20202021年高考化学一轮复习讲解硅及其化合物pdf

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《硅及其化合物》【知识梳理】一、硅和二氧化硅1．硅（1）自然界存在形式：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。（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。（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Si＋2F2＝SiF4跟HF反应Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑跟NaOH溶液反应Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑高温跟O2反应Si＋O2SiO2跟Cl2反应Si＋2Cl2SiCl4（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温馨提示：①硅主要用于半导体材料（如集成电路的芯片），另外还用于制作特种纲及合金。②非金属单质一般为非导体（如硫），但Si却为半导体。③C、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。④非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应。2．二氧化硅（SiO2）（1）SiO2的空间结构：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，在SiO2晶体中原子个数比为1∶2，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。（2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。高温高温高温高温高温（3）化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），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SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O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——光导纤维。温馨提示：二氧化碳和二氧化硅的比较高温高温高温例题1、下列说法正确的是。①因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记②下列转化在一定条件下能够实现：SiO2――→HClaqSiCl4――→H2高温Si③石英砂可用于生产单晶硅④用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅⑤Si和SiO2都可用于制造光导纤维⑥SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物⑦向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+⑧SiC与SiO2的熔点均与所含化学键的键能有关⑨碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳和硅的多种单质存在⑩在粗硅的制取中发生2C＋SiO2=====高温2CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性⑪二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中⑫用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙二、硅酸与硅酸盐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SiO2，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“水玻璃”，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石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英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。温馨提示：①“水玻璃非玻璃，名碱却是盐”是Na2SiO3的写照，该物质的水溶液俗名为“水玻璃”，但它与玻璃却大相径庭；Na2SiO3因水显强碱性，俗名“泡花碱”，但它却不是碱，而是盐。②复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物，因此可以改写为aMxOy·bSiO2·cH2O的方式（具体顺序是：碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水），如硅酸钙：3CaO·SiO2、铝酸三钙：3CaO·Al2O3；高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O。例题2、下列说法正确的是。①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②高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维③玻璃瓶不能盛放氢氟酸④SiO2与水反应可制取硅酸⑤CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀⑥水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品⑦玻璃是一种纯净物⑧陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料⑨水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质⑩烧碱溶液存放在带橡胶塞的玻璃瓶中【课时练习】1．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键的个数之比为1∶22．下列物质的用途不正确的是（）高温高温A．单质硅用来制作芯片B．水晶玛瑙制作工艺品和饰品C．硅酸钠用作防火材料D．二氧化硅制作太阳能电池3．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()A．SiO2属于两性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示的转化都是氧化还原反应4．下列说法正确的是A．因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记B．下列转化在一定条件下能够实现：SiO2SiCl4SiC．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D．Si和SiO2都用于制造光导纤维5．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料,对硅的纯度要求很高。制得高纯度硅的化学方程式为：①SiO2+2CSi+2CO②Si+3HClSiHCl3+H2③SiHCl3+H2Si+3HCl，则有关反应分类说法正确的是A．①②③均属于氧化还原反应B．只有①属于置换反应C．只有①属于氧化还原反应D．③属于复分解反应6．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7．下列各项操作中，不发生先沉淀后溶解现象的是（）①向Na2CO3饱和溶液中通入过量的CO2②向Na2SiO3溶液中逐滴加入过量稀硫酸③向石灰水中通入过量的CO2气体④向NaAlO2溶液中通入过量CO2A．①②③④B．①②C．①②④D．①②③8．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+4NH4Cl   Δ    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SiO29．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”。这种材料可以按下列方法制备：SiO2Si(粗)SiHCl3Si(纯)，下列说法正确的是()A．步骤①的化学方程式为SiO2＋CSi＋CO2↑B．步骤①、②、③中每生成或反应1molSi，转移4mol电子C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D．SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6℃)，通过蒸馏(或分馏)可提纯SiHCl310．下列有关硅及硅酸盐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①Na2SiO3+H2O+CO2═Na2CO3+H2SiO3↓，反应②Na2CO3+SiO2高温Na2SiO3+CO2↑，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Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO211．青石棉(cricidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法中正确的是()A．青石棉是一种易燃品，且易溶于水B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OC．1molNa2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗8.5L2mol/LHNO3溶液D．Na2Fe5Si8O22(OH)2不能和氢氟酸作用12．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可轻易制备出超高强度和超高耐久性能的高性能混凝土。关于二氧化硅下列说法中正确的是（）A．二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物B．二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C．由CaCO3+SiO2高温CaSiO3+CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸强D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸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HCl气体反应制得SiHCl3：Si+3HCl=SiHCl3+H2③SiHCl3与过量H2在1100℃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①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SiHCl3采用的方法为_____。(3)用SiHCl3与过量H2反