[高考]新课标高考一轮复习-硅及其化合物

2、化学性质：
十分稳定
(1)酸性氧化物：但是不溶于水，也不与水反应。
(2)常温与氢氟酸、强碱反应
4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
2NaOH+SiO2==Na2SO3+H2O
(所以，不能用磨口玻璃塞盛碱性溶液，如NaOH、
KOH、Na2CO3、NaSiO3等溶液。)
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4
(3)高温时：
高温
SiO2+CaO===CaSiO3
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4.(2009·南京模拟)硅在无机非金属材料中一直扮演着重要角 色,被誉为无机非金属材料的主角｡下列物品用到硅单质的是 () A.玻璃制品 B.石英钟表 C.计算机芯片 D.光导纤维
答案:C
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5.某科研小组用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O并含 少量CaO､Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物),其实验步骤 如下:
装置D中发生反应的化学方程式为 __S _iH __C _l_3 _ _H _2 _1 __0 0 _0 __~ _1 _1 _0 _0 _℃ __? S _i_ _3 _H _C __l_________________
_｡
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③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,控制好反应温度以及__排__尽_装_置__中_的_空｡ 气 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解, 取上层清液后再加入的试剂(填写字母代号)是___b_d__｡ a.碘水 b.氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液 e.Na2SO3溶液
注意：硅肺病（矽肺病）h，长期吸入SiO2粉尘 5
4、硅酸及硅酸盐：
(1)硅酸： 硅酸、原硅酸都不溶于水，属于弱酸，其 酸性比碳酸弱：
Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
(2)硅酸盐： ①多数不溶于水(Na2SiO3易溶)
②金属氧化物形式： Al2(Si2O5)(OH)4
的反应温度很高,不能使
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用普通玻璃管｡因为SiHCl3容易在空气中自燃,实验中还要注 意先通一段时间H2排尽装置中的空气｡
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【方法归纳】 读懂信息､找突破口是解题的关键｡
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类比迁移 lei bi qian yi
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1.(2008·广东)硅单质及其化合物应用范围很广｡请回答下列 问题: (1)制备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:
(3)硅酸钠水溶液俗称水玻璃｡取少量硅酸钠溶液于试管中,逐
滴加入饱和氯化Leabharlann Baidu溶液,振荡｡写出实验现象并给予解释
________________________________｡
答 案 ： 3S iO 2 3 与 N H 4 发 生 水 解 相 互 促 进 反 应 ,S iO 2 32N H 4
H 2S iO 3 2N H 3 ,产 生 白 色 絮 状 沉 淀 ,同 时 产 生 有
(2)单质的物理性质
晶体硅与金刚石结构类似,二者熔点高,硬度大,石墨是层状结
构晶体,熔点高,硬度较小,是电的良导体,有腻感｡
(3)单质主要用途
金刚石可用于切割刀具､装饰品等;石墨可做电极､润滑剂､铅
笔芯等;硅可用做半导体材料和合h金材料｡
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2.化学性质 碳､硅在参与化学反应时,一般表现还原性｡
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刺 激 性 气 味 的 气 体
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二､ 一氧化碳 1.CO是无色无味的有毒气体,不溶于水,可用做气体燃料和冶 金工业的还原剂｡
燃 烧 的 化 学 方 程 式 为 2 C O O 2点 燃 2 C O 2 ｡ 还 原 C u O 的 化 学 方 程 式 为 C u O C OC uC O 2 ｡
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②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ___有__固_体__物__质__生__成_________________________________
_,装置D不能采用普通玻璃管的原因是 __在_此_反__应_温_度__下_,普__通_玻__璃_会_软__化__________________________,
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13
(2)最后的沉淀物是____________,生成该沉淀的离子方程式 是__________________________｡ (3)实验室中常用瓷坩埚､氧化铝坩埚和铁坩埚,本实验在熔融 高岭土时应选用的坩埚是____________｡
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6.A､B､C､D､E代表单质或化合物,它们之间的相互转换关系 如图所示,A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,其 晶体结构与金刚石相似｡
③Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2↑
注温：下其都它 不氧 与化 硅剂 起，反如应C。l2、h O2、H2SO4、HNO3等常 2
(2)加热时：与某些非金属反应
Si+O2==SiO2
高温
Si+2H2===SiH4
4、工业制粗硅： 粗硅提纯：
5、用途：
高温
SiO2+2C===Si+2CO↑
(3)与碱性氧化物反应 式分别为: CO2+Na2O===Na2CO3,SiO2+Na2O===Na2SiO3｡
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【例2】以下一些氧化物和单质之间可发生如下图所示的反 应:
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其中,氧化物(Ⅰ)是红棕色固体,氧化物(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)在反应条件
下都是气体｡ (1)氧化物(Ⅰ)的化学式是___F_e_2_O_3___｡
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
注意：
CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑ 干态下物质间的反应规律:
高沸点物质（SiO2）制低沸点物质（CO2）
高温
高温
SiO2+2C===Si+2CO↑ Na+KCl===NaCl+K↑
3、用途：
光导纤维、光学仪器、电子仪器、工艺品（水晶、 玛瑙）、石英玻璃、玻璃原料和建筑材料等。
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一、硅(共5个要点) 1、存在和状态： (1)只有化合态，无游离态；在地壳中含量居第二位。
(2)两种同素异形体：晶体硅和无定形硅。
2、物理性质：
硅晶体的结构
灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点较高。
3、化学性质：
不活泼
(1)常温下： ①Si+2F2=SiF4 ②Si+4HF=SiF4+2H2↑
请填空: (1)形成单质A的原子结构示意图为____________,它的最高 化合价为___＋__４_价______｡ (2)B的化学式(分子式)为_____S_iO__2________,B和碳反应生 成A和E的化学方程式为__S _iO __2 _ __2 _C _高 ___温 _S __i_ _2 _C _｡O
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【例1】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:
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅;②粗硅与干燥HCl气体 反应制得SiHCl3:Si+3HCl 3 0 0 ℃ SiHCl3+H2;③SiHCl3与过 量H2在1 000~1 100 ℃反应制得纯硅｡ 已知SiHCl3能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃｡
将土样和纯碱混匀,加热熔融,冷却后用水浸取熔块,过滤,弃去 残渣,滤液用盐酸酸化,经过滤分别得到沉淀和溶液,溶液即为 净水剂｡ (1)写出熔融时高岭土的主要成分与纯碱反应的化学方程式 (Al2O3与纯碱的反应和SiO2与纯碱的反应相似) ______________________________________｡
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解析:(1)高温下用C还原SiO2生成CO而不是CO2｡(2)分离､提 纯不同沸点的液体可以采用分馏或蒸馏的方法｡(3)用Zn､稀 H2SO4制得的H2中混有少量H2O,而SiHCl3能与H2O剧烈反应, 所以要进行干燥,根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸｡C装置 用为水S 浴iH 加C 热l3 S iH HC2 1 l30 使0 0 其~ 挥1 发1 0 成0 ℃ 气? S 体i ,3 和H HC 2l 进入D装置反应｡因
2.CO2和SiO2 CO2和SiO2都属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性｡ (1)与碱反应
与NaOH溶液反应的化学方程式分别为:
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O,
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O｡
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(2)与盐反应 与Na2CO3反应的化学方程式分别为: SiO2+Na2CO3 高 温 Na2SiO3+CO2↑, Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3｡
(3)C的化学式为_N_a_2_S_i_O_3,Dh的化学式为_C__a_S_iO__3_｡ 15
重点突破
一､ 碳､硅 元素的存在､单质的物理性质及用途 (1)存在形式 碳元素既有游离态,又有化合态,而硅元素仅有化合态｡碳单质 主要有金刚石､石墨等同素异形体,硅单质主要有晶体硅和无 定形硅两大类｡
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请回答下列问题｡ (1)第①步制备粗硅的化学方程式为 ___S _iO __2 __2C _高 __温 __Si_ _2 _C _O __ ___________________________｡ (2)粗硅与HCl反应完全后,经冷凝得到的SiHCl3(沸点为33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点为57.6 ℃)和HCl(沸点为-84.7 ℃), 提纯SiHCl3采用的方法为 __分__馏__(_或_蒸__馏__)___________________________________
H2还原SiHCl3过程中若混入O2,可能引起的后果是 ___高__温__下_H__2与__O__2反__应__发__生_爆__炸_______________｡
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(2)下列有关硅材料的说法正确的是__A_B_C__(填字母)｡ A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥 B.氮化硅硬度大､熔点高,可用于制作高温陶瓷和轴承 C.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维 D.普通玻璃是由纯碱､石灰石和石英砂制成的,其熔点很高 E.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
答案:B
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2.下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是( ) A.NaOH溶液 B.Na2SiO3溶液 C.盐酸 D.氢氟酸
答案:C
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3.下列关于碳和硅的叙述中,不正确的是( ) A.+4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应 B.单质在加热时都能与氧气反应 C.氧化物都能溶于水生成相应的酸 D.碳和硅两种元素都有能导电的单质 答案:C
KAlSi3Ox
X=8 K2O·Al2O3·6SiO2
(3)水玻璃： Na2SiO3的水溶液
无色粘稠的溶液，是一种矿物胶，做粘合剂、防腐剂。
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硅晶体结构
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1.北京2008奥运会金牌“金镶玉”环形玉璧由昆仑玉制成, 昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22(OH)2,则其用二氧 化硅和金属化物的形式可表示为( ) A.CaO·MgO·SiO2·H2O B.2CaO·5MgO·8SiO2·H2O C.2CaO·MgO·SiO2·2H2O D.5CaO·2MgO·8SiO2·H2O
___________________｡
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(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):
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①装置B中的试剂是,装置C中的烧瓶需要加热,其目
的是 ____浓_硫__酸__使__滴_入__烧_瓶__中_的__S_iH_C__l3_汽_化____________｡
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①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式 ___S _iH _C __l3 _ __H _2 _1 _3 _5 _7 _K __S _i_ _3 _H _C __l___________________-｡
②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__S _i _H _C _l _3 _ _3 _H _2 _O __ _ __H _2 _S _i O __3 _ _ _3 _H _C __l __H _2 _ _________;
高温
Si+2Cl2===SiCl4
高温
SiCl4+2H2===Si+4HCl
高纯硅：半导体材料。
变压器铁芯（含硅4%的钢有导磁性） 合金：
耐酸设备（含硅15%左右的钢有耐酸性）
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二、二氧化硅(共4个要点) SiO2晶体结构
1、物理性质：坚硬难熔的固体
有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水
晶，天然二氧化硅叫硅石、石英砂。