重点归纳全案届高三化学一轮复习 无机非金属材料的主角 硅考点全归纳.docx

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重点归纳全案届高三化学一轮复习无机非金属材料的主角硅考点全归纳

无机非金属材料的主角——硅

[考纲要求]　1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。

考点一　碳、硅单质的存在与性质

1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途

（1）自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。

碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

（2）单质的结构、物理性质与用途比较

碳

硅

结构

金刚石：

空间网状结构

石墨：

层状结构

晶体硅：

与金刚石类似的空间网状结构

物理性质

金刚石熔点高、硬度大

石墨熔点高、质软，有滑腻感

晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高

用途

金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯

晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池

2.碳、硅单质的化学性质

碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。

（2）Si

深度思考

1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？

为什么？

答案　没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。

2．硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。

答案　粗硅的制取：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑

由粗硅制取纯硅（常用方法）：

Si（粗）＋2Cl2

SiCl4

SiCl4＋2H2

Si（纯）＋4HCl

题组一　新材料、新技术下C、Si的考查

1．下列关于硅的说法中，不正确的是（　　）

A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应

D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

答案　C

解析　硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。

2．石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确

的是（　　）

A．石墨烯可导电，说明它是电解质

B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳

的单质

C．由于C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH＝＋1.9kJ·mol－1知金刚石比石墨烯稳定

D．尽量使用含

C的产品，减少使用含

C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨

答案　B

解析　“石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单质，它既不是电解质，也不是非电解质，A项错；石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质，它们互为同素异形体，B项正确；C项中由于石墨转化为金刚石的ΔH>0，是吸热过程，即石墨的能量较金刚石低，因而石墨烯稳定，C项错；

C和

C都是碳元素，故D项错。

题组二　工业制取高纯硅

3．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：

ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

Si＋3HCl

SiHCl3＋H2

ⅲ.SiHCl3与过量H2在1000～1100℃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ⅰ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反应制备纯硅的装置如下（热源及夹持装置略去）：

①装置B中的试剂是________________________________________________。

装置C中的烧瓶需要加热，其目的是__________________________________。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是__________________________，

装置D不能采用普通玻璃管的原因是___________________________________，

装置D中发生反应的化学方程式为_____________________________________。

③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___

_______________。

④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（填写字母代号）是______________。

a．碘水　b．氯水　c．NaOH溶液　d．KSCN溶液

e．Na2SO3溶液

答案　

（1）SiO2＋2C

Si＋2CO↑

（2）分馏（或蒸馏）

（3）①浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3气化

②有固体物质生成　在反应温度下，普通玻璃会软化

SiHCl3＋H2

Si＋3HCl

③排尽装置中的空气　④bd

解析　

（1）根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C

Si＋2CO↑。

（2）因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。

（3）①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其

目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。

②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1000～1100℃，此温度下普通玻璃容易软化。

③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。

④铁与盐酸反应产生Fe2＋，其检验方法常常采用先将Fe2＋氧化为Fe3＋然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。

考点二　碳、硅的氧化物

1．一氧化碳

（1）物理性质：

无色气体，有毒，难溶于水。

（2）化学性质

①燃烧：

2CO＋O2

2CO2，淡蓝色火焰；

②还原CuO：

CuO＋CO

Cu＋CO2（冶炼金属）。

2．二氧化碳和二氧化硅的比较

物质

二氧化硅

二氧化碳

结构

空间立体网状结构，不存在单个分子

存在单个CO2分子

主要物理性质

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水

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与碱反应

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（盛碱液的试剂瓶用橡胶塞）

CO2少量：

CO2＋2NaOH

===Na2CO3＋H2O、

CO2过量：

CO2＋NaOH

===NaHCO3

④与盐反应

如与Na2CO3反应：

SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑

如与Na2SiO3反应：

Na2SiO3＋H2O＋CO2（不足）===H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2H2O＋2CO2（足量）===H2SiO3↓＋2NaHCO3

⑤与碱性氧化物反应

如与CaO反应：

SiO2＋CaO

CaSiO3

如与Na2O反应：

Na2O＋CO2

===Na2CO3

用途

光导纤维、光学仪器、电子部件

制饮料、制碳酸盐

深度思考

1．除去下列气体中混有的杂质（括号内为杂质）可采取的方法：

（1）CO（CO2）：

____________________________

___________________________。

（2）CO2（CO）：

_______________________________________________________。

（3）CO2（O2）：

________________________________________________________。

（4）CO2（SO2）：

_______________________________________________________。

（5）CO2（HCl）：

_______________________________________________________。

（6）CO2（H2S）：

________________________________________________________。

答案　

（1）通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶　

（2）通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管　（3）通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　（4）通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液　（5）通过饱和NaHCO3溶液　（6）通过CuSO4溶液

2．如何用所提供的试剂和方法除去各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质）。

将所选答案的编号填入下表内相应的空格内（如果不需要外加试剂，则对应答案栏可空着）。

可供选择的试剂：

A.盐酸　B．氢氧化钠溶液　C．氧气

D．水　E．二氧化碳

可选用的操作：

①水洗；②加热；③高温灼烧；④过滤；⑤结晶。

粉末状混合物

选择的试剂

选用的操作

（1）

CaCO3（SiO2）

（2）

NaCl（SiO2）

（3）

SiO2（Fe2O3）

（4）

SiO2（CaCO3）

（5）

SiO2（H2SiO3）

（6）

SiO2（NH4Cl）

答案　

（1）B　④　

（2）D　④⑤　（3）A　④　（4）A　④　（5）③　（6）②

解析　可根据二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物；它可跟强碱反应，不跟酸（氢氟酸除外）反应；它受热不分解等性质。

而三氧化二铁、碳酸钙

跟盐酸反应；硅酸、氯化铵能受热分解。

通过一定操作，除去杂质。

除杂过程中所发生反应的化学方程式如下：

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

（2）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O

（3）CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O

（4）H2SiO3

SiO2＋H2O

（5）NH4Cl

NH3↑＋HCl↑

题组一　二氧化硅的结构与性质

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器（　　）

（2013·江苏，3A）

（2）SiO2是酸性氧化物，

能与NaOH溶液反应（　　）

（2013·山东理综，13A）

（3）二氧化硅是生产光纤制品的基本原料（　　）

（2013·江苏，4A）

（4）二氧化硅的分子式是SiO2（　　）

（2013·上海，2B）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×

2．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。

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（　　）

（2）SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑（　　）

（3）SiO2＋2C

Si＋2CO↑（　　）

（4）SiO2＋3C

SiC＋2CO↑（　　）

（5）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（　　）

A．作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀

B．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

答案　

（1）C　

（2）D　（3）B　（4）E　（5）A

解析　本题较全面考查SiO2的性质，将所给选项结合实际一一对应查找，A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸（HF）参与反应；B中氧化性是指反应中SiO2中Si得电子，化合价降低；D中挥发性酸酐，应为CO2而不是CO；C中表现酸性氧化物通性是指SiO2与碱的反应。

题组二　二氧化碳与弱酸盐溶液反应的规律

3．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是（　　）

选项

操作及现象

溶液

A

通入CO2，溶液变浑浊，再升温至65℃以上，溶液变澄清

C6H5ONa溶液

B

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失

Na2SiO3溶液

C

通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去

Ca（ClO）2溶液

D

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量

NaOH溶液，又变浑浊

Ca（OH）2溶液

答案　B

解析　A项，

，升温至65℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca（ClO）2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色；D项，首先CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca（HCO3）2，再加入足量的NaOH，则：

2NaOH＋Ca（HCO3）2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。

4．下列实验过程中，始终无明显现象的是（　　）

A．NH3通入FeSO4溶液中

B．CO2通入CaCl2溶液中

C．AlCl3溶液中滴入NaHCO3溶液

D．向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2

答案　B

熟记可用CO2制取的弱酸

碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、

、NaAlO2盐溶液中，均能发生反应而生成相

应的弱酸和碳酸（氢）盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。

如：

CO2—

CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓

（或CO2＋Na2SiO3＋2H

2O===H4SiO4↓＋Na2CO3）

CO2＋Ca（ClO）2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO

CO2＋

＋H2O―→

＋NaHCO3

CO2（过量）＋NaAlO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3

CO2（少量）＋2NaAlO2＋3H2O===2Al（OH）3↓＋Na2CO3

易错警示　CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。

题组三　CO2与碱溶液反应产物的定量判断

5．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c（CO

）与c（HCO

）的比值为（不考虑CO

、HCO

的水解）（　　）

A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．1∶3

答案　B

解析　n（CO2）＝

＝0.150mol

n（NaOH）＝0.200L×1.00mol·L－1＝0.200mol

＝

＝

即1<

<2，反应产物为Na2CO3、NaHCO3，设其物质的量分别为x、y，则

　解得

，所以

＝

。

6．向含有0.2molNaOH和0.1molBa（OH）2的溶液中持续稳定地通入CO2气体，当通入气体为8.96L（0℃，1.01×105Pa）时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2气体的体积关系图像正确的是（气体的溶解和离子的水解忽略不计）（　　）

答案　C

解析　本题涉及的化学反应方程式：

Ba（OH）2＋CO2===BaC

O3↓＋H2O①

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②

BaCO3＋CO2＋H2O===Ba（HCO3）2③

Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3④

当未通入CO2气体时，溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molOH－；当通入2.24LCO2气体时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molOH－；当通入4.48LCO2时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molCO

；当通入6.72LCO2时，发生反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.2molHCO

；当通入8.96LCO2时，发生反应③，此时溶液中离子的物质的量为0.2molNa＋、0.1molBa2＋、0.4molHCO

。

对比图像可知选项C正确。

1．反应顺序的判断

当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：

先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。

如将CO2通入KOH、Ba（OH）2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba（OH）2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba（OH）2反应。

2．CO2与碱反应产物的定量判断

CO2通入NaOH、Ca（OH）2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。

以CO2与NaOH溶液反应为例：

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O

CO2＋NaOH===NaHCO3

当n（OH－）∶n（CO2）的值不同时产物如下：

考点三　硅酸及硅酸盐

1．硅酸

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸不能（填“能”或“不能”）使紫色石蕊试液变红色。

（1）硅酸不稳定，受热易分解：

H2SiO3

SiO2＋H2O。

（

2）硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。

（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。

硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

2．硅酸盐

（1）概念：

由硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。

（2）表示方法：

硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成Na2O·SiO2，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。

（3）硅酸钠（Na2SiO3）

①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。

②它能与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为

与盐酸反应：

N

a2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

与CO2水溶液反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

③用途：

黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。

3．无机非金属材料

（1）传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

常见硅酸盐材料

水泥

玻璃

陶瓷

生产原料

石灰石、黏土

纯碱、石灰石、石英

黏土

主要设备

水泥回转窑

玻璃熔窑

陶瓷窑

（2）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。

题组一　无机非金属材料的组成和性质

1．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：

“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。

”下列有关玻璃的说法不正确的是（　　）

A．制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土

B．玻璃在加热熔化时没有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

答案　A

解析　制普通玻璃的原料主要有石灰石、纯碱

和石英，A项不正确；普通玻璃是混合物，没有固定的熔点，B正确。

2．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22（OH）2。

青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是（　　）

A．青石棉是一种硅酸盐材料

B．青石棉中含有一定量的石英晶体

C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O

D．1mol青石棉能使1molHNO3被还原

答案　B

解析　硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1molNa2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3mol电子，故能使1molHNO3被还原。

3．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（　　）

A．氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料

B．C60属于原子晶体，用于制造纳米材料

C．纤维素乙酸酯属于天然高分子材料

D．单晶硅常用于制造光导纤维

答案　A

解析　C60是分子晶体，不是原子晶体，B项不正确；纤维素乙酸酯是人工合成的，不是天然高分子材料，C项错误；制造光导纤维的材料是SiO2而不是Si，D项不正确；答案选A。

（1）不要混淆二氧化硅和硅的用途

用于制作光导纤维的是SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。

（2）水晶、石英、玛瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；钻石是金刚石；宝石的主要成分是Al2O3。

题组二　碳、硅及其化合物的综合推断

4．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素（用R表示）的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气。

请回答下列问题：

（1）写出各物质的化学式：

A__________；B__________；C__________；D__________；E__________。

（2）写出反应①的化学方程式：

__________________________________________，

该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

（3）写出反应④的离子方程式：

_________________________________________。

（4）写出反应⑤的离子方程式：

__________________________________________。

（5）H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：

_____________________________________________________________________。

答案　

（1）SiO2　CaSiO3　Na2SiO3　Si　H2SiO3

（2）SiO2＋2C

Si＋2CO↑　1∶2

（3）Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑

（4）SiO

＋Ca2＋===CaSiO3↓

（5）SiO

＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO

解析　解答本题的“突破口

（1）”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐（Na2RO3）和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。

“突破口

（2）”是反应条件“高温”，A在高温