第一学期专题四 非金属SiC及其化合物.docx
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第一学期专题四非金属SiC及其化合物
专题四非金属C、Si及其化合物
【对焦高考】
考点
考纲内容
高考真题
热度
碳的单质及其重要
化合物的性质
1、了解碳及其重要化合物的主要性质及其应用
2、了解碳的氧化物对环境的影响
2017北京理综,26
2016江苏单科,1
**
硅及其无机非金属
材料
1、了解硅及其重要化合物的主要性质及其应用
2、了解硅及其重要化合物的制备方法
2017课标Ⅲ,26
2014重庆理综,1
***
【考点解读】
课标卷对碳和硅单质及它们的化合物的性质进行单独考查的频率较低,主要是通过对化学基本概念、基本理论和化学反应原理等知识的考查穿插去考查。
本专题与新材料有一定的相关性,在今后的高考中的占比会有所提升。
【基础梳理】
1、碳与硅的物理性质及其对比
碳
硅
存在形态
游离态和化合态
化合态
结构
金刚石:
空间网状
石墨:
层状结构
晶体硅:
与金刚石类似的空间网状结构
物理性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软、有滑腻感
晶体硅为灰黑色固体,有金属光泽、硬度大、熔点高
用途
金刚石用切割刀具,石墨用作电极、铅笔芯
晶体硅用作半导体材料,硅芯片和硅太阳能电池
【易混归纳】碳、硅单质的特殊性
(1)一般情况下,非金属单质熔、沸点低,硬度小,但晶体硅、金刚石溶、沸点高,硬度大,其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。
(2)一般情况下,非金属单质为绝缘体,但硅为半导体,石墨为电的良导体。
高温
(3)Si的还原性强于C,但C在高温下能还原出Si:
SiO2+2C====Si+2CO↑
(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟氢氟酸作用:
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑。
(5)常见的与强酸反应生成H2的固体单质有Al和Si,能够置换出H2O中氢的非金属单质为碳,这些特征反应常作为推断题的突破口。
(6)金刚石为原子晶体,1mol金刚石中含有2mol碳碳单键;晶体硅为原子晶体,1mol晶体硅中含有2molSi-Si键;二氧化硅为原子晶体,1molSiO2中含有4molSi-O键;石墨为混合晶体;C60是分子晶体。
2、二氧化碳与二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
立体网状结构,不存在单个分子
存在单个分子CO2分子
主要物理性质
硬度大,溶、沸点高,常温下为固体,不溶于水
溶、沸点低,常温下为气体,微溶于水
与水反应
不反应
CO2+H2O=H2CO3
化
学
性
质
与酸反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
与碱反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)
CO2少量:
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2足量:
CO2+NaOH=NaHCO3
与盐反应
如与Na2CO3反应:
高温
SiO2+Na2CO3===Na2SiO3+CO2↑
如与Na2SiO3反应:
Na2SiO3+CO2(不足)+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3或Na2SiO3+2CO2(足量)+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3
与碱性氧化物反应
如与CaO反应:
高温
SiO2+CaO====CaSiO3
如与Na2O反应:
Na2O+CO2=Na2CO3
用途
制光导纤维、光学
仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
3、硅的化学性质
硅的化学性质不活泼,常温下只能与F2、氢氟酸、强碱溶液反应;在加热条件下,能与O2、Cl2等少数非金属单质化合。
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+O2===SiO2
3、硅酸及硅酸盐
①硅酸
物理性质:
不溶于水,无色透明,胶状(硅胶)硅胶可用作催化剂的载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂(硅胶疏松多孔)。
化学性质:
弱酸性,只与强碱反应:
H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
比碳酸酸性弱:
Na2SiO3+H2O+CO2=Na2CO3+H2SiO3↓(强酸制弱酸)
制备方法:
可溶性硅酸盐+酸,如Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
不稳定性:
受热易分解H2SiO3===SiO2+H2O
【易错归纳】
(1)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。
(2)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用:
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O。
(3)不能混淆二氧化硅和晶体硅的用途,用于制作光导纤维的是SiO2,用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。
(4)水晶、石英、玛瑙的主要成份都是SiO2。
②硅酸盐
1.Na2SiO3:
Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制作黏合剂、防腐剂和耐火材料。
a.贮存:
盛放Na2SiO3溶液的试剂不能用玻璃塞,因为Na2SiO3是一种矿物质胶,能把试剂瓶和瓶塞黏合在一起。
b.变质:
Na2SiO3水溶液在空气中易变质,离子方程式为:
SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3↓+CO32-。
C.硅酸盐组成的表示方法
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,排列顺序:
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水,如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2,石棉网(CaMg3Si4O2)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。
4、硅酸盐材料常识
物质
水泥
玻璃
陶瓷
原料
黏土
石灰石、石英沙、纯碱
黏土
设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷
变化
复杂的物理、化学变化过程
主要反应:
Na2CO3+SiO2==
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2=高温=CaSiO3+CO2↑
加水混合→成型→干燥→烧结→冷却
组成
硅酸三钙(3CaO·SiO2)
硅酸二钙(2CaO·SiO2)
铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
硅酸盐
用途
重要的建筑材料
制作玻璃瓶、化学实验用的玻璃仪器等
在工农业,生活、实验室中使用
说明
(1)传统的无机非金属材料主要指硅酸盐材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷等。
(2)水泥中加入石膏是为了调节水泥的硬化速度。
【对点训练】
1.硅及其化合物在材料领域中应用广泛,下列叙述正确()
A硅单质是制造玻璃的主要原料BCaSiO3可用来制造太阳能
C水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2D二氧化硅是制造光导纤维的材料
2.下列说法错误的是()
A.古代的陶瓷、砖瓦,现代的玻璃、水泥等,都是硅酸盐产品
B.工业上制取水泥的主要原料为黏土、石灰石
C.博物馆窗户上普通玻璃的主要成分是SiO2
D.青花瓷胎体的原料为高岭土[Al2Si2O5(OH)4],若以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
3.化学与环境、材料、信息、能源关系密切。
下列就法不正确的是()
A.高铁酸钾(K2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂,既能杀菌消毒又能净水
B.“光化学烟雾”“臭氧空洞”的形成都与氮氧化物有关
C.减少使用含
或
的产品符合“促进低碳经济”宗旨
D.高纯度的二氧化硅广泛应用于制造光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”
4.用四种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系正确的是()
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失
饱和Na2CO3溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,继续通入CO2至过量,浑浊不消失,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,继续通入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
5.甲、乙、丙、丁四种物质中,甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化
丁丁
关系:
甲乙丙。
下列有关物质的推断不正确的是()
A.若甲为焦碳,则丁可能为O2B.若甲为SO2,则丁可能是氨水
C.若甲为Fe,则丁可能盐酸D.若甲为NaOH溶液,则丁可能是CO2
6.在给定的条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是()
Cl2H2盐酸电解
A.粗硅SiCl4SiB.Mg(OH)2MgCl2(aq)Mg
高温高温
盐酸蒸发NH3·H2O蔗糖
C.Fe2O3FeCl3(aq)无水FeCl3D.AgNO3(aq)[Ag(NH3)2]OH(aq)Ag
7.将2.8g硅粉与2.3g钠同时放到足量的水中,采用恰当的方法收集反应过程中产生的气体(全部收集),这些气体在标准状况下的体积为()
A.1.12LB.4.48LC.5.6LD.3.36L
8.某二价金属的碳酸盐和酸式碳酸盐的混合物和足量的稀盐酸反应,消耗H+和CO2的物质的量之比为6:
5,则该混合物中碳酸盐和酸式碳酸盐的物质的量之比为()
A.1:
1B.1:
2C.1:
3D.1:
4
9.金属铝质轻且有良好的防腐性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。
完成下列填空:
(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是________________________
(2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量为硅_______铝(填“>”“<”或“=”)。
工业上制备铝的化学方程式是____________________________________________________。
(3)SiO2是硅酸盐(Na2CaSi6O14)的主要成分,Na2CaSi6O14也可写成Na2O·CaO·6SiO2,钠长石(NaAlSi3O8)的氧化物的形式为_________________,长石是硅酸盐,不同类长石其氧原子的物质的量分数相同,由此可推断钙长石的化学式为_________________。
(4)某铝合金由Al、Si、Cu、Mg组成。
①取100g该铝合金样品,分成等质量的A、B两份。
向A中加入足量NaOH溶液,B份加入足量的稀盐酸。
②待两份反应物都充分反应之后,称得滤渣质量相差1.60g,收集得到的两份气体的体积之差2240ml(标准状况下)。
则样品中Si和Mg的物质的量分别是n(Si)=_______和n(Mg)=_______。
10.水泥是重要的建筑材料。
水泥熟料的主要成份为CaO、SiO2,并含有一定的铁、铝和镁等金属的氧化物。
实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示:
氯化铵
盐酸、硝酸
氨水PH4-5
加热
硫酸
KMnO4法测定
回答下列问题:
(1)在分解水泥样品过程中,以盐酸为溶剂,氯化铵为助剂,还需要加入几滴硝酸。
加入硝酸的目的是_____________________________________________,还可以使用__________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是__________,其不溶于强酸但可与一种弱酸反应,该反应的化学方程式为_____________________________________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_____________________________________。
沉淀B的主要成分为__________、__________(写化学式)。
(4)草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应为:
MnO4-+H++H2C2O4→Mn2++CO2+H2O。
实验中称量称取0.4g水泥样品,滴定时消耗了为。
0.05mol·L-的KMnO4溶液36.00ml,则水泥样品中钙的质量分数为__________。
11.(12湖北竞赛)近年来我国光纤光缆的快速发展产生了对光纤预制的迫切需求。
光纤预制是制造石英系列光纤的核心原材料。
(1)如果把光缆裸露在碱性土壤中,结果会短路,用离子方程式说明原因:
_____________________________________________。
(2)石英的用途广泛,下列说法正确的是_________。
A.制备石英玻璃用来制造耐高温的化学仪器
B.可用作吸附剂或催化剂载体
C.工艺师用盐酸刻蚀石英制作艺术品
D.制备各种各样的陶瓷制品,如坩埚、蒸发皿、氮化硅高温结构陶瓷等
(3)晶体硅是电子工业的重量材料,工业上大量的晶体硅通常是由石英为原料制备得到的。
第一步,碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质);
第二步,粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450--500℃);
第三步,四氯化硅经提纯后用氢气还原可得到高纯硅。
相关信息如下:
a.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;
b.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
--
溶点/℃
-70.0
-107.2
--
--
--
升华温度/℃
--
--
180
300
162
①写出获得粗硅的化学方程式:
____________________________。
②第二步获得的粗产品经冷却后再通过精馏(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)。
③第三步中用SiCl4与过量干燥的H2反应制备纯硅,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_________________,原因是________________________________________________。
答案
1-5DCBDC6-8ADB
9.
(1)铺上一层KClO3粉末,点燃插入的镁条;
通电
(2)>;2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑;(3)Na2O·Al2O3·6SiO2;CaAl2Si2O8
(4)0.4mol;0.6mol。
10.
(1)将样品中可能存在的Fe2+氧化成Fe3+H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3)SiO+4HF=SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF=SiF4↑+3H2O)
(3)防止胶体生成,易沉淀分离Al(OH)3Fe(OH)3
(4)45.0%
11.
(1)SiO2+2OH-=SiO32-+H2O
(2)AD
高温
(3)①SiO2+2C======Si+2CO↑②Al、P、Cl
③排尽装置中的空气,确保干燥的H2气流;以防H2、O2混合物受热不安全及高温下Si被氧化
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