第四章第一講碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料

1、第一講碳、硅及無(wú)機(jī)非金屬材料2017高考導(dǎo)航考綱要求真題統(tǒng)計(jì)命題趨勢(shì)1.了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2了解碳、硅單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。3以新材料、新技術(shù)為背景考查碳、硅元素及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用。2015，卷 26T；2015，卷 7T(A)、13T(D)；2014，卷 7T(AD)、9T(B)、10T(C)高考對(duì)本部分的考查主要以碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)、應(yīng)用為主，題型延續(xù)選擇題或非選擇題的形式，中等難度。預(yù)計(jì)2017年高考將以碳族元素新型材料為主線考查相關(guān)知識(shí)，也可能以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為中心來(lái)命題，復(fù)習(xí)備考時(shí)注重Si、SiO2的用途?？键c(diǎn)一碳、硅單質(zhì)及其重

2、要化合物的性質(zhì)學(xué)生用書P78一、碳、硅的單質(zhì)1存在：自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無(wú)定形硅兩大類。2碳、硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途的比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大；石墨熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石用作切割刀具；石墨用作電極、鉛筆芯晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池3.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。碳硅二、碳、硅的氧化物

3、1CO的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)：無(wú)色無(wú)味的氣體，難溶于水。能使人中毒的原因是與人體中血紅蛋白相結(jié)合，因缺氧而中毒。(2)化學(xué)性質(zhì)可燃性：2COO22CO2。還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為Fe2O33CO2Fe3CO2。2二氧化碳與二氧化硅的比較(1)物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)：CO2的熔沸點(diǎn)比SiO2的熔沸點(diǎn)低。溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)物質(zhì)二氧化碳二氧化硅化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)CO2H2OH2CO3不反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)氫氟酸用于刻蝕玻璃：SiO24HF=SiF42H2O與堿反應(yīng)(如NaOH)CO22NaOH=Na2CO3H2O或CO2NaOH=NaHCO3SiO22NaOH=Na

4、2SiO3H2O(盛堿液的試劑瓶不能用玻璃塞)與鹽反應(yīng)(如Na2CO3)CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2與堿性氧化物反應(yīng)與Na2O反應(yīng)：CO2Na2O=Na2CO3與CaO反應(yīng)：SiO2CaOCaSiO3與碳反應(yīng)CCO22CO2CSiO2Si2CO(3)主要用途CO2：化工原料、滅火劑。干冰用作制冷劑，人工降雨。SiO2：制光學(xué)儀器、石英玻璃。水晶可制作飾品，常用來(lái)制造通訊材料光導(dǎo)纖維。三、硅酸和硅酸鈉1硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。(1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3,SiO2H2O。(

5、2)硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。2硅酸鈉(Na2SiO3)(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃(或泡花堿)，有黏性，水溶液顯堿性。(2)它能與酸性較硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，Na2SiO3溶液與下列兩種物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。與CO2(少量)反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。(3)用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×

6、;”)(1)(2015·高考安徽卷)SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物。()(2)SiO2可由兩種單質(zhì)直接反應(yīng)生成，將其加入Ba(HCO3)2溶液中同時(shí)有氣體和沉淀產(chǎn)生。()(3)硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體。()(4)硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。()(5)硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)。()(6)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)。()(7)碳的幾種同素異形體性質(zhì)不同的原因主要是由于其結(jié)構(gòu)不同。()(8)工業(yè)上制取粗硅的反應(yīng)是SiO2CSiCO2。()答案：(1)×(2)&#

7、215;(3)(4)(5)×(6)(7)(8)×2用短線連接碳、硅單質(zhì)的物理性質(zhì)和用途答案：(1)(2)(3)(4)(5)3指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在AE選項(xiàng)中選擇正確答案填入橫線上。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O_。(2)SiO2Na2CO3高溫,Na2SiO3CO2_。(3)SiO22C高溫,Si2CO_。(4)SiO23C高溫,SiC2CO_。(5)SiO24HF=SiF42H2O_。A作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕B具有氧化性C酸性氧化物的通性D將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來(lái)E氧化還原反應(yīng)中既不作氧化劑，也不作還原劑答案：(

8、1)C(2)D(3)B(4)E(5)A名師點(diǎn)撥(1)Si的還原性強(qiáng)于C，但C在高溫下能還原SiO2生成Si，且氧化產(chǎn)物為CO：2CSiO2Si2CO，其原因是產(chǎn)物CO為氣體，離開反應(yīng)體系，促使反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。(2)非金屬單質(zhì)跟堿溶液作用一般無(wú)H2產(chǎn)生，但Si能跟堿液作用放出H2，如Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)CO2是溫室氣體，但CO2不是污染性氣體。(4)酸性氧化物一般和水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸，SiO2雖然是H2SiO3的酸酐，但它不與水反應(yīng)，不能直接與水作用制備H2SiO3。(2016·最新改編題)將一定量的CO2氣體緩慢通入400 mL 0.5 mol&#

9、183;L1KOH溶液中，充分反應(yīng)后，在減壓低溫下蒸發(fā)溶液得到16.9 g白色固體，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算確定此白色固體的組成，其質(zhì)量分別為多少？通入CO2氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是多少升？解析根據(jù)題意：400 mL 0.5 mol·L1KOH溶液含KOH的物質(zhì)的量為0.20 mol，若生成的固體全部為K2CO3，則其質(zhì)量為0.10 mol×138 g·mol113.8 g，若生成的固體全部為KHCO3，則其質(zhì)量為0.2 mol×100 g·mol120 g?，F(xiàn)固體質(zhì)量為16.9 g。所以，此固體為K2CO3和KHCO3的混合物，設(shè)K2CO3和KHCO3的物

10、質(zhì)的量分別為a mol、b mol，則有：解得：a0.05，b0.10 ，所以，白色固體中m(K2CO3)0.05 mol×138 g·mol16.9 g；m(KHCO3)0.1 mol×100 g·mol110 g，反應(yīng)中消耗n(CO2)a molb mol0.15 mol。故V(CO2)0.15 mol×22.4 L ·mol13.36 L。答案白色固體為K2CO3和KHCO3的混合物。質(zhì)量分別為K2CO3 6.9 g和KHCO3 10 g。通入CO2氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為3.36 L。(計(jì)算過(guò)程見解析)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36

11、L CO2氣體通入200 mL 1.00 mol·L1 NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(CO)與c(HCO) 的比值為(不考慮CO、HCO的水解)()A11B12C21 D13解析：選B。n(CO2)0.15 mol，n(NaOH)0.2 L×1.00 mol·L10.2 mol，由于1<<2，故二者完全反應(yīng)生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。設(shè)n(Na2CO3)x，n(NaHCO3)y則有解得x0.05 mol，y0.1 mol。CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)產(chǎn)物與CO2氣體的通入量有關(guān)，當(dāng)

12、通入少量CO2時(shí)生成碳酸鹽，當(dāng)通入過(guò)量CO2時(shí)生成碳酸氫鹽；當(dāng)CO2的通入量介于兩者之間時(shí)，既有正鹽又有酸式鹽生成，因此推斷時(shí)一定要注意CO2與堿之間量的關(guān)系。以CO2與NaOH溶液反應(yīng)為例，將CO2通入NaOH溶液中，可能發(fā)生的反應(yīng)為CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2NaOH=NaHCO3。當(dāng)n(OH)n(CO2)的值不同時(shí)產(chǎn)物如下： 題組一碳、硅單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)1(2016·湖北八市聯(lián)考)下列與化學(xué)有關(guān)的表述正確的是()A硅燃燒放出的熱量多，污染小，便于運(yùn)輸、貯存，可作為一種新型能源B光導(dǎo)纖維可用作通信材料是因?yàn)槠渚哂袑?dǎo)電性C高純度的單晶硅用于制造登月車的光電池

13、和光導(dǎo)纖維D水晶項(xiàng)鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品解析：選A。硅為固體燃料，燃燒生成二氧化硅固體，其污染容易得到有效控制，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，運(yùn)輸、貯存比較容易，A正確；光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，是光通信的傳輸材料，在玻璃纖維中傳導(dǎo)的不是電信號(hào)，而是光信號(hào)，故稱其為光導(dǎo)纖維，B錯(cuò)誤；高純度的單晶硅用于制造登月車的光電池，但是制造光導(dǎo)纖維的材料是二氧化硅，C錯(cuò)誤；水晶項(xiàng)鏈?zhǔn)嵌趸柚破?，餐桌上的瓷盤是硅酸鹽制品，D錯(cuò)誤。2(2016·廈門十中月考)某同學(xué)為了驗(yàn)證碳和硅兩種元素非金屬性的相對(duì)強(qiáng)弱，用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(夾持儀器已略去，氣密性已檢驗(yàn))。實(shí)驗(yàn)操作步驟：.打開彈簧夾1，關(guān)閉

14、彈簧夾2，并打開活塞a，滴加鹽酸。.A中看到白色沉淀時(shí)，關(guān)閉活塞a。請(qǐng)回答：(1)B中反應(yīng)的離子方程式是_。(2)通過(guò)步驟、得知鹽酸具有的性質(zhì)是_(填字母)。A揮發(fā)性 B還原性C氧化性 D酸性(3)C裝置的作用是_，X是_(寫化學(xué)式)。(4)為了驗(yàn)證碳的非金屬性強(qiáng)于硅，步驟中未寫的操作和現(xiàn)象是_，D中反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。(5)碳、硅的非金屬性逐漸減弱的原因是_(從原子結(jié)構(gòu)角度加以解釋)。解析：B中CaCO3與鹽酸反應(yīng)的離子方程式為CaCO32H=Ca2CO2H2O，此反應(yīng)表明鹽酸具有酸性，A中看到的白色沉淀是AgCl沉淀，此現(xiàn)象表明鹽酸具有揮發(fā)性。C裝置是用飽和NaHCO3溶液除去CO2中混

15、有的HCl氣體，以保證與Na2SiO3溶液反應(yīng)生成白色膠狀沉淀的是CO2，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3(也可生成NaHCO3)，從而說(shuō)明碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，進(jìn)而證明碳的非金屬性強(qiáng)于硅。答案：(1)CaCO32H=Ca2CO2H2O(2)AD(3)除HCl氣體NaHCO3(4)打開彈簧夾2，關(guān)閉彈簧夾1，當(dāng)D中出現(xiàn)白色膠狀沉淀后Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3(答案合理即可)(5)碳和硅位于同一主族，從上到下，原子半徑逐漸增大，得電子的能力減弱，非金屬性減弱題組二SiO2和CO2的性質(zhì)3下列說(shuō)法正確的是()二氧化硅是酸性氧化物，它可

16、以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)SiO2CaCO3CaSiO3CO2可推知硅酸酸性比碳酸強(qiáng)二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸二氧化硅常被用來(lái)制造光導(dǎo)纖維ABC D解析：選C。SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，高溫條件下反應(yīng)并不能說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)。4將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質(zhì)的量(n)和通入CO2體積(V)的關(guān)系正確的是()解析：選D。CO22OH=COH2O，Ca2CO=CaCO3，故開始有沉淀生成。當(dāng)Ca2全部變成CaCO3沉淀后，CO2與OH反應(yīng)生成CO，CO2再與CO反應(yīng)生成HCO，沉淀無(wú)變化，最后CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3

17、)2，沉淀溶解。(1) SiO2既能與酸(氫氟酸)反應(yīng)又能與NaOH溶液反應(yīng)，但SiO2不是兩性氧化物。它屬于酸性氧化物。(2)驗(yàn)證碳和硅非金屬性強(qiáng)弱應(yīng)是比較其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱。(3)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但Si卻能與HF反應(yīng)。(4)當(dāng)有多種組分與一種物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，判斷反應(yīng)順序的方法：先假設(shè)與其中的一種組分反應(yīng)，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應(yīng)，則假設(shè)錯(cuò)誤。例如：將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設(shè)CO2先與KOH反應(yīng)，則生成的K2CO3會(huì)與Ba(OH)2繼續(xù)反應(yīng)生成BaCO3，故假設(shè)錯(cuò)誤，所以應(yīng)該是CO2先與Ba(OH)2反應(yīng)。 考點(diǎn)二硅酸鹽及無(wú)機(jī)非金屬材料

18、學(xué)生用書P811硅酸鹽(1)由硅、氧和金屬元素組成化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)硅酸鈉：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。(3)硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，鉀長(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為K2O·Al2O3·6SiO2。2無(wú)機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃窯陶瓷窯玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3S

19、iO2高溫,Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2高溫,CaSiO3CO2。(2)新型無(wú)機(jī)非金屬材料如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)玻璃是一種晶體，有較高的熔點(diǎn)。()(2)水玻璃是一種特殊的玻璃，泡花堿屬于堿。()(3)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2出現(xiàn)白色沉淀，證明H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性強(qiáng)。()(4)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸鹽材料。()(5)新型無(wú)機(jī)非金屬材料克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的許多缺點(diǎn)。()(6)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、硬度大、耐磨損、密度小等

20、優(yōu)點(diǎn)。()(7)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的主要成分都是硅酸鹽。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)(5)(6)(7)×2世界著名的科技史專家、英國(guó)劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說(shuō)：“中國(guó)至少在距今3 000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了。”下列有關(guān)玻璃的說(shuō)法不正確的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加熱熔化時(shí)沒(méi)有固定的熔點(diǎn) C普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅 D盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起解析：選A。制普通玻璃的原料主要有石灰石、純堿和石英，A項(xiàng)不正確；普通玻

21、璃是混合物，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，B、C、D項(xiàng)正確。名師點(diǎn)撥(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途：用作半導(dǎo)體材料的是晶體硅而不是SiO2，用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2而不是硅。(2)不要混淆常見含硅物質(zhì)的類別計(jì)算機(jī)芯片的成分是晶體硅而不是SiO2。水晶、石英、瑪瑙等主要成分是SiO2，而不是硅酸鹽。光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，也不屬于硅酸鹽材料。傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料陶瓷、水泥、玻璃主要成分是硅酸鹽。(2016·天津高三模擬)晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：高溫下用炭還原二氧化硅制得粗硅；粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HCl300 ,SiHCl3H2；Si

22、HCl3與過(guò)量H2在1 0001 100 反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)第步制備粗硅的化學(xué)方程式為_。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為_。(3)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去): 裝置B中的試劑是_。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功

23、，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是_(填寫字母代號(hào))。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液解析高純硅的制備是以初步冶煉得到的粗硅為原料，在加熱條件下與氯化氫氣體反應(yīng)，制成氣態(tài)化合物 SiHCl3，與雜質(zhì)分離，然后在高溫條件下用氫氣還原，重新得到硅和氯化氫氣體，這樣就去掉雜質(zhì)，得到高純硅。(1)工業(yè)上制粗硅時(shí)，是以SiO2為原料，在高溫下用C還原SiO2得到粗硅：SiO22C高溫,Si2CO，這樣得到的硅含有雜質(zhì)，可以作為冶煉制取高純硅的原料。(2)由題給物質(zhì)沸點(diǎn)的不同，

24、可以考慮用分餾的方法來(lái)進(jìn)行分離。(3)由于SiHCl3遇水強(qiáng)烈反應(yīng)，所以反應(yīng)環(huán)境必須無(wú)水，制得的氫氣必須干燥，B中放的是干燥劑(濃硫酸)，常溫下，SiHCl3呈液態(tài)，為了增大兩者的接觸面積，可以通過(guò)加熱的方法使SiHCl3汽化。D裝置用石英管而不用普通玻璃管的目的是兩者反應(yīng)需要高溫，溫度太高，普通玻璃管會(huì)軟化。SiHCl3在空氣中會(huì)自燃，必須排盡裝置中的空氣。鐵元素的檢驗(yàn)是利用Fe3遇KSCN溶液變紅色。所以鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，試樣用稀鹽酸溶解后，還需要的試劑是氯水和KSCN溶液。答案(1)SiO22CSi2CO(2)分餾(或蒸餾)(3)濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化有固體物質(zhì)

25、生成在反應(yīng)溫度下，普通玻璃管會(huì)軟化SiHCl3H2Si3HCl排盡裝置中的空氣bd(2015·高考海南卷)單質(zhì)Z是一種常見的半導(dǎo)體材料，可由X通過(guò)如下圖所示的路線制備，其中X為Z的氧化物，Y為氫化物，分子結(jié)構(gòu)與甲烷相似，回答下列問(wèn)題：(1)能與X發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是_；由X制備Mg2Z的化學(xué)方程式為_。(2)由Mg2Z生成Y的化學(xué)反應(yīng)方程式為_，Y分子的電子式為_。(3)Z、X中共價(jià)鍵的類型分別是_。解析：Z為半導(dǎo)體單質(zhì)，則Z是Si；Si的氧化物為SiO2(X)，可與氫氟酸反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)流程圖可知，SiO2與Mg在加熱條件下反應(yīng)生成Mg2Si，Mg2Si與鹽酸反應(yīng)生成的Y為氫化物，則Y

26、的分子式是SiH4，加熱分解可得到Si單質(zhì)。答案：(1)氫氟酸SiO24Mg2MgOMg2Si(2)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4HSH(3)非極性(共價(jià))鍵、極性(共價(jià))鍵實(shí)驗(yàn)題中隱含信息的篩選要重視實(shí)驗(yàn)題中的信息條件，如若指明某物質(zhì)“與水強(qiáng)烈反應(yīng)”或“在潮濕空氣中即水解”等特性，則意味著制取該物質(zhì)或收集它的前后裝置中必須隔絕水蒸氣；若題中給出多個(gè)物質(zhì)的沸點(diǎn)，則意味著要用分餾法分離它們；若給出幾個(gè)離子開始水解和完全水解時(shí)的pH，則意味著要通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH來(lái)分離它們。 題組一硅酸、硅酸鹽1下列有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法中正確的是()A硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞

27、試劑瓶中B反應(yīng)Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3，反應(yīng)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生C普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料D祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2答案：D2隨著我國(guó)“嫦娥三號(hào)”的成功著陸及“玉兔號(hào)”月球車開始工作，可以獲取大量月球物質(zhì)并進(jìn)行成分分析，月球上的主要礦物有輝石(CaMgSi2O6)、鉀長(zhǎng)石(KAlSi3O8)和橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4等，下列說(shuō)法或分析不正確的是()A輝石、鉀長(zhǎng)石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦B鉀長(zhǎng)石的氧化物

28、形式可表示為K2O·Al2O3·3SiO2C橄欖石中鐵元素為2價(jià)D月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑虻谋砻鎺缀鯖](méi)有氧氣解析：選B。根據(jù)輝石(CaMgSi2O6)、鉀長(zhǎng)石(KAlSi3O8)和橄欖石(Mg，F(xiàn)e)2SiO4的化學(xué)式可知三者均屬于硅酸鹽礦，A正確；根據(jù)元素化合價(jià)不變的原則，將鉀長(zhǎng)石的化學(xué)式改寫為氧化物的形式可表示為K2O·Al2O3·6SiO2，B不正確；根據(jù)化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和為零，橄欖石中鐵元素為2價(jià)，C正確；鐵單質(zhì)與氧氣接觸易被氧化，月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑虻谋砻鎺缀鯖](méi)有氧氣，D正確。題組二無(wú)機(jī)非金屬材料3開發(fā)新材料是現(xiàn)代

29、科技發(fā)展的方向之一。下列有關(guān)材料的說(shuō)法正確的是()硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料C60屬于原子晶體，用于制造納米材料纖維素乙酸酯屬于天然高分子材料ABC D解析：選C。水晶的主要成分是SiO2，而非硅酸鹽，錯(cuò)。C60屬于分子晶體，錯(cuò)。纖維素乙酸酯不是天然高分子材料，錯(cuò)。4據(jù)報(bào)道我國(guó)科學(xué)家近年來(lái)研制出一種新型“連續(xù)纖維增韌”航空材料，其主要成分是由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成的。下列相關(guān)敘述不正確的是()A它耐高溫抗氧化B它比鋼鐵輕、硬，但質(zhì)地較脆C它沒(méi)有固定熔點(diǎn)D它是一種新型無(wú)機(jī)非金屬材料解析：選B。由題目信息中“連續(xù)纖維增韌”

30、可知，該航天服的韌性很好，B錯(cuò)誤。(1)無(wú)機(jī)非金屬材料分類(2)硅酸鹽改寫成氧化物形式的方法氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。氧化物前計(jì)量數(shù)的配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置計(jì)量數(shù)，且不同氧化物間以“·”隔開。當(dāng)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)，如鉀長(zhǎng)石：KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。 考點(diǎn)三碳、硅及其化合物的相互轉(zhuǎn)化及重要作用學(xué)生用書P821碳及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖寫出各部分轉(zhuǎn)化關(guān)系的化學(xué)方程式或離子方程式：CO2點(diǎn)燃,CO2C

31、4HNO3(濃),CO24NO22H2OC2H2SO4(濃),CO22SO22H2OCO22Mg點(diǎn)燃,2MgOC2CO2點(diǎn)燃,2COCH2O(g)高溫,COH2CO2NaOH=NaHCO3CO2NaClOH2O=NaHCO3HClOHCOH=H2OCO2Al33HCO=Al(OH)33CO2Fe33HCO=Fe(OH)33CO2Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO32Na2O22CO2=2Na2CO3O2CO22NaOH=Na2CO3H2ONa2CO32HCl=2NaClCO2H2OCO2C高溫,2CO2COO2點(diǎn)燃,2CO2CuOCO,CuCO2Fe2O33CO,2Fe3CO2

32、Ca(OH)2CO2=CaCO3H2OCaCO32HCl=CaCl2CO2H2ONa2CO3HCl=NaHCO3NaClNa2CO3CO2H2O=2NaHCO32NaHCO3,Na2CO3CO2H2ONaHCO3NaOH=Na2CO3H2ONaHCO3Ca(OH)2=CaCO3NaOHH2O或2NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3Na2CO32H2OCaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2,CaCO3CO2H2OCa(HCO3)2NaOH=CaCO3H2ONaHCO3或Ca(HCO3)22NaOH=CaCO32H2ONa2CO32硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖各部分轉(zhuǎn)化關(guān)系的化

33、學(xué)方程式如下：Si2Cl2,SiCl4SiCl42H2,Si4HClSi4HF=SiF42H2SiO2點(diǎn)燃,SiO2SiO22C高溫,Si2COSiO24HF=SiF42H2OSiO2CaCO3高溫,CaSiO3CO2H2SiO3,SiO2H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO2Na2CO3高溫,Na2SiO3CO2Na2SiO32HCl=H2SiO32NaClNa2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2ONa2SiO3CaCl2=CaSiO32NaCl1能實(shí)現(xiàn)下列物質(zhì)間直接轉(zhuǎn)化的元素是()A硅B氮C鈉 D鐵解析：選C。A項(xiàng)Si

34、O2不能和水反應(yīng)；B項(xiàng)N2和O2第一步只能生成NO，NO不能和水反應(yīng)；C項(xiàng)正確；D項(xiàng)Fe2O3不能和水反應(yīng)。2已知A是帶有金屬光澤的灰黑色固體單質(zhì)。根據(jù)如圖所示的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，回答下列有關(guān)問(wèn)題。(1)寫出B、C兩物質(zhì)的名稱：B_，C_。(2)寫出DB的化學(xué)方程式：_。(3)寫出BC的離子方程式：_。答案：(1)硅酸鈉硅酸(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(3)SiOH2OCO2=COH2SiO3名師點(diǎn)撥含硅化合物的特殊性質(zhì)(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接與水反應(yīng)制備H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF=

35、SiF42H2O。(3)無(wú)機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。(4)因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發(fā)生下列反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高溫下SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2也能發(fā)生。(2016·云南部分名校統(tǒng)考)A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的

36、物質(zhì)的量之比為_。(3)寫出反應(yīng)的離子方程式：_。(4)寫出反應(yīng)的離子方程式：_。(5)H2CO3的酸性強(qiáng)于E，請(qǐng)用離子方程式予以證明：_。解析解答本題的第一個(gè)“突破口”是非金屬元素R的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣，說(shuō)明是硅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化。第二個(gè)“突破口”是反應(yīng)條件“高溫”，A在高溫條件下，能與焦炭、CaCO3發(fā)生反應(yīng)，則A為SiO2。從而推知B為CaSiO3，D為Si，E為H2SiO3。答案(1)SiO2CaSiO3Na2SiO3SiH2SiO3(2)SiO22CSi2CO12(3)Si2OHH2O=SiO2H2(4)SiOCa2=CaSiO3(5)SiOCO2

37、H2O=H2SiO3CO探究由SiO2制取H2SiO3的最佳方案(用流程圖表示)。答案：SiO2Na2SiO3溶液H2SiO3。(1)解答無(wú)機(jī)推斷題的思維模型(2)解答硅及其化合物的推斷題時(shí)，高溫反應(yīng)條件、特征反應(yīng)、單質(zhì)與堿反應(yīng)、鹽溶液與過(guò)量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀等往往是推斷題的“突破口”。 題組一與硅的化合物有關(guān)的綜合應(yīng)用1二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(如圖所示)。下列說(shuō)法正確的是()ASiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物B盛放Na2CO3溶液的試劑瓶不能用玻璃塞C硅膠吸水后不能重復(fù)使用D圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)解析：選B。兩性氧化物

38、是指與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水的氧化物，SiO2與HF反應(yīng)生成的SiF4不屬于鹽類，A項(xiàng)錯(cuò)誤；吸水后的硅膠加熱失水后可以繼續(xù)使用，C項(xiàng)錯(cuò)誤；圖中SiO2與碳酸鈉反應(yīng)、硅酸的生成及硅酸分解等均為非氧化還原反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。題組二硅的制備實(shí)驗(yàn)2單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450500 )，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a四氯化硅遇水極易水解；b硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；c有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiC

39、l4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/57.712.8315熔點(diǎn)/70.0107.2升華溫度/180300162請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。(2)裝置A中g(shù)管的作用是_；裝置C中的試劑是_；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是_。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過(guò)精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是_(填寫元素符號(hào))。解析：依題中信息可知A為制備Cl2的發(fā)生裝置，B、C為Cl2的凈化裝置，D中發(fā)生反應(yīng)2Cl2Si,SiCl4，生成的SiCl4用E收集，B中為飽和食鹽水將氯化氫氣體除去，C中應(yīng)為濃H2SO

40、4除水蒸氣，由表中數(shù)據(jù)可知SiCl4沸點(diǎn)較低，用冷卻液冷卻可得到液態(tài)SiCl4；由題中信息“粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))”，即可輕松完成第(3)問(wèn)。答案：(1)MnO24H2Cl,Mn2Cl22H2O(2)平衡壓強(qiáng)濃硫酸使SiCl4冷凝(3)Al、P、Cl3在工業(yè)中利用鎂制取硅：2MgSiO2,2MgOSi，同時(shí)有副反應(yīng)發(fā)生：2MgSi,Mg2Si，Mg2Si遇鹽酸迅速反應(yīng)生成SiH4(硅烷)，SiH4在常溫下是一種不穩(wěn)定、易自燃的氣體。如圖是進(jìn)行Mg與SiO2反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置：(1)由于氧氣的存在對(duì)該實(shí)驗(yàn)有較大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)通入氣體X作為保護(hù)氣，試管中的固體藥品可選用_(填序號(hào))。a石灰石b

41、鋅粒c純堿(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，必須先通入X氣體，再加熱反應(yīng)物，其理由是_，當(dāng)反應(yīng)開始后，移走酒精燈反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，其原因是_。(3)反應(yīng)結(jié)束后，待冷卻至常溫時(shí)，往反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸。可觀察到閃亮的火星，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因用化學(xué)方程式表示為_。解析：(1)由于Mg可在CO2中燃燒，故不能用CO2作為保護(hù)氣而可用H2，那么試管中應(yīng)選用的固體藥品為鋅粒；(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)應(yīng)先通入氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，然后才能點(diǎn)燃酒精燈，因反應(yīng)放熱，反應(yīng)開始后移走酒精燈，可利用自身放出的熱量維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行；(3)反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)后的混合物中加入稀鹽酸會(huì)發(fā)生反應(yīng)：Mg2Si4HCl=

42、2MgCl2SiH4，生成的SiH4可自燃：SiH42O2=SiO22H2O，所以會(huì)觀察到閃亮的火星。答案：(1)b(2)讓氫氣排盡裝置內(nèi)的空氣，避免空氣中的成分對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可利用自身放出的熱量維持反應(yīng)進(jìn)行(3)Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4、SiH42O2=SiO22H2O有關(guān)硅及其化合物的制備，是近幾年高考實(shí)驗(yàn)題的常規(guī)出題點(diǎn)。隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源需求的不斷增多，與新能源有關(guān)的多晶硅會(huì)再次成為今后命題的熱點(diǎn)。而高考命題者卻把這一知識(shí)點(diǎn)遷移到高純硅制備的工藝流程、制備過(guò)程中，往往涉及氯氣的制備、氣體的凈化及物質(zhì)的分離提純等操作，解決好此類問(wèn)題，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)牢

43、記2種物質(zhì)的用途晶體硅：半導(dǎo)體材料、制芯片、太陽(yáng)能電池。二氧化硅：制光導(dǎo)纖維。(2)熟記5個(gè)化學(xué)方程式Si4HF=SiF42H2Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2SiO24HF=SiF42H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2ONa2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3一、選擇題1硅單質(zhì)及其化合物在材料領(lǐng)域一直扮演重要角色。下列敘述中，不正確的是()A石英可用來(lái)制作工藝品B硅單質(zhì)可以用來(lái)制造太陽(yáng)能電池C硅單質(zhì)是制造玻璃的主要原料D水玻璃可用作黏合劑和防火劑解析：選C。石英又稱水晶，寶石級(jí)水晶可用來(lái)制作工藝品，A項(xiàng)正確；硅單質(zhì)是良好的半導(dǎo)體材料，可用來(lái)制造太陽(yáng)能電池，B項(xiàng)

44、正確；制造玻璃可用石英，而不是硅單質(zhì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；水玻璃是硅酸鈉的水溶液，可用作黏合劑和防火劑，D項(xiàng)正確。2(2016·皖南八校高三聯(lián)考)下列關(guān)于工業(yè)生產(chǎn)的說(shuō)法中，不正確的是()A工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含雜質(zhì)的粗硅B生產(chǎn)普通水泥的主要原料有石灰石、石英和純堿C工業(yè)上將粗銅進(jìn)行精煉，應(yīng)將粗銅連接在電源的正極D硅和鐵可以冶煉成合金解析：選B。生產(chǎn)普通水泥的原料是石灰石和黏土，B錯(cuò)。3除去下列物質(zhì)中雜質(zhì)的試劑或方法錯(cuò)誤的是()ACO2中混有少量的CO通入氧氣后點(diǎn)燃BCO2中混有少量SO2通過(guò)酸性KMnO4溶液、濃硫酸，洗氣CSiO2中混有少量石灰石加入足量鹽酸，過(guò)濾DCO中混

45、有少量CO2通過(guò)氫氧化鈉溶液、濃硫酸，洗氣解析：選A。A項(xiàng)，少量CO在CO2中無(wú)法燃燒，且若通入氧氣過(guò)多會(huì)引入新的雜質(zhì)，通入氧氣不足，無(wú)法除盡CO，錯(cuò)誤。4能證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)的事實(shí)是()ACO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能與水直接反應(yīng)生成硅酸B在高溫條件下，SiO2和Na2CO3能發(fā)生反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2CSiO2的熔點(diǎn)比CO2的高DCO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色膠狀沉淀解析：選D。物質(zhì)酸性強(qiáng)弱的比較，可通過(guò)“強(qiáng)酸制弱酸”原理進(jìn)行判斷。5石棉是一類價(jià)格低廉的硅酸鹽材料，但是有毒，能使人患肺癌。一種叫青石棉的化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(

46、OH)2。它用稀硝酸溶液處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說(shuō)法正確的是()A該物質(zhì)中Fe元素的化合價(jià)為2，它屬于硅酸鹽B該物質(zhì)的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC1 mol該物質(zhì)能與含18 mol HNO3的稀硝酸恰好反應(yīng)，也能與含18 mol HCl的鹽酸恰好反應(yīng)D這種石棉屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料解析：選B。由化合物中正負(fù)化合價(jià)代數(shù)和等于0可知Na2Fe5Si8O22(OH)2中的Fe顯2價(jià)和3價(jià)，且2價(jià)與3價(jià)的Fe的物質(zhì)的量之比為32，可將該硅酸鹽寫成氧化物的形式Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，由此化學(xué)式可知1 mol該物質(zhì)能與含18 mol HNO3的稀硝酸(其中1 mol被還原，SiO2與HNO3不反應(yīng))反應(yīng)，也能與含14 mol HCl的鹽酸(SiO2與鹽酸不反應(yīng))反應(yīng)，該石棉不屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料。6(2016·銅陵高三模擬)將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后所得的固體物質(zhì)是()ANa2SiO3BNa2CO3、Na2SiO3CNa2C