高中一轮复习化学第二板块专题四非金属及其化合物

第一部分/夯实基础课

1.1碳、硅及无机非金属材料

^^9______________碳、硅单质及其氧化物的性质和应用

1.碳和硅的比较

一或硅

在元素周期表

第2周期魅族第3周期见其族

中的位置

元素在自然界

既有游离态又有化合态只有化合态

中的存在形式

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

结构

C60：足球烯,由多个五边形和六边形构成网状结构

的分子

金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，晶体硅为灰黑色固体，有金属

物理性质

有滑腻感，能导电光泽、硬度大、熔点高

金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔晶体硅用作半导体材料、硅芯

用途

芯片和硅太阳能电池

2.碳、硅的化学性质

碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。

3.碳、硅的特殊性

(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石的熔、沸点

高，硬度大，其中金刚石为自然界存在的硬度最大的物质。究其原因它们是原子晶体,

(2)一般情况下，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

(3)C、Si同属WA族，还原性Si大于C,而C却能将Si从SiCh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，可以促使反应SiO2+2C=Si+2COt

进行。

(4)非金属单质与碱反应时一般是非金属发生歧化反应(非金属既作氧化剂又作还原剂),

而Si与碱液反应却只作还原剂：Si4-2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2t。

(5)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，而Si却能与氢氟酸发生反应：Si+

4HF=SiF4t4-2H2t。

(6)一般情况下，只有非常活泼的金属(如Na、K等)才能够置换出水中的氢，但碳单质

高温

却能与水蒸气反应：C+H2O(g)：CO+H2O

4.硅的工业制法

(1)制取粗硅

工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO2+2C=^Si4-

2COfo

(2)粗硅提纯

①Si+2a2=q=SiC。

②SiC14+2H2=^=Si+4HCI。

［注意］①用焦炭还原竽。2,产物是CO而不是c()2。

②粗硅中含碳等杂质，与。2反应生成的SiCL中也含CCL等杂质，经过分储提钝SiCI4

后,再用Hz还原，得到高纯度硅。

5.二氧化硅与二氧化碳的性质比较

物质二氧化硅二氧化碳

化学式SiO

2co2

晶体类型原壬晶体(不存在单个分子)分壬晶体(晶体中存在单个分子)

物理性质熔、沸点高，不溶于水熔、沸点低，能溶于水

与水反应不反应CO2+H2OH2c。3

与C反应SiQ2+2C=^=Si+2COfC+CO2=^2CO

与氢氟

SiO4-4HF=SiFt+2HO不反应

酸反应242

CO2少量：

与碱SiO24-2NaOH=Na2SiO34-CO+2NaOH=NaCO3+

化22

(NaOH)H0O盛碱液的试剂瓶要用橡皮

2H2O

学

反应

塞。CO2过量：CO2+

性

NaOH=NaHCO3

质

SiOz+Na2c03—=Na2SiO3+

Ca(ClO)2+CO24-

CO2fHO=CaCOI+2HC1O

与盐反应23

CO+NaCO+

SiO2+CaCO3=^=CaSiOj4-223

CO2tH2O=2NaHCO5

与碱性氧

Si024-CaO=^=CaSiO3CO2+Na2O=^=Na2CO3

化物反应

主要用途作光导纤维，制光学仪器、电制饮料、碳酸盐，干冰用作制冷

子部件，水晶可制作饰品剂

［微点拨］

三氧化碳写碱反应产物的定量判断

CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应产物与CO2的通入量有关，当通入少量

CO2时生成碳酸盐，当通入过量CO2时生成碳酸氢盐；当通入CO2的量介于两者之间时，

既有正盐又有酸式盐生成。

以CO2与NaOH溶液反应为例：

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;

CO2+NaOH=NaHCO3<»

当;i(OH-)：〃(CO2)的值不同时产物如下：

［对点练习］

1.下列说法正确的是()

A.二氧化硅广泛用于光纤通讯

B.工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

C.水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

D.粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

解析：选A刻蚀石英制作艺术品用的是氢氯酸，B错误；水晶项链的主要成分是SiO2,

餐桌上的餐盘是硅酸盐制品，C错误；粗硅制备单晶硅，先利用氧化反应即用CL氧化粗硅

为SiCk,再利用还原反应即用H2还原SiCk,D错误。

2.下列关于硅的说法不正确的是()

A.硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体

B.硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，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

解析：选C硅的化学性质不活泼(尤其是在常温下)，但常温下仍能与氟气、氧化氢和

NaOH溶液等发生反应，C错误。

3.写出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)：0

(2)CO2(CO)：o

(3)CO2(O2)：。

(4)CO2(SO2)：o

(5)CO2(HC1)：o

答案：(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)

通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过盛有饱和NuHCO.,溶液或酸性KMnO」溶液的洗

气瓶(5)通过盛有饱和NaHCCh溶液的洗气瓶

oxa硅酸、硅酸盐、无机非金属材料

1.硅酸

2.硅酸盐

(1)概念：是由硅、氧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)组成的表示方法

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(NazSiO*可表

示为NazOSiOz,长石(KA1SLOQ可表示为

氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合

而成的。

(3)硅酸钠

①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.

②与酸性较强的酸反应：

溶液中通入CO2反应的化学方程式：Na2SiO34-H2O4-CO2=Na2CO34-H2SiO3I。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

［微点拨］

」^酸盐改彘玩花物花套的方法

(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物~较活泼金属氧化物f二氧化硅f水，不同氧

化物间以“・”隔开。如高冷土(AbSizCh2FhO)可写成AhO3・2SiO2・2H2O;石棉(CaMg3SLOi2)

可写成CaO-3MgO-4SiO2;沸石(Na2ALSisOio^FhO)可写成NaiOAhOySSiOrlHiOo

(2)各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来

的组成。

(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如长石：KAlSi3<)8不能写成［山。］

AI2O3-3SiO2,应写成K2OAl2O.r6SiO2.»

3.无机非金属材料

⑴传统无机非金属材料——硅酸盐产品

硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷

主要设备水泥回转窑玻璃熔炉

石灰石和黏土、

原料纯碱、石灰石、石英黏土

石膏

复杂的物理、化Na2CO3+SiO2=^=Na2SiO3+复杂的物理、化学

反应原理

学变化变化

CO2f>

ifcB

CaCO3+SiO2=^=CaSiO34-

CO2t

2CaOSiO2s

主要成分硅酸盐

3CaO・SiO2、Na2OCaO-6SiO2

3CaOAl2O3

非晶体，无固定熔点，在一定温高熔点、高硬度、

特性水硬性度范围内软化，可制成各种形状高耐磨性、耐氧

的玻璃制品化、绝缘

⑵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。

［微点拨］

(1)玻璃中含有二氧化硅，因此氢氯酸可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑

料瓶。

(2)NaOH等碱性溶液可以用带橡皮塞的玻璃瓶盛放，但不能用带玻璃塞的试剂瓶。

.........一.......而点练可

1.判断正误(正确的打“J”，错误的打“X”)。

(1)硅胶作袋装食品的干燥剂，没有发生化学变化(J)

+

(2)向NazSiCh溶液中滴加稀盐酸离子方程式：Na2SiO3+2H=H2SiO3I+2Na\X)

-

(3)向NazSiCh溶液中通入过量SO2：SiO5+SO2+H2O=H2SiO3I+SO3-(X)

(4)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应(X)

2.下列有关硅酸盐及无机非金属材料的说法正确的是()

A.硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中

B.反应①NazSiCh+H2O+CO2=Na2cCh+HzSiChl，反应②Na2cO3+SiO2=^=

Na2SiO3+CO2t,两反应是相互矛盾的，不可能都能发生

C.普通玻璃、石英玻璃、水泥等均属于硅酸盐材料

D.祖母绿的主要成分为BesALSifQw用氧化物形式表示为3BeO・ALO3・6SiO2

解析：选DA项，Na?SiO3溶液是一种黏合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口黏结；B项，

两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，相对强的酸可以制相对弱的酸，而反应②CO2

是气体，逸出反应体系，能促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为Si(h,SiO2是氧化物

不是盐。

3.下列变化中，不能一步实现的是()

A.Na2SiO3―-H2SiO3B.H2SiO3—>SiO2

C.SiO2--H2SiO3D.SiO2--Na2SiO3

解析：选CNa2SiO3^*H2SiO3；H2SiO3—^-*SiO2,SiO?任"NazSifh,SiO?不与

HzO反应，故不能一步转化为HzSiCh。

4.氮化硅(Si3N&)是一种重要的结构陶瓷材料，属于新型功能性硅酸盐产品，它的硬度

大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃时反应获得。

(1)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被

氢氟酸腐蚀的化学方程式：

(2)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅

及氯化氢，反应的化学方程式为

(3)沸石是一种含结晶水的，具有多孔结构的铝硅酸盐，化学式为Na2[Al2Si30io(HQ)2],

若以氧化物形式可表示为。

(4)盛装氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的原因是：(用

离子方程式表示)。

解析：(1)根据氮化硅的组成元素，并依据二氧化硅和氢氟酸的反应可知，反应后生成

物应该是SiF4和氯气，反应的化学方程式是Si3N44-12HF=3SiF4t+4NH33

(2)根据反应物和生成物可知，反应的化学方程式是3SiCI4+2N2+6H2=^=Si3N4+

12HCL

(3)钠的金属性最强排在前面，因此根据该硅酸盐的化学式改写成氧化物形成可衰示为

Na20A1203-3Si0r2H20o

(4)由于氢氧化钠溶液能和二氧化硅反应生成黏性很强的硅酸钠溶液，从而使玻璃塞和

瓶口黏合在一起而不易打开，反应的离子方程式是2OH-+SiO2=SiOT+H2O。

答案：⑴Si3Nj+12HF=3SiF4t+4NH3f

诙：口

(2)3SiC14+2N24-6H2=^=Si3N44-12HCl

(3)Na2OAl2Oy3SiO2-2H2O

(4)2OH-4-SiO2=SiO3-+H2O

[课下达标练1_____________________________________________________________

1.硅及其化合物已被广泛用于生产生活中，下列说法不正确的是()

A.图1是常见于汽车中的小摆件“苹果花”，它的动力源于以Si为原料的太阳能电

池

B.互联网通过光纤交换信息，光纤的主要原料是SiO2

C.硅酸钠溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃剂

D.图2中这幅玻璃上的精美刻花，是工艺师用盐酸刻蚀玻璃形成的

解析：选D工艺师用氢氯酸刻蚀玻璃，D错误。

2.下列关于SiO2和CO?的说法中正确的是（）

A.CO2、Si（h都能与碱及碱性氧化物反应

B.CO2和Si（h与水反应分别生成相应的酸

C.SiO?可用来制作干燥剂，因SiO2可与水反应

D.CO?和SK）2都是由相应的分子构成的

解析：选ACO2、Si（h都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确；

SiCh不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B不正确；硅胶可用作干燥剂，但竽。2不与水

反应，C不正确；CO2是由分子构成的，SiO?是由Si、。原子直接构成的，D不正确，

3.据某网站报道：国家质检总局称，在我国销售的德国NUK牌婴儿爽身粉含有一级

致癌物滑石粉。已知滑石粉的化学式为Mg3（Si4On））（OH）2,色白、滑爽、柔软、耐火。下列

有关说法不正确的是（）

A.滑石粉属于无机硅酸盐类物质

B.滑石粉的组成可表示为3Mg04SiO》H20

C.爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软和耐火性

D.滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应

解析：选C滑石粉属于无机硅酸盐类物质，故A正确；从滑石粉的化学式可知其组

成可表示为3MgOYSiOzHzO,故B正确；爽身粉中添加滑石粉，与它的耐火性无关，故C

错误；从滑石粉的组成可知它具有SiCh的性质，能与氢氯酸、NaOH溶液反应，故D正确。

4.工业制粗硅的反应为2C+SiO2=^=Si+2COt0下列说法正确的是（）

A.SiCh为分子晶体，Si为原子晶体

B.Si是光导纤维的主要成分

C.在该反应条件下，C的氧化性强于Si的氧化性

D.每生成1molSi理论上转移的电子数目约为4X6.02X1023

解析：选DA项，SiCh、Si晶体类型均为原子晶体，故该项错误；B项，SiCh是光

导纤维的主要成分，故该项错误；C项，在该反应条件下，C的还原性强于Si的还原性，

故该项错误；D项，在反应中每有1molSi生成，理论上转移的电子为4mol,即约为

4X6.02X1023,故选项正喘。

5.月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球

上的主要矿物有辉石CaMgSizOe、斜长石KAISisOg和橄榄石（Mg或Fe/SiOj等，下列说法

或分析不正确的是（）

A.辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿

B.斜长石的氧化物形式可表示为K2OAI2O.r3SiO2

C.月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气

D.橄榄石中铁为+2价

解析：选B斜长石的氧化物形式应为KzOALOMSKh。

6.（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I中进行的反应为

①Si（粗）+3HCl（g）=SiHCl3（D+H2（g）;

容器n中进行的反应为

②SiHCh+H2=Si（纯）+3HCI。

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SiHCLs

C.反应①和②中HQ均作氧化剂

D.反应①和②属于可逆反应

解析：选A该工艺流程中HC1和Hz两种气体可循环使用；分离Si与SiHCb可用过

滤的方法；反应②中HC1是生成物，是氧化产物；反应①、②都不在同一条件下进行，不

是可逆反应。

7.甲气体可发生如下变化:

用气体通过灼热的炭曷通过灼热的炭唇通过灼信的Cup通过澄清石灰水

乙气体丙气体乙气体丁固体。

则甲、乙、丙、丁分别为1）

A.CO2>CO、。2、CaOB.O2、CO、CO2>CaCO3

C.O2、CO2>CO、CaCO3D.CO、CO2>O2>Ca（OH）2

解析：选C以丙气体为突破口，丙通过灼热的CuO后，生成的乙气体可与澄清石灰

水反应生成固体，说明乙是CO2,则丙是CO,甲是O2,丁是CaCO3。

8.二氧化硅（SiO”又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料（如图）。下列说法正确的

是（）

A.SiCh既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物

B.玛瑙和红宝石的主要成分都是SiCh,SiO2和Si都是制造光导纤维的材料

C.虽然高温下SiO2能与Na2c03反应放出CO2,但不能说明硅酸的酸性强于碳酸

D.图中所示转化反应中非氧化还原反应的种数多于氧化还原反应的种数

解析：选CDSiCh只能和特殊酸反应，和其他酸不反应，没有普遍性，所以不能说明

其具有两性，故A错误；红宝石的主要成分是AI2O3,玛瑙的主要成分是SiCh,Si（）2是制

造光导纤维的材料，故B错误；高温条件下，SiCh和Na2cCh反应生成NazSiCh和CO2,

常温下，SiCh和Na2cCh不反应，所以不能说明HzSKh的酸性强于H2c03,故C正确；图

中氧化还原反应有3个，非氧化还原反应有6个，所以图中所示转化反应中非氧化还原反

应的数目多于氧化还原反应的数目，故D正确。

9.如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。

请回答下列问题：

(DB的化学式是,目前B已被用作的主要原料。

(2)B和a溶液反应的离子方程式是_________________________________________o

(3)A和a溶液反应的离子方程式是o

(4)C和过量的盐酸反应的离子方程式是o

解析:C与过量的盐酸反应生成白色沉淀E,则E可能是％SiO3或AgCI,若E是AgCI,

贝4c是AgNCh,A为Ag,根据已有知识，Ag与HNOj反应能生成三种产物，不符合框图

中物质间的转化关系。故E只能为HzSKh,C为硅酸盐，A为Si,a溶液为强碱的水溶液，

进一步推出B为SiO2o

答案：⑴SiO?光导纤维

(2)SiO2+2OH-=SiOr+H2O

(3)Si+2OH~+H2O=S1O5+2H2t

(4)SiOr+2H+=H2SiO3I

10.如图中的每一方框表示相关的一种反应物或生成物。其中B是一种单质，其余物

质也都是含有B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，其结构与碳酸相似；B

的结构类似金刚石，D为B的氧化物。(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必

要试剂和反应条件已被略去)

请回答下列问题：

(1)A、D、E的化学式分别为、、o

(2)A的B的互相转化在工业上的实际意义是___________________________________o

(3)写出D—C的化学方程式：o

(4)写出E-D的化学方程式：<

解析：由单质B的结构类似金刚石可知，B是单质硅，D为B的氧化物，则D是SiO2,

结合转化关系知，A为SiCL,C是一种钠盐，则C是NazSiCh,E是C对应的酸，则E是

H2SiO3o(1)由以上分析可知A为SiCL,D为SiCh,E为IhSiCh。(2)A和B的互相转化在

工业上的实际意义是粗硅提的。(3)D-*C可以为二氧化珪和NaOH溶液反应生成硅酸钠和

水，化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2。。(4阳2竽。3不稳定，加热分解生成SiO?

和H2O,故E->D的化学方程式为H2SiO3=^=SiO2+H2Oo

答案：(DSiCLSiO2H2SiO

(2)粗硅提纯

(3)SiO2+2NaOH=NazSiO3+H2O(或其他合理答案)

△

(4)H2SiOj：SiO24-H2O

11.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辄化硅制得粗硅(含

铁、铝、硫、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅［反应温度450〜5。0#C),四氯化硅

经提纯后用氢气还原可得高纯硅。如图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表：

物质

SiCI4BCUA1C13FeCI3PC15

沸点/'C57.712.8—315—

熔点rc-70.0-107.2———

升华温度/匕————180300162

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瓶需要冷却理由是_____________________________。

(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精储(类似多次蒸储)得到高纯度四氯化硅，精

储后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是(填写元素符

号)。

解析：制备四氯化硅的原料为C12和Si。A装置为C12的制备装置，B、C装置为除杂

装置。先用B除去HC1,再用C(浓H2s。4)除去水蒸气。CL通入粗硅中反应，用冷水将产

生SiCL冷凝即可。(1)制取氯冬用浓盐酸和MnOz在加热条件下反应。(2)g管是将分液漏斗

与烧瓶相连，则它们中的压强是相等的，这样便于盐酸躯顺利滴下。SiCL的沸点很低，只

有57.7°C,而反应的温度达几百度，故需要冷凝收集。(3)从物质的物理性质表可发现,AlCb,

FeCb和PCk均易升华，故还应含有Al、P、C1元素。

答案：(l)MnO2+4H++2Cl-T=Mn2++CLt+2H2。(2)平衡压强浓硫酸使

SiCL冷凝(3)AKP、Cl

12.二氯二氢硅(SiHzCL)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，HC1与硅在250〜260c反应可以制得SiH2a2。

(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o

(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2c12的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为

a―>()一*()~>()―>()-)-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Hz和、等。

(6)新的制取SiH2c12的方法是：往硅粉中先通入Ch，在300〜350C反应生成SiCL,

然后再与HCI在250〜260c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HC1,连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2c12从g处挥发，在B装置中收

集，SiH2a2的密度比空气大，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或无水CaCh,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，SiH2c12会与Ck继续反应,生成SiCL、S1HCI30

答案：⑴吸水(2)Si+2HCl叁甯2SiH2c12

(3)(1efgbcd

(4*2。5或无水CaCI2尾气处理和防止空气中的水进入B中(5)SiCLSiHCl3

(6)SiH2a2+2C12=^=SiC14+2HCl(或SiH2a2+C12=^=SiHC13+HCI)

13.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：

①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；

②粗硅与干燥HC1气体反应制得SiHCh：Si+3HCl=^=SiHCI3+H2；

③SiHCb与过量人在1000—1100C反应制得纯硅。

已知：SiHCb能与HzO强烈反应，在空气中易自燃.

请回答下列问题：

(1)第①步制备粗硅的化学方程式为o

(2)粗硅与HC1反应完全后，经冷凝得到的SiHCR沸点33.0C)中含有少量SiCL(沸点

57.6七)和HC1(沸点一84.7℃),提纯SiHCh采用的方法为。

(3)用SiHCh与过量电反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：

①装置B中的试剂是。装置C中的烧瓶需要水浴加热，其目的是

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是____________,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o

③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。

④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

的试剂是(填字母)。

a.碘水b.氯水c.Mg(OH)2固体

(1.KSCN溶液e.Na2sO3溶液

解析：(2)沸点不同的液体可以采用蒸馆的方法分离。(3)①为防止SiHCb与HzO强烈

反应，需要干燥氢气；升高温度能使SiHCh汽化，从而使SiHCh和氢气在D中反应。②D

中发生反应SiHCLa+Hz』吧二■吧三-Si+3HC1,Si为固态，所以看到的现象是有固体物质

生成“③Si是亲氧元素，为防止Si被氧化和SiHCL在空气中易自燃，需要排尽装置中的空

气。④向溶液中加入氧化剂将Fe?+氧化成Fe3+,然后加入KSCN溶液检验F/+。

答案：⑴SiO2+2C*=Si+2COt(2)分储(或蒸储)

(3)①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCh汽化②有固体物质生成在高温下，普通玻璃

会软化SiHCh+H/00^^，CSi+3HCI③排尽装置中的空气④bd

14.石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2(7.8%)>AI2O3(5.1%)sFe2O3(3.1%)

和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：

(注：SiCl4的沸点为57.6'C,金属氯化物的沸点均高于150C)

(1)向反应器中通入CL前，需通一段时间N2,主要目的是_____________________。

(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体I中的碳氧化物主要

为。由气体H中某物得到水玻璃的化学反应方程式为o

(3)步骤①为搅拌、o所得溶液IV中的阴离子有o

(4)由溶液IV生成沉淀V的总反应的离子方程式为,

100kg初级石墨最多可能获得V的质量为kgo

(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注。

解析：(1)通入Nz的目的是为了排除装竞中的空气(特别是氧气)，防止在高温时石墨与

氧气反应。(2)高温反应后，SiO2>A12O3>Fe2O3>MgO分别转化为SiCL、AlCh>FeCh>

MgCho因为石墨是过量的，故高温条件下，C和竽。2、FezCh反应生成的是CO。由于SiCL

的沸点为57.6°C,低于S0℃,故气体II为SiCl4,在NaOH溶液中水解生成NazSiCh和

NaCI:SiC144-6NaOH=Na2SiO34-4NaCi+3H2Oo(3)AlCb、FeCh、MgCL的沸点均高于

150℃,在80℃下变为固体川，AlCb、FeCh、MgCk和过量NHOH反应后生成NnAKh、

Fe(OHb、Mg(OH)2和NaCI,通过过滤将沉淀Fe(OH)3和Mg(OH”滤出，得到的溶液IV主

要含过量的NaOH、NaAKh和NaClo(4)NaAK)2发生水解导致溶液显碱性：NaAIO2+

2H2OAl(OHb+NaOH,加入乙酸乙酯后，发生水解：CH3COOCH2CH3+NaOH

CH3COONa+CH3CH2OH,促使NaAICh彻底水解生成AI(OH)3沉淀。溶液V转化为沉淀

V的反应为NaAIO2+2H2O+CH3COOCH2cH3AI(OH)3I+CH3COONa+

100kgX5.l%

CHCHOHO根据Al原子守恒，可知100kg初级石墨可得m[AI(OH)3]=

32102g'mol-1

X2X78g・mo「i=7.8kg。

(5)水体中铜件的电化学防腐利用了电解保护法，该方法中石墨作阳极，铜件作阴极,

即外加电流的阴极保护法。

答案：(1)排除装置中的空气

(2)COSiC14+6NaOH=Na2SiO34-4NaCl+3H2O

(3)过滤AIOI.和OH-

(4)AlOr4-CH3COOCH2CH34-2H2O—^-*CH3COO+CH3CH2OH4-AI(OH)3I7.8

(5)

1.2氯及其重要化合物

I氯及其化合物的性质和应用

1.氯气的物理性质

颜色状态气味密度毒性溶解性

黄绿色气体刺激性气味比空气大有毒1体积水溶解约2体积Ch

[注意]实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少

量气体飘进鼻孔即可。

2.氯气的化学性质

(1)与金属反应

①与铁反应：2Fc+3cl2=^^=2FCCL。

②与铜反应：Cu+CL^^-CuCk。

(2)与非金属反应

与H2反应：H2+C12=^=2HC1。

(3)与水反应：溶于水的氯气部分与水反应，离子方程式为Ch+HgOH+4-CF+

HClOo

(4)与碱反应

与烧碱反应为C12+2NaOH=NaCl+NaClO+H2。。

(5)与还原性无机化合物反应(书写离子方程式)

①与碘化钾溶液反应：2I+C12=l2+2C「。

②与SO2水溶液反应：

a2+SO2+2H2O=4H++2C++SO上.

③与FeCL溶液反应：2Fe?++CL=2Fe3++2C「。

3.次氯酸

(1)不稳定性

见光易分解，化学方程式为2HC1O望=2HC1+O23

(2)强氧化性

①能将有色物质氧化为无色物质，作漂白剂。

②杀菌、消毒。

(3)弱酸性

比碳酸酸性弱，电离方程式为IIC1。H++CKT。

4.次氯酸盐

(1)漂白液

有效成分：NaClO,漂白原理用化学方程式表示为

NaClO+CO2+H2O=NaHCO3+HClO。

(2)漂白粉

①成分：漂白粉的主要成分是Ca(ClO)?、CaCk,其中有效成分是Ca(CIO)2。

②制备原理：化学方程式为2cl2+2Ca(OH)2=CaCL+Ca(aO)2+2H2O。

③漂白原理：化学方程式为Ca(CIO)2+H2O+CO2=CaCO3I+2HCKK

5.氯水的成分和多重性质

(1)氯水的成分分析

三分子四离子

、「、一、-

H2O>CI2>HCIOH+CCIOOH

(2)新制氯水的多重性质

［微点拨］

小氯气具有强氧花性「8变林金属晟i时向瓦成高林卷的金属氯化物「如FeC12次能

由两种单质化合生成。

(2)氯气没有漂白性，不能使干燥的有色布条褪色，但可使湿润的有色布条褪色，起漂

白作用的物质是HCIO。

(3)CKT不论是在酸性、碱性条件下都能跟亚铁盐、碘化物、硫化物、亚硫酸盐等发生

氧化还原反应，即CIO一与F、Fe2+、S2一、SOM不论是在酸性环境还是在碱性环境中均不

能大量共存。

(4)氯水中因HC1O见光分解，随着HC1O的消耗，最后成为盐酸，故久免氯水酸性增

强，无漂白性。因此，氯水要现用现配，通常保存在棕线试剂瓶中并置于阴暗处。

［对点练习］

1.氯气是一种化学性质很活泼的非金属单质，它具有较强的氧化性，下列叙述中不正

确的是()

A.红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧，产生棕黄色的烟

B.通常状况下，干燥的氯气能和Fe反应

C.纯净的H2在C12中安静地燃烧，发出苍白色火焰，集气瓶瓶口呈现雾状；光照H2

和C12的混合气体时，因迅速化合而爆炸

D.氯气能与水反应生成HCIO和HCL久置氯水最终变为稀盐酸

解析：选BC12与铁的反应需要加热，所以在通常状况下，干燥的。2与Fe不能反应。

2.将CL分别通入下列四种溶液中，有关现象及结论的说法正确的是（）

A.试管①中有白色沉淀生成，说明Cb与水反应生成了盐酸

B.试管②中溶液褪色，只是氯气与水反应生成HQO的缘故

C.试管③中能产生白色沉淀，说明Ch具有还原性

D.试管④中溶液变红色，说明。2具有氧化性

解析：选AD生成白色沉淀AgCl,Ag+4-CF=AgClI,说明生成了盐酸，A正确；

+

。2与NaOH反应使碱性消失，也可使溶液褪色，B错误；Cl24-SO2+2H2O=4H4-2Cr

2+2+

+sor,Ba+sor-BaSO4I,CL被还原成C「，说明CL有氧化性，C错误；2Fc

3+

+CI2=2Fe+2Cr,氯气将Fe?+氧化为Fe-/，D正确。

3.在淀粉-碘化钾溶液中加入少量次氯酸钠溶液，并加入少量的稀硫酸，溶液立即变蓝,

在上述溶液中加入足量的亚硫酸钠溶液，蓝色逐渐消失。下列判断不正确的是（）

A.氧化性：cio->i2>sor

B.漂白粉溶液可使淀粉.碘化钾试纸变蓝

C.向氯水中加入亚硫酸钠溶液，氯水褪色

D.次氯酸钠可以与亚硫酸钠共存

解析：选DKI与NaClO反应生成了12,其实质是CIO一将F氧化成12,而L又将

-

SO「氧化成SOT,所以氧化性：CIO>I2>SOr,A、B、C正确，D不正确。

4.氯气有毒，且大量制取的难度较大、污染严重，在培养皿中研究氯气的性质可实现

“绿色实验”。在培养皿的点滴板中央孔穴中滴加能生成氯气的试剂（如漂白精与盐酸），然

后分别滴加所要进行实验的试剂，如图所示。下列是某学生观察到的现象、解释与结论，

其中不符合事实的是（）

选项实验现象解释结论

氯气置换出KI中的碘使淀粉

A淀粉KI溶液变蓝非金属性：CI>I

变蓝

BNa2s溶液中出现淡黄色沉淀氯气置换出Na2s中的硫非金属性：CI>S

湿润的蓝色石茂试纸先变红氯气与水反应生成盐酸和次

C氯气具有漂白性

后褪色氯酸

DFeCL和KSCN溶液的小液滴FeCh被Ch氧优成FeCh后,氯气具有强氧化性

变红再与KSCN溶液反应变红

解析：选CC中的现象说明HC1O具有漂白性。

氯气的实验室制备及性质探克一

1.氯气的实验室制备

(1)实验室制取、收集干燥纯净氯气的装置

(2)验满方法

①将湿润的淀粉-KI试纸靠近盛CL的集气瓶口，观察到试纸变蓝，证明已集满。

②将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛CL的集气瓶口，观察到试纸先变红后褪色的变化,则

证明已集满。

③实验室制取。2时，常常根据氯气的颜色判断是否收集满。

［微点拨］

(1)制取C12时必须用浓盐酸，稀盐酸不反应；随着反应进行，浓盐酸将逐渐变稀，一

定程度时，该反应会自动停止，HC1不可能消耗尽。

(2)因氧化性强