2015年高中化学复习-硅

1高中化学专题复习（第一轮）知识点总结与经典试题七、无机非金属材料的主角——硅（1）、知识点总结与提炼◆◆碳、硅◆单质的存在形态、物理性质及用途◆、化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。碳硅存在形态游离态和化合态化合态物理性质金刚石：熔点高，硬度大；石墨：硬度小，电的良导体灰黑色固体，有金属光泽，熔点高，硬度大，有脆性用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯半导体材料和合金材料2◆硅的制取：自然界中没有游离态的硅，常见的化合态的硅有SiO2和硅酸盐等。工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。反应的化学方程式：SiO2+2C=Si+2CO↑◆◆CO2和SiO2◆性质化学性质与碱反应(如NaOH)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OSiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶不能用玻璃塞)与盐反应(如Na2CO3)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑物质二氧化碳二氧化硅主要物理性质熔、沸点低高溶解性可溶不溶化学性质与水反应不反应与酸反应不反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O3与碱性氧化物反应与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3与CaO反应：SiO2＋CaO=====高温CaSiO3◆结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成空间网状立体结构，晶体中硅原子和氧原于的个数比为1:2，不存在单个分子,Si02晶体的平面结构图：CO2是直线型结构分子,其构型为O=C=O◆◆硅酸和硅酸盐◆硅酸(1)物理性质：难溶于水。(2)化学性质：①弱酸性——比碳酸弱与NaOH溶液反应的化学方程式为：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O，向Na2SiO3溶液中通入少量CO2的反应方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓向Na2SiO3溶液中通入盐酸的反应方程式为Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl②不稳定性受热分解，化学方程式为H2SiO3===H2O＋SiO2。（3)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等◆硅酸盐(1)硅酸盐由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸钠硅酸钠水溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。(3)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，其排列顺序一般为：较活泼金属氧化物·较不活泼金属氧化物·二氧化4硅。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。◆◆．无机非金属材料(1)硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石和石英黏土主要设备水泥回砖窑玻璃窑陶瓷窑(2)特殊功能的含硅物质①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。◆◆注意事项1.Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2+2C=Si+2CO↑2.非金属与碱反应一般无氢气放出，但Si可以：Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑3.非金属单质一般不与无氧酸反应，但Si可以与HF作用：Si+4HF=SiF4+2H2↑4.非金属单质一般为非导体，但Si可以作为半导体。5.SiO2是硅酸的酸酐，但不溶于水，不能直接与水作用生成硅酸。6.非金属的氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高，原因是它为原子晶体。7.酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与HF酸作用：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O8.SiO2既能和酸(氢氟酸)反应，又能和碱反应，它是两性氧化物吗？9.实验室为什么不用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOH溶液?应用什么样的塞子?10.二氧化硅与碳酸钠和碳酸钙反应的原因？玻璃工业生产的主要原理是在强热的条件下发生：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑上述反应都是在高温条件下进行的，有利于二氧化碳从体系中挥发出来，而二氧化硅不行，所以反应可以进行。符合难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理。所以上述反应不与“Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓”矛盾，因为后者是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理。5（2）、经典例题（供选用）【典例1·基础】、(2011·山东)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。【典例2·中档】、将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()A．Na2SiO3B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2D．SiO2[错因分析]没有意识到高温下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3，从而造成错选C。[解析]将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3=====△H2O＋SiO2,2NaHCO3=====△Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑，各反应物存在如下关系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。【典例3·中档】、已知A～I有如下所示的转化关系：6已知：①单质E可作为半导体材料；②化合物F是不能生成盐的氧化物；③化合物I能溶于水，呈酸性，它能够跟氧化物A发生反应。④2F2＋2H2O===4HF＋O2据此，请填空：(1)化合物F是________；(2)化合物I是________；(3)反应①的化学方程式是________________________________________________________________________。(4)写出I的水溶液与A反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：由已知①及现阶段所学知识知E为Si，再根据反应①知A为SiO2。B为C，F为CO。由已知③知I为HF，结合已知④和反应④知C为H2O、D为F2，H为O2。由反应②C＋H2O=====高温CO＋H2知G为H2，经反应③验证之。因此A～I分别为SiO2、C、H2O、F2、Si、CO、H2、O2和HF。答案：(1)CO(2)HF(3)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(4)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O【典例4·较难】、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=====300℃SiHCl3＋H2③SiHCl3与过量H2在1000～1100℃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①步制备粗硅的化学反应方程式为___________。7(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)：①装置B中的试剂是________。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是___________________________________________________________________。②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______________。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__________________________________________________________________________________________________________________________。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，取上层清液后需再加入的试剂是________。(填写字母代号)a．碘水b．氯水c．NaOH溶液d．KSCN溶液e．Na2SO3溶液[解析](1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的方法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C=====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)①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H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象为有固体产生，由题给信息，8制纯硅的反应条件为1000～1100℃，此温度下普通玻璃容易软化。③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。④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化成Fe3＋，再滴加KSCN溶液，根据溶液变为红色来检验。[答案](1)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(2)蒸馏(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在反应温度下，普通玻璃管会软化SiHCl3＋H2=====1000～1100℃Si＋3HCl③排尽装置中的空气④bd（3）、经典练习1．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．氢氟酸解析：由于SiO2＋2OH－===SiO32－＋H2O，因而不可用带玻璃塞的试剂瓶保存NaOH溶液；氢氟酸可以与SiO2反应，即SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，故不可用玻璃瓶保存。答案：C2．光纤通信所使用的光缆，其主要部件为光导纤维。下列说法正确的是()①制造光导纤维的主要原料是CaCO3；②制造光导纤维的主要原料是SiO2；③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射；④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射A．①④B．②③C．①③D．②④解析：光导纤维主要原料的成分是SiO2；光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射。②、③正确。答案：B3．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅9解析：A项，刚玉的主要化学成分为三氧化二铝，而金刚石的主要化学成分为碳。答案：A4.（2013江苏卷）下列有关物质性质的应用正确的是A.液氨汽化时要吸收大量的热，可用作制冷剂B.二氧化硅不与强酸反应，可用石英器皿盛放氢氟酸C.生石灰能与水反应，可用来干燥氯气D.氯化铝是一种电解质，可用于电解法制铝【参考答案】A【解析】本题属于元素及其化合物知识的考查范畴，这些内容都来源于《必修一》、和《必修二》等课本内容。A