第10講硅及其化合物

9硅及其化合物硅與氧氣加熱：硅與氟氣： 硅單質(zhì)與氫氟酸反響：硅與氫氧化鈉溶液反響：離子方程式： 二氧化硅與氫氟酸反響： 二氧化硅與氧化鈣高溫反響： 二氧化硅與氫氧化鈉溶液反響： 離子方程式： 二氧化硅與碳反響： 硅酸鈉與鹽酸反響： 離子方程式： 往硅酸鈉溶液中通入二氧化碳： 離子方程式： 二氧化硅與純堿反響：二氧化硅與石灰石反響：加熱硅酸：第10講 碳、硅及其化合物存在形態(tài)物理性質(zhì)存在形態(tài)物理性質(zhì)用途碳 硅游離態(tài)和化合態(tài) 化合態(tài)金剛石：熔點高、硬度大 灰黑色固體有金屬光澤熔點高、石墨：硬度小、電的良導(dǎo)體 硬度大，有脆性金剛石用作切割刀具石墨用作電半導(dǎo)體材料太陽能電池和合金材極、鉛筆芯 料①與氫氟酸反響：Si＋4HF===SiF↑＋2H↑；4 2NaOH溶液反響：Si＋2NaOH＋HO===NaSiO＋2H↑；O

2△反響：Si＋O=====SiO。

2 3 22 2

[認(rèn)知無盲區(qū)](1)2價或＋4價的化合物。(2)工業(yè)上制備硅的反響：高溫①粗硅的制備：SiO＋2C=====Si＋2CO↑2△②由粗硅制純硅：Si(粗)＋2ClSiCl2 4高溫SiCl＋2H=====Si(純)＋4HCl4 2(3)CO而不是CO。2[練習(xí)點點清]將碳、硅單質(zhì)的物理性質(zhì)和用途用短線連接起來。A是灰黑色1的、有金屬光澤的固體單質(zhì)。依據(jù)如下圖的物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，答復(fù)以下有關(guān)問題。(1)B、C兩物質(zhì)的名稱：B ，C 。(2)寫出D→B的化學(xué)方程式： 。(3)寫出B→C的離子方程式： CO的性質(zhì)(1)物理性質(zhì)：無色氣體，有毒，不溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)：①燃燒：2CO＋O2

點燃,2CO。2△2CO2

SiO2

的比較物理性質(zhì)：①熔、沸點：SiO2

的熔、沸點比CO2

的熔、沸點高。②溶解性：CO2

可溶于水，SiO2

不溶于水。SiFSiF↑＋2HO242化學(xué)性質(zhì)③與堿(NaOH)液反響SiO ＋2NaOH===NaSiO ＋HO(盛堿液的用橡膠塞)22 3CO＋2NaOH===NaCO＋HO或CO22 3 222＋NaOH===NaHCO3如與NaCO 反響：SiO＋④與鹽反響2 32如與Ca(ClO)Ca(ClO)＋CONaCO=====NaSiO＋CO↑高溫＋HO===CaCO↓＋2HClO2 2 2應(yīng)2 3如與CaO2 3223SiO＋2如與NaO 反應(yīng)：CO ＋22高溫NaO===NaCO322 3物質(zhì)二氧化硅二氧化碳①與水反響不反響CO＋HO HCO2 2 2 ②與酸反響只與氫氟酸反響：SiO＋4HF===不反響主要用途：CO：制飲料、碳酸鹽、干冰用作致冷劑。2SiO：光導(dǎo)纖維、制光學(xué)儀器、電子部件、水晶可制作飾品。2(1)SiO2

CO2

[認(rèn)知無盲區(qū)]都是酸性氧化物，與堿反響生成鹽和水。(2)SiO2

不能與鹽酸、硝酸、硫酸等酸反響，但能與氫氟酸反響。(3)SiO2

不溶于水，故不能用SiO2高溫

與水反響制備硅酸。不能依據(jù)反響2C＋SiO=====Si＋2CO↑來說明C的復(fù)原性比Si強(qiáng)，也不能依據(jù)反響SiO＋2 2高溫NaCO=====NaSiO＋COSiOHCO強(qiáng)。2 3 2 3 2

2 2 3[練習(xí)點點清]指出以下反響中SiO2

所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～E選項中選擇正確答案填入括號內(nèi)。①SiO＋2NaOH===NaSiO＋HO( )2 2 3 2高溫②SiO＋NaCO=====NaSiO＋CO↑( )2 2 3 2 3 2高溫③SiO＋2C=====Si＋2CO↑( )2高溫④SiO＋3C=====SiC＋2CO↑( )2⑤SiO＋4HF===SiF↑＋2HO( )2 4 2作為玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蝕強(qiáng)氧化性D．將揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E．未參與氧化復(fù)原反響 玻璃的主要成分是SiO，以下物質(zhì)必需貯存在帶有橡膠塞的玻璃中的是 。 2①KOH溶液②飽和NaCO溶液(堿性溶液) ③鹽酸④水玻璃(NaSiO的水溶液) ⑤NaOH溶液2 3 2 3⑥氫氟酸⑦澄清石灰水⑧硝酸硅酸溶解性：溶解度很小。化學(xué)性質(zhì)——弱酸性：酸性比碳酸還弱：NaSiO＋CO＋HO===NaCO＋HSiO↓。2 3 2 2 2 3 2 3制備：可用硅酸鈉與鹽酸反響制得：NaSiO＋2HCl===HSiO↓＋2NaCl。2 3 2 3用途：硅膠可用作枯燥劑的載體和袋裝食品、瓶裝藥品等的枯燥劑。硅酸鹽(1)硅酸鹽：是由Si、O和金屬元素組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。(2)硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。(3)硅酸鹽組成的表示：(NaSiO)可表示為NaO·SiO，長石(KAlSiO)KO·AlO·6SiO。

2 3 2 23 8 2 2 3 2傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石英、石灰石黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔爐陶瓷窯生產(chǎn)條件高溫[認(rèn)知無盲區(qū)]用氧化物的形式表示硅酸鹽，只是物質(zhì)組成的表示形式不同，其成分、性質(zhì)是不變的。氧化物形式只表示硅酸鹽的組成而不表示其構(gòu)造，切不行認(rèn)為硅酸鹽是由氧化物混合而成的。(3)硅酸鹽用氧化物形式表示時，應(yīng)留意各元素的化合價不變，各元素的原子個數(shù)比不變。(4)氫氟酸能腐蝕玻璃可用于雕刻玻璃，盛放氫氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(5)未進(jìn)展磨砂處理的玻璃，在常溫下是不易被強(qiáng)堿腐蝕的。(6)特別的含硅材料是金剛砂(SiC)、硅橡膠及變壓器的鐵芯(含Si4%的硅鋼)。[練習(xí)點點清]5CO2

氣體，充分反響后加熱蒸干，再高溫充分灼燒，冷卻后所得的固體物質(zhì)為( )NaSiO

NaSiO

NaCO2 3 2 3 2 323C．SiO與NaCO D．SiO、NaSiO及Na232 2 3 2 2 3牢記2種物質(zhì)的用途：①晶體硅：半導(dǎo)體材料、制芯片、太陽能電池。②二氧化硅：制光導(dǎo)纖維。熟記5個化學(xué)方程式：①Si＋4HF===SiF↑＋2H↑ ②Si＋2NaOH＋HO===NaSiO＋2H↑4 2 2 2 3 2③SiO＋4HF===SiF↑＋2HO ④SiO＋2NaOH===NaSiO＋HO2 4 2 2 2 3 2⑤NaSiO＋CO＋HO===HSiO↓＋NaCO2 3 2 2 2 3 2 3[考點硅及其化合物的特性及應(yīng)用][動態(tài)課件＋flash演示見光盤]———————————————————————————————————盛放NaOH溶液的為什么不用玻璃塞而使用橡膠塞？2NaOHSiO反響生成黏性很強(qiáng)的硅酸鈉而使瓶子和瓶塞黏在一起，不易翻開。2SiO2

與水不反響，如何由SiO2

制備硅酸？由SiO制備硅酸的過程為：SiONaOH溶液NaSiO 鹽酸HSiO2 2 2 3 2 3試驗室里熔融NaOH固體時，能否選用瓷坩堝？為什么？2 2 不能，由于陶瓷中含有SiO，會與NaOH反響生成溶于水的NaSiO2 2 NaSiO2 3

的水溶液俗稱水玻璃，水玻璃能否露置于空氣中長期存放？不能[考點師說]硅及其化合物性質(zhì)的“十大反常”碳族元素的主要化合價一般是＋2、＋4價，而硅常見的是＋4價。硅的復(fù)原性比碳強(qiáng)，而碳在高溫下卻能從SiO2

中復(fù)原出硅。非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反響一般不生成氫氣，而硅卻能與強(qiáng)堿溶液反響產(chǎn)生氫氣。非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反響，而硅不但能與氫氟酸反響，而且還有H2

生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反響)，Si＋4HF===SiF↑＋2H↑。4 2(5)SiO

HSiO的酸酐，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備HSiO。2 2 3 2 3非金屬氧化物的熔、沸點一般較低，但SiO2

的熔、沸點卻很高。酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO卻能與氫氟酸作用。SiO＋4HF===SiF↑＋2HO。2無機(jī)酸一般易溶于水，而HSiO

2 4 2卻難溶于水。2 3HCOHSiONaSiO

溶液中通入CO

能發(fā)生以下反響：NaSiO＋CO2 3 2

2 3 2高溫

2 3 2＋HO===HSiO↓＋NaCONaCO＋SiO=====NaSiO＋CO↑也能發(fā)生。2 2 3 2 3

2 3 2

2 3 2NaSiO2 3

(即水玻璃)稱為泡花堿，但它卻是鹽溶液(存放的不能用玻璃塞)，并不是堿溶液。[典例] 推斷以下說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。①(2023·課標(biāo)全國高考)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧稀? )②(2023·課標(biāo)全國高考)合成纖維和光導(dǎo)纖維都是型無機(jī)非金屬材料。( )③(2023·山東高考)盛放NaOH溶液時，使用帶玻璃塞的磨口瓶。( )④(2023·廣東高考)Mg、＋、SiO2－、S2－在水溶液中能大量共存。( )3 4⑤(2023·安徽高考)向含＋、N＋、B－、SiO2－的溶液中通入CO后仍能大量共存。( )⑥(2023·天津高考)SiO2

3 2與酸、堿均不反響。( )⑦(2023·江蘇高考)SiO2

不與任何酸反響，可用石英制造耐酸容器。( )⑧(2023·山東高考)SiO2

是酸性氧化物，能與NaOH溶液反響。( )⑨(2023·福建高考)Si→SiO→HSiO均能一步轉(zhuǎn)化。( )2 2 3⑩(2023·江蘇高考)水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑。( )1．(2023·中山聯(lián)考)以下有關(guān)硅及其化合物的說法中正確的選項是( )高溫在粗硅的制取中發(fā)生反響2C＋SiO=====2CO↑＋Si，硅被復(fù)原，說明碳的復(fù)原性大于硅的復(fù)原性2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中SiO2

制取硅酸，應(yīng)先使二氧化硅與氫氧化鈉溶液反響，然后再通入CO2高溫NaCO＋SiO=====CO↑＋NaSiO

可知硅酸的酸性強(qiáng)于碳酸2 3 2 2 2 32．(2023·唐山一模)以下物質(zhì)：①氫氟酸；②濃HSO；③燒堿溶液；④NaCO

固體；⑤氧化鈣；⑥HNOSiO3

2 4 2 3反響的有( )A．①②⑥ B．②③⑥C．①③④⑤D．全部(2023·浙江高考)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的根底材料。通常用碳在高溫下復(fù)原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反響生成四氯化硅(反響溫度450～500℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣復(fù)原可得高純硅。以下是試驗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響生成相應(yīng)的氯化物；c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點/℃57.712.8－315－熔點/℃－70.0－107.2－－－升華溫度/℃－－180300162請答復(fù)以下問題：(1) 裝 置E中的h瓶需要冷卻的 理 由 是 。(2)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似屢次蒸餾)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)。[高考源于教材]與能源有關(guān)的多晶硅會再次成為今后命題的熱點。教材只在習(xí)題中簡潔介紹了粗硅及高純硅制備的反響原理，而高考命題者卻把這一學(xué)問點遷移到高純硅制備的工藝流程，制備過程中，往往涉及氯氣的制備、氣體的凈化及物質(zhì)的分別提純等操作，有時還會用化學(xué)平衡理論解釋試驗過程中遇到的具體問題，在考察元素化合物的同時，滲透了化學(xué)根本理論的考察。[遷移·發(fā)散·整合]一、高考還可能這樣考在試驗流程不變的狀況下，高考還有可能從以下出題點設(shè)題：1．用石英砂和焦炭制備粗硅的反響中，焦炭的作用是什么？提示：作復(fù)原劑。2．高純硅的制備過程中必需保證不存在氧氣，其緣由是什么？2 2 4 提示：一是焦炭能與O發(fā)生反響；二是H復(fù)原SiCl的過程中混入O2 2 4 三氯甲硅烷(SiHCl)法制取高純硅的過程中必需嚴(yán)格掌握水蒸氣的存在，SiHCl3 生成HSiO、HCl和另一種物質(zhì)，你能確定這種物質(zhì)的化學(xué)成分嗎？

遇水猛烈反響2 3提示：SiHCl與HO猛烈反響生成HSiO和HCl及另一種物質(zhì)，依據(jù)原子守恒可知：1molSiHCl3 2 2 3 32 3 與水反響生成1molHSiO(Si守恒)，3molHCl(Cl守恒)，則HO的物質(zhì)的量為3mol(O守恒)2 3 2種物質(zhì)為H。2粗硅與HCl完全反響后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl(沸點33℃)中含有少量的SiCl(沸點57.6℃)，提純SiHCl3

3 4承受的方法是什么？提示：SiHCl3

SiCl和4和

的沸點不同，可用蒸餾的方法進(jìn)展分別。二、相關(guān)試驗學(xué)問歸納三氯甲硅烷復(fù)原法制備高純度硅(常用方法)(1)工藝流程：石英砂高純硅粗硅SiHCl純SiHCl石英砂高純硅粗硅SiHCl純SiHCl粗

→高溫 300℃K以上 3操作步驟：

3 1000℃～1100℃①高溫下用焦炭在電爐中隔絕空氣復(fù)原二氧化硅制得粗硅。HCl300SiHCl。3③SiHCl3

與過量的H2

在1000℃～1100℃反響制得純硅。反響原理：高溫①SiO＋2C=====Si＋2CO↑，2300℃以上②Si＋3HCl =====SiHCl＋H，3 21000℃～1100℃③SiHCl＋H ===== Si＋3HCl。3 2[隨堂根底落實]1．以下有關(guān)硅及其化合物的說法錯誤的選項是( )A．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B．二氧化硅屬于酸性氧化物，不能與任何酸反響C．硅酸可通過可溶性硅酸鹽與其他酸反響制得，硅酸干凝膠常用作枯燥劑D．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，可作木材防火劑2．(2023·汕尾聯(lián)考)以下離子方程式的書寫正確的選項是( A．水玻璃中通入過量二氧化碳：NaSiO＋CO＋HO===2N＋＋C2－＋HSiO2 3 2 2 3 2 3澄清石灰水中通入過量二氧化碳：Ca(OH)＋2CO===C2＋＋2HC－2 2 3硅與氫氟酸的反響：Si＋4＋＋4－===SiF↑＋2H↑4 2二氧化硅溶于燒堿溶液中：SiO＋2O－===Si2－＋HO2 3 2以下變化中，不能一步實現(xiàn)的是( )A．NaSiO―→HSiO2 3 2 3

2 3 2C．SiO―→HSiO2 2

2 2 34．(2023·廣東高考)硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣。請答復(fù)以下問題：制備硅半導(dǎo)體材料必需先得到高純硅。三氯甲硅烷(SiHCl)復(fù)原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，3生產(chǎn)過程示意圖如下：SiHCl3

制備高純硅的化學(xué)反響方程式 。②整個制備過程必需嚴(yán)格掌握無水無氧。SiHCl遇水猛烈反響生成HSiO、HCl和另一種物質(zhì)，寫出3 2 3 配平的化學(xué)反響方程式 ；H 2

復(fù)原SiHCl3

過程中假設(shè)混有O，可能引起的后果是2 。硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃。取少量硅酸鈉溶液于試管中，逐滴參加飽和氯化銨溶液，振蕩。寫出實驗現(xiàn)象并賜予解釋 一、單項選擇題(6424分)1．(2023武漢模擬)宇航員在升空、返回或遇到緊急狀況時，必需穿上10公斤重的艙內(nèi)航天服，該航天服是由我國科學(xué)家近年來研制的型“連續(xù)纖維增韌”航空材料做成的，其主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纖維復(fù)合而成。以下相關(guān)表達(dá)錯誤的選項是()A．它耐高溫、抗氧化 C．它沒有固定熔點D．它是一種型無機(jī)非金屬材料2．以下除雜方法正確的選項是( )A．SiO

雜質(zhì)，可以參加足量NaOH溶液然后過濾除去2 2 3B．CO2

中含有CO雜質(zhì)，可以通入盛有CuO的玻璃管且加熱C．COHClNaCO溶液的洗氣瓶2 2 3D．NaCONaSiOCO，然后過濾2 3 2 3 23．(2023·梅州松口中學(xué)質(zhì)檢)開發(fā)材料是現(xiàn)代科技進(jìn)展的方向之一。以下有關(guān)材料的說法正確的選項是( )①硅是構(gòu)成一些巖石和很多礦物的根本元素②人造剛玉熔點很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅③高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 ④陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料 ⑤氮化硅陶瓷是型無機(jī)非金屬材料⑥C60A．①②⑥B．②③⑥C．①④⑤D．①③④

屬于原子晶體，用于制造納米材料在肯定條件下，以下各組物質(zhì)不能反響的是( )①CO＋HO ②SiO＋HO ③CO＋CO2 2 2 2 2④CO＋C ⑤CaCO＋HCO ⑥CO＋FeO2 3 2 3 2 3A．②③B．②③④C．①②③D．②③⑤⑥5．諾貝爾物理學(xué)獎授予“光纖之父”英國華裔科學(xué)家高錕以及兩位美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯。光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，以下關(guān)于二氧化硅的說法正確的選項是( )HSiO2 3

的酸酐，因此能與水反響用二氧化硅制取單質(zhì)硅時，當(dāng)生成2.24L氣體(標(biāo)況)時，得到2.8g硅二氧化硅屬于傳統(tǒng)的無機(jī)非金屬材料D．二氧化硅不能與碳酸鈉溶液反響，但能與碳酸鈉固體在高溫時發(fā)生反響6．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，以下說法正確的選項是( A．SiO2

屬于兩性氧化物NaCO

溶液的用玻璃塞2 3硅膠吸水后可重復(fù)再生圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化復(fù)原反響二、雙項選擇題(2612分)7．(2023·深圳二中質(zhì)檢)將足量CO2

KOHBa(OH)2

的混合溶液中，開頭和最終階段的離子反應(yīng)是( )．CO＋2O－===C2－＋HO2 3 2．CO＋2O－＋Ba＋===BaCO↓＋HO2 3 2．BaCO＋CO＋HO===B2＋＋2HC－3 2 2 3．C2－＋CO＋HO===2HC－3 2 2 38．(2023·梅州培英中學(xué)檢測)以下試驗方案表達(dá)正確的選項是( )ASiO2

HSiO2 3足量NaOH過濾 足量HClB．SiO(FeO)HSiO2 2

溶液 過濾 2 3CNaCONaSiOHCO＞HSiO2 3 2 3 2 3 2 3DCONaSiOHCO＞HSiO2 2 3 2 3 2 3三、非選擇題(4小題，共64分)9．(15分)如何除去以下各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號內(nèi)物質(zhì)為雜質(zhì))，請按以下供給的試劑和操作，將序號填在下表內(nèi)。試劑：A.鹽酸B．燒堿溶液C．氧氣D．水E．二氧化碳F．不需要其他試劑操作：①加熱燃燒②加熱熔融③高溫灼燒④過濾混合物試劑混合物試劑操作(1)SiO(CaCO)(2)SiO(Si)23(3)NaCl(SiO)2(4)SiO(HSiO)2(5)FeO(SiO)2 2 32 3 210．(15分)(2023·鹽城模擬)合理地固定和利用CO2

能有效地削減空氣中的溫室氣體，產(chǎn)物還能造福人類。11km深海底的無脊椎動物依靠化學(xué)自養(yǎng)菌，以海底熱泉噴出液中的HSCO

合成(CH

O)和2一種淡黃色固體，該反響的化學(xué)方程式為

2 6 10 5n 。肯定條件下用CO2

和H合成