元素及其化合物硅

1 复习 5无机非金属材料的主角硅【高考新动向】考点梳理1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.了解常见无机非金属材料的性质和用途【考纲全景透析】一、 C、Si 单质性质及其用途的比较。1.物理性质碳硅存在形态既有游离态， 又有化合态； 主要单质有：金刚石、石墨、C60等同素异形体在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态存在；主要单质有：晶体硅和无定性硅两大类单质的物理性质金刚石熔点很高，硬度很大；石墨熔点很高（比金刚石高） 硬度较小， 能导电，有滑腻感。晶体硅，灰黑色，有金属光泽；与金刚石相似，熔点很高，硬度很大；是良好的半导体材料。用途金刚石用作切割工具；石墨用作电极、铅笔芯。含硅 4的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；含硅15的硅钢具有很好的耐酸性能，作为耐酸材料；制光电池等2.化学性质(1)碳单质的化学性质 还原性与 O2反应： O2不足： 2C+ O22CO；O2充足： C+O2CO2与其他物质反应：a.与 CuO 反应：2CuO+C 2Cu+CO2 ( 可用于某些金属的冶炼)；b.与 CO2反应： CO2+C 2CO；c.与水蒸气反应：C+H2O(g)CO+H2 (用于生产水煤气)；d.与浓硫酸反应：C+2H2SO4(浓)CO2 +2SO2 +2H2O。(2)硅的化学性质 还原性点燃点燃高温高温2 与氢氟酸反应：Si+4HF=SiF4 +2H2 ；与 NaOH 溶液反应： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2;与 O2反应： Si+O2SiO2二、 CO2和 SiO2的比较物质二氧化硅二氧化碳晶体类型原子晶体分子晶体物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2+H2OH2CO3与酸反应SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O 不反应与碱反应SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O 盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 或CO2 + NaOH = 2NaHCO3与盐反应SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2Ca(ClO)2 + CO2+ H2O = CaCO3 + 2HClO CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3 与 碱 性 氧 化物反应SiO2 + CaO CaSiO3CO2 + Na2O Na2CO3与碳反应 CO2+C2CO；22C+SiOSi+2CO高温主要用途化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂，人工降雨。制光学仪器、 石英玻璃。 水晶可制作饰品，常用来制造通讯材料光导纤维。3、硅酸及硅酸盐（1）硅酸物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。化学性质：a.弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与NaOH 溶液反应的化学方程式为：H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O。b.不稳定性：受热易分解，化学方程式为：H2SiO3 H2O+ SiO2。高温高温高温高温3 制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3+2HCl= H2SiO3 +2NaCl用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。2、硅酸盐硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的主要成分。硅酸钠：硅酸钠溶液俗称水玻璃，是无色黏稠液体，常用于制备黏合剂、防腐剂、耐火材料。硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成：如硅酸钠（Na2SiO3）可表示为Na2O· SiO2。长石（ KAlSi3O8）可表示为K2O· Al2O3· 6SiO2。 （注意：硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变，原子个数比相等；表示顺序一般为：活泼金属的氧化物· 较活泼 金属的氧化物· 二氧化硅 · 水。三、常见无极非金属材料及其主要用途1.传统的无极非金属材料硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土反应原理发 生 复 杂 的 物理化学变化（不作要求）SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑主要成分3CaO · SiO2 2CaO · SiO2 3CaO · Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2反应条件高温高温高温(2)主要用途陶瓷、玻璃、水泥是主要建材，也广泛应用于生活中。2.特殊功能的含硅物质(1)碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。(2)含硅元素 4%的硅钢具有导磁性。(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。【热点难点全析】1. 硅及其化合物的特殊性质1.硅(1)硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。(2)硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2：SiO2+2C 2CO +Si 。高温高温4 (3)非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但 Si 能跟碱溶液作用放出H2： Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2 。(4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。(5)非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。2.二氧化硅(1)非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔点却很高。(2)酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应。3.硅酸(1)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。(2)H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3 +Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 能发生是因为生成的CO2容易挥发。【典例 1】某氧化物不溶于水，溶于熔化的NaOH 中，生成易溶于水的化合物，向稀盐酸中滴加所生成化合物的水溶液，立即有白色沉淀产生，则原氧化物是() AAl2O3BMgO CSiO2DFe2O3答案 C解析 能与 NaOH 反应的氧化物有Al2O3、SiO2，生成物分别为NaAlO2和 Na2SiO3，但由于题目中是向稀盐酸中加所生成化合物的水溶液，即盐酸过量， NaAlO2与过量盐酸反应生成AlCl3，无沉淀， Na2Si O3与盐酸反应生成H2SiO3白色沉淀，故选C。二、 CO2与碱的反应及CO2 3、HCO 3的检验1.CO2与 NaOH 反应成分的判断(1)反应原理NaOH 少量 CO2 Na2CO3过量 CO2 NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断方法溶质的成分X1 1 NaHCO31121 NaOH 、Na2CO3（3）CO2与常见溶液的反应和现象5 Ca(OH)2或 Ba(OH)2溶液CO2不足时，生成白色沉淀；CO2过量时，生成的白色沉淀消失，溶液变澄清。Na2SiO3溶液CO2不足： Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3 ；CO2过量： Na2SiO3+2H2O+2CO2=2NaHCO3+H2SiO3 。两种情况均生成白色胶状沉淀。饱和 Na2CO3溶液Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 ，有白色固体析出。2. CO2 3、HCO 3的检验(1)CO2 3的检验向待检验溶液中滴加一定量的Ca2或 Ba2的可溶性盐溶液，有白色沉淀生成，再加入适量的酸，白色沉淀溶解且生成无色，无味的气体，则待检溶液中有CO2 3。(2)HCO 3的检验向待检验溶液中滴加足量的Ca2或 Ba2的可溶性盐溶液，无明显现象，再向溶液中加入足量的酸。若溶液中有无色、无味的气体生成，则待检溶液中有HCO 3。【典例 2】下列说法正确的是() A将 CO2通入 CaCl2溶液或饱和Na2CO3溶液均有白色沉淀生成B某溶液中加入Ba(OH)2溶液中有白色沉淀，说明可能有CO2 3不可能含有HCO 3C在标准状况下将2.24 L CO2通入 100 mL 1.0 mol/L 的 NaOH 溶液中充分反应，其反应的离子方程式为：CO22OH=CO2 3 H2O DNaHCO3溶液和 Na2CO3溶液可以用CaCl2溶液鉴别答案 D 解析 A 项 CO2与 CaCl2不反应，无现象，与饱和Na2CO3溶液反应生成溶解度更小的NaHCO3，从而析出沉淀； B 项溶液中可能含CO2 3，也可能含有HCO 3、SO2 3、 HSO 3， B 错； C 项中 n(CO2)n(NaOH) 11，反应应该为CO2OH=HCO 3，C 错； D 项，CaCl2与 NaHCO3不反应，与Na2CO3反应生成CaCO3白色沉淀，D 项正确。【考点提升训练】一、选择题1.(2012·武汉模拟 )据参考消息报道，有科学家提出硅是“ 21 世纪的能源 ” 、“ 未来的石油 ” 的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是( ) A便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料B自然界的含硅化合物易开采C硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制6 D自然界中存在大量单质硅2.(2012·潍坊模拟 )下列说法正确的是( ) A.CO 、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在B.检验红砖中的氧化铁成分，向红砖粉末中加入盐酸，充分反应后取上层清液于试管中，滴加KSCN 溶液 23滴即可C.在粗硅的制取中，2C+SiO2高温 Si+2CO 硅被还原，所以硅的非金属性比碳强D.用 SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后通CO23.下图的实验装置用来分离CO2和 CO 气体并干燥。图中a 为止水夹， b 为分液漏斗的活塞，通过Y 型管和止水夹分别接c、d 两球胆，现装置内的空气已排尽。为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的溶液是（）A.NaHCO3饱和溶液12 mol·L1盐酸18.4 mol ·L1H 2SO4B.Na2CO3饱和溶液2 mol · L1H2SO4NaOH 饱和溶液C.NaOH 饱和溶液2 mol ·L1H 2SO418.4 mol·L1H 2SO4D.18.4 mol·L1H 2SO4NaOH 饱和溶液18.4 mol·L1H 2SO4 4.半导体工业中，有一句行话：“ 从沙滩到用户” ，即由 SiO2制取 Si。制取过程中不涉及的化学反应是( ) A.2C+SiO2 Si+2COB.SiO22NaOH = Na2SiO3H2O C.Si2Cl2 SiCl4 D.SiCl42H2 Si4HCl5.“ 碳捕捉技术 ” 是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH 溶液来 “ 捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中不正确的是( ) A.能耗大是该方法的一大缺点B.整个过程中，可以循环利用的物质是CaO 和 NaOH C. “ 反应、分离 ” 环节中，分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤D.该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品7 6.下列离子方程式书写正确的是( ) A.往澄清石灰水中通入过量的二氧化碳：Ca2+2OH-+CO2 = CaCO3+H2O B.往碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32-+SiO2 = SiO32-+CO2C.二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2+2OH- = SiO32-+H2D.硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3+2OH- = SiO