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2019-2020年高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 硅及其化合物學(xué)案 〖復(fù)習(xí)目標(biāo)〗 1．了解硅的存在形式，了解硅和二氧化硅制品在高科技信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用； 2．知道二氧化硅的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 〖知識(shí)清單〗 一、硅酸鹽產(chǎn)品 1．硅酸鈉：Na2SiO3水溶液俗稱 ，用作 、 等。 2．分子篩：組成為Na2OAl2O32SiO2nH2O，常用于分離、提純氣體或液體的化合物，還可做干燥劑、離子交換劑、催化劑及催化劑載體等。 3．傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料 原料 原理 普通 玻璃 普通硅酸鹽水泥 黏土和 在 中高溫煅燒后，再加入 ，磨成細(xì)粉。 陶瓷 二、硅、二氧化硅 1．硅單質(zhì) ⑴結(jié)構(gòu)：與金剛石相似，為 結(jié)構(gòu)。晶體硅是硅原子間以 鍵形成結(jié)構(gòu)的晶體。在硅晶體結(jié)構(gòu)中，由硅原子直接相連形成的最小環(huán)上有 個(gè)硅原子，相鄰的Si—Si鍵角 。（結(jié)構(gòu)如圖） ⑵物理性質(zhì)：熔、沸點(diǎn) ，導(dǎo)電性介于 和 之間。 ⑶化學(xué)性質(zhì)：硅原子的價(jià)電子數(shù)為4，難得到電子，也難失去電子，所以硅是一種 活潑的非金屬。 與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)：Si+O2—— ⑷制取 ； 。 ⑸用途：制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽(yáng)能電池，還可以用來(lái)制造變壓器鐵芯及耐酸設(shè)備。 2．二氧化硅 ⑴存在：廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成巖石。常見(jiàn)沙子、石英、硅藻土、瑪瑙、水晶等物質(zhì)，都是天然存在的 。 ⑵晶體結(jié)構(gòu) SiO2晶體是 晶體。在SiO2晶體中，每個(gè)Si原子周圍結(jié)合 個(gè)O原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，同時(shí)每個(gè)O原子與 個(gè)Si原子相結(jié)合，在SiO2晶體中Si與O原子個(gè)數(shù)比為 。 (結(jié)構(gòu)如圖) ⑶物理性質(zhì) 純SiO2是 色透明的晶體，硬度 ，熔、沸點(diǎn) 。 ⑷化學(xué)性質(zhì) ①酸性氧化物 與NaOH反應(yīng)： 。 ②與氫氟酸反應(yīng)： 。 ③在高溫下，可與Na2CO3、CaCO3等碳酸鹽反應(yīng)。 ⑷用途 沙子、巖石用于建筑，石英用于制造 ，純SiO2用于制造光學(xué)器材和 。 要點(diǎn)精析 一、硅及其化合物的特性 1．Si在低溫時(shí)的還原性大于C，但C在高溫下能還原出Si： SiO2+2CSi+2CO↑ 2．非金屬單質(zhì)一般為非導(dǎo)體，但Si為半導(dǎo)體。 3．SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接與H2O反應(yīng)制備H2SiO3。 4．酸性氧化物一般不與酸反應(yīng)，但SiO2能與HF反應(yīng)： SiO2+4HFSiF4↑+2H2O 5．無(wú)機(jī)酸一般易溶于水，但H2SiO3難溶于水。 二、硅酸鹽的表示方法 例如：黏土：Al2O32SiO22H2O 石棉：CaO3MgO4SiO2 白云母：K2O3Al2O36SiO22H2O 鉀長(zhǎng)石：K2OAl2O36SiO2 氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→不活潑金屬氧化物→二氧化硅→水 氧化物前系數(shù)配置原則：寫成氧化物的形式后，各原子個(gè)數(shù)比應(yīng)與原來(lái)個(gè)數(shù)比的比值相同。 三、二氧化碳和二氧化硅的比較 二氧化碳 二氧化硅 自然界中的存在 空氣中 巖石中，硅石、石英、水晶、硅藻土都含 SiO2 物理性質(zhì) 分子晶體，常溫時(shí)是氣體，干冰易升華 原子晶體，堅(jiān)硬、難熔的固體 化學(xué)性質(zhì) 與水 CO2+H2OH2CO3 不溶于水，不反應(yīng) 與酸 不反應(yīng) 除氫氟酸外不反應(yīng) 與堿 CO2+2NaOHNa2CO3+H2O SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O 與CaO CO2+CaOCaCO3 SiO2+ CaOCaSiO3 與鹽 CO2+Na2CO3+H2O2NaHCO3 SiO2+ Na2CO3Na2SiO3+ CO2↑ 與碳 CO2+C2CO SiO2+2CSi+ 2CO↑ 特別提醒：同族元素的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)不能簡(jiǎn)單類比，在關(guān)注相似性和遞變性的同時(shí)，也不可忽視各自的個(gè)性特征。 〖典型例析〗 類型一 聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用考查硅及其化合物的知識(shí) 例1．判斷下列說(shuō)法的正誤（正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”） ①（xx新課標(biāo)全國(guó)高考）單質(zhì)硅是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧希? ） ②（xx新課標(biāo)全國(guó)高考）合成纖維和光導(dǎo)纖維都是新型無(wú)機(jī)非金屬材料（ ） ③（xx山東高考）盛放NaOH溶液時(shí)，使用帶玻璃塞的磨口瓶 （ ） ④（xx廣東高考）Mg2+、H+、SiO32－、SO42－在水溶液中能大量共存（ ） ⑤（xx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（xx江蘇高考）SiO2不與任何酸反應(yīng)，可用石英制造耐酸容器 （ ） ⑦（xx山東高考）SiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng) （ ） ⑧（xx江蘇高考）水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 （ ） 變式訓(xùn)練： 下列表述正確的是（ ） ①人造剛玉熔點(diǎn)很高，可用作高級(jí)耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化學(xué)家采用瑪瑙研缽摩擦固體反應(yīng)物進(jìn)行無(wú)溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽 ③建三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料 ④夏天游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來(lái)保護(hù)眼睛 ⑤太陽(yáng)能電池可采用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能 A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤ 類型二 關(guān)于硅元素單質(zhì)及化合物性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系的綜合考查 例2． 含A元素的一種單質(zhì)是一種重要的半導(dǎo)體材料，含A元素的一種化合物C可用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導(dǎo)纖維，C與燒堿反應(yīng)生成含A元素的化合物D。 ⑴在元素周期表中，A位于 族，與A同族但相對(duì)原子質(zhì)量比A小的元素B的原子結(jié)構(gòu)示意圖為 ，A與B在原子的電子層結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)是 。 ⑵易與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸是 ，反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 ⑶將C與純堿混合高溫熔融時(shí)也發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成D，同時(shí)還生成B的最高價(jià)氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成含A的化合物F。 ①寫出生成D和F的化學(xué)反應(yīng)方程式： 。 ②要將純堿高溫熔化，下列坩堝中不可選用的是 。 A．普通玻璃坩堝 B．石英玻璃坩堝 C．氧化鋁坩堝 D．鐵坩堝 ⑷100g上述C物質(zhì)與石灰石的混合物充分反應(yīng)后，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為11.2L，100 g混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 。 〖仿真練習(xí)〗 1．下列有關(guān)物質(zhì)的用途(括號(hào)內(nèi)為用途)說(shuō)法不正確的是(　　) A．硅(半導(dǎo)體材料)　　　　　 B．二氧化硅(制光導(dǎo)纖維) C．水玻璃(黏合劑) D．硅酸(作耐火材料) 2．在無(wú)機(jī)非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質(zhì)中含有硅單質(zhì)的是(　　) 3．下列變化中，不能一步實(shí)現(xiàn)的是(　　) A．Na2SiO3―→H2SiO3 B．H2SiO3―→SiO2 C．SiO2―→H2SiO3 D．SiO2―→Na2SiO3 4．在一定條件下，下列物質(zhì)不能和二氧化硅反應(yīng)的是(　　) ①焦炭?、诩儔A　③碳酸鈣?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}　⑧氮?dú)? A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤⑧ D．⑤ 5．硅作為一種新型能源被廣泛開(kāi)發(fā)利用，關(guān)于其有利因素的下列說(shuō)法中，你認(rèn)為不正確的是(　　) A．硅燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，容易得到有效控制 B．從Si(s)＋O2(g)SiO2(s)　ΔH＝－858.6 kJmol－1可知，硅燃燒放出的熱量多 C．自然界中硅的儲(chǔ)量豐富，可以從自然界直接獲得單質(zhì)硅 D．硅便于運(yùn)輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一 6．硅酸鹽與二氧化硅一樣，都是以硅氧四面體作為基本結(jié)構(gòu)單元。硅氧四面體可以用投影圖表示成(如下圖)；其中O表示氧原子，中心黑點(diǎn)硅原子。硅氧四面體通過(guò)不同方式的連接可以組成各種不同的硅酸根離子。試確定在無(wú)限長(zhǎng)的單鏈陰離子中(見(jiàn)圖)， 硅原子與氧原子的個(gè)數(shù)比為(　　) A．1∶2 B．1∶3 C．2∶5 D．2∶7 7．關(guān)于硅及其化合物的敘述中，正確的是(　　) A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以與NaOH溶液和氫氟酸反應(yīng) B．二氧化硅與石灰石反應(yīng)：SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO↑ C．用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅：SiO2＋2CSi＋2CO2↑ D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2 8．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．SiO2屬于兩性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞 C．硅膠吸水后可重復(fù)再生 D．圖中所示的轉(zhuǎn)化都是氧化還原反應(yīng) 9．氮化硅(Si3N4)是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，屬于新型功能性硅酸鹽產(chǎn)品，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時(shí)反應(yīng)獲得。 (1)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)。試推測(cè)該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式________________________________________________。 (2)現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃鈿夥毡Ｗo(hù)下，加強(qiáng)熱發(fā)生反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅及氯化氫，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________。 (3)沸石是一種含結(jié)晶水的，具有多孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽，化學(xué)式為Na2[Al2Si3O10(H2O)2]，若以氧化物形式可表示為_(kāi)_______________________。 (4)盛裝氫氧化鈉溶液的試劑瓶不能用玻璃塞的原因是：________________________(用離子方程式表示)。 10．晶體硅是信息科學(xué)和能源科學(xué)中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽(yáng)能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題(各元素用相應(yīng)的元素符號(hào)表示)： (1)在上述生產(chǎn)過(guò)程中，屬于置換反應(yīng)的有________(填反應(yīng)代號(hào))。 (2)寫出反應(yīng)③的化學(xué)方程式____________________________________________。 (3)化合物W的用途很廣，通?？捎米鹘ㄖI(yè)和造紙工業(yè)的黏合劑，可作肥皂的填充劑，是天然水的軟化劑。將石英砂和純堿按一定比例混合加熱至1 373～1 623 K反應(yīng)，生成化合物W，其化學(xué)方程式為 ______________________________。 (4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標(biāo)的一種氣體是________________(填化學(xué)式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是____________________(填化學(xué)式)。 (5)工業(yè)上合成氨的原料H2的制法是先把焦炭與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_________________________。 11．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開(kāi)發(fā)由來(lái)已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，得到一種“金屬”。這種“金屬”可能是________________。 (2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)普通玻璃的主要原料有________________。 (3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖及主要反應(yīng)如下： 發(fā)生的主要反應(yīng) 電弧爐 SiO2＋2CSi＋2CO↑ 流化床反應(yīng)器 Si＋3HClSiHCl3＋H2 還原爐 SiHCl3＋H2Si＋3HCl ①用石英砂和焦炭在電弧爐中高溫加熱也可以生產(chǎn)碳化硅，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________； 碳化硅又稱________，其晶體結(jié)構(gòu)與________相似。 ②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表，提純SiHCl3的主要工藝操作依次是沉降、冷凝和________。 物質(zhì) Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸點(diǎn)/℃ 2 355 57.6 31.8 8.2 －30.4 －84.9 －111.9 ③SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為_(kāi)________________________________。 (4)氯堿工業(yè)可為上述工藝生產(chǎn)提供部分原料，這些原料是________。 〖答案〗 例1．①√ ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦√ ⑧√ 變式訓(xùn)練：D 例2．（1）ⅣA，略，最外層電子數(shù)4，不易得到電子，也不易失去電子，比較穩(wěn)定 （2）HF，SiO2+4HFSiF4↑+2H2O （3）①SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3 ②ABC （4）50% 1．D 2．C 3．C 4．C 5．C 6．B 7．A 8 ．C 9 ．(1)Si3N4＋12HF===3SiF4↑＋4NH3↑ (2)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl (3)Na2OAl2O33SiO22H2O (4)2OH－＋SiO2===SiO＋H2O 10 ．(1)①②③ (2)SiHCl3＋H2Si＋3HCl (3)SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ (4)CO2　CO2和HCl (5)CO＋H2OCO2＋H2、CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O 11．(1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵) (2)石英砂、純堿和石灰石 (3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑　金剛砂　金剛石(或單晶硅) ②精餾(或蒸餾)?、跦4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl (4)H2、HCl