2017高考化学一轮复习 专题十六 碳、硅及其化合物 无机非金属材料 考点一 碳、硅单质的性质教学案

1、专题十六碳、硅及其化合物无机非金属材料考纲展示命题探究1碳、硅元素的原子结构与存在2碳、硅单质的性质物质碳硅物理性质颜色、状态无色(金刚石)或黑色(石墨)固体有金属光泽的灰黑色固体熔点()3550(金刚石)、36523697(石墨)1410沸点()48272355密度(g/cm3)3.51(金刚石)、225(石墨)2.322.34溶解性难溶于一般溶剂难溶于一般溶剂硬度硬度很大硬度较大续表物质碳硅化学性质与非金属单质反应CO2CO22CO22COSiO2SiO2Si2F2=SiF4与氧化物反应C2CuOCO22Cu3CFe2O33CO2Fe2CSiO22COSi与FeO反应：Si2FeOSiO2

2、2Fe与酸反应与浓硫酸、浓硝酸反应：C2H2SO4(浓)CO22SO22H2OC4HNO3(浓)CO24NO22H2O只与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2与水或碱反应与碱不反应CH2O(g)COH2与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2学霸巧学卡硅的还原性比碳的强，但碳能置换出SiO2中的硅。这是因为碳元素和硅元素位于元素周期表中第A族，碳的原子半径比硅的小，失电子能力比硅的弱，所以硅的还原性比碳的强。但反应2CSiO2Si2CO是在高温条件下进行的，且生成物CO为气体，从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。3硅的工业制法(1)制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二

3、氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO22CSi2CO。(2)粗硅提纯Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl。晶体硅用途：作半导体材料，制芯片，制太阳能电池。学霸巧学卡(1)用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中也含CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。1.思维辨析(1)晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。()(2)甲、乙、丙、丁四种物质中，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：甲乙丙。若甲为焦炭，则

4、丁可能是O2。()(3)高温下用焦炭还原SiO2制取粗硅。()(4)常温下硅既不能与强酸反应也不能与强碱反应。()(5)加热到一定温度，硅能与氧气、氯气等非金属反应。 ()(6)晶体硅可用作光导纤维材料。 ()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2下列关于碳、硅的叙述正确的是()A碳、硅都是A族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在B二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似C二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成相应的盐D高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料答案C解析碳元素的存在既有游离态也有化合态，A项错误；用于制造半导体材料的物质应是晶体硅，故选C。考法综述结合生活和生产实际

5、，考查硅的用途和制单质硅的原理，同学们需记得硅的主要物理性质、化学性质及硅的工业制法。命题法1硅的主要性质和用途典例1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由已知信息可知该非金属元素为硅。硅强烈亲氧，在自然界硅元素是以氧化物或复杂硅酸盐形式存在，不存在单质硅，A正确；硅单质能用作半导体材料而不能用作光导纤维，制造光导纤维是用二氧化硅，B错误；SiO2能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，C错误；非金属性：CSi，故SiH4的稳定性弱于甲

6、烷，D错误。答案A【解题法】硅的特性归纳总结一般规律硅及其化合物特性硅还原性大于碳2CSiO2Si2CO非金属与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si4HF=SiF42H2一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件命题法2硅的工业制备典例2硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有_

7、。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：发生的主要反应电弧炉SiO22CSi2CO流化床反应器Si3HClSiHCl3H2还原炉SiHCl3H2Si3HCl用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为_；碳化硅又称_，其晶体结构与_相似。在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点

8、/235557.631.88.230.484.9111.9SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为_。解析(3)比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体，SiH2Cl2、SiH3Cl为气体，沉降、冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏可分离二者。SiHCl3中，把硅考虑为4价，则氢为1价，氯是1价，SiHCl3水解时，1价氢还原水中1价的氢，生成氢气。答案(1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)(2)石英砂、纯碱和石灰石(3)SiO23CSiC2CO金刚砂 金刚石(或单晶硅)精馏(或蒸馏)H2SiO3(或H4SiO4)、H

9、2、HCl【解题法】纯硅制备常用方程式归纳总结(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO22CSi(粗)2CO(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4：Si(粗)2Cl2SiCl4(4)SiHCl3与过量H2在10001100 反应制得纯硅：SiHCl3H2Si3HCl(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅：SiCl42H2Si4HCl(6)SiHCl3、SiCl4能与H2O强烈反应：SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2SiCl43H2O=H2SiO34HCl(7)SiH4在空气中易自燃：SiH42

10、O2=SiO22H2O1在给定条件下，下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是()A粗硅SiCl4SiBMg(OH)2MgCl2(aq)MgCFe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3DAgNO3(aq)Ag(NH3)2OH(aq)Ag答案A解析2Cl2Si(粗)SiCl4，SiCl42H2Si(纯)4HCl，A项正确；电解MgCl2溶液不能得到Mg，应电解熔融的MgCl2，B项错误；FeCl3溶液在蒸发过程中，Fe3水解生成Fe(OH)3，同时生成的HCl挥发，水解平衡不断向右移动，故得不到无水FeCl3，C项错误；蔗糖不能发生银镜反应，D项错误。2某化学家指出Si与NaOH溶液的反应，首

11、先是Si与OH反应，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4，下列有关说法正确的是()A原硅酸钠(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈碱性，故Na4SiO4为弱电解质B石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品C2HClNa2SiO3=H2SiO32NaCl说明Cl的非金属性大于SiD半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅答案D解析A项，Na4SiO4在水溶液里完全电离，所以Na4SiO4为强电解质，Na4SiO4是强碱弱酸盐，溶液中SiO迅速水解导致溶液呈碱性，错误；B项，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，所以石英玻璃不属于硅酸盐，普通玻璃、陶瓷、水泥的主要成分都是硅酸盐，