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高考总复习 《碳硅》
【考纲要求】
1.了解 C、Si 及其化合物的主要性质及应用。
2.掌握 CO2 的实验室制取。
3.了解玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料的制备原料、原理和特性,能用氧化物形式表
示硅酸盐的组成。
【知识网络】
1、碳及其化合物转化关系
2.硅及其化合物转化关系
【考点梳理】
考点一.碳及其化合物【高清课堂:356213 碳及其化合物】
1.碳单质
⑴同素异形体:
①定义:由同种元素形成的不同单质称为同素异形体。
②种类:金刚石、石墨、C60、C70 等。
⑵化学性质:由于碳原子最外层有 4 个电子,故碳在常温下性质比较稳定,很难被氧化,2
但在点燃或加热的条件下活动性增强,主要表现为还原性。
①与单质反应
2C+O2 2CO C+O2 CO2
②与某些氧化物反应
C+CO2 2CO
C+H2O(g) CO+H2(水煤气)
2C+SiO2 Si+2CO↑
C+2CuO 2Cu+CO2↑(CuO 足量)
C+CuO Cu +CO↑(C 足量)
③与氧化性酸反应
C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O
C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O
2.一氧化碳
⑴物理性质:无色无味气体,有毒,不溶于水。
⑵化学性质
①可燃性:2CO+O2 2CO2(用点燃的方法除去 CO);
②还原性(与 Fe3O4、CuO、H2O 的反应)
Fe3O4+4CO 3Fe+4CO2;
CuO+CO Cu+CO2;
H2O+CO H2+CO2(工业制 H2)
⑶毒性:CO 有剧毒,与血液里的血红蛋白结合,使人体缺氧而死亡;主要来自汽车尾
气、煤和石油燃烧及钢铁冶炼等。
3.二氧化碳
⑴物理性质:无色无味,密度比空气大的气体,微溶于水,固体 CO2 叫做“干冰”。
⑵分子结构:电子式 ;结构式 O=C=O。
⑶化学性质:
①弱氧化性
CO2+C 2CO;CO2+2Mg 2MgO+C
②酸性氧化物的通性
CO2+ H2O=H2CO3
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O;CO2+CaCO3+H2O=Ca(HCO3)2
△
△
△
△
△
△3
CO2+CaO=CaCO3
③与盐的反应(相对较强的酸制取较弱的酸):
(A)往漂白粉溶液中不断通入 CO2 气体的反应为:
Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO,CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2
(B)在 NaAlO2 溶液中不断通入 CO2 气体至过量时,反应为:
2AlO2-+CO2 (少量)+3H2O==2Al(OH)3↓+CO32―
AlO2―+CO2 (过量)+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3-
(C)往 Na2SiO3 溶液中不断通入 CO2 气体至过量时,反应为:
SiO32―+CO2+H2O==H2SiO3 (胶体)+CO32―,
SiO32―+2CO2+2H2O==H2SiO3 (胶体)+2HCO3―
(D)往饱和 Na2CO3 溶液中通入 CO2 气体,反应为:
2Na++CO32―+CO2+H2O==2NaHCO3↓
(E)C6H5ONa+CO2+H2O→C6H5OH↓+NaHCO3
⑷制法:
①工业制法:煅烧石灰石
CaCO3 CaO+CO2↑
②实验室制法:石灰石和稀盐酸反应
原理:CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
装置:“固+液→气”或启普发生器及其简易装置
知识拓展——除杂:
被提纯气体 杂质 除杂方法
CO CO2 通过盛有 NaOH 溶液的洗气瓶
CO2 CO 通过盛放灼热氧化铜的硬质玻璃管
CO2 O2 通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管
CO2 SO2 通过盛有饱和 NaHCO3 溶液或酸性高锰酸钾溶液
CO2 HCl 通过饱和 NaHCO3 溶液
4.碳酸盐
(1)溶解性
正盐中只有碱金属的碳酸盐和铵盐溶于水,所有酸式盐均溶于水。
一般酸式盐比相应正盐易溶,但碱金属的碳酸氢盐比正盐溶解度小。
(2)热稳定性
一般规律:可溶性碳酸正盐>不溶性碳酸正盐>酸式碳酸盐。
Na2CO3>CaCO3>NaHCO3
(3)正盐与酸式盐的相互转化
考点二.硅及其化合物
Na2CO3 NaHCO3
CO2£»HCl
NaOH£»4
1.硅
( 1)硅的化学性质。
在常温下,硅的化学性质不活泼,不与 O2、Cl2、H2SO4、HNO3 等反应,但可与氟气、
氢氟酸和强碱反应。
①硅和氟气反应:Si+2F2==SiF4。
②硅和氢氟酸反应:Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。
③硅和氢氧化钠溶液反应:Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。
④硅在氧气中加热:Si+O2 SiO2。
(2)硅的工业制法。
SiO2+2C Si(粗硅)+2CO↑(注意产物)
提纯:Si+2Cl2 SiCl4 ;SiCl4+2H2 Si+4HCl↑
(3)晶体硅的用途。
用来制造半导体器件,制成太阳能电池、芯片和耐酸设备等。
2.二氧化硅(SiO2)
⑴物理性质:硬度大、熔点高,难溶于水。
⑵化学性质:
①酸性氧化物的通性:SiO2 是酸性氧化物,是 H2SiO3 的酸酐,但不溶于水:
SiO2+CaO CaSiO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O (Na2SiO3 是强的粘合剂)
②弱氧化性:SiO2+2C Si+2CO↑
③特性:SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
要点诠释:
(A)由于玻璃的成分中含有 SiO2,故实验室盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。
(B)未进行磨砂处理的玻璃,在常温下是不易被强碱腐蚀的,故盛放碱液可以用玻璃
瓶(不能用玻璃塞)。
(C)因为氢氟酸腐蚀玻璃,与玻璃中的 SiO2 反应,所以氢氟酸既不能用玻璃塞、也不
能用玻璃瓶保存,而应保存在塑料瓶或铅皿中。
⑶用途:
①SiO2 是制造光导纤维的主要原料。
②石英制作石英玻璃、石英电子表、石英钟等。
③水晶常用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、工艺品等。
④石英砂常用作制玻璃和建筑材料。
⑷SiO2 与 CO2 化学性质的比较
物 质 二氧化硅(SiO2) 二氧化碳(CO2)
与水反应 CO2+H2O H2CO3
与酸反应 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 不 反 应
与碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
△5
CO2+NaOH=NaHCO3
与碱性氧化物反应 SiO2+CaO CaSiO3 CO2+Na2O=Na2CO3
与碳反应 SiO2+2C Si+2CO↑ CO2+C=2CO
3.硅酸(H4SiO4、H2SiO3)
⑴不稳定性:H2SiO3 SiO2 +H2O
⑵极弱酸性:不能使酸碱指示剂变色:H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
制备:Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4↓(白色胶状)+Na2CO3
或 Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl,
H4SiO4=H2SiO3+H2O(不稳定、易分解)
4.硅酸盐
⑴常用的硅酸盐是 Na2SiO3,俗称“泡花碱”,易溶于水,其水溶液称为水玻璃,是一
种矿物胶,密封保存。可用作肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。
⑵硅酸盐改写为氧化物形式(顺序为:较活泼金属氧化物·金属氧化物·二氧化硅·水)
如高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4 改写为: Al2O3·2SiO2·2H2O
再如:钾长石 KAlSi3O8 不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2,应写成 K2O·Al2O3·6SiO2。
(3)无机非金属材料。
①传统无机非金属材料:陶瓷、玻璃、水泥。
水泥 玻璃 陶瓷
原料 黏土、CaCO3、石膏 纯碱、石灰石、石英 黏土
反应
原理
复杂反应原理
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
水泥的主要成分:3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
普通玻璃的主要成分:Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
②新型无机非金属材料:高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。
【典型例题】
类型一、 碳及其化合物
例 1、将过量的 CO2 分别通入①CaCl2 溶液②Na2SiO3 溶液 ③Ca(ClO)2 溶液 ④饱和 Na2CO3
溶液,最终溶液中有白色沉淀析出的是( )
A.①②③④ B.②④ C.①②③ D.②③
【思路点拨】①题干中 CO2 是过量的;碳酸的酸性比盐酸弱,②而比硅酸、次氯酸强。③
碳酸可与碳酸盐反应生成碳酸氢盐。
【答案】B
【解析】本题考查 CO2 及 H2CO3 的性质。
①中通入 CO2 不会产生白色沉淀;
△
高温
高温
1
2
1
26
②中通入 CO2,发生反应:Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3,
当 CO2 过量时,Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3,所以能得到白色沉淀 H2SiO3;
③中通入 CO2,反应如下:Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
CO2 过量时,CaCO3+CO2+H2O== Ca(HCO3)2,所以也不会产生白色沉淀;
④中通入 CO2,反应如下:Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3↓,由于原 Na2CO3 饱和,该
反应生成 NaHCO3 的质量比 Na2CO3 质量大,同时消耗掉部分溶剂水,并且 NaHCO3 的溶解
度比 Na2CO3 溶解度更小,所以会析出白色 NaHCO3 固体。所以答案应为 B。
【总结升华】相对较强的酸与弱酸盐反应可以制取相对较弱的酸,弱酸一般不能制强酸。
举一反三:
【高清课堂:356213 例题 3】
【变式 1】经过下列实验,溶液仍为澄清透明的是
A.饱和 Na2CO3 溶液中通入 CO2
B.NaHCO3 溶液中加入过量的 NaOH 溶液
C.Ca(HCO3)2 溶液中加入过量的 KOH 溶液
D.少量的 CO2 通入 CaCl2 溶液中
【答案】BD
【变式 2】下列离子方程式书写不正确的是( )。
A.往 NaOH 溶液中通入过量 CO2:CO2+OH-==HCO3-
B.H2SiO3 与 NaOH 溶液混合:2OH-+H2SiO3==2H2O+SiO32-
C.石英砂与烧碱反应制水玻璃:SiO2+2OH-==SiO32-+H2O
D.往水玻璃中通入二氧化碳:Na2SiO3+H2O+CO2==H2SiO3↓+2Na++CO32-
【答案】D
【解析】D 项,Na2SiO3 应写成离子,应删去 Na+。
【变式 3】(2015 江苏南通第二次调研)国务院颁布的《“十二五”控制温室气体排放工作
方案》提出,2015 年我国单位国内生产总值 CO2 排放要比 2010 年下降 17%。下列说法不正
确的是( )
A.CO2 属于酸性氧化物
B.CO2 是导致酸雨发生的主要原因
C.可用 Na2CO3 溶液捕捉(吸收)CO2
D.使用氢能源替代化石燃料可减少 CO2 排放
【答案】B
【解析】CO2 能与碱反应生成盐和水,属于酸性氧化物,A 项正确;形成酸雨的主要物
质为 SO2 和氮的氧化物,B 项错误;Na2CO3,溶液吸收 CO2 生成 NaHCO3,C 项正确;氢
气燃烧生成水,无污染,D 项正确。
类型二、单质硅
例 2、下列关于硅的说法不正确的是( )
A.硅是非金属,但它的单质是灰黑色且有金属光泽的固体
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应
D.当加热到一定温度时,硅能与氧气、氯气等非金属反应
【思路点拨】硅在周期表中的处于金属与非金属的分界线附近,虽为非金属,但有某些7
金属性。
【答案】C
【解析】硅是一种具有金属光泽的灰黑色固体,A 正确;硅是良好的半导体材料,B 正
确;硅在常温下可与氟气、强碱溶液反应,C 错误;在加热时,硅与氧气、氯气等反应,D
正确。
【总结升华】要注意归纳硅的特殊性质:硅的化学性质稳定,常温下可与氟气、烧碱溶
液发生;在加热条件下,硅能与氧气、氯气等非金属反应。
举一反三:
【变式 1】(2015 期中)下列说法不正确的是( )
A.水玻璃可用作木材防火剂
B.硅是制造光导纤维的材料
C.硅是制造太阳能电池的常用材料
D.硅是构成一些岩石和矿物的基本元素
【答案】B
【解析】A 项,水玻璃不能燃烧,可用作木材防火剂;B 项,二氧化硅是制造光导纤维
的材料;C 项,硅是一种常用的半导体材料,常用于制作太阳能电池;D 项,硅是构成一些
岩石和矿物的基本元素。
【变式 2】有 A、B、C、D 四种含硅元素的物质,它们能发生如下反应:
(1)C 与烧碱反应生成 A 和水;
(2)A 溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀 D;
(3)B 在空气中燃烧生成 C;
(4)C 在高温下与碳反应生成单质 B。
根据上述变化,写出 A、B、C、D 的化学式:A________,B________,C________,D________。
【答案】Na2SiO3 Si SiO2 CaSiO3
【高清课堂:356213 例题 7】
【变式 3】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:
①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
②粗硅与干燥的 HCl 气体反应制得 SiHCl3:Si+3HCl SiHCl3+H2
③SiHCl3 与过量H2 在 1000~1100℃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①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):
300 C°======8
①装置B中的试剂是 ,装置C中的烧瓶需要加热,其目的是: 。
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是 ,装置D不能采用
普通玻璃管的原因是 , 装置D中发生反应的化学方程
为 。
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以
及 。
④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质,将试样用稀盐酸溶解,取上层清液后需再加入的试剂
(填写字母代号)是 。
a.碘水 b.氯水 c.NaOH 溶液 d.KSCN 溶液 e.Na2SO3 溶液
【答案】(1)SiO2+2C Si+2CO↑
(2)分馏(蒸馏)
(3)①浓硫酸,使滴入烧瓶的 SiHCl3 气化。
②有固体物质生成,在反应温度下,普通玻璃会融化。
SiHCl3+H2 Si+3HCl
③排尽装置中的空气
④bd
类型三、 硅的化合物
例 3、在一定条件下,下列物质不能与二氧化硅反应的是( )
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸
⑤浓硝酸 ⑥烧碱溶液 ⑦氧化钙 ⑧氮气
A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧ C.⑤⑧ D.⑤
【思路点拨】二氧化硅既有酸性氧化物的某些通性,还要考虑其特性,如有氢氟酸反应。
【答案】C
【解析】SiO2 作为酸性氧化物,可与强碱和碱性氧化物反应,在常温下 SiO2 可与氢氟酸
反应,在加热时 SiO2 可被焦炭还原,可与碳酸钙、纯碱反应。
【总结升华】二氧化硅的化学性质很稳定,常温下只与氢氟酸、强碱溶液反应,在加热
条件下可体现二氧化硅酸性氧化物的通性。
举一反三:
【高清课堂:356213 例题 1】
【变式 1】材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是 ( )
材 料 主要化学成分
A. 金刚石 三氧化二铝
B. 大理石、石灰石 碳酸钙 9
C. 普通水泥、普通玻璃 硅酸盐
D. 砂子、石英 二氧化硅
【答案】A
【高清课堂:356213 例题 2】
【变式 2】关于工业生产的叙述中,错误的是 ( )
A.制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英
B.氨是制作氮肥、硝酸、铵盐的重要原料
C.制造普通水泥的主要原料为黏土、石灰石
D.制造金属铝的原料为氯化铝
【答案】D
【变式 3】(2016 届高三月考)下列说法中正确的是 ( )
A.由 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑可知,酸性 H2SiO3>H2CO3
B.氢氟酸需要密封存放在橡胶塞的玻璃试剂瓶中
C.向硅酸钠溶液中加入盐酸产生白色沉淀,过量时沉淀溶解
D.瓷坩埚、氧化铝坩埚均不可作为融化 NaOH 固体的装置
【答案】D
【解析】考查强酸制弱酸的原理,氢氟酸的性质与保存,硅及其化合物的性质。A.强酸
制弱酸都是在溶液中进行的反应,而 SiO2 与 Na2CO3 是高温下的反应,生成 CO2 气体逸出,
有利于反应的进行,与最高价含氧酸的酸性无关,A 项错误;B.氢氟酸与玻璃中的成分反应,
氢氟酸需要密封存放在橡胶塞的塑料试剂瓶中,B 项错误;C.向硅酸钠溶液中加入盐酸产生
白色沉淀硅酸,硅酸与盐酸不反应,过量时沉淀不溶解,C 项错误;D.瓷坩埚、氧化铝坩埚
都和 NaOH 反应,故均不可作为融化 NaOH 固体的装置,D 项正确;答案选 D。
【高清课堂:356213 例题 4】
【变式 4】对于ⅣA 族元素,下列叙述中不正确的是
A.SiO2 和 CO2 中,Si 和 O,C 和 O 之间都是共价键
B.C、Si 和 Ge 的最外层电子数都是 4,次外层电子数都是 8
C.CO2 和 SiO2 都是酸性氧化物,在一定条件下都能和氧化钙
反应
D.Si 可用于制备光导纤维和半导体
【答案】BD
类型四、推断题
【高清课堂:356213 例题 6】
例 4、化合物 A 是制玻璃的主要原料之一。常温下,化合物 B、H、I 为气体,B 不溶于水,
H、I 易溶于水,H 的水溶液呈碱性,I 的水溶液呈酸性。D 元素是地壳中含量仅次于氧的非
金属元素。化合物 J 是一种可用于制造发动机的新型无机非金属材料,其相对分子质量为
140,其中 D 元素的质量分数为 60 %。上述物质间的转化关系如下图所示。
A
焦炭
高温
B
D 的单质 F
G
I
H
Cl2
△ J
I
一定条件10
(1)除 A 外,制玻璃的主要原料还有物质(填化学式) 、 。
盛放 NaOH 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,原因是(用化学方程式表示) 。
(2)D 元素在元素周期表中的位置是 。
(3)H 的电子式是 。
(4)F 和 H 反应生成 J 和 I 反应的化学方程式是 。
(5)下列说法正确的是(填选项序号) 。
a.上述由 A 生成 D 的单质的反应属于置换反应
b.D 元素在自然界中主要以单质形式存在
c.G 是含有极性共价键的离子化合物
d.I 是强电解质,G 是弱电解质,二者的水溶液都显酸性
【思路点拨】化合物 A 是制玻璃的主要原料之一,可联想 A 是二氧化硅硅。本题可从
硅及其化合物的性质及相互转化入手分析。
【答案】(1)(1 分)Na2CO3 CaCO3
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
(2)第 3 周期 IVA 族
(3)
(4)3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl
(5)ac
【解析】D 元素是地壳中含量仅次于氧的非金属元素,则 D 为 Si 元素;A 是制玻璃的
主要原料之一,且能与焦炭在高温下反应生成硅单质,则可判断 A 为 SiO2,产物 B 为 CO
气体。Si 与氯气反应生成 SiCl4,则 F 为 SiCl4。H 为气体且水溶液呈碱性,可得 H 为 NH3;
I 为气体且水溶液呈酸性,能与氨气反应,则 I 为 HCl 气体,G 为氯化铵。J 的相对分子质
量为 140,其中含有 Si 元素,且质量分数为 60%,可求得 J 中含硅原子个数为 3,J 中还应
含有 N 元素,则 N 原子个数为 4,即 J 的化学式为 Si3N4。(1)制玻璃的主要原料除 SiO2
外,还有 Na2CO3、CaCO3。盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,其原因是二氧化硅
与氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,硅酸钠具有黏性。(2)硅元素在周期表中的位置为第三
周期第ⅣA 族。(3)氨气的电子式为 。(4)氨气与氯化硅反应生成氮化硅和氯化氢,
方程式为 3SiCl4+4NH3 Si3N4+12HCl。(5)A 生成 D 的反应属于置换反应,a 正确;11
硅元素在自然界中主要以硅酸盐的形式存在,b 错误;氯化铵是含有极性键的离子化合物,
c 正确;氯化铵是强电解质,故 d 错误。正确的为 ac。
【点评】本题是一道无机推断题,主要考查硅元素及其化合物的性质。本题难度中等。
举一反三:
【变式 1】A、B、C、D、E、F、G、H、I 九种物质有如下图所示反应关系:
已知:①单质 E 可作为半导体材料;②化合物 F 是不能生成盐的氧化物;③化合物 I
溶于水呈酸性,它能跟氧化物 A 起反应。据此,请填空:
(1)化合物 F 是________。
(2)化合物 I 是________。
(3)反应②的化学方程式是________________。
(4)反应④的化学方程式是________________。
【答案】(1)CO(一氧化碳) (2)HF (3)C+H 2O (g) CO+H2 (4)
2F2+2H2O==4HF+O2
【解析】由“单质 E 可作为半导体材料”可猜想 E 为硅,则 A 为 SiO2,A 与 B 反应生
成的 F 为 CO,CO 是不成盐氧化物,则 A 为 SiO2,B 为碳;碳与氧化物 C 反应生成 CO,
则 C 是 H2O,G 是 H2;G 与 H 生成 H2O,则 H 是 O2;与 H2O 反应生成 O2 的有 K、Na、
F2,但满足 I 能溶于水呈酸性且与 SiO2 反应的只有 F2。
【变式 2】下图是几种中学常见的物质之间的转化关系,氧化物 A 是光导纤维的主要原料,
Ⅰ、Ⅲ为非金属单质、Ⅱ为主族元素的金属单质。
(1)氧化物 A 的化学式为①________,写出氧化物 A 与 NaOH 溶液反应的化学方程
式②_____________;
(2)向盐乙的水溶液中通入过量 CO2,发生反应的离子方程式为③________________,
向乙溶液中逐渐加入氯水能看到的实验现象为④________________。
(3)单质Ⅰ的用途非常广泛,如用作⑤________(只需写一种);工业上制备单Ⅰ的化
学方程式为⑥________。
【答案】①SiO2 ②SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O ③AlO2―+CO2+2H2O==Al(OH)3↓
+HCO3―
④产生白色沉淀,然后沉淀逐渐溶解至消失 ⑤半导体材料(其他合理答案也可)
高温12
⑥ SiO2+2C Si+2CO ↑高温13
【巩固练习】
一.选择题(每小题只有 1 个选项符合题意)
1.(2015 广东梅州一模)下列叙述Ⅰ、Ⅱ均正确并且有因果关系的是( )。
选项 叙述Ⅰ 叙述Ⅱ
A SO2 有氧化性 SO2 可用于漂白纸浆
B 高纯单质硅有良好的半导体性能 高纯单质硅可用于制光电池
C 浓硫酸有强氧化性 浓硫酸可用于干燥 H2 和 CO
D 明矾能水解生成 Al(OH)3 胶体 明矾可用作生活用水的消毒剂
2.某溶液中加入过量盐酸有沉淀产生,过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生,下列
溶液中不符合此条件的是( )。
A.Ag+、Al3+、K+ B.SiO32-、AlO2-、K+
C.Ag+、Cu2+、Na+ D.Ag+、Ba2+、Na+
3.下列离子方程式不正确的是( )。
A.硅酸钠溶液与澄清石灰水反应:SiO32―+Ca2+==CaSiO3↓
B.向澄清的石灰水中通入过量的 CO2:CO2+OH―==HCO3―
C.向小苏打溶液中加入过量的石灰水:2HCO3―+Ca2++2OH―==CaCO3↓+2H2O+CO32―
D.向水玻璃中加入过量盐酸:2H++SiO32―==H2SiO3(胶体)
4.下列变化中,不可能通过一步反应实现的是( )
A.Na2SiO3→H2SiO3 B.SiO2→Na2SiO3
C.H2SiO3→SiO2 D.SiO2→H2SiO3
5.—定条件下,中学化学常见物质甲、乙、丙、X 之间存在“ ”的转化关系,
丙不可能是
A. SO3 B. Si C. CO D. FeCl2
6.已知 A、B、C 是单质且 C 是绿色植物光合作用的产物之一,X、Y 是化合物,它们之间
的转化关系如图(反应条件略)。下列有关 A、B 间的对应关系,不正
确的是( )
A.A 是铝,B 是铁 B.A 是碳,B 是硅
C.A 是氢气,B 是铜 D.A 是钠,B 是氢气
7.证明生石灰中既混有石英又混有石灰石的正确方法是( )。
A.加入过量的盐酸,观察是否有气泡冒出
B.加入过量的烧碱溶液,观察是否有固体溶解
C.加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成
D.先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现,若有不溶物则滤出,投
入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解
8.向下列物质的浓溶液中缓慢地通入过量 CO2 气体,整个过程中无明显现象的是( )
①水玻璃 ②苯酚钠14
③漂白粉 ④饱和碳酸钠
⑤氯化钙
A.①②③④⑤ B.②④⑤ C.④⑤ D.只有⑤
9.用 4 种溶液进行实验,下表中“操作及现象与溶液”对应关系错误的是( )
选项 操作及现象 溶液
A 通入 CO2,溶液变浑浊,继续通 CO2 至过量,浑浊不消失 Na2SiO3 溶液
B 通入 CO2,溶液变浑浊,继续通 CO2 至过量,浑浊消失 NaAlO2 溶液
C 通入 CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色褪去 Ca(ClO)2 溶液
D 通入 CO2,溶液变浑浊,继续通 CO2 至过量,浑浊消失,再加
入足量 NaOH 溶液,又变浑浊
Ca(OH)2 溶液
10.(2016·云南师大附中月考)下列说法不正确的是 ( )
A.SiO2 和 CO2 都是酸性氧化物,均可与 NaOH 溶液反应
B.SiO2 不能与任何酸发生反应
C.SiO2 和 CO2 在一定条件下,均可与 CaO 发生反应
D.SiO2 不溶于水,而 CO2 可与水反应,生成 H2CO3
11.(2016 广东江门新会二中)下列说法中正确的是( )
①硅的化学性质很稳定,因此硅在自然界中以游离态形式存在;②硅和二氧化硅晶体都
较硬;③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异;④二氧化硅是一种酸性氧化物,
它不与任何酸发生反应。
A.①②③④ B.①②④ C.①④ D.②③
12.工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下:
SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g);△H=+QkJ/mol(Q>0)
某温度、压强下,将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应(此条件下为可逆反应),
下列叙述正确的是
A.反应过程中,若增大压强能提高 SiCl4 的转化率
B.若反应开始时 SiCl4 为 1mol,则达平衡时,吸收热量为 QkJ
C.反应至 4min 时,若 HCl 浓度为 0.12mol/L,则 H2 的反应速率为 0.03mol/(L min)
D.当反应吸收热量为 0.025QkJ 时,生成的 HCl 通入 100mL 1mol/L 的 NaOH 溶液
恰好反应
二、填空题
1.(2015 河南开封二模)硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。回答
下列问题:
(1)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有
多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:
发生的主要反应
电弧炉
SiO2+2C Si+2CO↑1600~1800℃15
流化床反应器
Si+3HCl SiHCl3+H2
还原炉
①还原炉中发生的主要反应的化学方程式为________。该工艺中可循环使用的物质为
________(填化学式)。用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅,该反应的
化学方程式为________。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3、大约占 85%,还有 SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl 等,有
关物质的沸点数据如下表,提纯 SiHCl3 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
物质 Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4
沸点/℃ 2355 57.6 31.8 8.2 -30.4 -84.9 -111.9
③SiHCl3 极易水解,其完全水解的化学方程式为________。
(2)氮化硅(Si3N4)是一种高温结构材料,粉末状态的 Si3N4 可以由 SiCl4 的蒸气和 NH3
反应制取。粉末状的 Si3N4 遇空气和水都不稳定。但将粉末状的 Si3N4 和适量氧化镁在 230×
1.01×105 Pa 和 185℃的密闭容器中进行热处理,可以制得结构十分紧密、对空气和水都相
当稳定的固体材料,同时还得到遇水不稳定的 Mg3N2。
①由 SiCl4 和 NH3 反应制取 Si3N4 的化学方程式为________。
②四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,使生成的 Si3N4 沉积在石墨表
面可得纯度较高的氮化硅,该反应的化学方程式为________。
③Si3N4 和适量氧化镁在 230×1.01×105 Pa 和 185℃的密闭容器中进行热处理的过程中,
除生成 Mg3N2 外,还可能生成________(填化学式)。热处理后除去 MgO 和 Mg3N2 的方法是
________。
2.硅单质及其化合物应用范围很广,请回答下列问题:
(1)制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。SiHCl3 还原法是当前制备高纯硅的主要方
法,生产过程示意图如下:
石英砂 粗硅 SiHCl3(粗) SiHCl3(纯)
高纯硅
①写出由纯 SiHCl3 制备高纯硅的化学方程式________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧,SiHCl3 遇水剧烈反应生成 H2SiO3、HCl 和另
一种物质,写出配平的化学反应方程式________;H2 还原 SiHCl3 过程中若混入 O2,可能引
起的后果是________。
(2)下列有关硅材料的说法正确的是________(填字母)。
A.碳化硅化学性质稳定,可用于生产耐高温水泥
B.高纯度的二氧化硅可用于制造高性能通讯材料——光导纤维
C.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
D.盐酸可以与硅反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
3.单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、
铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度 450~500℃),四氯化硅经
提纯后用氢气还原可得高纯硅。如下图是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
250~300℃
→焦炭
高温
HCl
573K
→以上 →精馏 2H
1357 K
→16
相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的物理常数见下表:
物质 SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5
沸点/℃ 57.7 12.8 —— 315 ——
熔点/℃ -70.0 -107.2 —— —— ——
升华温度/
℃
—— —— 180 300 162
请回答下列问题:
(1)写出装置 A 中发生反应的离子反应方程式:________________。
(2)装置 A 中 g 管的作用是________;装置 C 中的试剂是________;装置 E 中的 h 瓶
需要冷却的理由是________。
(3)装置 E 中 h 瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅,
精馏后的残留物中,除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。17
【巩固练习】
一、选择题
1.B
【解析】SO2 具有漂白性,可用于漂白纸浆,与二氧化硫的氧化性无关,A 项错误;高纯单
质硅是良好的半导体材料,可用于制光电池,B 项正确;浓硫酸可用于干燥 H2 和 CO 是因
为浓硫酸具有吸水性,与浓硫酸的强氧化性无关,C 项错误;明矾能水解生成 Al(OH)3 胶体,
可用作净水剂,明矾没有强氧化性,所以不能用于杀菌消毒,D 项错误。
2.D
【解析】加入盐酸产生沉淀,说明原溶液中至少含有银离子或硅酸根离子中的一种;滤液加
入氨水产生沉淀,说明产生难溶于水的碱。
3.C
【解析】C 项,在过量的石灰水中,CO 32- 不可能单独存在,所以生成物中不可能有
CO32―。
4.D
5.B
6.D
7.D
【解析】石灰石溶于盐酸时有气体产生;SiO2 可与 NaOH 溶液反应。
8.D
【解析】CO2 溶于水生成碳酸,碳酸的酸性比盐酸弱,而比硅酸、次氯酸、苯酚强。根据酸
与盐反应的规律:相对较强的酸与弱酸盐反应可以制取相对较弱的酸,弱酸一般不能制强酸。
过量 CO2 通入硅酸钠溶液中有白色沉淀 H2SiO3 生成,CO2 通入苯酚钠溶液中会生成苯酚浊
液;CO2 通入次氯酸钙溶液过程中会生成碳酸钙白色沉淀,CO2 过量最终沉淀会消失;过量
CO2 通入饱和碳酸钠溶液会生成碳酸氢钠,碳酸氢钠溶解度比碳酸钠溶解度小而结晶析出;
CO2 通入氯化钙溶液无明显现象。
9.B
【解析】A 项,Na2SiO3 溶液中通入 CO2 发生反应:Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3(胶
体),继续通 CO2 至过量,硅酸胶体不溶解。B 项,NaAlO2 溶液通入 CO2,生成不溶于水的
Al(OH)3,Al(OH)3 不溶于 H2CO3,浑浊不消失。C 项,Ca(ClO)2 溶液通 CO2 生成 CaCO3 沉
淀 和 HClO , 品 红 溶 液 遇 HClO 褪 色 ; D 项 , Ca(OH)2+CO2==CaCO3 ↓ +H2O ,
CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2+2NaOH==CaCO3↓+Na2CO3+2H2O。
10.B
【解析】本题考查 SiO2、CO2 的性质,考查考生对 SiO2、CO2 性质的理解能力。A 项,SiO2、
CO2 均为酸性氧化物,均可与 NaOH 溶液反应;B 项,SiO2 可以与氢氟酸(HF)反应,生成 SiF4
和 H2;C 项,SiO2、CO2 均为酸性氧化物,均可与 CaO 反应;D 项,SiO2 不溶于水,CO2 能与
水反应生成 H2CO3。
11.D
【解析】硅的化学性质稳定,但在自然界中没有以游离态形式存在的硅;二氧化硅是一种酸
性氧化物,它可以与氢氟酸发生反应;硅和二氧化硅晶体都属于硬度较大的晶体,二氧化硅
和二氧化碳在物理性质上有很大的差异。
12.D
二、填空题18
1.(1)①SiHCl3+H2 Si+3HC1 HCl 和 H2 SiO2+3C SiC+2CO↑
②精馏(或蒸馏)
③SiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+H2↑+3HCl↑
(2)①3SiC14 (g)+4NH3 Si3N4+12HCl
②3SiCl4+2N2+6H2 Si3N4+12HC1
③SiO2 加足量稀盐酸过滤
【解析】(1)①还原炉中 SiHCl3 和氢气发生反应生成硅和氯化氢;可循环使用的物质是参
与反应过程,最后又重新生成的物质;石英砂的主要成分为二氧化硅,二氧化硅和碳在高温
条件下反应生成碳化硅和一氧化碳。
②根据题中数据,采用精馏(或蒸馏)的方法提纯 SiHCl3。
③SiHCl3 水解生成硅酸、氢气和氯化氢。
(2)①由 SiCl4 和 NH3 反应制取 Si3N4,根据反应物和生成物写出化学方程式。
②)SiCl4 与 H2、N2 反应生成 Si3N4,还应生成 HCl,由此可写出化学方程式。
③Si3N4 与 MgO 反应除生成 Mg3N2 外还可能生成 SiO2,SiO2 与盐酸不反应,而 Mg3N2、MgO
可溶于盐酸。
2.(1)①SiHCl3+H2 Si+3HCl
②SiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑
氧气与氢气混合,可能引起爆炸;氧气可能会氧化 SiHCl3 (2)B
【解析】(1)①根据给定的反应物和生成物写出化学方程式,注意反应条件和配平。
②写出反应物和给出的生成物 H2SiO3 和 HCl,用原子守恒法找出另一种生成物为 H2,
并配平。
(2)A 项水泥的成分是硅酸盐;B 项回忆课本硅的化合物用途可知,说法正确。C 项
玻璃是混合物没有固定熔点,熔点不高;D 项盐酸和硅不反应。
3.(1)MnO2+4H++2Cl― Mn2++Cl2↑+2H2O
(2)平衡压强,使分液漏斗中盐酸顺利流下 浓硫酸 使 SiCl4 冷凝
(3)Al、P、Cl
【解析】四氯化硅是由粗硅与 Cl2 反应制得的,所以必须先制得 Cl2,因 SiCl4 极易水解,所
以 Cl2 须干燥,再根据表格数据分析提纯 SiCl4 的方法。(1)书写的是离子方程式,B 装置
中盛放饱和食盐水除去 HCl,C 装置中用浓硫酸除水以制得干燥纯净的 Cl2;(2)A 中用恒
压分液漏斗平衡压强,使液体顺利流下;h 瓶用冷却液冷却主要目的是得到 SiCl4;(3)精
馏粗产物得到 SiCl4,温度应控制在 57.7℃,此时 BCl3 变为气体,但 AlCl3、FeCl3、PCl5 均
残留在瓶中,所以残留杂质元素是 Fe、Al、P、Cl。
高温 高温
高温
高温
△
1357 K