1、專題十六碳、硅及其化合物無機(jī)非金屬材料考綱展示命題探究1碳、硅元素的原子結(jié)構(gòu)與存在2碳、硅單質(zhì)的性質(zhì)物質(zhì)碳硅物理性質(zhì)顏色、狀態(tài)無色(金剛石)或黑色(石墨)固體有金屬光澤的灰黑色固體熔點(diǎn)()3550(金剛石)、36523697(石墨)1410沸點(diǎn)()48272355密度(g/cm3)3.51(金剛石)、225(石墨)2.322.34溶解性難溶于一般溶劑難溶于一般溶劑硬度硬度很大硬度較大續(xù)表物質(zhì)碳硅化學(xué)性質(zhì)與非金屬單質(zhì)反應(yīng)CO2CO22CO22COSiO2SiO2Si2F2=SiF4與氧化物反應(yīng)C2CuOCO22Cu3CFe2O33CO2Fe2CSiO22COSi與FeO反應(yīng)：Si2FeOSiO2

2、2Fe與酸反應(yīng)與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)：C2H2SO4(濃)CO22SO22H2OC4HNO3(濃)CO24NO22H2O只與氫氟酸反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2與水或堿反應(yīng)與堿不反應(yīng)CH2O(g)COH2與NaOH溶液反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2學(xué)霸巧學(xué)卡硅的還原性比碳的強(qiáng)，但碳能置換出SiO2中的硅。這是因?yàn)樘荚睾凸柙匚挥谠刂芷诒碇械贏族，碳的原子半徑比硅的小，失電子能力比硅的弱，所以硅的還原性比碳的強(qiáng)。但反應(yīng)2CSiO2Si2CO是在高溫條件下進(jìn)行的，且生成物CO為氣體，從反應(yīng)體系中逸出，有利于反應(yīng)向右進(jìn)行。3硅的工業(yè)制法(1)制取粗硅工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二

3、氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅。SiO22CSi2CO。(2)粗硅提純Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl。晶體硅用途：作半導(dǎo)體材料，制芯片，制太陽能電池。學(xué)霸巧學(xué)卡(1)用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。(2)粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。1.思維辨析(1)晶體硅熔點(diǎn)高、硬度大，所以可用于制作半導(dǎo)體材料。()(2)甲、乙、丙、丁四種物質(zhì)中，甲、乙、丙均含有相同的某種元素，它們之間具有如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：甲乙丙。若甲為焦炭，則

4、丁可能是O2。()(3)高溫下用焦炭還原SiO2制取粗硅。()(4)常溫下硅既不能與強(qiáng)酸反應(yīng)也不能與強(qiáng)堿反應(yīng)。()(5)加熱到一定溫度，硅能與氧氣、氯氣等非金屬反應(yīng)。 ()(6)晶體硅可用作光導(dǎo)纖維材料。 ()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)2下列關(guān)于碳、硅的敘述正確的是()A碳、硅都是A族元素，它們?cè)谧匀唤缰卸家曰蠎B(tài)形式存在B二氧化碳、二氧化硅的物理性質(zhì)相似C二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽D高純度的二氧化硅用于制造半導(dǎo)體材料答案C解析碳元素的存在既有游離態(tài)也有化合態(tài)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；用于制造半導(dǎo)體材料的物質(zhì)應(yīng)是晶體硅，故選C?？挤ňC述結(jié)合生活和生產(chǎn)實(shí)際

5、，考查硅的用途和制單質(zhì)硅的原理，同學(xué)們需記得硅的主要物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及硅的工業(yè)制法。命題法1硅的主要性質(zhì)和用途典例1某短周期非金屬元素的原子核外最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的一半，該元素()A在自然界中只以化合態(tài)的形式存在B單質(zhì)常用作半導(dǎo)體材料和光導(dǎo)纖維C最高價(jià)氧化物不與酸反應(yīng)D氣態(tài)氫化物比甲烷穩(wěn)定解析由已知信息可知該非金屬元素為硅。硅強(qiáng)烈親氧，在自然界硅元素是以氧化物或復(fù)雜硅酸鹽形式存在，不存在單質(zhì)硅，A正確；硅單質(zhì)能用作半導(dǎo)體材料而不能用作光導(dǎo)纖維，制造光導(dǎo)纖維是用二氧化硅，B錯(cuò)誤；SiO2能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，C錯(cuò)誤；非金屬性：CSi，故SiH4的穩(wěn)定性弱于甲

6、烷，D錯(cuò)誤。答案A【解題法】硅的特性歸納總結(jié)一般規(guī)律硅及其化合物特性硅還原性大于碳2CSiO2Si2CO非金屬與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不產(chǎn)生H2硅可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2非金屬一般不與非氧化性酸反應(yīng)Si4HF=SiF42H2一般非金屬單質(zhì)為絕緣體硅為半導(dǎo)體，常用于電子部件命題法2硅的工業(yè)制備典例2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(yīng)用。回答下列問題：(1)1810年瑞典化學(xué)家貝采利烏斯在加熱石英砂、木炭和鐵時(shí)，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_

7、。(3)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都需要的基礎(chǔ)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(yīng)如下：發(fā)生的主要反應(yīng)電弧爐SiO22CSi2CO流化床反應(yīng)器Si3HClSiHCl3H2還原爐SiHCl3H2Si3HCl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(yīng)的化學(xué)方程式為_；碳化硅又稱_，其晶體結(jié)構(gòu)與_相似。在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有關(guān)物質(zhì)的沸點(diǎn)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(zhì)SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸點(diǎn)

8、/235557.631.88.230.484.9111.9SiHCl3極易水解，其完全水解的產(chǎn)物為_。解析(3)比較SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸點(diǎn)，可得常溫下SiHCl3、SiCl4為液體，SiH2Cl2、SiH3Cl為氣體，沉降、冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液體，用蒸餾可分離二者。SiHCl3中，把硅考慮為4價(jià)，則氫為1價(jià)，氯是1價(jià)，SiHCl3水解時(shí)，1價(jià)氫還原水中1價(jià)的氫，生成氫氣。答案(1)含有硅、碳的鐵合金(或硅鐵)(2)石英砂、純堿和石灰石(3)SiO23CSiC2CO金剛砂 金剛石(或單晶硅)精餾(或蒸餾)H2SiO3(或H4SiO4)、H

9、2、HCl【解題法】純硅制備常用方程式歸納總結(jié)(1)高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅：SiO22CSi(粗)2CO(2)粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2(3)粗硅與干燥Cl2反應(yīng)制得SiCl4：Si(粗)2Cl2SiCl4(4)SiHCl3與過量H2在10001100 反應(yīng)制得純硅：SiHCl3H2Si3HCl(5)SiCl4與過量H2在高溫下反應(yīng)制得純硅：SiCl42H2Si4HCl(6)SiHCl3、SiCl4能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)：SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2SiCl43H2O=H2SiO34HCl(7)SiH4在空氣中易自燃：SiH42

10、O2=SiO22H2O1在給定條件下，下列選項(xiàng)中所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化均能一步實(shí)現(xiàn)的是()A粗硅SiCl4SiBMg(OH)2MgCl2(aq)MgCFe2O3FeCl3(aq)無水FeCl3DAgNO3(aq)Ag(NH3)2OH(aq)Ag答案A解析2Cl2Si(粗)SiCl4，SiCl42H2Si(純)4HCl，A項(xiàng)正確；電解MgCl2溶液不能得到Mg，應(yīng)電解熔融的MgCl2，B項(xiàng)錯(cuò)誤；FeCl3溶液在蒸發(fā)過程中，F(xiàn)e3水解生成Fe(OH)3，同時(shí)生成的HCl揮發(fā)，水解平衡不斷向右移動(dòng)，故得不到無水FeCl3，C項(xiàng)錯(cuò)誤；蔗糖不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。2某化學(xué)家指出Si與NaOH溶液的反應(yīng)，首

11、先是Si與OH反應(yīng)，生成SiO，然后SiO迅速水解生成H4SiO4，下列有關(guān)說法正確的是()A原硅酸鈉(Na4SiO4)能迅速水解，且水解后呈堿性，故Na4SiO4為弱電解質(zhì)B石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均屬于硅酸鹽產(chǎn)品C2HClNa2SiO3=H2SiO32NaCl說明Cl的非金屬性大于SiD半導(dǎo)體工業(yè)所說的“從沙灘到家庭”是指：將二氧化硅制成晶體硅答案D解析A項(xiàng)，Na4SiO4在水溶液里完全電離，所以Na4SiO4為強(qiáng)電解質(zhì)，Na4SiO4是強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液中SiO迅速水解導(dǎo)致溶液呈堿性，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，石英玻璃的主要成分是二氧化硅，所以石英玻璃不屬于硅酸鹽，普通玻璃、陶瓷、水泥的主要成分都是硅酸鹽，