第4章第1节无机非金属材料的主角-硅（完整版）4

第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角——硅命题热点1.以新材料、新技术为背景考查碳、硅及其重要化合物的主要性质及用途.2.以实验探究、框图及硅的制取考查实验操作。。教材回扣夯实双基一、碳、硅C、Si单质的主要性质及用途比较如下:碳硅存在形态化合态和游离态化合态与氧气反应氧气不足生成_____，氧气足量生成______反应生成________COCO2SiO2碳硅与氧化物反应能够还原Fe2O3、SiO2，方程式为_________________________，_______________________________ Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑ ` 2C＋SiO2 2CO↑＋Si

碳硅与酸反应与浓硫酸反应的化学方程式为____________________________________________________只与氢氟酸反应，方程式为________________________用途煤炭用作燃料，金刚石用于切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯半导体材料和合金材料 C＋2H2SO4(浓) CO2↑＋2SO2↑＋2H2OSi＋4HF===SiF4↑+2H2↑二、CO2和SiO2物质二氧化碳二氧化硅主要物理性质熔、沸点__________溶解性可溶不溶低高物质二氧化碳二氧化硅化学性质与水反应CO2＋H2OH2CO3不反应与酸反应不反应SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O物质二氧化碳二氧化硅化学性质与碱反应(如NaOH)_______________________________________SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(盛碱液的试剂瓶不能用______塞)CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O玻璃物质二氧化碳二氧化硅化学性质与盐反应(如Na2CO3)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑物质二氧化碳二氧化硅化学性质与碱性氧化物反应与Na2O反应：CO2＋Na2O===Na2CO3与CaO反应：________________________SiO2＋CaOCaSiO3思考感悟有人认为SiO2既能与酸反应又能与碱反应,所以认为它是一种两性氧化物,你同意这种看法吗？【提示】不同意，因为SiO2只与HF反应，这是SiO2的特性，与其他的酸不反应，SiO2是一种酸性氧化物。

三、硅酸和硅酸盐1．硅酸(H2SiO3)(1)物理性质硅酸____溶于水。(2)化学性质①弱酸性(比碳酸还弱)难与NaOH溶液反应的化学方程式：________________________________;向Na2SiO3溶液中通入CO2的化学方程式：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O②不稳定性硅酸受热分解的化学方程式为_____________________________。(3)用途硅胶可用作干燥剂，也可以用作催化剂的载体等。H2SiO3SiO2＋H2O2．硅酸盐硅酸盐是由_________________组成的化合物的总称,最简单的硅酸盐是硅酸钠,化学式为________,用氧化物的形式表示为__________.硅酸钠的水溶液俗称_________,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料等。硅、氧和金属元素Na2SiO3Na2O·SiO2水玻璃3．无机非金属材料(1)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窑陶瓷窑

(2)特殊功能的含硅物质①碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。②含硅元素4%的硅钢具有导磁性。③硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。考点串讲深度剖析考点一硅及其化合物的特性及应用物质一般规律硅及其化合物的特性Si硅的还原性大于碳2C＋SiO2Si＋2CO↑非金属单质与强碱溶液反应一般不产生H2硅可与强碱溶液反应产生H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件物质一般规律硅及其化合物的特性SiO2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↑＋2H2O物质一般规律硅及其化合物的特性SiO2“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3酸性大于H2SiO3但以下反应不符合此规律：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑物质一般规律硅及其化合物的特性H2SiO3无机酸一般易溶于水硅酸和原硅酸均难溶于水硅酸盐大多数硅酸盐难溶于水常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3，水溶液俗称水玻璃、泡花碱即时应用1．(2012·长沙高三第一次模拟)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过程中若混入O2，可能引起的后果是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)下列有关硅材料的说法正确的是__________(填字母)。A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承C．高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的，其熔点很高E．盐酸可以与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅(3)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________________________________________________________________________。解析：(1)书写方程式时，由题目所给的反应物和生成物，根据质量守恒定律配平即可。(2)碳化硅本身是一种很好的材料，不能再用来生产水泥，A错；Si3N4为原子晶体，熔点高，性质稳定，可用作高温材料和轴承，B正确；光导纤维的材料为SiO2，C正确；普通玻璃的主要成分为SiO2、Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂(SiO2)、石灰石(CaCO3)和纯碱(Na2CO3)为主要原料反应制成的，玻璃没有固定的熔点，D错；常温下，Si能与HF反应，不与HCl反应,E错。考点二CO2与碱、盐的反应及CO、HCO的检验

1．与碱反应后溶质成分的判断(1)反应原理NaOHNa2CO3NaHCO3①2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②NaOH＋CO2===NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断也可用数轴表示2．与盐溶液的反应(1)CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3(2)CO2(少量)＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO(3)CO2(少量)＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3离子COHCO方法向待检验溶液中滴加一定量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的酸，白色沉淀溶解且生成使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体，则待检验溶液中有CO向待检验溶液中滴加足量的Ca2＋或Ba2＋的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有使澄清石灰水浑浊的无色无味的气体生成，则待检验溶液中有HCO特别提醒即时应用2．(2012·长沙高三第一次模拟)向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体后，在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，并将溶液加热，产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图(忽略CO2的溶解和HCl的挥发)：则下列分析都正确的组合是(

)解析：选B。向NaOH溶液中通入CO2时，所得溶液中的溶质可能有：①只有Na2CO3，②只有NaHCO3，③Na2CO3与NaHCO3，④Na2CO3与NaOH。而NaOH、Na2CO3、NaHCO3分别与HCl反应的方程式为：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O；Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl和NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O；设未产生气体时消耗盐酸的体积为V1，产生CO2气体时消耗盐酸的体积为V2，由图Ⅰ可知，命题视角把脉高考视角1教材高频考点硅及其化合物的性质及应用始终是教材的高频考点。例1

(改编组合题)下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是(

)A．(2010·高考山东卷)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应B．(2010·高考天津卷)可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品C．(2010·高考江苏卷改编题)二氧化硅是生产半导体制品的基本原料D．(2010·高考江苏卷)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂【解析】二氧化硅的主要用途是作光导纤维，生产半导体的基本原料是硅。【答案】

C[跟踪训练](2012·北京西城区第一次模拟)下列有关无机非金属材料的说法中，不正确的是(

)A．高纯硅可用于制造半导体材料B．SiO2制成的玻璃纤维，由于导电能力强而被用于制造光缆C．玻璃、水泥和陶瓷，其成分中均含有硅酸盐D．Si3N4是一种新型无机非金属材料,可用于制造发动机解析：选B。SiO2不导电，光缆传输信号的原理与导电性无关。结合物质结构、元素周期律内容考查硅及其化合物的性质是高考中的命题热点。

(2011·高考山东卷)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素(

)视角2追踪命题热点例2A．在自然界中只以化合态的形式存在B．单质常用作半导体材料和光导纤维C．最高价氧化物不与酸反应D．气态氢化物比甲烷稳定【解析】短周期中，最外层电子数是次外层电子数一半的元素是Li或Si,非金属元素是Si，光导纤维的主要成分为SiO2，其最高价氧化物SiO2能与HF溶液反应，B、C两项错误；Si的非金属性小于C，氢化物的稳定性CH4＞SiH4，所以只有A正确。【答案】

A

(2012·泰州高三第一次模拟)将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是(

)视角3易错易误剖析例3A．Na2SiO3

B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2

D．SiO2【常见错误】选C【错因分析】

(1)常见错误分析错选C的原因主要是没有意识到高温下充分灼烧时，Na2CO3和SiO2还能够继续反应生成Na2SiO3，从而造成错选(2)其他错误分析本题还容易错选B，原因主要是没有理清各物质量的关系，若只注意到题干“足量CO2气体”，误以为SiO2和Na2CO3反应时Na2CO3有剩余，从而错选B。【正确解答】将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3H2O＋SiO2,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O；SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑,各反应物存在如下关系，H2SiO3～2NaHCO3，H2SiO3～SiO2,2NaHCO3～Na2CO3～SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。【答案】

A实验探究专项突破高纯硅的制取实验高纯硅在科技进步、信息革命、新能源研究等方面起到了至关重要的作用.在各类考试中，有关高纯硅的制取问题，一直是命题的热点。[典例探究](2012·沈阳高三第一次模拟)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＋3HClSiHCl3＋H2③SiHCl3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__________________________________________________________________________________________________________________________