第10讲硅及其化合物无答案.docx
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第10讲硅及其化合物无答案
硅及其化合物
1.硅与氧气加热：
硅与氟气：
2.硅单质与氢氟酸反应：
3.硅与氢氧化钠溶液反应：
离子方程式：
4.二氧化硅与氢氟酸反应：
5.二氧化硅与氧化钙高温反应：
6.二氧化硅与氢氧化钠溶液反应：
离子方程式：
7.二氧化硅与碳反应：
8.硅酸钠与盐酸反应：
离子方程式：
9.往硅酸钠溶液中通入二氧化碳：
离子方程式：
10.二氧化硅与纯碱反应：
11.二氧化硅与石灰石反应：
12.加热硅酸：
1．单质的存在形态、物理性质和用途
碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
物理性质
金刚石：
熔点高、硬度大石墨：
硬度小、电的良导体
灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性
用途
金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯
半导体材料、太阳能电池和合金材料
①与氢氟酸反应：
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；
②与NaOH溶液反应：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；
△
③与O2反应：
Si＋O2=====SiO2。
[认知无盲区]
（1）碳单质的化学性质主要表现为还原性，能被氧化剂氧化为＋2价或＋4价的化合物。
（2）工业上制备硅的反应：
高温①粗硅的制备：
SiO2＋2C=====Si＋2CO↑
△
②由粗硅制纯硅：
Si（粗）＋2Cl2=====SiCl4高温
SiCl4＋2H2=====Si（纯）＋4HCl
（3）用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。
[练习点点清]
1．将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来。
2.已知A是灰黑色1的、有金属光泽的固体单质。
根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。
C
（1）写出B、C两物质的名称：
B
（2）写出D→B的化学方程式：
（3）写出B→C的离子方程式：
1．CO的性质
（1）物理性质：
无色气体，有毒，不溶于水。
（2）化学性质：
①燃烧：
2CO＋O2点燃,2CO2。
△
②还原CuO：
CO＋CuO=====Cu＋CO2。
2．CO2与SiO2的比较
（1）物理性质：
1熔、沸点：
SiO2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高②溶解性：
CO2可溶于水，SiO2不溶于水。
（2）化学性质：
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学性质
①与水反应
不反应
CO2＋H2OH2CO3
②与酸反应
只与氢氟酸反应：
SiO2＋4HF===
SiF4↑＋2H2O
不反应
③与碱（NaOH）液反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3
④与盐反应
如与Na2CO3反应：
SiO2＋高温
Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑
如与Ca（ClO）2反应：
Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
⑤与碱性氧化物反应
如与CaO反应：
SiO2＋高温
CaO=====CaSiO3
如与Na2O反应：
CO2＋Na2O===Na2CO3
（3）主要用途：
CO2：
制饮料、碳酸盐、干冰用作致冷剂。
SiO2：
光导纤维、制光学仪器、电子部件、水晶可制作饰品。
[认知无盲区]
（1）SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。
（2）SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。
（3）SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。
高温
（4）不能依据反应2C＋SiO2=====Si＋2CO↑来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2＋高温
Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑来说明SiO2水化物的酸性比H2CO3强。
[练习点点清]
3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。
1SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（）
高温
2SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑（）
高温
3SiO2＋2C=====Si＋2CO↑（）
高温
4SiO2＋3C=====SiC＋2CO↑（）
5SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（）
A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀
B．强氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E．未参加氧化还原反应
4．玻璃的主要成分是SiO2，以下物质必须贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂瓶中的是。
①KOH溶液②饱和Na2CO3溶液（碱性溶液）③盐酸④水玻璃（Na2SiO3的水溶液）⑤NaOH溶液⑥氢氟酸⑦澄清石灰水⑧硝酸
1．硅酸
（1）溶解性：
溶解度很小。
（2）化学性质——弱酸性：
酸性比碳酸还弱：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。
（3）制备：
可用硅酸钠与盐酸反应制得：
Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。
（4）用途：
硅胶可用作干燥剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。
2．硅酸盐
（1）硅酸盐：
是由Si、O和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。
（2）硅酸钠：
硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
（3）硅酸盐组成的表示：
通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O·SiO2，
长石（KAlSi3O8）可表示为K2O·Al2O3·6SiO2。
3．传统无机非金属材料
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石英、石灰石
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
生产条件
高温
[认知无盲区]
（1）用氧化物的形式表示硅酸盐，只是物质组成的表示形式不同，其成分、性质是不变的。
（2）氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。
（3）硅酸盐用氧化物形式表示时，应注意各元素的化合价不变，各元素的原子个数比不变。
（4）氢氟酸能腐蚀玻璃可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。
（5）未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。
（6）特殊的含硅材料是金刚砂（SiC）、硅橡胶及变压器的铁芯（含Si4%的硅钢）。
[练习点点清]
5．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为（）
A．Na2SiO3B．Na2SiO3与Na2CO3
C．SiO2与Na2CO3D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3
1．牢记2种物质的用途：
①晶体硅：
半导体材料、制芯片、太阳能电池。
②二氧化硅：
制光导纤维。
2．熟记5个化学方程式：
①Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑②Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O④SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
⑤Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
[考点硅及其化合物的特性及应用][动态课件＋flash演示见光盘]
1．盛放NaOH溶液的试剂瓶为什么不用玻璃塞而使用橡胶塞？
原因是NaOH溶液能与磨砂玻璃瓶塞中的SiO2反应生成黏性很强的硅酸钠而使瓶子和瓶塞黏在一起，不易打开。
2．SiO2与水不反应，如何由SiO2制备硅酸？
NaOH溶液盐酸
由SiO2制备硅酸的过程为：
SiO2――→Na2SiO3溶液――→H2SiO33．实验室里熔融NaOH固体时，能否选用瓷坩埚？
为什么？
不能，因为陶瓷中含有SiO2，会与NaOH反应生成溶于水的Na2SiO3。
4．Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气中长期存放？
不能
[考点师说]
硅及其化合物性质的“十大反常”
（1）碳族元素的主要化合价一般是＋2、＋4价，而硅常见的是＋4价。
（2）硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。
（3）非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱溶液反应产生氢气。
（4）非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成（类似于较活泼
金属与酸的置换反应），Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
（5）SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。
（6）非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。
（7）酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
（8）无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。
（9）因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：
Na2SiO3＋CO2高温
＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑也能发生。
（10）Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同；硅酸钠水溶液（即水玻璃）称为泡花碱，但它却是盐溶液（存放的试剂瓶不能用玻璃塞），并不是碱溶液。
[典例]判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
①（2012·新课标全国高考）单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。
（）
2（2012·新课标全国高考）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。
（）
③（2012·山东高考）盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶。
（）④（2012·广东高考）Mg2＋、H＋、SiO23－、SO42－在水溶液中能大量共存。
（）⑤（2012·安徽高考）向含K＋、Na＋、Br－、SiO32－的溶液中通入CO2后仍能大量共存。
（）⑥（2012·天津高考）SiO2与酸、碱均不反应。
（）
⑦（2011·江苏高考）SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。
（）
⑧（2010·山东高考）SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。
（）
⑨（2010·福建高考）Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化。
（）
⑩（2010·江苏高考）水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。
（）
1．（2012·中山联考）下列有关硅及其化合物的说法中正确的是（）
高温
A．在粗硅的制取中发生反应2C＋SiO2=====2CO↑＋Si，硅被还原，说明碳的还原性大于硅的还原性B．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
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
高温
D．由Na2CO3＋SiO2=====CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸
2．（2013·唐山一模）下列物质：
①氢氟酸；②浓H2SO4；③烧碱溶液；④Na2CO3固体；⑤氧化钙；⑥浓HNO3。
其中在一定条件下能与SiO2反应的有（）
A．①②⑥B．②③⑥
C．①③④⑤D．全部
（2009·浙江高考）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。
通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450～500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。
以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
a．四氯化硅遇水极易水解；b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c．有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
－
315
－
熔点/℃
－70.0
－107.2
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162
请回答下列问题：
（1）装置E中的h瓶需要冷却的理由是
（2）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是（填写元素符号）。
［高考源于教材］
有关硅及其化合物的制备，是前几年高考实验题的常规出题点。
随着当今社会对能源需求的不断增多，与新能源有关的多晶硅会再次成为今后命题的热点。
教材只在习题中简单介绍了粗硅及高纯硅制备的反应原理，而高考命题者却把这一知识点迁移到高纯硅制备的工艺流程，制备过程中，往往涉及氯气的制备、气体的净化及物质的分离提纯等操作，有时还会用化学平衡理论解释实验过程中遇到的具体问题，在考查元素化合物的同时，渗透了化学基本理论的考查。
［迁移·发散·整合］
一、高考还可能这样考
在实验流程不变的情况下，高考还有可能从以下出题点设题：
1．用石英砂和焦炭制备粗硅的反应中，焦炭的作用是什么？
提示：
作还原剂。
2．高纯硅的制备过程中必须保证不存在氧气，其原因是什么？
提示：
一是焦炭能与O2发生反应；二是H2还原SiCl4的过程中混入O2，高温下能引起爆炸。
3．三氯甲硅烷（SiHCl3）法制取高纯硅的过程中必须严格控制水蒸气的存在，已知SiHCl3遇水剧烈反应
生成H2SiO3、HCl和另一种物质，你能确定这种物质的化学成分吗？
提示：
SiHCl3与H2O剧烈反应生成H2SiO3和HCl及另一种物质，根据原子守恒可知：
1molSiHCl3
与水反应生成1molH2SiO3（Si守恒），3molHCl（Cl守恒），则H2O的物质的量为3mol（O守恒）。
故另一种物质为H2。
4．粗硅与HCl完全反应后，经冷凝得到的SiHCl3（沸点33℃）中含有少量的SiCl4（沸点57.6℃），提纯SiHCl3采用的方法是什么？
提示：
SiHCl3和SiCl4的沸点不同，可用蒸馏的方法进行分离。
二、相关实验知识归纳三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅（常用方法）
（1）工艺流程：
①焦炭②HCl精馏③H2
石英砂―高―温→粗硅30―0―℃―H―KC―l以→上SiHCl3粗――→SiHCl3纯10―00―℃―～―H―12―10→0℃高纯硅
（2）操作步骤：
①高温下用焦炭在电炉中隔绝空气还原二氧化硅制得粗硅。
②粗硅与干燥的HCl气体在300℃以上反应生成SiHCl3。
③SiHCl3与过量的H2在1000℃～1100℃反应制得纯硅。
（3）反应原理：
高温①SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，②Si＋3HCl30=0=℃=以==上SiHCl3＋H2，
[随堂基础落实]1．下列有关硅及其化合物的说法错误的是（）
A．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料B．二氧化硅属于酸性氧化物，不能与任何酸反应C．硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，硅酸干凝胶常用作干燥剂D．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，可作木材防火剂2．（2013·汕尾联考）下列离子方程式的书写正确的是（）A．水玻璃中通入过量二氧化碳：
Na2SiO3＋CO2＋H2O===2Na＋＋CO23－＋H2SiO3
B．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca（OH）2＋2CO2===Ca2＋2HCO3C．硅与氢氟酸的反应：
Si＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2↑
D．二氧化硅溶于烧碱溶液中：
SiO2＋2OH－===SiO32－＋H2O
3．下列变化中，不能一步实现的是（）
A．Na2SiO3―→H2SiO3B．H2SiO3―→SiO2
C．SiO2―→H2SiO3D．SiO2―→Na2SiO3
4．（2008·广东高考）硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，
生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式；H2还原SiHCl3过程中若混有O2，可能引起的后果是
（2）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。
取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。
写出实
验现象并给予解释
、单项选择题（本题包括6小题，每小题4分，共24分）
1．（2013武汉模拟）宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10公斤重的舱内航天服，该航
天服是由我国科学家近年来研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成的，其主要成分由碳化硅、陶瓷和碳纤维复合而成。
下列相关叙述错误的是（）
A．它耐高温、抗氧化B．它比钢铁轻，但质地较脆
C．它没有固定熔点D．它是一种新型无机非金属材料
2．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，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热
C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有Na2CO3溶液的洗气瓶D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤
3．（2012·梅州松口中学质检）开发新材料是现代科技发展的方向之一。
下列有关材料的说法正确的是（）
①硅是构成一些岩石和许多矿物的基本元素②人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
3高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料⑤氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料⑥C60属于原子晶体，用于制造纳米材料
A．①②⑥B．②③⑥
C．①④⑤D．①③④4．在一定条件下，下列各组物质不能反应的是（）
①CO2＋H2O②SiO2＋H2O③CO＋CO2④CO2＋C⑤CaCO3＋H2CO3⑥CO＋Fe2O3
A．②③B．②③④
博伊尔和乔
C．①②③D．②③⑤⑥5．诺贝尔物理学奖授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德治·史密斯。
光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是（）
A．二氧化硅是H2SiO3的酸酐，因此能与水反应B．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24L气体（标况）时，得到2.8g硅
C．二氧化硅属于传统的无机非金属材料
D．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应6．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
二、双项选择题（本题包括2小题，每小题6分，共12分）
7．（2012·深圳二中质检）将足量CO2通入KOH和Ba（OH）2的混合溶液中，开始和最后阶段的离子反应是（）
A．CO2＋2OH－===CO23－＋H2O
B．CO2＋2OH－＋Ba2＋===BaCO3↓＋H2O
C．BaCO3＋CO2＋H2O===Ba2＋＋2HCO3－
D．CO23－＋CO2＋H2O===2HCO3－
8．（2012·梅州培英中学检测）下列实验方案叙述正确的是（）
A．利用SiO2与水反应制备H2SiO3足量NaOH过滤足量HCl
B．SiO2（含杂质Fe2O3）―――溶―液――→――→滤液――过――滤―→制备H2SiO3
C．同浓度的Na2CO3溶液的碱性比Na2SiO3溶液的强，说明酸性H2CO3>H2SiO3D．将CO2通入Na2SiO3溶液中，根据现象可说明酸性H2CO3>H2SiO3
三、非选择题（本题包括4小题，共64分）
9．（15分）如何除去下列各粉末状混合物中的杂质（括号内物质为杂质），请按下列提供的试剂和操作，
将序号填在下表内。
试剂：
A.盐酸B．烧碱溶液C．氧气D．水E．二氧化碳F．不需要其他试剂操作：
①加热燃烧②加热熔融③高温灼烧④过滤
混合物
试剂
操作
（1）SiO2（CaCO3）
（2）SiO2（Si）
（3）NaCl（SiO2）
（4）SiO2（H2SiO3）
（5）Fe2O3（SiO2）
⑤蒸馏⑥结晶
10．（15分）（2013盐·城模拟）合理地固定和利用CO2能有效地减少空气中的温室气体，产物还能造福人类。
（1）11km深海底的无脊椎动物依靠化学自养菌，以海底热泉喷出液中的H2S和CO2合成（C6H10O5）n和
一种淡黄色固体，该反应的化学方程式为
。
（2）一定条件下用CO2和H2合成二甲醚，反应物气流量对CO2的转化率、二甲醚选择性的影响结果如
图1所示。
控制气流量为28mL·min－1，生成0.3mol二甲醚需通入CO2的物质的量为。
［已知：
6H2（g）＋2CO2（g）=CH3OCH3（g）＋3H2O（g）］
（3）一种“碳捕捉”技术为：
将含CO2的工业尾气通过NaOH溶液，在所得溶液中加CaO，充分反应后过滤，滤渣高温分解得到的高浓度CO2可用于制备甲醇等。
该技术中可以循环使用的物质为
（4）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O（g）转化为CH4和O2。
紫外光照射时，等量的CO2和H2O（g）在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化如图2所示。
在0～30小时内，CH4的平均生成速率v（Ⅰ）、v（Ⅱ）和v（Ⅲ）从大到小的顺序为。
［主
11．（17分）（2012广·州六校联考）白炭黑（SiO2·H2O）广泛用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石要成分为Mg6（Si4O10）（OH）8
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