高考化学一轮复习考点过关非金属元素及其化合物专题4硅及其化合物.docx

1、高考化学一轮复习考点过关非金属元素及其化合物专题4硅及其化合物专题4 硅及其化合物【复习目标】1.了解Si和SiO2的主要性质，了解CO2和SiO2物理性质差异的主要原因。2.了解硅酸及常见硅酸盐的性质。3.了解硅酸盐工业及新型无机非金属材料的性质与应用。【考点过关】1.硅和二氧化硅（1）硅自然界存在硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在。主要单质有晶体硅和无定性硅两大类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化学性质常温跟F2反应：Si2F2SiF4常温跟HF反应：Si4HFSiF42H2常温跟NaOH溶液反应：S

2、i2NaOHH2ONa2SiO32H2高温跟O2反应：SiO2SiO2高温跟Cl2反应：Si2Cl2SiCl4与碳比较C、Si同属IVA族，还原性是Si大于C，而C却能将Si从SiO2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工业制法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： SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl用途晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池（2）二氧化硅空间结构SiO2晶体是立体网状结构。在SiO2晶体里，每个Si周围结合四个O，同时每个O与两个Si相结合，

3、在SiO2晶体中原子个数比为12，因此用“SiO2”这个式子表示二氧化硅晶体的组成。SiO2直接由原子构成不存在单个SiO2分子物理性质二氧化硅熔点高，硬度大，不溶于水化学性质与强碱反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（SiO2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：SiO24HFSiF4+2H2O（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：SiO2CaOCaSiO3与某些盐类反应：SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2 SiO2+

4、Na2CO3Na2SiO3+CO2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光导纤维（3）二氧化碳和二氧化硅的比较【巩固演练】下列说法正确的是 。因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4Si石英砂可用于生产单晶硅用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅Si和SiO2都可用于制造光导纤维SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物向Na2SiO3溶液中

5、滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3+2H+=H2SiO3+2Na+SiC与SiO2的熔点均与所含化学键的键能有关碳和硅均为A族元素，自然界中有碳和硅的多种单质存在在粗硅的制取中发生2CSiO22COSi，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙解析：氟化氢和二氧化硅反应生成四氟化硅和水，可以刻蚀玻璃，正确；四氯化硅被氢气还原可以制备单质硅，但SiO2与盐酸不反应，错误；石英砂主要成分为SiO2，可用碳还原得到粗硅，经提纯得单晶硅，正确；一个碱性氧化物，一个是酸性氧化物，所以可先用氢氧化钠溶液溶解，

6、过滤，得氧化铁固体和硅酸钠溶液，往硅酸钠溶液中加入盐酸，过滤，将所得沉淀加热即可得到二氧化硅，错误；Si可用于制造半导体，SiO2用于制造光导纤维，错误；SiO2和氢氟酸反应，没有生成盐和水，不是两性氧化物，错误；向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式为SiO32+2H+=H2SiO3，错误；SiC和SiO2都是原子晶体，熔化断裂的是共价键，与化学键有关，正确；因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，错误；依据元素周期律可知，硅的还原性大于碳，反应能发生是因为产物中有CO气体生成，使平衡向右移动，错误；二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧

7、化物，都能与NaOH溶液反应生成盐和水，错误；盐酸与SiO2不反应，与CaCO3反应，正确。答案：2. 硅酸与硅酸盐（1）硅酸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化学性质H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3SiO2H2O硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O制法不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3或Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3（此方程式证明酸性：H2

8、SiO3H2CO3）（2）硅酸盐定义硅酸盐是由硅、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书写方法盐化学式法,如硅酸钠Na2SiO3、硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐氧化物法：氧化物的顺序为活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；氧化物前系数配置原则是除氧元素外,其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数；硅酸盐用氧化物的形式表示时,遵循各元素化合价不变的原则。如:高岭土Al2O32SiO22H2O、石棉CaO3MgO4SiO2。硅酸钠硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶

9、塞。能与酸性较强的酸反应：Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O H2SiO3+ Na2CO3硅酸盐材料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；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【巩固演练】下列说法正确的是。硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维玻璃瓶不能盛放氢氟酸SiO2与水反应可制取硅酸CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品玻璃是一种纯净物陶

10、瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中解析：硅在地壳中的含量为与氧元素之后居第二位，错误；光导纤维的成分是SiO2，错误；普通玻璃是硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）和二氧化硅（SiO2）等熔合而得到的物质，氢氟酸遇二氧化硅易发生如下反应：SiO24HFSiF42H2O，故玻璃瓶不能盛放氢氟酸，氢氟酸通常盛放在塑料瓶中，正确；SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接与水反应制取硅酸，错误；H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，CO2通入水玻璃发生的反应为：Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3，正

11、确；水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不是硅酸盐，错误；玻璃的成分主要是SiO2和硅酸盐，它是混合物，无固定的熔、沸点，错误；玻璃、水泥都用石灰石作原料，而陶瓷主要原料为黏土，错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳反应，错误；盛放烧碱溶液的试剂瓶若使用玻璃塞封口，玻璃塞中的SiO2跟碱液反应生成Na2SiO3，而使瓶口和瓶塞黏结在一起，正确。答案：【过关演练】1. (2016届石家庄质检)下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是()A.过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”B.一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合C.金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大D.石墨转

12、变为金刚石的反应属于氧化还原反应2. (2016届广州模拟)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Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂D.硅能与氢氟酸反应，则硅可以与盐酸反应3. (2016届樟树一模)由下列实验事实得出的结论正确的是()A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B.由SiO22CSi2CO，可知碳的非金属性大于硅C.CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3H2SiO3D.SiO2可

13、与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物4. (2016届新疆伊犁质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O34SiO2H2O，下列观点不正确的是()A.寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触B.寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物C.潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质D.久置于干燥空气中可能会导致寿山石作品脱水变质5. 高纯度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：SiO2Si(粗) SiHCl3Si(纯)，下列说法正确的是()A步骤的化学方程式为SiO2CSiCO2B步骤中生成

14、或消耗1 mol Si，转移2 mol电子C二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应DSiHCl3(沸点33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点67.6 )，可通过蒸馏提纯SiHCl36. (2017届九江模拟)蛇纹石由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成。现取一份蛇纹石试样进行实验，首先将其溶于过量的盐酸，过滤后，在所得的沉淀X和溶液Y中分别加入NaOH溶液至过量。下列叙述不正确的是()A沉淀X的成分是SiO2B将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液后过滤，可得到红色颜料Fe2O3C在溶液Y中加入过量的NaOH溶液，过滤得到的沉淀的主要成分是Fe(OH)3和Mg(OH)2D溶液Y

15、中的阳离子主要是Mg2、Al3、Fe3、H7. (2017届安徽合肥高三质检)硅及其化合物是带来人类文明的重要物质。下列说法正确的是()A陶瓷、水晶、水泥、玻璃都属于硅酸盐B水玻璃是纯净物，可用于生产黏合剂和防火剂C某硅酸盐的化学式为KAlSi3O8，可用K2OAl2O36SiO2表示D高纯硅可用于制造光导纤维，高纯二氧化硅可用于制造太阳能电池8. (2017届鄂豫晋冀陕五省联考)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COPdCl2H2O=CO22HClPd(产生黑色金属钯粉末，使溶液变浑浊)。(1)实验时要通

16、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)资料表明，上述反应在焦炭过量时会生成副产物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反应后收集到标准状况下的气体13.44 L，假定气体产物只有CO，固体产物只有Si和SiC，则Si和SiC的物质的量之比为 。(6)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强： 。9. (2016届昌平区二模)综合利用CO2、CO对构建低碳社会有重要意义。(1)Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2。如

17、果寻找吸收CO2的其他物质，下列建议合理的是_ (填字母)。A.可在碱性氧化物中寻找B.可在A、A族元素形成的氧化物中寻找C.可在具有强氧化性的物质中寻找(2)Li4SiO4可用于吸收、释放CO2，原理是在500 ，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3；平衡后加热至700 ，反应逆向进行，放出CO2，Li4SiO4再生，写出CO2与Li4SiO4反应的化学方程式：_；该反应为_(填“吸”或“放”)热反应，原因是_。(3)CO和铁粉在一定条件下可以合成五羰基合铁，该物质可用作无铅汽油的防爆剂，是一种浅黄色液体，熔点20.5 ，沸点103 ，易溶于苯等有机溶剂，不溶于水，密度1.461.5

18、2 gcm3，有毒，光照时生成Fe2(CO)9，60 发生自燃，五羰基合铁的制备原理如下： Fe(s)5CO(g) Fe(CO)5(g)下列说法正确的是_(填字母)。A.利用上述反应原理可制备高纯铁B.制备Fe(CO)5应在隔绝空气的条件下进行C.反应Fe(s)5CO(g) Fe(CO)5(g)的平衡常数表达式为D.Fe(CO)5应密封、阴凉、避光并加少量蒸馏水液封贮存五羰基合铁能与氢氧化钠溶液反应生成Na2Fe(CO)4和另两种常见无机物，该反应的化学方程式为_。(4)如图所示，利用缺铁氧化物(如Fe0.9O)可实现CO2的综合利用、构建低碳环保社会。过程反应中二氧化碳做_(填“氧化”或“还

19、原”)剂，每生成3 mol的Fe3O4可转化CO2的体积为_(标准状况)。请说明该转化的优点_。10. (2016届渭南二模)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1 100 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SiHCl

20、3采用的方法为_。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(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_，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是_(填字母)。a.碘水 b.氯水c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液11. (2016届衡阳联考)硅是带来人类文明的重要元素之一，在传统材料发展到信息材料的过程中创造了一个又一个奇迹。(1)新型

21、陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法，在H2的作用下，使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面，该反应的化学方程式为_。(2)一种用工业硅(含少量铁、铜的单质及化合物)和氮气(含少量氧气)合成氮化硅的工艺主要流程如下：已知硅的熔点是1 420 ，高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。N2净化时，铜屑的作用是：_；硅胶的作用是_。在氮化炉中反应为3Si(s)2N2(g)=Si3N4(s)H727.5 kJ/mol，开始时须严格控制氮气的流速以控制温度的原因是_。X可能是_(选填“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氢氟酸”)。(3)工业上可以通过如下图所示

22、的流程制取纯硅：整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应，该反应的化学方程式为_。假设每一轮次制备1 mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应中HCl的利用率为90%，反应中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中，补充投入HCl和H2的物质的量之比是_。参考答案1. 解析：A项，二氧化碳是一种温室气体；B项，一氧化碳有毒，容易与血红蛋白结合；C项，金刚石是空间立体网状结构，硬度大熔点高，石墨是层状结构，每一层是平面网状结构，质软，可导电，物理性质差别较大；D项，二者的转化属于化学反应，但反应中没有元素化合价的改变，不属于氧化还原反应。答案：D2.解析：由粗硅制备

23、单晶硅的过程一般为SiSiCl4SiHCl，都是氧化还原反应，B项错误；Si与烧碱溶液反应时，H2O是氧化剂，C项错误；硅不能与盐酸反应，D项错误。答案：A3. 解析：二氧化硅难溶于水，硅酸分解生成二氧化硅，二氧化硅是硅酸的酸酐，故A错误；该反应中C的还原性大于Si的还原性，无法比较C、Si的非金属性，非金属性应根据氢化物稳定性、最高价含氧酸的酸性、单质氧化性等比较，故B错误；碳酸酸性大于硅酸，可以强酸制备弱酸，CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3H2SiO3，故C正确；两性氧化物是指和酸、碱反应生成盐和水的氧化物，二氧化硅和氢氟酸反应是因其特殊性，不能和其他酸发生反应

24、，二氧化硅和碱溶液反应生成盐和水，是酸性氧化物，故D错误。答案：C4.解析：根据寿山石的主要成分，可知其能与酸或碱发生反应，A正确；寿山石中含有不同形态的Al2O3，造成其色彩丰富，B正确；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反应，在潮湿的空气中不会溶解变质，C项错误；久置于干燥空气中，会失去其中的结晶水变质，D正确。答案：C5. 解析：A项，高温下SiO2与C反应生成Si和CO气体，即步骤的化学方程式为SiO22CSi2CO，错误；B项，步骤中生成1 mol Si，转移4 mol电子，步骤中生成1 mol SiHCl3，消耗1 mol Si，转移2 mol电子，步骤中生成1 mo

25、l Si，转移2 mol电子，错误；C项，硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，错误；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可以采用蒸馏的方法分离，正确。答案：D6.解析：向蛇纹石试样中加入过量的盐酸，其中的MgO、Al2O3、Fe2O3溶解形成含Mg2、Al3、Fe3和H的溶液Y，而SiO2不溶解形成沉淀X，溶液Y中加入过量NaOH溶液，将得到Fe(OH)3和Mg(OH)2沉淀，A、C、D正确；将蛇纹石试样直接溶于过量的NaOH溶液，其中的Al2O3和SiO2溶解形成AlO和SiO，而MgO和Fe2O3不溶解形成沉淀，B错误。答案：B7.解析：水晶的主要成分为SiO2，其不属于硅酸盐，

26、A项错误；水玻璃是Na2SiO3的水溶液，属于混合物，B项错误；用于制造光导纤维的是二氧化硅，用于制造太阳能电池的是高纯硅，D项错误。答案：C8. 解析：(1)碳与二氧化硅反应的要在高温下进行，而高温下碳与空气中氧气反应，所以实验时要通入足够长时间的N2将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知，B装置的作用是作安全瓶，防止倒吸。(3)根据质量守恒，碳与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，所以C装置是用来检验有没有二氧化碳生成，D装置是用来检验一氧化碳，所以装置C、D中所盛放试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液；若装置C、D中溶液均变浑浊，说明既有二氧化碳又有一氧化碳，由于检测到两气

27、体产物的物质的量相等，根据质量守恒可写出化学方程式为3SiO24C2CO22CO3Si。(4)一氧化碳有毒，不能排放到空气中，而该装置没有吸收CO的尾气处理装置。(5)18 g SiO2的物质的量为0.3 mol,8.4 g焦炭的物质的量为0.7 mol，充分反应后收集到标准状况下13.44 L CO的物质的量为0.6 mol，则参与形成SiC的碳的物质的量为0.1 mol，若固体产物只有Si和SiC，则有：SiO22C2COSi0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol则剩余C的物质的量为n(C)0.7 mol0.6 mol0.1 mol，SiCSiC0.1 mol 0.

28、1 mol 0.1 mol故得到Si和SiC的物质的量之比为(0.3 mol0.1 mol)0.1 mol21。(6)验证碳酸、硅酸的酸性强弱可利用强酸制弱酸的原理，产生的CO2气体先通过饱和的碳酸氢钠溶液除去混有的杂质气体，然后再通入硅酸钠溶液，若产生白色沉淀，说明酸性H2CO3H2SiO3。答案：(1)要用氮气将装置中的空气排尽，避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO24C2CO22CO3Si(4)没有尾气处理装置将CO吸收(5)21(6)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体，溶液变浑浊，证明碳酸酸性大于硅酸9. 解析：(1

29、)A项，Li2O、Na2O、MgO均属于碱性氧化物，均能吸收酸性氧化物CO2，可在碱性氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故A正确；B项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，钠、镁为A、A族元素，所以可在A、A族元素形成的氧化物中寻找吸收CO2的其他物质，故B正确；C项，Li2O、Na2O、MgO均能吸收CO2，但它们都没有强氧化性，且吸收二氧化碳与氧化还原反应无关，故C错误。(2)在500 ，CO2与Li4SiO4接触后生成Li2CO3，反应物为CO2与Li4SiO4，生成物有Li2CO3，根据质量守恒可知产物还有Li2SiO3，所以化学方程式：CO2Li4SiO4Li2CO3Li2SiO3；由于升高温度平衡左移，故正反应为放热反应。(3)利用五羰基合铁的生成和分解，可制得适用于做磁铁心和催化剂