無機(jī)非金屬材料的主角-硅(13頁)

1、無機(jī)非金屬材料的主角硅考綱要求1.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。3.以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si元素及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用?？键c(diǎn)一碳、硅單質(zhì)的存在與性質(zhì)來源:數(shù)理化網(wǎng)1C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途(1)自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。(2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨

2、熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石用作切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電池2.碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。(2)Si深度思考1 從元素周期表的位置看，碳和硅均為A元素，自然界中有碳的多種單質(zhì)存在，自然界中有硅的單質(zhì)嗎？為什么？2硅單質(zhì)有廣泛的用途，用化學(xué)方程式表示工業(yè)上獲取硅單質(zhì)的過程。答案粗硅的制取：SiO22CSi2CO由粗硅制取純硅(常用方法)：Si(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(純)4HCl題組一新材料、新技術(shù)下C、Si的考查1下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是()

3、A硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料C硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)2石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，下列關(guān)于石墨烯的敘述正確的是()A石墨烯可導(dǎo)電，說明它是電解質(zhì)B石墨烯、金剛石、C60、“碳納米泡沫”四種物質(zhì)都是碳的單質(zhì)C由于C(石墨，s)=C(金剛石，s)H1.9 kJ·mol1知金剛石比石墨烯穩(wěn)定D盡量使用含12C的產(chǎn)品，減少使用含14C的產(chǎn)品，此舉符合“促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)”的宗旨題組二工業(yè)制取高純硅3晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：.高溫下用碳還原

4、二氧化硅制得粗硅.粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2.SiHCl3與過量H2在1 0001 100 反應(yīng)制得純硅已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問題：(1)第步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為_。(3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是_。裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_，

5、裝置D不能采用普通玻璃管的原因是_，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號(hào))是_。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液考點(diǎn)二碳、硅的氧化物1一氧化碳(1)物理性質(zhì)：無色氣體，有毒，難溶于水。(2)化學(xué)性質(zhì)燃燒：2COO22CO2，淡藍(lán)色火焰；還原CuO：CuOCOCuCO2(冶煉金屬)。2二氧化碳和二氧化硅的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子存在單個(gè)CO2分子主要物理性質(zhì)硬度大，

6、熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化 學(xué) 性 質(zhì)與水反應(yīng)來源:不反應(yīng)來源:CO2H2O=H2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2過量：CO2NaOH=NaHCO3與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如與Na2SiO3反應(yīng)：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)如與

7、CaO反應(yīng)：SiO2CaOCaSiO3如與Na2O反應(yīng)：Na2OCO2=Na2CO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽深度思考1除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法：(1)CO(CO2)：_。(2)CO2(CO)：_。(3)CO2(O2)：_。(4)CO2(SO2)：_。(5)CO2(HCl)：_。2如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質(zhì)(括號(hào)內(nèi)為雜質(zhì))。將所選答案的編號(hào)填入下表內(nèi)相應(yīng)的空格內(nèi)(如果不需要外加試劑，則對(duì)應(yīng)答案欄可空著)?？晒┻x擇的試劑：A.鹽酸B氫氧化鈉溶液C氧氣D水E二氧化碳可選用的操作：水洗；加熱；高溫灼燒；過濾；結(jié)晶。粉末狀混合物

8、選擇的試劑選用的操作(1)CaCO3(SiO2)(2)NaCl(SiO2)(3)SiO2(Fe2O3)(4)SiO2(CaCO3)(5)SiO2(H2SiO3)題組三二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×”(1)二氧化硅不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器 ()(2013·江蘇，3A)(2)SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)()(2013·山東理綜，13A)(3)二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料()(2013·江蘇，4A)(4)二氧化硅的分子式是SiO2()(2013·上海，2B)2、下列實(shí)驗(yàn)過程中，始終無明顯現(xiàn)象的

9、是()ANH3通入FeSO4溶液中BCO2通入CaCl2溶液中CNa2SiO3溶液中通入CO2 D向飽和碳酸鈉溶液中通入過量的CO2反思?xì)w納：熟記可用CO2制取的弱酸碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強(qiáng)，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2(過量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2N

10、aAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3易錯(cuò)警示CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，因?yàn)樘妓岬乃嵝匀跤邴}酸。題組 四CO2與堿溶液反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷1標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36 L CO2氣體通入200 mL 1.00 mol·L1 NaOH溶液中，充分反應(yīng)后溶液中c(CO)與c(HCO)的比值為(不考慮CO、HCO的水解)()A11 B12 C21 D131CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷考點(diǎn)三硅酸及硅酸鹽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”)使紫色石蕊試液變紅色。(1)硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O。(2)硅酸能與

11、堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。(3)硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。2硅酸鹽(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。(2)表示方法：硅酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成Na2O·SiO2，鉀云母(KH2Al3Si3O12)寫成K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。(3)硅酸鈉(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。它能與酸性較硅酸強(qiáng)

12、的酸反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。3無機(jī)非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。常見硅酸鹽材料水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土主要設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃熔窯陶瓷窯(2)新型無機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等。題組五無機(jī)非金屬材料的組成和性質(zhì)1世界著名的科技史專家、英國劍橋大學(xué)的李約瑟博士考證說：“中國至少在距今3 000年以前，就已經(jīng)使用玻璃了?！毕铝杏嘘P(guān)玻璃

13、的說法不正確的是()A制普通玻璃的原料主要是石灰石和黏土B玻璃在加熱熔化時(shí)沒有固定的熔點(diǎn)C普通玻璃的成分主要是硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅D盛放燒堿溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，是為了防止燒堿跟二氧化硅生成硅酸鈉而使瓶塞與瓶口粘在一起2青石棉是一種致癌物質(zhì)，是鹿特丹公約中受限制的46種化學(xué)品之一，其化學(xué)式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液處理時(shí)，還原產(chǎn)物只有NO，下列說法不正確的是()A青石棉是一種硅酸鹽材料B青石棉中含有一定量的石英晶體C青石棉的化學(xué)組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD1 mol青石棉能使1 m

14、ol HNO3被還原(1)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光導(dǎo)纖維的是SiO2，用于制作半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片的是晶體硅。(2)水晶、石英、瑪瑙的主要成分是SiO2；珍珠的主要成分是CaCO3；鉆石是金剛石；寶石的主要成分是Al2O3。碳、硅及其化合物的綜合推斷3A、B、C、D、E五種物質(zhì)中均含有同一種非金屬元素，它們能發(fā)生如圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系，該元素(用R表示)的單質(zhì)能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽(Na2RO3)和氫氣。請(qǐng)回答下列問題：(1)寫出各物質(zhì)的化學(xué)式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_。(3)寫出反應(yīng)的離子方程式：_。

15、(4)寫出反應(yīng)的離子方程式：_。(5)H2CO3的酸性強(qiáng)于E的，請(qǐng)用離子方程式予以證明：_。(1)解答無機(jī)推斷題的思維模型(2)解答硅及其化合物的推斷題，高溫反應(yīng)條件、特征反應(yīng)、單質(zhì)與堿反應(yīng)、鹽溶液與過量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀等往往是推斷題的“突破口”。題組六1判斷正誤，正確的劃“”，錯(cuò)誤的劃“×”(1)SiO2有導(dǎo)電性，所以SiO2可用于制備光導(dǎo)纖維 ( )(2013·廣東理綜，12B)解析SiO2不能導(dǎo)電。(2)單質(zhì)硅是將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧?( )(2013·新課標(biāo)全國卷，8B)(3)光導(dǎo)纖維是新型無機(jī)非金屬材料 ( )(2013·新課標(biāo)全國卷

16、，8D)解析合成纖維不是無機(jī)非金屬材料而是有機(jī)物。(4)變色硅膠干燥劑含有CoCl2，干燥劑呈藍(lán)色時(shí)，表示不具有吸水干燥功能 ( )(2013·浙江理綜，8A)(5)硅酸鈉溶液應(yīng)保存在帶玻璃塞的試劑瓶中 ( )(2013·海南，4B)解析應(yīng)用橡膠塞。(6)SiO2與酸、堿均不反應(yīng) ( )(2013·天津理綜，2B)解析SiO2與氫氟酸、NaOH均反應(yīng)。(7)向一定濃度的Na2SiO3溶液中通入適量CO2氣體，出現(xiàn)白色沉淀，則H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性強(qiáng) ( )(2013·江蘇，13C)解析酸性H2CO3>H2SiO3。(8)水玻璃可用于生

17、產(chǎn)黏合劑和防火劑 ( )(2013·江蘇，4B)2(2013·海南，9改編)“碳捕捉技術(shù)”是指通過一定的方法將工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2分離出來并利用。如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，其基本過程如下圖所示(部分條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。下列有關(guān)該方法的敘述中正確的是()能耗大是該方法的一大缺點(diǎn)整個(gè)過程中，只有一種物質(zhì)可以循環(huán)利用“反應(yīng)分離”環(huán)節(jié)中，分離物質(zhì)的基本操作是蒸發(fā)結(jié)晶、過濾該方法可減少碳排放，捕捉到的CO2還可用來制備甲醇等產(chǎn)品A B C D32013·浙江理綜，28(1)(2)(3)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵

18、、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450500 )，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。相關(guān)信息如下：a四氯化硅遇水極易水解；b硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物；c有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下表：物質(zhì)SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸點(diǎn)/57.712.8315熔點(diǎn)/70.0107.2升華溫度/180300162請(qǐng)回答下列問題：(1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。(2)裝置A中g(shù)管的作用是_；裝置C中的試劑是_；裝置E中的h瓶需要冷卻的理由是_。(3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是_(填寫元素符號(hào))。答案(1)MnO24H2ClMn2Cl22