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1、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,考向一 硅及其化合物的特殊性质 【通考点融会贯通】 1.单质硅的特性,2.二氧化硅的特性,【通考题触类旁通】 角度1 单质硅的特殊性质及应用 1.常温下,下列物质不与晶体硅反应的是 ( ) A.F2 B.HF C.KOH 溶液 D.稀盐酸,【解析】选D。常温下Si与F2、HF、KOH溶液的反应分 别为Si+2F2=SiF4、Si+4HF=SiF4+2H2、Si+2KOH+H2O=K2SiO3+2H2,但常温下Si与盐酸不 反应。,2.(2019衡阳模拟)由铝、硅两种物质组成的试样11 g,均匀地分成等质量的两份,一份与足量的盐酸接触可产
2、生气体a L,一份与足量的NaOH溶液接触产生同样的气体b L,则此试样中铝与硅的质量比为 ( ),【解析】选B。铝和盐酸反应,硅和盐酸不反应,根据 2Al3H2,Al的质量为 mol 27 gmol-1= g, 铝和硅都和氢氧化钠反应,由于等量的铝和酸碱反 应产生的氢气相同,所以硅产生的氢气的体积为 (b-a) L,根据Si2H2,硅的质量为 mol 28 gmol-1= g,二者质量比为 。,角度2 二氧化硅的特殊性质及应用 3.下列叙述正确的是 ( ) A.因为Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2,所以硅酸的酸 性比碳酸强 B.碳和硅都是A族的元素,所以二氧化碳和二氧化硅 的物
3、理性质相似,C.二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸,所以二氧化硅是两性氧化物 D.二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,但二氧化硅不能和水反应生成硅酸,【解析】选D。高温下,二氧化硅能和碳酸钠反应,不 能说明碳酸酸性小于硅酸,要根据常温下,强酸制取弱 酸进行判断,A错误;二氧化碳与二氧化硅属于不同的 晶体类型,所以二氧化碳与二氧化硅的物理性质相差 很大,B错误;二氧化硅与氢氟酸反应生成氟化硅和水, 氟化硅不属于盐,二氧化硅不属于两性氧化物,C错误; 二氧化硅和二氧化碳都能够与碱反应生成盐和水,属,于酸性氧化物,但是二氧化硅难溶于水,不能与水反应生成相应的酸,D正确。,4.(新题预测)下列有关说
4、法正确的是 ( ) A.因为HF与SiO2反应,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀 标记 B.下列转化在一定条件下能够实现: SiO2 SiCl4 Si C.SiO2为酸性氧化物,与强碱、弱碱均能反应 D.Si和SiO2都用于制造光导纤维,【解析】选A。A.HF与SiO2反应,SiO2+4HF= SiF4 +2H2O,故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记,故A正确;B.SiO2只溶于HF,不溶于盐酸,故B错误;C.SiO2只能与强碱反应,与弱碱(如NH3H2O)不反应,故C错误; D.Si用于制造晶体管,SiO2用于制造光导纤维,故D错误。,5.二氧化硅广泛存在于自然界中,在日常生活、生 产、科研及新型材料
5、等方面有着重要的用途。ae是 对反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的 判断,其中正确的是 ( ) SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O SiO2+2C Si+2CO,SiO2+4HF=SiF4+2H2O Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 SiO2+3C SiC+2CO,a.反应中SiO2作为玻璃的成分被消耗,用于刻蚀玻璃 b.反应中SiO2表现出氧化性 c.反应中SiO2表现了酸性氧化物的通性 d.反应符合用难挥发性的物质制取易挥发性的物质 e.反应中SiO2未参加氧化还原反应 A.ace B.bde C.cde D.ab,【解析】选B。通常用氢氟酸来刻蚀玻璃,与之
6、对应的反应是,因此a、c判断错误;反应是一个置换反应,其中二氧化硅被还原,表现出氧化性,b判断正确;反应是一个复分解反应,用难挥发的二氧化硅制取易挥发的二氧化碳,d判断正确;反应中碳的化合价由0价变为-4和+2价,硅的化合价和氧的化合价都没有改变,因此二氧化硅没有参加氧化还原反应,e判断也正确。,【加固训练】 1.由下列实验事实得出的结论正确的是 ( ) A.由SiO2不能与水反应生成H2SiO3可知,SiO2不是 H2SiO3的酸酐 B.由SiO2+2C Si+2CO可知,碳的非金属性大于 硅,C.由CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀可知,酸性H2CO3H2SiO3 D.SiO2为酸性
7、氧化物,只能与碱反应,【解析】选C。SiO2是H2SiO3的酸酐,A项错误;该反应中C作还原剂,反应能发生是因为生成的CO气体逸出,反应正向进行,B项错误;SiO2可与氢氟酸反应,D项错误。,2.实验室进行熔融NaOH固体的实验,以下材质的坩埚可以选择的有 ( ) 铁坩埚 石墨坩埚 石英坩埚 陶瓷坩埚 氧化铝坩埚 A.2种 B.3种 C.4种 D.5种,【解析】选A。铁坩埚、石墨坩埚的主要成分Fe、C与NaOH在高温不反应,而石英坩埚、陶瓷坩埚的主要成分SiO2、氧化铝坩埚的主要成分Al2O3都能与NaOH反应。,考向二 含硅物质间的转化及硅的制备 【通考点融会贯通】 硅及其化合物的转化 (1
8、)硅的价类图,(2)硅的转化图,【通考法一通百通】 1.含硅物质的转化反应,发生反应的化学方程式为 Si+O2 SiO2 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3 H2SiO3 SiO2+H2O SiO2+2C Si+2CO,2.单质硅的制备方法 (1)四氯化硅还原法。 工艺流程。,反应原理。,Si(粗)+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2 Si(纯)+4HCl (2)三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)。 工艺流程。,反应原理。 SiO2+2C Si+2CO, Si+3HCl SiHCl3+H2, SiHCl3+H2
9、Si+3HCl。,【通考题触类旁通】 角度1 硅及其化合物的转化 1.下列转化关系中,不能通过一步反应实现的是 ( ) SiO2Na2SiO3 SiNa2SiO3 SiO2H2SiO3 CuOCu(OH)2 Na2ONa2CO3,A.和 B.和 C. D.,【解析】选B。中SiO2可与NaOH反应生成Na2SiO3;中Si与NaOH溶液反应可生成Na2SiO3;中SiO2不能与水反应,所以不能由SiO2一步制得H2SiO3;中氧化铜不能与水反应生成氢氧化铜;中将氧化钠与CO2反应可得到碳酸钠。,2.如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程,下列说法正确的是 ( ),A.SiO2属于两性氧化物
10、B.盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞 C.硅胶吸水后可重复再生 D.图中所示的转化都是氧化还原反应,【解析】选C。SiO2是酸性氧化物,A错误;Na2CO3溶液呈碱性,试剂瓶不能用玻璃塞,B错误;题图中有的转化不是氧化还原反应,例如SiO2与NaOH溶液的反应,D错误。,角度2 单质硅的制备 3.高纯度晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备:,下列有关说法正确的是 ( ) A.步骤的化学方程式为SiO2+C Si+CO2 B.步骤中生成或消耗1 mol Si,转移2 mol电子 C.二氧化硅能与氢氟酸反应,而硅不能与氢
11、氟酸反应 D.SiHCl3(沸点33.0 )中含有少量的SiCl4(沸点 67.6 ),可通过蒸馏提纯SiHCl3,【解析】选D。A项,高温下SiO2与C反应生成Si和CO气 体,即步骤的化学方程式为SiO2+2C Si+2CO, 错误;B项,步骤中生成1 mol Si,转移4 mol电子,步 骤中生成1 mol SiHCl3,消耗1 mol Si,转移2 mol 电子,步骤中生成1 mol Si,转移2 mol电子,错误; C项,硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气,错误;D项, SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大,可以采用蒸馏的方 法分离,正确。,4.(新题预测)科学家最新研制的利用氯化
12、氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示:,容器中进行的反应为 Si(粗)+3HCl(g)=SiHCl3(l)+H2(g); 容器中进行的反应为 SiHCl3+H2=Si(纯)+3HCl。 下列有关说法正确的是 ( ),A.该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用 B.最好用分液的方法分离Si和SiHCl3 C.反应和中HCl均作氧化剂 D.反应和属于可逆反应,【解析】选A。该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用;分离Si与SiHCl3可用过滤的方法;反应中HCl是生成物,是氧化产物;反应、不在同一条件下进行,不是可逆反应。,5.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: .高温下
13、用碳还原二氧化硅制得粗硅 .粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3:Si+3HCl SiHCl3+H2 .SiHCl3与过量H2在1 0001 100 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):,装置D中g管的作用是_;装置B中的试剂是_;装置C中的烧瓶
14、加热的目的是_。 装置A中发生反应的化学方程式为_ _。,操作时应先打开装置_(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞,理由是_。 (4)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质:将产品用稀盐酸溶解,取上层清液后_ _。,【解析】(1)高温下,用过量的碳还原SiO2,制得粗硅, 碳作还原剂时生成CO,即2C+SiO2 Si+2CO。 (2)SiCl4与SiHCl3的沸点不同,分离沸点不同的液体采 用的方法是蒸馏。,(3)装置D中g管的作用是平衡压强,使分液漏斗中液 体能顺利滴下;装置B中的试剂为浓硫酸,用于干燥氢 气;装置C中的烧瓶加热的目的是使滴入烧瓶中的 SiHCl3汽化。装置A中SiHCl3、
15、H2发生置换反应,制 得纯硅。因为SiHCl3容易在空气中自燃,故操作时 应先打开装置D中分液漏斗的旋塞,使生成的H2排尽装 置中的空气。(4)用盐酸溶解后,可以检验上层清液中 是否含有Fe2+来证明产品硅中是否含微量铁单质。,答案:(1)SiO2+2C Si+2CO (2)蒸馏 (3)平衡压强(其他合理答案均可) 浓硫酸 使滴 入烧瓶中的SiHCl3汽化 SiHCl3+H2 Si+3HCl,D SiHCl3容易在空气中自燃,实验中要注意先通一段时间H2排尽装置中的空气 (4)先滴加氯水,再滴加硫氰化钾溶液,溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液,出现白色沉淀后变灰绿色最后变红褐色,答案合理均可)则可证明产品硅中含微量铁单质,【加固训练】 1.半导体工业中,有一句行话:
