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非金属及其化合物第四章第一节无机非金属材料的主角——硅考纲解读考纲要求备考指南真题追踪命题趋势1.了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2．了解碳元素、硅元素的单质及其重要化合物对环境的影响。2018·全国卷Ⅲ28(1)；2017·全国卷Ⅱ13、26，全国卷Ⅲ7；2016·全国卷Ⅱ7，全国卷Ⅲ7；2015·全国卷Ⅰ26，全国卷Ⅱ7、13高考题常以选择题形式考查光导纤维的成分、晶体硅作为半导体的用途以及在新材料中的应用、晶体硅的制备等。当今人们对材料、技术的关注超过了以往任何一个时期，反映新材料、新技术的知识将被移植到考题中来，借以考查考生接收新信息的能力。考点1碳、硅单质及其氧化物栏目导航01夯实考点02考点突破夯实考点11．碳和硅的结构、存在与用途(1)碳、硅的原子结构与存在。【知识梳理】元素碳硅原子结构示意图单质的结构金刚石：___________结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有_________态空间网状化合(2)碳、硅的物理性质和用途。物质石墨金刚石晶体硅外观黑色鳞片状固体无色晶体有金属光泽的灰黑色固体硬度很小自然界中硬度______硬度大导电性导体不能导电________用途用作电极、铅笔芯制作首饰等制作信息技术材料，它是半导体晶体管、硅芯片及太阳能电池等的主要成分最大半导体2．碳和硅的化学性质——还原性完成上面①～⑧的化学方程式：①________________________________；②_____________________________________；③_____________________________________；④____________________________________；⑤______________________________；⑥______________________________；⑦____________________________________________；⑧______________________________________。CO2＋C=====高温2COSiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑C＋H2O(g)=====高温CO＋H22CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑Si＋O2=====高温SiO2Si＋2Cl2=====高温SiCl4Si＋2F2===SiF4(或Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑3．二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构____________结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度_____，熔、沸点_____，常温下为_____体，不溶于水熔、沸点_____，常温下为气体，能溶于水化学性质与水反应不反应与酸反应只与氢氟酸反应：________________________不反应空间立体网状大高固低SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OCO2＋H2OH2CO3物质二氧化硅二氧化碳化学性质与碱(如NaOH)反应_____________________________(盛碱液的试剂瓶用__________塞)CO2少量：__________________________；CO2过量：_______________________与盐反应如与Na2CO3反应：__________________________如与Na2SiO3反应：___________________________(或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2===H2SiO3↓＋2NaHCO3)与碱性氧化物反应如与CaO反应：______________________如与Na2O反应：__________________________用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2OCO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3橡胶或软木SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3SiO2＋CaO=====高温CaSiO3Na2O＋CO2===Na2CO34．硅的工业制法及提纯石英砂――→①焦炭高温粗硅――→②氯气加热SiCl4――→③氢气高温高纯硅完成①～③的化学方程式：①_________________________________；②______________________________；③______________________________。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑Si＋2Cl2=====△SiCl4SiCl4＋2H2=====△Si＋4HCl5．硅及其氧化物的特性物质一般规律特性硅的还原性比碳强SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑非金属单质与强碱反应一般不生成氢气Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si一般非金属单质为绝缘体硅为半导体酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OSiO2“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑注意：①CO2与水反应生成H2CO3，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备硅酸；②虽然SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物。1．判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体()(2)硅在自然界中只能以化合态形式存在()(3)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应()(4)晶体硅熔点高、硬度大，故可用于制作半导体材料()(5)硅、二氧化硅都可用于制造光导纤维()(6)加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应()(7)常温下，SiO2既能与KOH溶液反应又能与稀盐酸反应()(8)非金属性：CSi，则热稳定性：CH4SiH4()【答案】(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×(8)√【思维深化】【答案】B2．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A．2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2=====△SiCl4D．SiCl4＋2H2=====高温Si＋4HCl3．将碳、硅的单质与其物理性质或用途用短线连接起来。【答案】①—c；②—a；③—e；④—b；⑤—d考点突破21．下列对于碳和硅的叙述中，正确的是()A．其氧化物都能与NaOH溶液反应B．其单质在加热时都能跟O2反应C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸D．碳和硅两种元素共有两种单质【答案】B碳、硅的性质与用途★★★★2．(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是________。①浓HNO3②水③浓H2SO4④氢氟酸⑤NaOH溶液⑥氟气⑦氯气(2)下列事实能说明非金属性：CSi的是________。①硬度：金刚石晶体硅②熔沸点：SiO2CO2③酸性：H2CO3H2SiO3④稳定性：CH4SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下，SiO2与Na2CO3反应⑦相同条件下，碱性：Na2SiO3溶液Na2CO3溶液【答案】(1)④⑤⑥⑦(2)③④⑤⑦硅的制备★★★★3．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：SiO2――→①C高温Si(粗)――→②HCl300℃SiHCl3――→③过量H21000～1100℃Si(纯)下列说法正确的是()A．步骤①的化学方程式为SiO2＋C=====高温Si＋CO2↑B．步骤①②③中每生成或消耗1molSi，转移2mol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℃)，可通过蒸馏提纯SiHCl3【答案】D【解析】A项，高温下SiO2与C反应生成Si和CO气体，即步骤①的化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑，错误；B项，步骤①中生成1molSi，转移4mol电子，步骤②中生成1molSiHCl3，消耗1molSi，转移2mol电子，步骤③中生成1molSi，转移2mol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，可通过蒸馏提纯SiHCl3，正确。4．(2019·河北唐山模拟)晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，可用于制芯片和太阳能电池等。以下是工业上制取纯硅的一种方法。请回答下列问题：(1)在上述生产过程中，属于置换反应的有________(填反应代号)。(2)写出反应③的化学方程式：_________________________________________。(3)化合物W的用途很广，通常可用作建筑工业和造纸工业的黏合剂，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，生成化合物W，其化学方程式是__________________________________。(4)A、B、C三种气体在“节能减排”中作为减排目标的一种气体是________(填化学式)；分别通入W溶液中能得到白色沉淀的气体是________(填化学式)。(5)工业上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭与水蒸气反应生成水煤气，再提纯水煤气得到纯净的H2，提纯水煤气得到纯净的H2的化学方程式为_________________________________________________________________。【答案】(1)①②③(2)SiHCl3＋H2=====1357KSi＋3HCl(3)SiO2＋Na2CO3=====1373～1623KNa2SiO3＋CO2↑(4)CO2CO2、HCl(5)CO＋H2O=====1073K催化剂CO2＋H2、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O【解析】反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO2＋2C=====3273KSi＋2CO↑，属于置换反应；反应②是Si＋3HCl=====523～527KSiHCl3＋H2，属于置换反应；反应③是SiHCl3＋H2=====1357KSi＋3HCl，属于置换反应；反应④为特定条件下的反应：CO＋H2O=====1073K催化剂H2＋CO2，不属于置换反应。A、B、C分别为CO、CO2、HCl，其中CO2是温室气体，是节能减排的目标气体，CO2或HCl通入W(硅酸钠)溶液中都能够生成白色沉淀(硅酸)。5．(2018·四川成都开发区实验中学测试)下列关于SiO2和CO2的叙述不正确的是()A．都是共价化合物B．SiO2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨C．都能溶于水且与水反应生成相应的酸D．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应【答案】C二氧化硅和二氧化碳性质及应用★★★★【解析】SiO2和CO2中都只含有共价键，均为共价化合物，A项正确；干冰升华吸热，可用于人工降雨，B项正确；SiO2不溶于水且与水不反应，C项错误；SiO2与强碱溶液反应生成硅酸盐，CO2与强碱溶液反应生成碳酸盐或碳酸氢盐，D项正确。6．下列除杂方法正确的是()A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液然后过滤除去B．CO2中含有CO杂质，可以通过盛有灼热CuO的玻璃管C．