无机非金属材料的主角-硅(13页)

1、无机非金属材料的主角硅考纲要求1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。考点一碳、硅单质的存在与性质来源:数理化网1C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。(2)单质的结构、物理性质与用途比较碳硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨

2、熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。(2)Si深度思考1 从元素周期表的位置看，碳和硅均为A元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？2硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。答案粗硅的制取：SiO22CSi2CO由粗硅制取纯硅(常用方法)：Si(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl题组一新材料、新技术下C、Si的考查1下列关于硅的说法中，不正确的是()

3、A硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应2石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确的是()A石墨烯可导电，说明它是电解质B石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质C由于C(石墨，s)=C(金刚石，s)H1.9 kJ·mol1知金刚石比石墨烯稳定D尽量使用含12C的产品，减少使用含14C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨题组二工业制取高纯硅3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：.高温下用碳还原

4、二氧化硅制得粗硅.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2.SiHCl3与过量H2在1 0001 100 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)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(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)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_，

5、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_。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_。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(填写字母代号)是_。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液考点二碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。(2)化学性质燃烧：2COO22CO2，淡蓝色火焰；还原CuO：CuOCOCuCO2(冶炼金属)。2二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度大，

6、熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化 学 性 质与水反应来源:不反应来源:CO2H2O=H2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与

7、CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐深度思考1除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(O2)：_。(4)CO2(SO2)：_。(5)CO2(HCl)：_。2如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质(括号内为杂质)。将所选答案的编号填入下表内相应的空格内(如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着)。可供选择的试剂：A.盐酸B氢氧化钠溶液C氧气D水E二氧化碳可选用的操作：水洗；加热；高温灼烧；过滤；结晶。粉末状混合物

8、选择的试剂选用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)NaCl(SiO2)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(CaCO3)(5)SiO2(H2SiO3)题组三二氧化硅的结构与性质1判断正误，正确的划“”，错误的划“×”(1)二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器 ()(2013·江苏，3A)(2)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应()(2013·山东理综，13A)(3)二氧化硅是生产光纤制品的基本原料()(2013·江苏，4A)(4)二氧化硅的分子式是SiO2()(2013·上海，2B)2、下列实验过程中，始终无明显现象的

9、是()ANH3通入FeSO4溶液中BCO2通入CaCl2溶液中CNa2SiO3溶液中通入CO2 D向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2反思归纳：熟记可用CO2制取的弱酸碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，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：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2(过量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2N

10、aAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3易错警示CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。题组 四CO2与碱溶液反应产物的定量判断1标准状况下，将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A11 B12 C21 D131CO2与碱反应产物的定量判断考点三硅酸及硅酸盐1硅酸硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。(1)硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。(2)硅酸能与

11、碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。2硅酸盐(1)概念：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)表示方法：硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2O·SiO2，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。(3)硅酸钠(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。它能与酸性较硅酸强

12、的酸反应，化学方程式分别为与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。与CO2水溶液反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。3无机非金属材料(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。常见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、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔窑陶瓷窑(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。题组五无机非金属材料的组成和性质1世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关玻璃

13、的说法不正确的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加热熔化时没有固定的熔点C普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅D盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起2青石棉是一种致癌物质，是鹿特丹公约中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是()A青石棉是一种硅酸盐材料B青石棉中含有一定量的石英晶体C青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD1 mol青石棉能使1 m

14、ol HNO3被还原(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。碳、硅及其化合物的综合推断3A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。请回答下列问题：(1)写出各物质的化学式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)写出反应的化学方程式：_，该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(3)写出反应的离子方程式：_。

15、(4)写出反应的离子方程式：_。(5)H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：_。(1)解答无机推断题的思维模型(2)解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。题组六1判断正误，正确的划“”，错误的划“×”(1)SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维 ( )(2013·广东理综，12B)解析SiO2不能导电。(2)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料 ( )(2013·新课标全国卷，8B)(3)光导纤维是新型无机非金属材料 ( )(2013·新课标全国卷

16、，8D)解析合成纤维不是无机非金属材料而是有机物。(4)变色硅胶干燥剂含有CoCl2，干燥剂呈蓝色时，表示不具有吸水干燥功能 ( )(2013·浙江理综，8A)(5)硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中 ( )(2013·海南，4B)解析应用橡胶塞。(6)SiO2与酸、碱均不反应 ( )(2013·天津理综，2B)解析SiO2与氢氟酸、NaOH均反应。(7)向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀，则H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强 ( )(2013·江苏，13C)解析酸性H2CO3>H2SiO3。(8)水玻璃可用于生

17、产黏合剂和防火剂 ( )(2013·江苏，4B)2(2013·海南，9改编)“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如下图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中正确的是()能耗大是该方法的一大缺点整个过程中，只有一种物质可以循环利用“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品A B C D32013·浙江理综，28(1)(2)(3)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁

18、、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500 )，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的离子方程式：_。(2)装置A中g管的作用是_；装置C中的试剂是_；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是_(填写元素符号)。答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22