24HF=SiF42H2O()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
13、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
14、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，溶液变澄清；B项，CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则：2NaOHCa(HCO3)2=CaCO3Na2CO32
15、H2O，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：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2H2ONaHCO3
16、CO2(过量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3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 molL1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A11 B12 C21 D13答案B解析n(CO2)0.150 moln(NaOH)0.200 L1.00 molL10.200 mol即1H2SiO3。(8)水玻璃可用于
17、生产黏合剂和防火剂 ()(2010江苏，4B)2(2011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
18、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：CO23H2CH3OHH2O。32009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。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/57.712.831
19、5熔点/70.0107.2升华温度/180300162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)。答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22H2O(2)平衡气压浓H2SO4SiCl4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2Cl2SiSiCl4，生成SiCl4
20、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。1有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是()A高纯度的硅广泛用于制作计算机芯片B硅可由二氧化硅还原制得C低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅答案D解析自然界中不存在单质硅。2下列关于碳和硅的叙述中，正确的是()A其氧化物都能与NaOH溶液反应B其
21、单质在加热时都能跟O2反应C其氧化物都能溶于水生成相应的酸D碳和硅两种元素共有两种单质答案B解析CO不能与NaOH溶液反应；SiO2不能溶于水，也不生成相应的酸；碳有金刚石、石墨等同素异形体，硅有晶体硅和无定形硅，所以两种元素有多种单质。3下列叙述正确的是()A高温下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，说明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸强B陶瓷、玻璃、水泥容器都能贮存氢氟酸C石灰抹墙、水泥砌墙的硬化过程原理相同D玻璃窑中出来的气体的主要成分是二氧化碳答案D解析二氧化硅在高温下能与碳酸钠反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，但不能说明硅酸的酸性比碳酸强，上述反应之所以能进行，是因为CO
22、2不断逸出，反应向右进行；玻璃、陶瓷、水泥中均含有SiO2，会与氢氟酸反应；石灰抹墙发生反应CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，而水泥砌墙是水泥与水作用发生一系列变化而凝固变硬。4向一定浓度的下列物质澄清溶液中通入过量的CO2气体，最后肯定没有沉淀生成的是()Ca(OH)2Na2CO3CaCl2Ca(ClO)2A B C D答案A解析向Ca(OH)2、Ca(ClO)2溶液分别通入过量CO2，最终生成Ca(HCO3)2，没有沉淀生成；饱和Na2CO3溶液中通入CO2，会析出NaHCO3晶体；CO2与CaCl2不反应。5在浓硝酸水浓硫酸氢氟酸氢氧化钾溶液中，能与单质硅起化学反应的是()A B
23、C D答案C解析硅能与F2、HF、强碱在常温下反应，在加热或高温条件下也能与Cl2、O2、H2发生反应。6下列关于SiO2和CO2的叙述中不正确的是()A都是共价化合物B都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C都能溶于水且与水反应生成相应的酸DSiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨答案C解析二氧化硅不溶于水，硅酸是利用可溶性硅酸盐与酸反应制得的。7下列说法中正确的是()ACO2和CH4都是引起“温室效应”的气体BCO2和SO2都是产生酸雨的气体C使用天然气可避免CO2的排放DCO2是一种有害而无益的气体答案A解析A项，正确；B项，二氧化碳不是产生酸雨的气体；C项，天然气的主要成分是甲烷，燃烧
24、产物中也有二氧化碳，不正确；D项，二氧化碳是光合作用的原料之一，故不正确。8用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铅氧化物的化学式是()APbO BPb2O3CPb3O4 DPbO2答案C解析设此铅氧化物的化学式为PbxOy，PbxOyyOyCOyCO2yCaCO3 16y 100y m(O)1.28 g 8.0 g所以m(Pb)13.7 g1.28 g12.42 gxy34。9将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()答案D解析CO2
25、与KOH和Ca(OH)2都会反应，但存在着竞争，如果先与KOH反应，则反应后生成的K2CO3立即会与Ca(OH)2反应生成CaCO3，因此，可以看成CO2先与Ca(OH)2反应，所以通CO2后立即有CaCO3生成。第二步还要判断CO2是先跟KOH反应还是先与生成的CaCO3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与CaCO3反应，则生成的Ca(HCO3)2又会与KOH反应，因此应是先与KOH反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当KOH反应完全，再与CaCO3反应，直至沉淀完全溶解，故选D。10金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得，反应方程式为SiO23CSiC2CO，下列有关制造
26、金刚砂的说法中正确的是()A该反应中的氧化剂是SiO2，还原剂为CB该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为12C该反应中转移的电子数为12eD该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO，其物质的量之比为12答案D解析反应产物SiC中Si、C的化合价分别为4、4价，所以SiO2既不是氧化剂，又不是还原剂；碳元素从0价转变成4价(SiC)和2价(CO)，CO是氧化产物，SiC是还原产物，两者的物质的量之比为21；根据化学方程式，电子转移数目为4e。11如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。请回答下列问题：(1)B的化学式是_，目前B已被用作_的主要原料。(2)B和a溶
27、液反应的离子方程式是_。(3)A和a溶液反应的离子方程式是_。(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是_。审题分析本题应抓住框图中的转化关系，以题设条件C过量盐酸E(白色沉淀)为突破口进行推断，并结合已有知识进行设定与推测。答案(1)SiO2光导纤维(2)SiO22OH=SiOH2O(3)Si2OHH2O=SiO2H2(4)SiO2H=H2SiO3解析C与过量的盐酸反应生成白色沉淀E，则E可能是硅酸或氯化银，若E是氯化银，则C是硝酸银，A为银，则根据已有知识，银可以与硝酸反应生成硝酸银，而银与硝酸反应能生成三种产物，不符合框图中物质间的转化关系。则E只能为硅酸，则C为硅酸盐，A为硅，a溶液为强碱的水溶液，进一步推出B为二氧化硅。12世博会中国馆“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块红色铝板和1 200多块玻璃等建成。(1)铝_(填“是”或“不是”)红色的，铝板和玻璃均易被烧碱腐蚀，原因是_