高考化学一轮复习 元素化合物 专题8 硅及其化合物.doc

硅及其化合物【考向分析】硅及其化合物在高考的考点一是以新材料、新技术为背景考查c、si及其重要化合物的性质及应用；二是以硅、硅酸的制备为载体，考查实验探究能力，si和sio2在现代科技中的用途常已成为高考选择题考查的热点。【要点讲解】要点1. 硅和二氧化硅1硅（1）自然界存在形式：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在。主要单质有：晶体硅和无定性硅两大类。（2）物理性质：晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。（3）化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟f2、hf和naoh溶液反应，在高温条件下，单质硅能与o2和cl2等非金属单质反应。条件化学反应化学方程式常温跟f2反应si2f2sif4跟hf反应si4hfsif42h2跟naoh溶液反应si2naohh2ona2sio32h2高温跟o2反应sio2sio2跟cl2反应si2cl2sicl4（4）用途：太阳能电池、计算机芯片、半导体材料、制作特种钢及合金等。（5）制备：自然界中无游离态的硅，工业上，用c在高温下还原sio2可制得粗硅，有关反应的化学方程式： sio22csi(粗)2co，si(粗)2cl2sicl4，sicl42h2si(纯)4hcl温馨提示：硅主要用于半导体材料（如集成电路的芯片），另外还用于制作特种纲及合金。非金属单质一般为非导体（如硫），但si却为半导体。c、si同属iva族，还原性是si大于c，而c却能将si从sio2中还原出来（条件是高温），原因是产物co气体迅速从反应体系中逸出。非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而si却能与hf发生反应。2二氧化硅（sio2）（1）sio2的空间结构：sio2晶体是立体网状结构。在sio2晶体里，每个si周围结合四个o，同时每个o与两个si相结合，在sio2晶体中原子个数比为12，因此用“sio2”这个式子表示二氧化硅晶体的组成。sio2直接由原子构成不存在单个sio2分子。（2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。（3）化学性质：sio2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应。化学反应化学方程式相关应用与强碱反应sio22naohna2sio3h2osio2能与强碱溶液生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放碱性溶液，避免na2sio3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，碱性溶液存放应用橡皮塞与氢氟酸反应sio24hfsif4+2h2o利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶与碱性氧化物反应sio2caocasio与某些盐类反应sio2+caco3casio3+co2sio2+na2co3na2sio3+co2之所以能够如此反应，原因是高温条件下，产物co2容易从反应体系中逃逸，使反应向正方面进行（4）用途：石英可用于制作石英表和石英玻璃；石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料；水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等；玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品；sio2被用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维。温馨提示：二氧化碳和二氧化硅的比较要点2. 硅酸与硅酸盐1硅酸（1）物理性质：硅酸是不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，硅胶吸附水分能力强。（2）化学性质：h2sio3是一种弱酸，酸性比碳酸弱，其酸酐为sio2，不能直接由sio2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：na2sio32hcl2naclh2sio3或na2sio3co2h2oh2sio3na2co3（此方程式证明酸性：h2sio3h2co3）（3）用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。2硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是na2sio3。（1）硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应：na2sio3 + 2hcl h2sio3(白)+ 2nacl；na2sio3 + co2 + h2o h2sio3+ na2co3。（2）硅酸盐材料是传统的无机非金属材料，玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品。硅酸盐产品水 泥玻 璃原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英反应原理发生复杂的物理化学变化sio2 + na2co3 na2sio3 + co2sio2 + caco3 casio3 + co2主要设备水泥回转窑玻璃窑主要成分3caosio2、2caosio2、3caoal2o3na2sio3、casio3、sio2反应条件高温高温陶瓷生产的一般过程：混合成型干燥烧结冷却陶瓷，随着现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。温馨提示：“水玻璃非玻璃，名碱却是盐”是na2sio3的写照，该物质的水溶液俗名为“水玻璃”，但它与玻璃却大相径庭；na2sio3因水显强碱性，俗名“泡花碱” ，但它却不是碱，而是盐。复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物，因此可以改写为amxoybsio2ch2o的方式（具体顺序是：碱性氧化物两性氧化物酸性氧化物水），如硅酸钙：3caosio2、铝酸三钙：3caoal2o3；高岭土：al2o32sio22h2o。【考点过关】判断正误，正确的画“”，错误的画“”。（1）(1)12c、13c、14c是碳的三种同素异形体( )12c、13c、14c互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和c60。（2）高纯度的单晶硅用于制造光导纤维()二氧化硅用于制造光导纤维。（3）硅主要以单质形式存在于自然界中()自然界中无单质硅。（4）因为sio2有导电性，所以sio2可用于制备光导纤维()sio2无导电性，但sio2具有四面体网状结构，具有良好的透光性并发生全反射，可用于制备光导纤维。（5）酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应()二氧化硅属于酸性氧化物，但能与氢氟酸发生反应：sio24hf=sif42h2o（6）工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为sio2csico2()反应生成的是co而不是co2。（7）实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞()sio2能与naoh溶液反应生成na2sio3，使瓶口与瓶塞黏在一起，不易开启。（8）向一定浓度的na2sio3溶液中通入适量co2出现白色沉淀，证明h2sio3的酸性比h2co3的酸性强()硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比硅酸强。（9）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料()合成纤维属于有机高分子材料。（10）sisio2h2sio3均能一步转化()sio2是酸性氧化物但不与水反应。（11）向一定浓度的na2sio3溶液中通入适量co2气体，出现白色沉淀()h2co3的酸性大于h2sio3的，依据强酸制弱酸可知正确。（12）向na2sio3溶液中通入co2，溶液变浑浊，继续通入co2至过量，浑浊消失( )h2sio3不溶于h2co3。 （13）向ca(clo)2溶液中通入co2气体，溶液变浑浊，继续通入co2至过量，浑浊消失( )开始生成caco3沉淀，co2过量时，caco3又与co2、h2o反应生成ca(hco3)2。（14）向饱和na2co3溶液中通入过量的co2气体，有晶体析出( )nahco3的溶解度比na2co3的小。（15）向naalo2溶液中通入co2气体，一开始有白色沉淀生成，co2过量，沉淀溶解( )al(oh)3不能溶于h2co3。【高考回顾】(1)(2017全国卷)将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满co2的集气瓶，集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生，co2具有氧化性()(2)(2016全国卷)燃料燃烧产物co2是温室气体之一()(3)(2016四川)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明该溶液中一定含有co()(4)(2016四川)标准状况下，5.6 l co2气体中含有氧原子数为0.5na()(5)(2016海南)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在co()(6)(2014全国卷)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应()(7)(2014全国卷)利用如图装置除去co气体中的co2气体()(8)(2015江苏)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体()(9) (2017江苏)sio2硬度大，可用于制造光导纤维()(10)(2016四川)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化()(11)(2016四川)ph2的溶液中可能大量存在na、nh、sio()(12)(2016江苏)向na2sio3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：na2sio32h=h2sio32na()(13)(2015山东)向na2sio3溶液中通入过量so2的离子方程式：sioso2h2o=h2sio3so()(14)(2015重庆)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应 ()(15)(2016全国卷)因为hf与sio2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记()(16)(2013海南)石英砂可用于生产单晶硅()(17)(2016上海)用naoh溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅()(18) (2015广东)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维()(19)(2015安徽)sio2既能和naoh溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物 ()(20)(2013广东)sio2可与hf反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中()【基础过关】1(2018济宁期末)化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是()a“绿水青山就是金山银山”，矿物燃料的脱硫脱硝，可以减少so2、no2的排放b2017年11月5日，发射北斗三号全球导航卫星计算机的芯片材料是高纯度二氧化硅c为防止月饼等富脂食品因被氧化而变质，常在包装袋中放入生石灰或硅胶d2mn=2p2q,2pm=q(m、n为原料，q为期望产品)，不符合绿色化学的理念解析：so2、nox是污染性气体，大力实施矿物燃料的脱硫脱硝技术以减少so2、no2的排放符合绿色化学的理念，故a项正确；计算机的芯片材料是高纯硅，故b项错误；生石灰或硅胶是干燥剂，不能防止氧化变质，故c项错误；2mn=2p2q,2pm=q的总反应是3mn=3q，原料完全转化为期望产品，符合绿色化学的理念，故d项错误。答案：a2(2018江苏苏锡常镇四市月考)我国科学家制得了sio2超分子纳米管，微观结构如图。下列叙述正确的是()asio2与干冰的物理性质相似 bsio2耐腐蚀，不与任何酸反应c工业上用sio2制备粗硅 d光纤主要成分是sio2，具有导电性解析：sio2熔点高，硬度大，而co2熔点低，常温下为气体，a项错误；sio2能与氢氟酸发生反应，b项错误；sio2无导电性，d项错误。答案：c3(2018晋豫省际大联考)山西博物院是太原市地标性建筑之一，下列相关说法正确的是()a展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有sio2b墙体使用的砖瓦、水泥，是硅酸盐材料c陈列的元青花瓷的原料有高岭土al2si2o5(oh)4，也可以表示为al2o3sio2h2od展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸解析：钢化玻璃与普通玻璃的成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，a项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐工业的产品，所以b项正确；高岭土al2si2o5(oh)4，应该表示为al2o32sio22h2o，c项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，d项错误。答案：b4(2018皖南八校联考)高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场 “革命”。它可以按下列方法制备：sio2si(粗)sihcl3si(纯)下列说法正确的是()a步骤的化学方程式为sio2csico2b步骤中每生成或反应1 mol si，转移4 mol电子c二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应dsihcl3(沸点33.0 )中含有少量的sicl4(沸点67.6 )，通过蒸馏(或分馏)可提纯sihcl3解析：步骤的化学方程式为sio22csi2co，a项错误；步骤中每生成或反应1 mol si，转移2 mol电子，b项错误；硅能与氢氟酸反应生成sif4和氢气，c项错误；d项正确。答案：d5(2018汕头模拟)将足量co2通入koh和ca(oh)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入co2体积(v)的关系正确的是() 解析：co2与koh和ca(oh)2都会反应，但存在着竞争，如果先与koh反应，则反应后生成的k2co3立即会与ca(oh)2反应生成caco3，因此，可以看成co2先与ca(oh)2反应，所以通co2后立即有caco3生成。第二步还要判断co2是先跟koh反应还是先与生成的caco3反应，同样可以采用假设法判断，即如果先与caco3反应，则生成的ca(hco3)2又会与koh反应，因此是先与koh反应，此过程生成沉淀的物质的量不变，当koh反应完全，再与caco3反应，直至沉淀完全溶解。答案：d6(2018广州模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是()a硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料b粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应c反应si2naohh2o=na2sio32h2中，si为氧化剂d硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应解析：由粗硅制备单晶硅的过程一般为sisicl4sihcl，都是氧化还原反应，b项错误；硅不能与盐酸反应，d项错误。答案：a7(2018湖北孝感高中月考)锗(ge)、锡(sn)、铅(pb)与碳、硅两元素同位于第a族，其原子序数按锗、锡、铅的顺序依次增大，则下列推断一定不正确的是()a铅可形成pbo、pbo2两种氧化物b锗与盐酸不反应，锡、铅能与盐酸反应c锗、锡、铅的4价氢氧化物的碱性：ge(oh)4sn(oh)4pb(oh)4d锗、锡、铅的金属性依次减弱解析：pb在第a族，有2、4两种化合价因而可形成pbo、pbo2两种氧化物，a正确；锡、铅均排在金属活动性顺序中氢的前面，因而可与盐酸反应，b正确；同一主族从上到下金属性依次增强，因而ge(oh)4、sn(oh)4、pb(oh)4的碱性依次增强，c正确、d错误。答案：d8(2018邢台质检)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()ana2sio3 bna2co3、na2sio3 cna2co3、sio2 dsio2解析：将足量co2气体通入水玻璃中，首先co2与na2sio3反应生成h2sio3和nahco3，灼烧时h2sio3分解生成sio2，高温下，sio2与nahco3分解产生的na2co3反应，生成na2sio3，所以最后所得固体物质是na2sio3。答案：a9(2018银川模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：容器中进行的反应为si(粗)3hcl(g)=sihcl3(l)h2(g)；容器中进行的反应为sihcl3h2=si(纯)3hcl。下列说法正确的是()a该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 b最好用分液的方法分离si和sihcl3c反应和中hcl均作氧化剂 d反应和均属于可逆反应解析：从反应流程容易看出，hcl可循环使用，a项正确；si为固体，sihcl3为液体，用过滤法分离，b项错误；反应中hcl作氧化剂，反应中hcl为氧化产物，c项错误；反应和都不是可逆反应，d项错误。答案：a10(2018杭州质检)用4种溶液进行实验，下表中“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通入足量co2，溶液变浑浊饱和na2co3b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溶液解析：a项，co2na2co3h2o=2nahco3，由于nahco3的溶解度小，生成的nahco3的质量多而析出；b项，co2na2sio3h2o=na2co3h2sio3，h2sio3与co2不反应，浑浊不会消失；c项，co2ca(clo)2h2o=caco32hclo，所以溶液变浑浊，加入的品红被hclo氧化褪色；d项，首先，co2ca(oh)2=caco3h2o，继续通co2至过量，产生可溶于水的ca(hco3)2，再加入足量的naoh，则发生反应：2naohca(hco3)2=caco3na2co32h2o，溶液又变浑浊。答案：b11(2018安徽合肥高三一次质检)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是()a陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐b水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂c某硅酸盐的化学式为kalsi3o8，可用k2oal2o36sio2表示d高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池解析：水晶的主要成分为sio2，其不属于硅酸盐，a项错误；水玻璃是na2sio3的水溶液，属于混合物，b项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，d项错误。答案：c12(2018太原模拟)下列叙述正确的是()氧化铝是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚氧化铁常用于制作红色油漆和涂料硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂的原料用纯碱、石灰石、石英为原料可制普通玻璃石灰石、石英和水晶的主要成分都是sio2a b c d解析：氧化铝具有很高的熔点，是一种比较好的耐火材料，可用来制造耐火坩埚，故正确；氧化铁俗称铁红，常用于制作红色油漆和涂料，故正确；硅酸钠具有黏性，是用来制备硅胶和木材防火剂的原料，故正确；工业上以纯碱、石灰石、石英为原料制普通玻璃，故正确；石灰石的主要成分是碳酸钙，石英和水晶的主要成分都是sio2，故错误。答案：d13(2017课标全国)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为cao、sio2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：回答下列问题：(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_，还可使用_代替硝酸。(2)沉淀a的主要成分是_，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为_。(3)加氨水过程中加热的目的是_。沉淀b的主要成分为_、_(填化学式)。(4)草酸钙沉淀经稀h2so4处理后，用kmno4标准溶液滴定，通过测定草酸的量可间接获知钙的含量，滴定反应为：mnohh2c2o4mn2co2h2o。实验中称取0.400 g水泥样品，滴定时消耗了0.050 0 moll1的kmno4溶液36.00 ml，则该水泥样品中钙的质量分数为_。解析：(1)fe3容易在ph较小时转换为沉淀，所以需要将fe2氧化为fe3。双氧水可以将fe2氧化为fe3且不会引入杂质。(2)二氧化硅不与强酸反应，但与hf反应，所以沉淀a是二氧化硅。sio24hf=sif42h2o。(3)加热可以促进fe3、al3水解生成fe(oh)3、al(oh)3沉淀。ph为45时ca2、mg2不沉淀，fe3、al3沉淀，所以沉淀b为fe(oh)3、al(oh)3。(4)5ca25h2c2o42kmno4，n(kmno4)0.050 0 mol/l36.00 ml103 lml11.80103 mol，n(ca2)4.50103 mol，水泥中钙的质量分数为100%45.0%。答案：(1)将fe2氧化为fe3 双氧水(2) sio2 sio24hf=sif42h2o(3)防止胶体生成，易沉淀分离fe(oh)3al(oh)3 (4)45.0%14(2018江西南昌一模)二氯二氢硅(sih2cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2 。在铜催化作用下，hcl与硅在250260 反应可以制得sih2cl2。(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用a装置制取hcl，利用了浓硫酸的_性。(2)d装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为_。(3)按照气体从左到右的方向，制取sih2cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a()()()()()()()(填仪器接口的字母，其中装置c用到2次)。(4)按从左到右的顺序，前面装置c中装的药品为_，后面装置c的作用为_。(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成h2和_、_等。(6)新的制取sih2cl2的方法是：往硅粉中先通入cl2，在300350 反应生成sicl4，然后再与hcl在250260 反应，可以大大提高产率。如果通入气体次序相反，结果会_(用化学方程式表示)。解析：(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出hcl。(2)利用原子守恒法配平。(3)a装置制取hcl，连接c装置干燥，从f进入d中反应，sih2cl2从g处挥发出来，在b装置中收集，sih2cl2的 民密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入b中，则应在b后接干燥管。(4)前面的装置c是用来干燥氯化氢气体的，应选用p2o5或cacl2，后面装置c的作用为尾气处理和防止空气中的水进入b中，应选碱石灰。(6)如果通入气体次序相反，sih2cl2会与cl2继续反应，生成sicl4、sihcl3。答案：(1)吸水(2)si2hclsih2cl2(3)defgbcd(4)p2o5或cacl2尾气处理和防止空气中的水进入b中(5)sicl4sihcl3(6)sih2cl22cl2sicl42hcl(或sih2cl2cl2sihcl3hcl)15以橄榄石(主要成分是mg9fesi5o20)等为原料固定co2并生产硅胶碱式碳酸镁mg2(oh)2co3的部分工艺流程如图所示：(1)mg9fesi5o20中铁的化合价为_，为提高镁的浸出率，可采取的两种主要措施是_，渣料的成分是_。(2)若试剂c是氯碱工业中生成的某种气体，写出加入c后反应的离子方程式_，试剂d的用途是调节溶液ph，其成分是_，余液中溶质的主要成分是_。(3)操作的内容是_，若固碳后溶液中的阴离子主要为co，写出生成碱式碳酸镁的离子方程式_。解析：(1)由化合价规则易求得mg9fesi5o20中铁显2价，要提高镁的浸出率需要使橄榄石尽可能与酸接触反应，故可采用的措施有将橄榄石粉碎、不断搅拌反应体系等。fe2被氧化为fe3，然后以fe(oh)3的形式沉淀下来。(2)试剂c应为cl2，cl2将fe2氧化为fe3；为了不引入新杂质，应使用mgo、mgco3等调节溶液的ph；试剂a、b中的na、cl均没有参加反应，故余液中溶质的主要