高中化学复习知识点硅的制备.docx

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高中化学复习知识点硅的制备

高中化学复习知识点：

硅的制备

一、单选题

1．作为全球最大的电子产品制造国，中国却有着“芯”病。

我国国产芯片自给率不到30%，产值不足全球的7%，市场份额不到10%。

下列说法正确的是（）

A．CPU半导体芯片与光导纤维是同种材料

B．水泥和玻璃属于新型硅酸盐材料

C．水晶和陶瓷都是硅酸盐制品

D．粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应

2．下列物质中不能通过置换反应生成的是（）

A．F2B．COC．CD．Fe3O4

3．下列有关工业生产的说法不正确的是

A．高炉炼铁、生产普通硅酸盐水泥和普通玻璃都要用到的一种原料是石灰石

B．工业上常以电解饱和食盐水为基础制取氯气

C．纯碱在玻璃、肥皂、食品等工业中有着广泛的应用

D．工业上利用焦炭与二氧化硅在高温下反应可直接制得高纯度的硅

4．高纯度晶体硅是良好的半导体材料，它的发现和使用引起了计算机的一场“革命”。

它可以按下列方法制备：

SiO2

Si（粗）

SiHCl3

Si（纯）

下列说法不正确的是（）

A．步骤③中氢气作还原剂

B．硅和二氧化硅都能用作计算机“芯片”

C．步骤①的化学方程式为：

SiO2+2C

Si+2CO↑

D．步骤①②③中发生的反应都属于氧化还原反应

5．下列物质的制备，不符合工业生产实际的是（）

A．电解熔融氯化镁制单质镁

B．用软锰矿和浓盐酸在加热条件下制氯气

C．用二氧化硅在高温下与焦炭反应制得粗硅

D．工业上炼铁时，常用石灰石除去铁矿石中的SiO2

6．下列说法正确的是（）

A．石英玻璃和普通玻璃成分相同

B．工艺师可用盐酸蚀刻玻璃工艺品

C．由石英砂制备单晶硅的过程不涉及氧化还原反应

D．Si可用于信息存储，SiO2可用于光纤通讯

7．下列解释工业生产或应用的化学方程式正确的是（）

A．氯碱工业制氯气：

2NaCl（熔融）

2Na+C12↑

B．利用磁铁矿冶炼铁：

CO+FeO

Fe+CO2

C．工业制小苏打：

NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl

D．工业制粗硅：

C+SiO2

Si+CO2↑

8．下列关于工业生产的说法中,不正确的是（）

A．工业上,用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含杂质的粗硅

B．生产普通水泥的主要原料有石灰石、石英和纯碱

C．工业上将粗铜电解精炼,应将粗铜连接电源的正极

D．在高炉炼铁的反应中,一氧化碳作还原剂

9．5G时代对于信息的传输、储存、处理技术提出了新的要求。

某种三维存储器的半导体衬底材料是单晶硅。

下列化学式中可用于表示单晶硅的是（　　）

A．SiB．H2SiO3

C．Na2SiO3D．SiO2

10．下列说法正确的是（　　）

A．我国自主研发的“龙芯1号”CPU芯片与光导纤维是同种材料

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．粗硅制备单晶硅涉及氧化还原反应

二、综合题

11．硅及其化合物广泛应用于太阳能的利用、光导纤维及硅橡胶的制备等．

纯净的硅是从自然界中的石英矿石（主要成分为SiO2）中提取．高温下制取纯硅有如下反应（方法Ⅰ）：

①SiO2（s）+2C（s）⇌Si（s）+2CO（g）

②Si（s）+2Cl2（g）⇌SiCl4（g）

③SiCl4（g）+2H2（g）→Si（s）+4HCl（g）

完成下列填空：

（1）硅原子核外有______种不同能级的电子，最外层p电子有______种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与______个氧原子直接相连．

（2）单质的还原性：

碳______硅（填写“同于”、“强于”或“弱于”）．从平衡的视角而言，反应①能进行的原因是______．

（3）反应②生成的化合物分子空间构型为；该分子为______分子（填写“极性”或“非极性”）．

（4）某温度下，反应②在容积为V升的密闭容器中进行，达到平衡时Cl2的浓度为amol/L．然后迅速缩小容器容积到0.5V升，t秒后重新达到平衡，Cl2的浓度为bmol/L．则：

a______b（填写“大于”、“等于”或“小于”）．

（5）在t秒内，反应②中反应速率v（SiCl4）=______（用含a、b的代数式表示）．

（6）工业上还可以通过如下反应制取纯硅（方法Ⅱ）：

④Si（粗）+3HCl（g）

SiHCl3（l）+H2（g）+Q（Q＞0）

⑤SiHCl3（g）+H2（g）

Si（纯）+3HCl（g）

提高反应⑤中Si（纯）的产率，可采取的措施有：

______、______．

12．含硅元素的化合物广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成岩石．晶体硅（熔点1410℃）用途广泛，制取与提纯方法有多种．

（1）炼钢开始和结束阶段都可能发生反应：

Si+2FeO

2Fe+SiO2，其目的是________________．

A．得到副产品硅酸盐水泥B．制取SiO2，提升钢的硬度

C．除去生铁中过多的Si杂质D．除过量FeO，防止钢变脆

（2）一种由粗硅制纯硅过程如下：

Si（粗）

SiCl4

SiCl4（纯）

Si（纯），在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，写出该反应的热化学方程式：

________________．

对于钠的卤化物（NaX）和硅的卤化物（SiX4）下列叙述正确的是________________

A．NaX易水解

B．SiX4是共价化合物

C．NaX的熔点一般高于SiX4

D．SiF4晶体是由共价键形成的空间网状结构

（3）粗硅经系列反应可生成硅烷（SiH4），硅烷分解也可以生成高纯硅．硅烷的热稳定性弱于甲烷，所以Si元素的非金属性弱于C元素，用原子结构解释其原因：

________________．

（4）此外，还可以将粗硅转化成三氯氢硅（SiHCl3），通过反应：

SiHCl3（g）+H2（g）⇌Si（s）+3HCl（g）制得高纯硅．不同温度下，SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比（反应初始时，各反应物的物质的量之比）的变化关系如图所示．下列说法正确的是________________（填字母序号）．

a．该反应的平衡常数随温度升高而增大

b．横坐标表示的投料比应该是

c．实际生产中为提高SiHCl3的利用率，可适当降低压强

（5）硅元素最高价氧化物对应的水化物是H2SiO3．室温下，0.1mol/L的硅酸钠溶液和0.1mol/L的碳酸钠溶液，碱性更强的是___________，其原因是________________．已知：

H2SiO3：

Ka1=2.0×10﹣10、Ka2=1.0×10﹣12，H2CO3：

Ka1=4.3×10﹣7Ka2=5.6×10﹣11．

参考答案

1．D

【解析】

【分析】

【详解】

A.CPU半导体芯片用的是晶体硅，光导纤维用的是二氧化硅，两者所用的材料不同，A不正确；

B.水泥和玻璃的主要成分都是硅酸盐，故其均属于硅酸盐材料，但不属于新型硅酸盐材料，B不正确

C.水晶的成分是二氧化硅，陶瓷的主要成分是硅酸盐，C不正确；

D.粗硅制备单晶硅的过程中，先用氯气把硅氧化为四氯化硅，再用氢气把四氯化硅还原为硅，故该过程涉及氧化还原反应，D正确。

故选D。

2．A

【解析】

【详解】

A．因氟单质的氧化性最强，不能利用置换反应生成氟单质，故A选；

B．C与二氧化硅在高温下发生置换反应可以生成硅和CO，故B不选；

C．镁在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和黑色的碳，该反应为置换反应，故C不选；

D．Fe与水蒸气在高温下发生置换反应生成四氧化三铁和氢气，可以通过置换反应制得，故D不选；

故选A。

【点睛】

本题的易错点为D，要注意掌握常见的元素及其化合物的性质。

3．D

【解析】

【详解】

A．高炉炼铁的原料：

铁矿石、焦炭、石灰石；制硅酸盐水泥的原料：

石灰石和黏土；制普通玻璃的原料：

石英砂、石灰石、纯碱，所以高炉炼铁、生产普通硅酸盐水泥和普通玻璃都要用到的原料是石灰石，故A正确；

B．电解饱和食盐水阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，反应的化学方程式为2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑，工业上常以电解饱和食盐水为基础制取氯气，故B正确；

C．制普通玻璃的原料：

石英砂、石灰石、纯碱，油脂在纯碱中可以发生水解生成高级脂肪酸盐，最终可以制得肥皂、食品工业上常用纯碱制作糕点等，纯碱在玻璃、肥皂、食品等工业中都有着广泛的应用，故C正确；

D．焦炭高温还原二氧化硅生成一氧化碳和硅，化学方程式：

SiO2+2C

Si+2CO↑，可制备粗硅，要制得高纯度硅，还需要进行提纯，其化学方程式为：

SiO2+2C

Si+2CO↑、Si+2Cl2

SiCl4、SiCl4+2H2

Si+4HCl，故D错误；

故选D。

【点睛】

本题的易错点为A，要注意常见工业生产的原理的记忆；碳与二氧化硅高温下反应生成粗硅，不是纯硅，需要进一步提纯。

4．B

【解析】

【详解】

A.步骤③，氢气中氢元素化合价升高，氢气作还原剂，故A正确；

B.硅用作计算机“芯片”，二氧化硅不能作计算机“芯片”，故B错误；

C.步骤①是二氧化硅和碳在高温条件下反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式为：

SiO2+2C

Si+2CO↑，故C正确；

D.步骤①②③中，都有元素化合价改变，发生的反应都属于氧化还原反应，故D正确；

选B。

5．B

【解析】

【详解】

实验室制取氯气用二氧化锰和浓盐酸在加热条件反应，工业生成氯气常用电解饱和食盐水，故B符合题意。

综上所述所，答案为B。

【点睛】

电解熔融氧化铝得到铝，不能电解熔融氯化铝，电解熔融氯化镁得到镁，不能电解熔融氧化镁。

6．D

【解析】

【详解】

A.普通玻璃的主要成分是：

二氧化硅、硅酸钠和硅酸钙，石英玻璃的成分主要为二氧化硅（SiO2），所以二者成分不同，A错误；

B.玻璃中含有二氧化硅，二氧化硅能和氢氟酸反应生成四氟化硅，而与盐酸不反应，所以工艺师用氢氟酸刻蚀玻璃制作工艺品，B错误；

C.由石英沙制备单晶硅过程中，硅元素的化合价由+4价变为0价，所以一定涉及氧化还原反应，C错误；

D.硅是半导体材料，可用于信息存储，能用于制作硅芯片，二氧化硅能用于制造光导纤维，D正确；故答案为：

D。

7．C

【解析】

【详解】

A．氯碱工业制氯气是电解饱和食盐水，反应的化学方程式：

2NaCl+2H2O

Cl2↑+H2↑+2NaOH，故A错误；

B．磁铁矿成分为四氧化三铁，反应的化学方程式：

4CO+Fe3O4

3Fe+4CO2，故B错误；

C．工业制小苏打是饱和氯化钠溶液中依次通入氨气、二氧化碳生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，反应的化学方程式：

NH3+CO2+H2O+NaCl═NaHCO3↓+NH4Cl，故C正确；

D．工业制粗硅是焦炭和二氧化硅高温反应生成硅和一氧化碳，反应的化学方程式：

2C+SiO2

Si+2CO↑，故D错误；

故选：

C。

8．B

【解析】

【分析】

【详解】

A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅SiO2+2C

Si+2CO↑，得到含少量杂质的粗硅，故A正确；

B．生产普通水泥的原料是石灰石和黏土，石灰石、石英和纯碱是制备玻璃的主要原料，故B错误；

C．电解法精炼铜时，粗铜做阳极，连接电源正极，发生氧化反应，故C正确；

D．高炉炼铁原理，一氧化碳还原氧化铁生成铁，还原剂为一氧化碳，故D正确。

答案选B。

9．A

【解析】

【详解】

表示单晶硅的是Si，故A正确。

综上所述，答案为A。

【点睛】

硅的主要用途是硅太阳能电池、硅半导体材料，二氧化硅主要用于光导纤维。

10．D

【解析】

【详解】

A．CPU芯片材料为硅，光导纤维材料为SiO2，故A错误；

B．工艺师用氢氟酸刻蚀石英，SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，故B错误；

C．水晶的主要成分为SiO2，不是硅酸盐制品，故C错误；

D．由粗硅制备单晶硅发生Si～SiCl4～Si的反应，它们均是氧化还原反应，故D正确；

答案选D。

11．514弱于因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动非极性小于

mol/（L•s）降低压强升高温度（或及时分离出HCl等）　．

【解析】

【详解】

（1）硅原子电子排布式：

1s22s22p63s23p2，核外有5种不同能级的电子，当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先占据不同轨道，而且自旋方向相同，最外层的p电子有1种自旋方向；SiO2晶体中每个硅原子与4个氧原子形成4个Si−O共价键；故答案为：

5；1；4；

（2）非金属性越强单质的氧化性越强，碳的还原性弱于硅；减少生成物CO的浓度，平衡正向移动；故答案为：

弱于；因为生成物CO为气态，降低CO的浓度，可使平衡正向移动；

（3）四氯化硅是正四面体结构，SiCl4分子结构对称结构，属于非极性分子；故答案为：

正四面体型；非极性；

（4）体积减小，压强增大，平衡正向移动，氯气的物质的量减小，但体积减小更大，浓度增大；故答案为：

小于；

（5）氯气的反应速率

，

；

（6）该反应正向为气体体积增大的反应，降低压强可使平衡正向移动；该反应为吸热反应，升高温度可使反应正向移动；及时分离出HCl，使生成物浓度降低，可使平衡正向移动，故答案为：

降低压强；升高温度（或及时分离出HCl等）。

12．CDSiCl4（g）+2H2（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+0.025akJ/molBCC和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”）Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷ac硅酸钠硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，硅酸钠更易水解

【解析】

【分析】

（1）根据炼钢的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程；在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧元素，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹；

（2）每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，则生成1mol纯硅吸收的热量为

=0.025akJ，据此写出反应热化学方程式；

A．强酸的钠盐不水解；

B．硅的卤化物（SiX4）是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物；

C．离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点；

D．SiF4晶体属于分子晶体；

（3）硅烷的分解温度远低于甲烷的原因为：

C和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”）Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷；

（4）a．因为随着温度的升高，SiHCl3的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大；

b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是

；

c．降低压强平衡向气体系数减小方向移动；

（5）依据盐类水解规律“越弱越水解”解答。

【详解】

（1）炼钢的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程，简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程，这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧（如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧）来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素．化学反应主要是2FeO+Si

2Fe+SiO2、FeO+Mn

Fe+MnO；

在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹，故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂（例如锰铁、硅铁和铝等），以除去钢液中多余的氧：

Mn+FeO

MnO+Fe，Si+2FeO

SiO2+2Fe，2Al+3FeO

Al2O3+3Fe，故答案选CD；

（2）由题意可知：

每生成1.12kg纯硅需吸收akJ热量，即生成

=40mol纯硅吸收的热量为akJ热量，则生成1mol纯硅吸收的热量为

kJ=0.025akJ，所以该反应的热化学方程式：

SiCl4（g）+2H2（g）=Si（s）+4HCl（g）△H=+0.025akJ/mol；

A．钠的强酸盐不水解，NaX（NaF除外）不易水解，故A错误；

B．硅的卤化物（SiX4）是由非金属元素原子间通过共用电子对形成的化合物，是共价化合物，故B正确；

C．钠的卤化物（NaX）为离子化合物属于离子晶体，硅的卤化物（SiX4）为共价化合物属于分子晶体，离子晶体的熔点大于分子晶体的熔点，即NaX的熔点一般高于SiX4，故C正确；

D．SiF4晶体是由分子间作用力结合而成，故D错误；

故答案为BC；

（3）C和Si最外层电子数相同（或“是同主族元素”），C原子半径小于Si（或“C原子电子层数少于Si”）Si元素的非金属性弱于C元素，硅烷的热稳定性弱于甲烷，故硅烷的分解温度远低于甲烷；

（4）a．因为随着温度的升高，SiHCl3的转化率增大，平衡右移，则该反应的平衡常数随温度升高而增大，故a正确；

b．增大一种反应物的浓度，能提高其它反应物的转化率，而本身的转化率反而降低，故横坐标表示的投料比应该是

，故b错误；

c．SiHCl3（g）+H2（g）⇌Si（s）+3HCl（g）正向为气体系数增大的方向，降低压强平衡向气体系数增大方向移动，可以提高SiHCl3的利用率，故c正确；

故答案选a、c；

（5）依据所给数据可知：

硅酸的Ka2小于碳酸的Ka2，依据“越弱越水解”可知硅酸钠更易水解。