2019年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 考點掃描 專題14 氮及其化合物學(xué)案.doc

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專題14 氮及其化合物 【復(fù)習(xí)目標(biāo)】 1.了解Si和SiO2的主要性質(zhì)，了解CO2和SiO2物理性質(zhì)差異的主要原因。 2.了解硅酸及常見硅酸鹽的性質(zhì)。 3.了解硅酸鹽工業(yè)及新型無機非金屬材料的性質(zhì)與應(yīng)用。 【考情分析】硅及其化合物的用途越來越受到人們的重視，許多高科技領(lǐng)域的新型無機非金屬材料都與硅有關(guān)，因此近幾年有關(guān)硅及其化合物的考題越來越多，已成為現(xiàn)在高考的新熱點。近幾年高考對硅及其化合物的考查，主要集中在三個方面硅、二氧化硅的用途；硅及其化合物的性質(zhì)；硅及其化合物的制備。常見的題型有選擇題和實驗題。今后高考命題方向之一是綜合試題，以硅及其化合物知識為載體，結(jié)合基本概念、基本理論、化學(xué)計算并聯(lián)系其他元素及化合物知識進(jìn)行綜合性命題，以考查學(xué)生的思維能力。 【考點過關(guān)】 考點一 硅和二氧化硅 1.硅 自然界存在 硅在地殼中的含量僅次于氧，全部以化合態(tài)存在。主要單質(zhì)有晶體硅和無定性硅兩大類 物理性質(zhì) 晶體硅為原子晶體，灰黑色、有金屬光澤、硬度大而脆、熔沸點高。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是常用的半導(dǎo)體材料 化學(xué)性質(zhì) 常溫跟F2反應(yīng)：Si＋2F2＝SiF4 常溫跟HF反應(yīng)：Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑ 常溫跟NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑ 高溫跟O2反應(yīng)：Si＋O2SiO2 高溫跟Cl2反應(yīng)：Si＋2Cl2SiCl4 與碳比較 C、Si同屬IVA族，還原性是Si大于C，而C卻能將Si從SiO2中還原出來（條件是高溫），原因是產(chǎn)物CO氣體迅速從反應(yīng)體系中逸出 工業(yè)制法 自然界中無游離態(tài)的硅，工業(yè)上用C在高溫下還原SiO2可制得粗硅，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式： SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ Si(粗)＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si(純)＋4HCl 用途 晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽能電池 2.二氧化硅 空間結(jié)構(gòu) SiO2晶體是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在SiO2晶體里，每個Si周圍結(jié)合四個O，同時每個O與兩個Si相結(jié)合，在SiO2晶體中原子個數(shù)比為1∶2，因此用“SiO2”這個式子表示二氧化硅晶體的組成。SiO2直接由原子構(gòu)成不存在單個SiO2分子 物理性質(zhì) 二氧化硅熔點高，硬度大，不溶于水 化學(xué)性質(zhì) 與強堿反應(yīng)：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（SiO2能與強堿溶液生成的硅酸鈉具有粘性，所以不能用帶磨口玻璃塞試劑瓶存放堿性溶液，避免Na2SiO3將瓶塞和試劑瓶粘住，打不開，堿性溶液存放應(yīng)用橡皮塞） 與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O（氫氟酸能刻蝕玻璃；氫氟酸不能用玻璃試劑瓶存放，應(yīng)用塑料瓶） 與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2＋CaOCaSiO3 與某些鹽類反應(yīng)：SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑ SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ 用途 石英可用于制作石英表和石英玻璃；石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料；水晶常用來制造電子部件、光學(xué)儀器、工藝品和眼鏡片等；瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品；SiO2被用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導(dǎo)纖維 3.二氧化碳和二氧化硅的比較 【考點演練】下列說法正確的是 。 ①因為HF與SiO2反應(yīng)，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記 ②下列轉(zhuǎn)化在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)：SiO2SiCl4Si ③石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅 ④用NaOH溶液不能分離氧化鐵中混有的二氧化硅 ⑤Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維 ⑥SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物 ⑦向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸的離子方程式：Na2SiO3+2H+===H2SiO3↓+2Na+ ⑧SiC與SiO2的熔點均與所含化學(xué)鍵的鍵能有關(guān) ⑨碳和硅均為ⅣA族元素，自然界中有碳和硅的多種單質(zhì)存在 ⑩在粗硅的制取中發(fā)生2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的還原性 ?二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中 ?用鹽酸可除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣 答案：①③⑧? 考點二 硅酸與硅酸鹽 1.硅酸 物理性質(zhì) 硅酸是不溶于水的白色膠狀物，能形成硅膠，硅膠吸附水分能力強 化學(xué)性質(zhì) H2SiO3是一種弱酸，酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊溶液變紅色 硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2＋H2O 硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O 制法 不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制?。篘a2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式證明酸性：H2SiO3＜H2CO3） 2.硅酸鹽 定義 硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱。硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3 書寫方法 鹽化學(xué)式法,如硅酸鈉Na2SiO3、硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽 氧化物法：氧化物的順序為活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水；氧化物前系數(shù)配置原則是除氧元素外,其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置系數(shù)；硅酸鹽用氧化物的形式表示時,遵循各元素化合價不變的原則。如:高嶺土Al2O32SiO22H2O、石棉CaO3MgO4SiO2。 硅酸鈉 硅酸鈉溶于水，其水溶液俗稱“水玻璃”，是一種礦物膠。盛水玻璃的試劑瓶要使用橡膠塞。能與酸性較強的酸反應(yīng)：Na2SiO3 + 2HCl ＝ H2SiO3↓(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝H2SiO3↓+ Na2CO3 硅酸鹽材料 硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無機非金屬材料，玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和長石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品；新型無機非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等 【考點演練】下列說法正確的是 。 ①硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，硅在地殼中的含量在所有的元素中居第一位 ②高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維 ③玻璃瓶不能盛放氫氟酸 ④SiO2與水反應(yīng)可制取硅酸 ⑤CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀 ⑥水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品 ⑦玻璃是一種純凈物 ⑧陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料 ⑨水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì) ⑩燒堿溶液存放在帶橡膠塞的玻璃瓶中 答案：③⑤⑩ 【過關(guān)練習(xí)】 1．(宣城2017屆模擬)下列敘述正確的是 (　　) A．紅寶石、珍珠、水晶、鉆石等裝飾的主要成分都是硅酸鹽 B．硅酸鈉的水溶液俗名為水玻璃，可用于制備硅膠和木材防火劑 C．制造玻璃是復(fù)雜的物理過程，玻璃的組成不同，性能不同 D．金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，不可能與氧氣發(fā)生反應(yīng) 解析：紅寶石的主要成分為Al2O3，珍珠的主要成分為CaCO3，水晶的主要成分為SiO2，鉆石為碳單質(zhì)，A選項錯誤；制造玻璃包含復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，C選項錯誤；金剛石是碳單質(zhì)，具有碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，D選項錯誤。答案：B 2.(臨沂2017屆模擬)據(jù)報道，科學(xué)家通過對稻殼進(jìn)行控制性焚燒熱解，從中提取一種叫做生物質(zhì)納米結(jié)構(gòu)二氧化硅的超高活性材料，將少量這種材料摻入混凝土中，即可制備出超高強度的高性能混凝土。下列關(guān)于二氧化硅的說法正確的是(　　) A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅屬于酸性氧化物 B．將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以得到硅酸 C．因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的強 D．水晶是比較純凈的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸鹽 解析：二氧化硅為酸性氧化物，但其不溶于水；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。答案：B 3．(合肥2017屆高三質(zhì)檢)硅及其化合物是帶來人類文明的重要物質(zhì)。下列說法正確的是( ） A．陶瓷、水晶、水泥、玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品 B．水玻璃是純凈物，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑 C．某硅酸鹽的化學(xué)式為KAlSi3O8，可用K2OAl2O36SiO2表示 D．高純硅可用于制造光導(dǎo)纖維，高純二氧化硅可用于制造太陽能電池 解析：水晶的主要成分是SiO2不是硅酸鹽，A錯誤；水玻璃是Na2SiO3溶液，屬于混合物，B錯誤；高純度的SiO2用于制光導(dǎo)纖維，高純度的Si用于制太陽能電池，D錯誤。答案：C 4．(天津2017屆高三質(zhì)檢)下列說法正確的是 (　　) A．SiO2和CO2都是酸性氧化物，都是共價化合物 B．為防止月餅等富脂食品氧化變質(zhì)，可在包裝袋中放入硅膠 C．NaHCO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì)，可通入少量CO2后過濾 D．SiO2中含Al2O3雜質(zhì)，可加入足量NaOH溶液然后過濾除去 5. (廣州2016屆模擬)硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是(　　) A.硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 B.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng) C.反應(yīng)Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si為還原劑，NaOH和H2O為氧化劑 D.硅能與氫氟酸反應(yīng)，則硅可以與鹽酸反應(yīng) 解析：由粗硅制備單晶硅的過程一般為SiSiCl4Si＋HCl，都是氧化還原反應(yīng)，B項錯誤；Si與燒堿溶液反應(yīng)時，H2O是氧化劑，C項錯誤；硅不能與鹽酸反應(yīng)，D項錯誤。答案：A 6. (樟樹2016屆一模)由下列實驗事實得出的結(jié)論正確的是(　　) A.由SiO2不能與水反應(yīng)生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐 B.由SiO2＋2CSi＋2CO↑，可知碳的非金屬性大于硅 C.CO2通入Na2SiO3溶液產(chǎn)生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3 D.SiO2可與NaOH溶液反應(yīng)，也可與氫氟酸反應(yīng)，可知SiO2為兩性氧化物 7. (伊犁2016屆質(zhì)檢)壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點不正確的是(　　) A.壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸 B.壽山石顏色豐富多彩是因為含有不同形態(tài)的金屬氧化物 C.潮濕的空氣可能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì) D.久置于干燥空氣中可能會導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì) 解析：根據(jù)壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應(yīng)，A正確；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，造成其色彩豐富，B正確；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應(yīng)，在潮濕的空氣中不會溶解變質(zhì)，C項錯誤；久置于干燥空氣中，會失去其中的結(jié)晶水變質(zhì)，D正確。答案：C 8. (鄂豫晉冀陜五省2017屆聯(lián)考)某實驗小組設(shè)計了如下裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產(chǎn)物的成分進(jìn)行探究。 已知：PdCl2溶液可用于檢驗CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO＋PdCl2＋H2O===CO2＋2HCl＋Pd(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。 (1)實驗時要通入足夠長時間的N2，其原因是 。 (2)裝置B的作用是 。 (3)裝置C、D中所盛試劑分別為 、 ，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經(jīng)檢測兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 (4)該裝置的缺點是 。 (5)資料表明，上述反應(yīng)在焦炭過量時會生成副產(chǎn)物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體13.44 L，假定氣體產(chǎn)物只有CO，固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則Si和SiC的物質(zhì)的量之比為 。 (6)設(shè)計實驗證明碳酸的酸性比硅酸的強： 。 的量為＝0.7 mol，充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下13.44 L CO的物質(zhì)的量為＝0.6 mol，則參與形成SiC的碳的物質(zhì)的量為0.1 mol，若固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則有： SiO2?。?C　　2CO↑?。i 0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol 則剩余C的物質(zhì)的量為n(C)＝0.7 mol－0.6 mol＝0.1 mol， Si?。　　SiC 0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol 故得到Si和SiC的物質(zhì)的量之比為(0.3 mol－0.1 mol)∶0.1 mol＝2∶1。(6)驗證碳酸、硅酸的酸性強弱可利用強酸制弱酸的原理，產(chǎn)生的CO2氣體先通過飽和的碳酸氫鈉溶液除去混有的雜質(zhì)氣體，然后再通入硅酸鈉溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，說明酸性H2CO3＞H2SiO3。 答案：(1)要用氮氣將裝置中的空氣排盡，避免空氣中的氧氣、二氧化碳、水蒸氣對實驗產(chǎn)生干擾(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2＋4C2CO2↑＋2CO↑＋3Si(4)沒有尾氣處理裝置將CO吸收(5)2∶1(6)向硅酸鈉溶液中通入二氧化碳?xì)怏w，溶液變渾濁，證明碳酸酸性大于硅酸 9.(臨清三中2017屆檢測)硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)硅在元素周期表中的位置是________。 (2)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3CSiC＋2CO↑。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為1∶1，則參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為________。 (3)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅： ①若反應(yīng)Ⅰ為Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2，則反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式為_________。 ②整個制備過程中必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________。 ③假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)I中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是________。 10. (渭南2016屆二模)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： Ⅰ.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅； Ⅱ.粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2； Ⅲ.SiHCl3與過量H2在1 100 ℃反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl3能與H2O強烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。 請回答下列問題： (1)第Ⅰ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33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點57.6 ℃)和HCl(沸點84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為__________。 (3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置略去)： ①裝置B中的試劑是________，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_____________。 ②反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是______________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________。 ③為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_____。 ④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是________(填字母)。 a.碘水 b.氯水c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液 答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑(2)蒸餾(3)①濃硫酸　使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化②有固體物質(zhì)生成　SiHCl3＋H2Si＋3HCl③排盡裝置中的空氣④bd 11. (衡陽2016屆聯(lián)考)硅是帶來人類文明的重要元素之一，在傳統(tǒng)材料發(fā)展到信息材料的過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。 (1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的作用下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。 (2)一種用工業(yè)硅(含少量鐵、銅的單質(zhì)及化合物)和氮氣(含少量氧氣)合成氮化硅的工藝主要流程如下： 已知硅的熔點是1 420 ℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。 ①N2凈化時，銅屑的作用是：___________________；硅膠的作用是______________________。 ②在氮化爐中反應(yīng)為3Si(s)＋2N2(g)===Si3N4(s)　ΔH＝－727.5 kJ/mol，開始時須嚴(yán)格控制氮氣的流速以控制溫度的原因是______________________________。 ③X可能是________(選填“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氫氟酸”)。 (3)工業(yè)上可以通過如下圖所示的流程制取純硅： ①整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。 ②假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是________。 第二輪次生成中，需補充HCl物質(zhì)的量為3 mol/90%－3 mol，需補充H2物質(zhì)的量為1 mol/93.75% －1 mol，則n(HCl)∶n(H2)＝(3 mol/90% －3 mol)∶(1 mol/93.75% －1 mol)＝5∶1。 答案：(1)3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl(2)①除去原料氣中的氧氣　除去水蒸氣　②這是放熱反應(yīng)，防止局部過熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N2的充分接觸?、巯跛?3)①SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑　②5∶1