2019-2020年高三化學一輪復習 硅及其化合物學案.doc

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2019-2020年高三化學一輪復習 硅及其化合物學案 〖復習目標〗 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)中的應用； 2．知道二氧化硅的物理性質和化學性質。 〖知識清單〗 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)無機非金屬材料 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 ，磨成細粉。 陶瓷 二、硅、二氧化硅 1．硅單質 ⑴結構：與金剛石相似，為 結構。晶體硅是硅原子間以 鍵形成結構的晶體。在硅晶體結構中，由硅原子直接相連形成的最小環(huán)上有 個硅原子，相鄰的Si—Si鍵角 。（結構如圖） ⑵物理性質：熔、沸點 ，導電性介于 和 之間。 ⑶化學性質：硅原子的價電子數(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。 與非金屬單質的反應：Si+O2—— ⑷制取 ； 。 ⑸用途：制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池，還可以用來制造變壓器鐵芯及耐酸設備。 2．二氧化硅 ⑴存在：廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構成巖石。常見沙子、石英、硅藻土、瑪瑙、水晶等物質，都是天然存在的 。 ⑵晶體結構 SiO2晶體是 晶體。在SiO2晶體中，每個Si原子周圍結合 個O原子形成正四面體結構，同時每個O原子與 個Si原子相結合，在SiO2晶體中Si與O原子個數(shù)比為 。 (結構如圖) ⑶物理性質 純SiO2是 色透明的晶體，硬度 ，熔、沸點 。 ⑷化學性質 ①酸性氧化物 與NaOH反應： 。 ②與氫氟酸反應： 。 ③在高溫下，可與Na2CO3、CaCO3等碳酸鹽反應。 ⑷用途 沙子、巖石用于建筑，石英用于制造 ，純SiO2用于制造光學器材和 。 要點精析 一、硅及其化合物的特性 1．Si在低溫時的還原性大于C，但C在高溫下能還原出Si： SiO2+2CSi+2CO↑ 2．非金屬單質一般為非導體，但Si為半導體。 3．SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接與H2O反應制備H2SiO3。 4．酸性氧化物一般不與酸反應，但SiO2能與HF反應： SiO2+4HFSiF4↑+2H2O 5．無機酸一般易溶于水，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，各原子個數(shù)比應與原來個數(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 分子晶體，常溫時是氣體，干冰易升華 原子晶體，堅硬、難熔的固體 化學性質 與水 CO2+H2OH2CO3 不溶于水，不反應 與酸 不反應 除氫氟酸外不反應 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：同族元素的單質及其化合物的性質不能簡單類比，在關注相似性和遞變性的同時，也不可忽視各自的個性特征。 〖典型例析〗 類型一 聯(lián)系實際應用考查硅及其化合物的知識 例1．判斷下列說法的正誤（正確的打“√”，錯誤的打“”） ①（xx新課標全國高考）單質硅是將太陽能轉變?yōu)殡娔艿某Ｓ貌牧希? ） ②（xx新課標全國高考）合成纖維和光導纖維都是新型無機非金屬材料（ ） ③（xx山東高考）盛放NaOH溶液時，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，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 （ ） ⑧（xx江蘇高考）水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 （ ） 變式訓練： 下列表述正確的是（ ） ①人造剛玉熔點很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化學家采用瑪瑙研缽摩擦固體反應物進行無溶劑合成，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保護眼睛 ⑤太陽能電池可采用硅材料制作，其應用有利于環(huán)保、節(jié)能 A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤ 類型二 關于硅元素單質及化合物性質和轉化關系的綜合考查 例2． 含A元素的一種單質是一種重要的半導體材料，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——光導纖維，C與燒堿反應生成含A元素的化合物D。 ⑴在元素周期表中，A位于 族，與A同族但相對原子質量比A小的元素B的原子結構示意圖為 ，A與B在原子的電子層結構上的相同點是 。 ⑵易與C發(fā)生化學反應的酸是 ，反應的化學方程式是 。 ⑶將C與純堿混合高溫熔融時也發(fā)生化學反應生成D，同時還生成B的最高價氧化物E；將全部的E與全部的D在足量的水中混合后，又發(fā)生化學反應生成含A的化合物F。 ①寫出生成D和F的化學反應方程式： 。 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物質與石灰石的混合物充分反應后，生成的氣體在標準狀況下的體積為11.2L，100 g混合物中石灰石的質量分數(shù)是 。 〖仿真練習〗 1．下列有關物質的用途(括號內(nèi)為用途)說法不正確的是(　　) A．硅(半導體材料)　　　　　 B．二氧化硅(制光導纖維) C．水玻璃(黏合劑) D．硅酸(作耐火材料) 2．在無機非金屬材料中，硅一直扮演著主角。下面幾種物質中含有硅單質的是(　　) 3．下列變化中，不能一步實現(xiàn)的是(　　) A．Na2SiO3―→H2SiO3 B．H2SiO3―→SiO2 C．SiO2―→H2SiO3 D．SiO2―→Na2SiO3 4．在一定條件下，下列物質不能和二氧化硅反應的是(　　) ①焦炭?、诩儔A?、厶妓徕}?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}?、嗟獨? A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤⑧ D．⑤ 5．硅作為一種新型能源被廣泛開發(fā)利用，關于其有利因素的下列說法中，你認為不正確的是(　　) A．硅燃燒產(chǎn)物對環(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．自然界中硅的儲量豐富，可以從自然界直接獲得單質硅 D．硅便于運輸、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構單元。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，中心黑點硅原子。硅氧四面體通過不同方式的連接可以組成各種不同的硅酸根離子。試確定在無限長的單鏈陰離子中(見圖)， 硅原子與氧原子的個數(shù)比為(　　) A．1∶2 B．1∶3 C．2∶5 D．2∶7 7．關于硅及其化合物的敘述中，正確的是(　　) A．硅是良好的半導體材料，可以與NaOH溶液和氫氟酸反應 B．二氧化硅與石灰石反應：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．硅膠吸水后可重復再生 D．圖中所示的轉化都是氧化還原反應 9．氮化硅(Si3N4)是一種重要的結構陶瓷材料，屬于新型功能性硅酸鹽產(chǎn)品，它的硬度大、熔點高、化學性質穩(wěn)定，工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1 300 ℃時反應獲得。 (1)氮化硅陶瓷抗腐蝕能力強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應。試推測該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學方程式________________________________________________。 (2)現(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣氣氛保護下，加強熱發(fā)生反應，可得較高純度的氮化硅及氯化氫，反應的化學方程式為________________________________。 (3)沸石是一種含結晶水的，具有多孔結構的鋁硅酸鹽，化學式為Na2[Al2Si3O10(H2O)2]，若以氧化物形式可表示為________________________。 (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．晶體硅是信息科學和能源科學中的一種重要材料，可用于制芯片和太陽能電池等。以下是工業(yè)上制取純硅的一種方法。 請回答下列問題(各元素用相應的元素符號表示)： (1)在上述生產(chǎn)過程中，屬于置換反應的有________(填反應代號)。 (2)寫出反應③的化學方程式____________________________________________。 (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，生成化合物W，其化學方程式為 ______________________________。 (4)A、B、C三種氣體在“節(jié)能減排”中作為減排目標的一種氣體是________________(填化學式)；分別通入W溶液中能得到白色沉淀的氣體是____________________(填化學式)。 (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生成水煤氣，再提純水煤氣得到純凈的H2，反應的化學方程式為__________________________。 11．硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物的開發(fā)由來已久，在現(xiàn)代生活中有廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}： (1)1810年瑞典化學家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時，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、半導體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎材料。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如下： 發(fā)生的主要反應 電弧爐 SiO2＋2CSi＋2CO↑ 流化床反應器 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，該反應的化學方程式為________________________________________________________________________； 碳化硅又稱________，其晶體結構與________相似。 ②在流化床反應的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關物質的沸點數(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 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸點/℃ 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_________________________________。 (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