考点13 硅及其化合物（核心考点精讲精练）-高考化学一轮复习（新高考专用）（学生版）

1．3年真题考点分布年份卷区考点分布硅的制备、性质及用途二氧化硅的性质及用途硅酸盐性质及用途综合应用2023江苏广东√√山东√湖北√辽宁√√2022全国√湖北√河北√广东√√辽宁√江苏√湖南√浙江√2021重庆√福建√2．命题规律及备考策略【命题规律】近3年新高考卷对于该专题主要考查：1．硅及其化合物的性质及应用2．硅酸盐材料与新型无机非金属材料【备考策略】熟练掌握硅及其化合物之间的转化关系，熟悉各物质的特特殊性质及其应用；明确元素化合物和化学反应原理、物质结构和性质之间的联系。关注生活中的合金，了解其应用。【命题预测】高考对本部分内容的考查以硅及其化合物的性质、硅酸盐材料在日常生活、生产中的应用为主，高考题型有选择题、实验题、化学工艺流程题等。尤其是以硅及其化合物的性质及用途是考查的热点。考法1硅和二氧化硅1、硅(1)原子和晶体结构：硅元素的原子序数为14，基态原子的简化电子排布式为[Ne]3s23p2，核外电子的空间运动状态有7种，不成对电子数有2种；单晶硅为_________晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的Si原子形成4个σ键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5个Si原子，含Si-Si键数为1。（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。金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。（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___________________________跟HF反应___________________________跟NaOH溶液反应___________________________高温跟O2反应___________________________跟Cl2反应___________________________（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：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。2、二氧化硅（1）空间结构：二氧化硅是直接由原子构成的_________晶体，晶体中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，晶体中的最小环为12元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被_________个环共有，每个O原子被6个环共有，每个Si-O键被6个环共有，Si原子数与O原子数之比为1：2。（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（_________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SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2OSiO2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__________________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SiO2＋CaOCaSiO与某些盐类反应SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑SiO2+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——_________。【典例1】（2023·枣阳市第一高级中学模拟预测）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Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂D．硅能与氢氟酸反应，则硅也可以与盐酸反应【拓展延伸】二氧化碳和二氧化硅的比较【典例2】（2023·日照第一中学模拟预测）多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：下列说法错误的是()A．Y、Z分别为H2、Cl2B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋4D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应1．（2023·广东梅州·统考三模）下列叙述Ⅰ和Ⅱ均正确且有因果关系的是选项叙述Ⅰ叙述ⅡA具有氧化性在葡萄酒酿制过程中添加适量B断裂分子中的键需要吸收热量工业上用液氨作制冷剂C氢氟酸可与反应得到二氧化硅是一种两性氧化物D蔗糖遇浓硫酸变黑，同时产生有刺激性气味的气体浓硫酸具有脱水性和强氧化性2．（2023·辽宁·校联考二模）高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：已知：①流化床反应器主反应：；②还原炉主反应：；③极易水解：。回答下列问题：(1)石英砂的主要成分为，是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是(填标号)A．

B．C．

D．还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为。(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为。若电弧炉中焦炭过量，还会有生成，石英砂和焦炭生成的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为。(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是(答出两条即可)。(4)流化床反应器中除外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如、、等)，可以用分馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是。(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是。3．（2023·福建龙岩·统考三模）硅在地壳中含量丰富，晶体硅与硅化物等新材料在现代工业领域作用巨大。回答下列问题：(1)下列属于硅原子激发态的电子排布式有(填标号，下同)，其中能量较高的是。a．1s22s22p63s23p2b．1s22s22p63s13p3c．1s22s22p63s13p2d．1s22s22p63s13p24s1(2)SiCl4可发生水解反应，机理如图1所示。

①a与c的水溶性：ac(填“>”“<”或“=”)，理由是。②c分子中氧原子杂化方式为；c分子中键长从大到小顺序为。(3)一种新型导电陶瓷材料硅的钨化物，其晶胞结构如图2所示，硅原子的配位数为，设NA为阿伏伽德罗常数的值，则该硅的钨化物晶体的密度为g·cm-3(列出计算式)

考法2硅酸和硅酸盐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_________，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：Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）（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“_________”，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____________________________________反应原理发生复杂的物理化学变化SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑主要设备水泥回转窑玻璃窑主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3Na2SiO3、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。【典例4】(2023年青岛一中高三月考)南海一号博物馆，又称广东海上丝绸之路博物馆，位于广东阳江市海陵岛试验开发区的“十里银滩”上，其建筑特色鲜明，设计创意独特，紧扣海的主题，体现了海洋文化与南方建筑风格的柔美组合。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、水泥是硅酸盐制品C．陈列的元青花瓷的原料有高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，也可以表示为Al2O3·SiO2·H2OD．展示的青铜器上有一层绿色物质，此绿色物质可能是碱式碳酸铜，它不溶于盐酸【拓展延伸】硅及其化合物性质的“反常”(1)碳族元素的主要化合价一般是＋2、＋4价，而硅常见的是＋4价。(2)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。(3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应)，Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(5)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。(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。(7)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(8)无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。(9)因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑也能发生。(10)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分不相同；硅酸钠水溶液(即水玻璃)称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，并不是碱溶液。【典例5】（2023·顺德一中高三月考）Ca3SiO5是硅酸盐水泥的重要成分之一，其相关性质的说法不正确的是()A．可发生反应：Ca3SiO5＋4NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))CaSiO3＋2CaCl2＋4NH3↑＋2H2OB．具有吸水性，需要密封保存C．能与SO2反应生成新盐D．与足量盐酸作用，所得固体产物主要为SiO21．（2023·浙江·校联考二模）Na2SiO3应用广泛，下列说法不正确的是A．Si元素位于周期表p区B．Na2SiO3属于强电解质C．Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃D．存放Na2SiO3溶液的试剂瓶可以用玻璃塞2．（2023·北京海淀·北京市十一学校校考三模）硅酸盐是地壳岩石的主要成分，在硅酸盐中，四面体(如图甲为俯视投影图)通过共用顶角氧原子可形成六元环(图乙)、无限单链状(图丙)、无限双链状(图丁)等多种结构。石棉是由钙、镁离子以离子数的比例与单链状硅酸根离子形成的一种硅酸盐。

下列说法不正确的是A．大多数硅酸盐材料硬度高与硅氧四面体结构有关B．六元环的硅酸盐阴离子化学式C．石棉的化学式为D．双链状硅酸盐中硅氧原子数之比为3．（2023·江西新余·新余市第一中学校考模拟预测）某实验小组设计了如下装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知：PdCl2溶液可用于检验CO，反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2O=CO2+2HCl+Pd（产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊）。（1）实验时要通入足够长时间的N2，其原因是。（2）装置B的作用是。（3）装置C、D中所盛试剂分别为、，若装置C、D中溶液均变浑浊，且经检测两气体产物的物质的量相等，则该反应的化学方程式为。（4）该装置的缺点是。（5）设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强：。【基础过关】1．（2023·广东梅州·统考三模）中华文化源远流长、博大精深。博物馆馆藏文物是中华文化的重要代表。下列文物主要是由硅酸盐材料制成的是A．西汉素纱禅衣 B．溪山行旅图C．东汉青铜奔马 D．新石器时代鸡形陶壶2．（2021·广东揭阳·普宁市第二中学校考模拟预测）2020年11月10日08时12分，我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，创造了中国载人深潜的新纪录。下列关于“奋斗者”号的说法中错误的是A．为了承受万米海压，载人舱所用Ti-62A材料是由我国自主研制的新型钛合金材料，具有强度高、韧性好的特点B．载人潜水器下水时要携带两组压载铁，在重力牵引下潜入海洋深处，铁是黑色金属C．浮力材料是成千上万个纳米级空心玻璃微球，其主要成分与玛瑙、刚玉、硅胶相同D．“奋斗者”号的上百块单体锂电池，模块的间隙中充满了油，不可用水代替油3．（2023·江西宜春·江西省宜丰中学校考模拟预测）《流浪地球2》向观众展示了太空电梯、行星发动机、超级计算机550W等超前的科技幻想，探讨了数字生命、人工智能等科技伦理问题。它们与化学有着密切联系，下列说法不正确的是A．我国“硅—石墨烯—锗高速晶体管”技术获重大突破，C、Si、Ge都是主族元素B．我国提出网络强国战略，光纤线路总长超过三千万公里，光纤的主要成分是SiO2C．新型陶瓷碳化硅(SiC)可作耐高温结构材料D．富勒烯、石墨烯都是含碳化合物4．（2023·河北·模拟预测）原始瓷是中国乃至世界出现最早且初步具有瓷器特征的一种器物。考古工作者对某原始瓷文物分析发现，其中含有石英颗粒，还有一定量的莫来石(，)等。下列说法正确的是A．石英的主要成分由大量的硅氧四面体基本单元构成B．瓷器质地均匀，硬度高，是纯净物C．莫来石的主要成分为氧化物D．瓷器烧制前后颜色不同的现象称为“窑变”，“窑变”属于物理变化5．（2023·福建泉州·泉州五中校考一模）航天科技的发展与化学密切相关。2013年12月15日，“玉兔号”成为我国登陆月球的第一辆月球车。2022年11月29日，神舟十五号载人飞船成功发射，首次实现6名航天员太空会师。中国航天科技集团计划2023年安排60余次宇航发射任务。

下列说法中错误的是A．碳化硅可用作宇宙飞船的耐热材料B．肼可作火箭燃料，可用作氧化剂C．二氧化硅可用作航天器太阳能电池板的材料D．电解水产生氧气是宇航员供氧的主要来源6．（2023·福建福州·统考模拟预测）法生产多晶硅的流程如下。下列说法错误的是A．合成1反应中作氧化剂B．合成2的反应为：C．上述流程说明可溶于D．净化、热解中生成的多晶硅为还原产物7．（2023·重庆九龙坡·重庆市育才中学校考模拟预测）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、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500℃)，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：①四氯化硅遇水极易水解；②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；③有关物质的物理常数见表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/℃57.712.8—315—熔点/℃－70.0－107.2———升华温度/℃——180300162请回答下列问题：(1)写出装置A中发生反应的化学方程式。(2)装置A中g管的作用是；装置C中的试剂是；装置F的作用是。(3)常用强碱溶液吸收尾气，反应的离子方程式为。(4)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元素是(填写元素符号)。(5)为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2+，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是。8．（2023·内蒙古鄂尔多斯·鄂尔多斯市第一中学校考一模）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。工业上可用焦炭与石英砂(SiO2)的混合物在高温下与氯气反应生成SiCl4和CO，SiCl4经提纯后用氢气还原得高纯硅。以下是实验室制备SiCl4的装置示意图：实验过程中，石英砂中的铁、铝等杂质也能转化为相应氯化物，SiCl4、AlCl3、FeCl3遇水均易水解，有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4AlCl3FeCl3沸点/℃57.7—315熔点/℃-70.0——升华温度/℃—180300(1)装置B中的试剂是，装置D中制备SiCl4的化学方程式是。(2)D、E间导管短且粗的作用是。(3)G中吸收尾气一段时间后，吸收液中肯定存在OH-、Cl-和SO42-，请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他酸根离子(忽略空气中CO2的影响)。【提出假设】假设1：只有SO32-；假设2：既无SO32-也无ClO-；假设3：。【设计方案进行实验】可供选择的实验试剂有：3mol/LH2SO4、1mol/LNaOH、0.01mol/LKMnO4、溴水、淀粉-KI、品红等溶液。取少量吸收液于试管中，滴加3mol/LH2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于a、b、c三支试管中，分别进行下列实验。请完成下表：序号操作可能出现的现象结论①向a试管中滴加几滴溶液若溶液褪色则假设1成立若溶液不褪色则假设2或3成立②向b试管中滴加几滴溶液若溶液褪色则假设1或3成立若溶液不褪色假设2成立③向c试管中滴加几滴溶液假设3成立【能力提升】1．（2023·广东珠海·珠海市第一中学校考模拟预测）广东省博物馆馆藏集岭南文物之大成，汇聚诸多种类于一体，下列文物不含硅酸盐材料的是

A．清康熙宜兴紫砂象生瓜形壶B．明万历款黄釉五彩双龙纹盘C．清起降款青花船形碟D．南朝波斯鎏金器2．（2023·湖北黄冈·黄冈中学校考三模）ChatGPT是史上月活用户增长最快的消费者应用。下列说法中不正确的是A．硅晶片是生产芯片的基础材料B．芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化C．硅在自然界中主要以单质形式存在D．硅是应用最广泛的半导体材料3．（2023·安徽芜湖·统考二模）化学与生活、科技、社会发展息息相关。下列说法正确的是A．“天宫”空间站使用聚乳酸材料餐具，聚乳酸是化合物B．富勒烯与石墨烯用途广泛，它们都属于新型无机非金属材料C．冬奥场馆建筑使用碲化镉发电玻璃，碲和镉均属于主族元素D．中国承建的卡塔尔首座光伏电站中的光伏材料为高纯度二氧化硅4．（2023·湖北武汉·统考模拟预测）湖北钟祥出土的“四爱图梅瓶”是一种青花瓷器。下列说法错误的是A．陶瓷烧制的过程为物理变化 B．传统陶瓷可用作绝缘材料C．制作陶瓷的原料为铝硅酸盐 D．陶瓷稳定性较强且耐腐蚀5．（2023·四川乐山·统考三模）我国科学家分析月壤成分发现含有X、Y、Z、W、M五种主族元素，其原子序数依次增大且都不大于20，Y、Z、W同周期且Z、M同主族；X与W形成的化合物是光导纤维的基本原料，在潜水艇中Y2X2可以用作供氧剂。下列说法正确的是A．离子半径的大小顺序：Z>Y>XB．最简单气态氢化物稳定性X>WC．最高价氧化物对应水化物碱性Y>Z>MD．工业上用电解ZX来制备Z的单质6．（2023·广东潮州·统考二模）提纯粗硅时可通过反应获取晶体硅。下列说法正确的是A．晶体中含有非极性键B．基态原子的轨道表示式C．的空间填充模型为D．的电子式为7．（2023·海南海口·海南中学校考三模）Ⅰ.高纯度单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：(1)写出步骤①的化学方程式：_________。(2)步骤②经过冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6℃)和HCl(沸点－84.7℃)，提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是______；SiHCl3和SiCl4一样，遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl3水解会生成两种气态产物，试写出其水解的化学方程式：________。Ⅱ.白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石[主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取，其主要工艺流程如图所示：(3)蛇纹石用氧化物形式可表示为_________________。(4)碱浸时，为提高其中硅酸盐的浸取率，除采用合适的液固比和循环浸取外，还可采用的方法：①___________；②____________(任举两种)。(5)过滤1得到的滤液的主要成分是___________________。(6)滤液与盐酸反应的主要离子方程式为________________。(7)洗涤时，如何证明产品已洗涤干净？______________。8．（2023·兴宁一中高三月考）高纯硅被誉为“信息革命的催化剂”。某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1357K的条件下制备高纯硅，实验装置如图所示(部分加热及夹持装置略去)：已知：①SiHCl3的沸点为33.0℃，密度为1.34g·cm-3；易溶于有机溶剂；能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化；②CaCl2+xCH3CH2OH→CaCl2·xCH3CH2OH；③银氨溶液中存在：[Ag(NH3)2]++2H2OAg++2NH3·H2O。回答下列问题：(1)装置B中试剂宜选择____(填字母，单选)。a.碱石灰b.无水氯化钙c.五氧化二磷d.硅胶(2)