2015高考化学第一轮复习讲义第4章第一节硅

第四章常见的非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅考点一碳、硅单质的性质及用途1．单质的存在形态、物理性质和用途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于制造切割刀具，石墨用于制造电极、铅笔芯半导体材料和合金材料2.化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。1．请将碳、硅单质与其物理性质、用途连线。提示：①—c②—a③—e④—b⑤—d2．晶体硅用途广泛，请用化学方程式表示工业上收获高纯硅的过程。提示：粗硅的制取：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。由粗硅制取纯硅(常用方法)：Si(粗)＋2Cl2=====加热SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl。命题角度一碳、硅的性质1．(2014·江西抚州三校联考)下列说法正确的是()A．单质――→＋O2氧化物――→＋H2O酸或碱――→＋NaOH或HCl盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化B．若a、b、c分别为Si、SiO2、H2SiO3，则可以通过一步反应实现转化：―→aC．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的交界位置D．单质硅常用于制造光导纤维解析：选C。2．硅作为一种新型能源被广泛开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是()A．硅燃烧产物对环境产生的污染，容易得到有效控制B．从Si(s)＋O2(g)=====△SiO2(s)ΔH＝－858.6kJ/mol可知，硅燃烧放出的热量较多C．自然界中硅的贮存量丰富，可以从自然界直接获得单质硅D．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料之一解析：选C。命题角度二硅的制备3．获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动，信息产业的核心材料是高纯度单晶硅。下面是高纯度单晶硅的生产方法之一：SiO2――→CSi(粗硅)――→HCl、Cl2SiHCl3(沸点31.5℃)――→H2Si――→气相沉积法高纯硅――→单晶硅近代用得较多的另一种方法(方法二)：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4)；再热分解硅烷可得高纯硅。(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅还要进一步处理的原因是________________________________________________________________________。(2)写出方法二中，生产高纯硅的两个化学方程式：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。答案：(1)由C还原SiO2得到的单质Si中，杂质含量过高，将它用HCl、Cl2处理得到低沸点的SiHCl3，便于蒸馏提纯，然后再还原得到高纯硅(2)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑②SiH4=====△Si＋2H24．(2014·湖北孝感高三质检)在工业中利用镁制取硅2Mg＋SiO2=====△2MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋Si=====△Mg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解、可自燃的气体。如图是进行Mg与SiO2反应的实验装置：(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用________(填序号)。a．石灰石b．锌粒c．纯碱(2)实验开始时，必须先通入X气体一段时间，再加热反应物，其理由是________________________________________________________________________。当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是________________________________________________________________________。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸。可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为①________________________，②______________________________。答案：(1)b(2)防止在加热条件下H2和O2混合发生爆炸SiO2和Mg粉的反应是放热反应(3)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑②SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)(2013·江苏高考)甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有如下转化关系：甲――→丁乙丁甲丙，若甲为焦炭，则丁可能是O2。()(2)(2013·广东高考)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(3)(2013·新课标全国卷Ⅰ)黑火药由硫黄、硝石、木炭三种物质按一定比例混合制成。()(4)(2012·新课标全国卷)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()答案：(1)√(2)√(3)√(4)√2．(2011·山东高考)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：选A。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，不溶于水。(2)化学性质：①燃烧：2CO＋O2=====点燃2CO2。②还原CuO：CO＋CuO=====△Cu＋CO2。2．二氧化碳和二氧化硅的比较[深化拓展](1)盛放NaOH溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，盛放氢氟酸不能使用玻璃瓶只能使用塑料瓶，因为玻璃中含有的SiO2可以与NaOH溶液、氢氟酸反应。(2)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。(3)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。(4)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。命题角度一二氧化硅的结构和性质1．(2014·河北邯郸模拟)用一种试剂证明生石灰中含有石灰石和石英，下列试剂适宜的是()A．盐酸B．硫酸C．NaOH溶液D．氯化钠溶液解析：选A。2．玻璃的主要成分是SiO2，以下物质必须贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是____________________。①KOH溶液②饱和Na2CO3溶液(碱性溶液)③盐酸④水玻璃(Na2SiO3的水溶液)⑤NaOH溶液⑥氢氟酸⑦澄清石灰水⑧硝酸答案：①②④⑤⑦3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O()②SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑()③SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑()④SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑()⑤SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O()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．未参加氧化还原反应答案：①C②D③B④E⑤A命题角度二二氧化碳的性质[典例1]用四种溶液进行实验，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，溶液不变浑浊BaCl2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]B4．下列有关CO2的实验中，只能证明CO2的物理性质的实验是()解析：选D。5．(2014·铜州四校联考)将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液②Na2SiO3溶液③Ca(OH)2溶液④饱和Na2CO3溶液⑤NaAlO2溶液，最终溶液中有白色沉淀析出的是()A．①②③④B．②④⑤C．①②③D．②③解析：选B。[总结提升]碳酸的“强酸性”碳酸虽然是一种弱酸，但其酸性比硅酸、次氯酸、偏铝酸等物质的酸性强，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：CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓；CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO；CO2(少量)＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3；CO2(过量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。命题角度三二氧化碳与碱溶液反应产物的定量判断[典例2]往100mLNaOH溶液中通入CO2，充分反应后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体M。通入CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况，下同)与M的质量W/g的关系如图。(1)A点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(2)C点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。(3)推算B点时M的组成________(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为________mL。[答案](1)Na2CO31120(2)NaHCO32240(3)Na2CO3和NaHCO31792二氧化碳与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。以CO2与NaOH溶液反应为例：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：6．向100mL0.1mol/LNaOH溶液中通入标准状况下112mLCO2后，溶液中存在的主要离子是()A．Na＋、CO2－3B．Na＋、HCO－3C．HCO－3、CO2－3D．Na＋、OH－解析：选A判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”(1)(2013·广东高考)因为SiO2可与HF反应，所以氢氟酸不能保存在玻璃瓶中。()(2)(2013·福建高考)石英只能用于生产光导纤维。()(3)(2012·山东高考)盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶。()(4)(2012·天津高考)SiO2与酸、碱均不反应。()(5)(2012·广东高考)因SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维。()(6)(2011·江苏高考)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。()(7)(2010·山东高考)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。()(8)(2010·福建高考)Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。()(9)(2010·江苏高考)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料。()(10)(2010·上海高考)二氧化硅的分子式是SiO2。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)×(9)√(10)×考点三硅酸及硅酸盐1.硅酸(1)溶解性：难溶于水。(2)化学性质——弱酸性：酸性比碳酸还弱：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。(3)制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。(4)用途：硅胶可用作干燥剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。2．硅酸盐(1)硅酸盐：是由Si、O和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。(3)硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅