課時8 碳、硅及其化合物

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1、課時8　碳、硅及其化合物 【課時導(dǎo)航】 課時8 碳、硅及其化合物 (本課時對應(yīng)學(xué)生用書第35~38頁) 【課時導(dǎo)航】 復(fù)習(xí)目標 了解碳、硅及其化合物的主要性質(zhì)和重要應(yīng)用。 知識網(wǎng)絡(luò) 問題思考 問題1　從元素周期表的位置看，碳和硅為ⅣA族的元素，硅的性質(zhì)相對較為穩(wěn)定，為什么自然界中沒有單質(zhì)硅的存在? 問題2　實驗室中要熔化NaOH固體，現(xiàn)有三種坩堝：石英坩堝、陶瓷坩堝和鐵坩堝。你認為選哪一種，為什么? 【自主學(xué)習(xí)】 考點1　碳、硅單質(zhì) 【基礎(chǔ)梳理】 1. C、Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途 (1) 自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有

2、化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有　　　　態(tài)。碳單質(zhì)主要有　　　　、　　　　、　　　　等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無定形硅兩大類。 (2) 單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較 碳 硅 結(jié)構(gòu) 金剛石：　　　　結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)? 晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 物理 性質(zhì) 金剛石：熔點高、硬度大石墨：熔點高、質(zhì)　　　　，有滑膩感? 晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點高 用途 金剛石用作切割刀具，　　　　用作電極、鉛筆芯? 晶體硅用作　　　　材料、硅芯片和硅太陽能電池? 2. 高純硅的制備 3. 碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)：碳、硅在參與化學(xué)

3、反應(yīng)時，一般表現(xiàn)還原性。 【舉題說法】 例題1　硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是 (　　) A. 硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 B. 粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng) C. 反應(yīng)：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑中，Si為還原劑，NaOH和H2O為氧化劑 D. 硅能與氫氟酸反應(yīng)，則硅可以與鹽酸反應(yīng) 【答案】　A 【解析】　粗硅提純涉及的反應(yīng)：Si+2Cl2SiCl4、SiCl4+2H2Si+4HCl都是氧化還原反應(yīng)，B錯誤；該反應(yīng)的實質(zhì)是Si先與H2O反應(yīng)：Si+3H2OH2SiO3+2H2↑，H2SiO3再與NaOH發(fā)生復(fù)分解反

4、應(yīng)生成 Na2SiO3，故只有H2O是氧化劑，C錯誤；硅能與氫氟酸反應(yīng)，但不能與鹽酸反應(yīng)，D錯誤。 變式1　下列關(guān)于硅的說法不正確的是 (　　) A. 硅是非金屬元素，晶體硅是灰黑色有金屬光澤的固體 B. 硅的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料 C. 硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng) D. 加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng) 【答案】　C 【解析】　晶體硅雖然外形像金屬(有金屬光澤)，但實際上屬于非金屬，A正確；硅既有金屬性又有非金屬性，其導(dǎo)電性也介于金屬導(dǎo)體和非金屬絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料，B正確；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑(尤其是在常溫下

5、)，但常溫下仍能與氟氣、氟化氫和NaOH溶液等發(fā)生反應(yīng)，加熱至一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)，C錯誤，D正確。 碳、硅的特殊性 1. 一般情況下，非金屬元素單質(zhì)熔、沸點低，硬度小，但硅、金剛石的熔、沸點高，硬度大，其中金剛石為自然存在的硬度最大的物質(zhì)。原因：它們的晶體類型是原子晶體。 2. 一般情況下，非金屬元素單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。 3. C、Si同屬ⅣA族，還原性Si大于C，而C卻能將Si從SiO2中還原出來(條件是高溫)，原因是產(chǎn)物CO氣體迅速從反應(yīng)體系中逸出，可以促使反應(yīng)SiO2+2CSi+2CO↑進行。 4. 非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)

6、時一般是非金屬發(fā)生歧化反應(yīng)(非金屬既作氧化劑，又作還原劑)，而Si與堿液反應(yīng)卻只作還原劑：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。 5. 非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸作用，而Si卻能與HF發(fā)生反應(yīng)：Si+4HFSiF4↑+2H2↑。 6. 一般情況下，只有非?；顫姷慕饘?如Na、K等)才能夠置換出水中的氫，但碳單質(zhì)卻能與水蒸氣反應(yīng)：C+H2O(g)CO+H2。 考點2　碳、硅的氧化物 【基礎(chǔ)梳理】 1. 一氧化碳 (1) 物理性質(zhì)：　　　　色氣體，　　　　毒，　　　　溶于水。 (2)化學(xué)性質(zhì) 2. 二氧化硅與二氧化碳 物質(zhì) 二氧化硅 干冰 化

7、學(xué)式 SiO2 CO2 晶體類型 　　　　晶體? 　　　　晶體? 用途 SiO2是制造光導(dǎo)纖維的主要原料 干冰(固態(tài)CO2)用于人工降雨 與水反應(yīng) 不反應(yīng) CO2+H2OH2CO3 與C反應(yīng) SiO2+2CSi+2CO↑ C+CO22CO 與HF反應(yīng) SiO2+4HF　　　? 不反應(yīng) 與堿反應(yīng) SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O 盛堿液的試劑瓶要用　　　，堿溶液只能裝在　　　滴定管中 CO2+2NaOH　　　(少量CO2) CO2+NaOH　　　(過量CO2)? 與鹽反應(yīng) SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ CO2+Na

8、2CO3+H2O　　　? Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO 與堿性氧化物反應(yīng) SiO2+CaOCaSiO3 CO2+Na2ONa2CO3 【舉題說法】 例題2　二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(各種轉(zhuǎn)化見下圖)。下列說法正確的是 (　　) A. SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物 B. SiO2和Si都是光導(dǎo)纖維材料 C. 在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠吸水是否失效 D. 圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng) 【答案】　C 【解析】　兩性氧化物與酸和堿反應(yīng)均生成鹽和水，SiO2與HF反應(yīng)得

9、到的SiF4不屬于鹽類，A錯誤；SiO2是光導(dǎo)纖維材料，Si為半導(dǎo)體材料，B錯誤；CoCl2在吸水和失水狀態(tài)下顯示不同的顏色，C正確；制取Si的過程中涉及了氧化還原反應(yīng)，D錯誤。 變式2　下列說法正確的是 (　　) A. 光導(dǎo)纖維的主要成分是硅 B. 常用氫氟酸(HF)來刻蝕玻璃 C. 制普通玻璃的主要原料是燒堿、石灰石、石英 D. 實驗室用帶玻璃塞的試劑瓶保存氫氧化鈉溶液 【答案】　B 【解析】　光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅，A錯誤；4HF+SiO2SiF4↑+2H2O，所以可以用氫氟酸(HF)來刻蝕玻璃，B正確；制普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石、石英，C錯誤；玻璃中含有

10、二氧化硅，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成具有黏性的硅酸鈉，時間長了會打不開瓶塞，D錯誤。 考點3　硅酸及硅酸鹽 【基礎(chǔ)梳理】 1. 硅酸 硅酸　　　　溶于水，其酸性比碳酸　　　　，硅酸　　　　(填“能”或“不能”)使紫色石蕊試液變紅色。 (1) 硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：　 。 (2) 硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 。 (3) 硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸水能力強，常用作　　　　　　　　。 2. 硅酸鹽 (1) 硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分。硅

11、酸鹽礦物的成分復(fù)雜，多用氧化物的形式表示它們的組成，如硅酸鈉(Na2SiO3)寫成　　　　　　，白云母(KH2Al3Si3O12)寫成　　　　　　　　　　　　。 (2) 硅酸鈉(Na2SiO3) ①白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱　　　　，有黏性，水溶液顯堿性。 ②它能與酸性較硅酸強的酸反應(yīng)，寫出化學(xué)方程式： 與鹽酸反應(yīng)：　　　　　　　　。 與CO2水溶液反應(yīng)：　　　　　　　　。 ③用途：黏合劑(礦物膠)、耐火阻燃材料。 3. 無機非金屬材料 (1) 傳統(tǒng)無機非金屬材料有水泥、玻璃、陶瓷三種硅酸鹽材料。 水泥 玻璃 陶瓷 主要成分 硅酸三鈣(3CaO·

12、SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3) 硅酸鈉、硅酸鈣、二氧化硅 硅酸鹽 生產(chǎn)原料 　　　　、黏土? 　　、　　、　　? 黏土 典型設(shè)備 水泥回轉(zhuǎn)窯 玻璃窯 陶瓷窯 　　 (2) 新型無機非金屬材料有　　　　、　　　　、　　　　、　　　　等。 微課1　C、Si氧化物及鹽之間的轉(zhuǎn)變 將足量CO2氣體通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加熱蒸干，再在高溫下充分灼燒，最后得到的固體物質(zhì)是(　　) A. Na2SiO3　　B. Na2CO3、Na2SiO3　　C. Na2CO3、SiO2　　D. SiO2 分析：

13、Na2SiO3溶液Na2SiO3 答案：A 解析：將足量CO2氣體通入水玻璃中，發(fā)生反應(yīng)：2CO2+Na2SiO3+2H2OH2SiO3↓+2NaHCO3；加熱蒸干，高溫灼燒時發(fā)生反應(yīng)：H2SiO3H2O+SiO2、2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，所以最后所得固體物質(zhì)是Na2SiO3。 【舉題說法】 例題3　壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O3·4SiO2·H2O，下列觀點不正確的是(　　) A. 壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸 B. 壽山石顏色豐富多彩是因為含有不同形態(tài)的金屬氧化物 C. 潮濕的空氣可

14、能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì) D. 置于干燥空氣中可能會導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì) 【答案】　C 【解析】　根據(jù)壽山石的主要成分可知其能與酸和堿發(fā)生反應(yīng)，A正確；壽山石中主要成分為葉蠟石，含有不同形態(tài)的金屬氧化物，造成其色彩豐富，B正確；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應(yīng)，不會溶解變質(zhì)，C錯誤；久置于干燥空氣中，會造成其中的結(jié)晶水失去而變質(zhì)，D正確。 變式3　月球的礦產(chǎn)資源極為豐富，僅月球表面層5cm厚的沙土就含鐵單質(zhì)有上億噸，礦物有輝石CaMgSi2O6、斜長石KAlSi3O8和橄欖石(Mg或Fe)2SiO4等，下列說法或分析不正確的是(　　) A. 輝石、斜長石

15、和橄欖石均屬于硅酸鹽礦 B. 斜長石的氧化物形式可表示為K2O·Al2O3·3SiO2 C. 月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因為月球的表面幾乎沒有氧氣 D. 橄欖石中鐵為+2價 【答案】　B 【解析】　輝石、斜長石和橄欖石成分中都含有硅元素和氧元素，所以均屬于硅酸鹽礦，A正確；斜長石的氧化物形式應(yīng)該表示為K2O·Al2O3·6SiO2才符合化學(xué)式KAlSi3O8，B錯誤；游離態(tài)鐵具有還原性容易被氧化，沙土中含有大量鐵單質(zhì)，說明月球的表面幾乎沒有氧氣，C正確；橄欖石中硅為+4價，氧為-2價，只有鐵為+2價才能滿足化合價代數(shù)和為0，D正確。 1. 無機酸多溶于水，而H2SiO3及H

16、4SiO4卻難溶于水。硅酸鹽大多難溶于水，常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，其水溶液俗稱水玻璃，又稱泡花堿，可用作黏膠劑和木材防火劑，久置在空氣中容易變質(zhì)：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓。 2. 復(fù)雜硅酸鹽可以看成金屬氧化物和二氧化硅所組成的復(fù)雜化合物，因此可以改寫為aMxOy·bSiO2·cH2O的方式(具體順序：活潑金屬氧化物·不活潑金屬氧化物·二氧化硅·水)，如硅酸三鈣：3CaO·SiO2、斜長石：K2O·Al2O3·6SiO2、高嶺土：Al2O3·2SiO2·2H2O。 【隨堂檢測】 1. 硅及其化合物已被廣泛用于生產(chǎn)生活中，下列

17、說法不正確的是(　　) 圖1 圖2 A. 圖1是常見于汽車中的小擺件“蘋果花”，它的動力源于以Si為原料的太陽能電池 B. 互聯(lián)網(wǎng)通過光纖交換信息，光纖的主要原料是SiO2 C. 硅酸鈉溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃劑 D. 圖2中這幅玻璃上的精美刻花，是工藝師用鹽酸刻蝕玻璃形成的 【答案】　D 【解析】　工藝師用氫氟酸刻蝕玻璃，D錯誤。 2. 下列物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化不能通過一步反應(yīng)完成的是(　　) A. SiO2→Si B. Na2SiO3→H2

18、SiO3 C. SiO2→H2SiO3 D. Si→Na2SiO3 【答案】　C 【解析】　SiO2+2CSi+2CO↑，A正確；Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3，B正確；SiO2和H2O不能一步反應(yīng)生成H2SiO3，C錯誤；Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑，D正確。 3. 判斷下列說法是否正確。 (1) Si和SiO2都用于制造光導(dǎo)纖維。 (　　) (2) NH4F水溶液中含有HF，因此NH4F溶液不能存放于玻璃試劑瓶中。 (　　) (3) 硅膠可作袋裝食品的干燥劑。 (　　) (4) 漂白粉、石英都屬于純凈物。 (　　)

19、(5) 因為晶體硅熔點高、硬度大，所以可用于制作半導(dǎo)體材料。(　　) (6) 玻璃容器可長期盛放各種酸。 (　　) (7) 濃硫酸可刻蝕石英制藝術(shù)品。 (　　) (8) 含硅膠、鐵粉的透氣小袋與食品一起密封保存的過程中沒有發(fā)生化學(xué)變化。 (　　) (9) 氫氟酸刻蝕玻璃不涉及化學(xué)變化。 (　　) 【答案】　(1) ?　(2) √　(3) √　(4) ?　(5) ?　(6) ?　(7) ?　(8) ?　(9) ? 【解析】　(1) SiO2用于制造光導(dǎo)纖維，Si用于制造半導(dǎo)體材料。(2) NH4F水解產(chǎn)生HF，HF易和玻璃中的SiO2反應(yīng)，所以NH4F溶液不能存放于玻璃試劑瓶中。(3

20、) 硅膠多孔，吸收水分能力強，可作袋裝食品的干燥劑。(4) 漂白粉是次氯酸鈣和氯化鈣的混合物，石英是混合物，其主要成分是二氧化硅。(5) 晶體硅的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，可用于制作半導(dǎo)體材料。(6) HF能與玻璃的成分SiO2發(fā)生反應(yīng)(SiO2+4HFSiF4↑+2H2O)，所以玻璃容器不能長期盛放氫氟酸(HF)。(7) 濃硫酸不與玻璃的成分二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，工藝師用氫氟酸刻蝕石英制作藝術(shù)品。(8) 硅膠具有吸水性，可防止食品受潮，屬于物理變化；鐵粉可防止食品氧化，屬于化學(xué)變化。(9) HF能與玻璃的成分SiO2發(fā)生反應(yīng)，因此用于雕刻玻璃，屬于化學(xué)變化。 4. 我國目前制備多晶硅主要

21、采用三氯氫硅氫還原法、硅烷熱解法和四氯化硅氫還原法。由于三氯氫硅氫還原法具有一定優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用。其簡化的工藝流程如下圖所示。 (1) 由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　。該生產(chǎn)工藝中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是　　　　　　(至少寫出兩種)。 (2) 由于SiH4具有易提純的特點，因此硅烷熱分解法是制備高純硅很有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒?。工業(yè)上廣泛采用的合成硅烷的方法是讓硅化鎂和固體氯化銨在液氨介質(zhì)中反應(yīng)得到硅烷，反應(yīng)的化學(xué)方程式是? 　。 整個制備過程必須嚴格控制無水，否則反應(yīng)將不能生成硅烷

22、，而是生成硅酸和氫氣等，其化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 整個系統(tǒng)必須與空氣隔絕，其原因是　　　　　　　　　　　　　　。 【答案】　(1) SiHCl3+H2Si+3HCl　HCl、H2、SiHCl3等(任寫兩種) (2)Mg2Si+4NH4ClSiH4↑+2MgCl2+4NH3↑　Mg2Si+4NH4Cl+3H2O2MgCl2+H2SiO3+4NH3↑+4H2↑　硅烷在空氣中易燃，濃度高時容易發(fā)生爆炸 【解析】　(1) 根據(jù)三氯氫硅氫還原法制備多晶硅的工藝流程可知，發(fā)生的反應(yīng)為Si+3HClSiHCl3+H2，SiHCl3+H2Si+3HCl，反應(yīng)過程中，HC

23、l、H2、SiHCl3可循環(huán)使用。 【問題思考和基礎(chǔ)梳理答案】 【參考答案】 問題思考 問題1　硅為親氧元素，在地殼形成時硅與氧易結(jié)合、難分離，在自然界中以硅的氧化物和硅酸鹽形式存在。 問題2　選擇鐵坩堝。石英坩堝、陶瓷坩堝中均含有SiO2，在加熱條件下會與NaOH發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O，使得坩堝受損，因此選擇鐵坩堝，鐵與NaOH不發(fā)生反應(yīng)。 基礎(chǔ)梳理 考點1　1. (1) 化合　金剛石　石墨　C60　(2) 空間網(wǎng)狀　軟　石墨　半導(dǎo)體 2. 焦炭　石英　SiCl4+2H2Si+4HCl 3. 2CO　2CO↑　SiF

24、4↑+2H2↑ 考點2　1. (1) 無　有　難　(2) 2CO+O22CO2　淡藍　CuO+COCu+CO2　Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 2. 原子　分子　SiF4↑+2H2O　橡皮塞　堿式　Na2CO3+H2O　NaHCO3　2NaHCO3 考點3　1. 不　弱　不能　(1) H2SiO3SiO2+H2O　(2) H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O　(3) 干燥劑 2. (1) Na2O·SiO2　K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O　(2) ①水玻璃?、贜a2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓　Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO

25、3+H2SiO3↓ 3. (1) 石灰石　純堿　石灰石　石英砂　(2) 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷　光導(dǎo)纖維　生物陶瓷　壓電陶瓷 趁熱打鐵，事半功倍。請老師布置同學(xué)們完成《配套檢測與評估》中的練習(xí)第13~14頁。 【課后檢測】 課時8　碳、硅及其化合物 1. 綠泥石的組成可表示為Al4Si4Ox(OH)y，其中x、y分別為 (　　) A. 10　8 B. 7　10 C. 8　10 D. 9　7 2. 下列表述正確的是(　　) ①人造剛玉熔點很高，可用作高級耐火材料，主要成分是二氧化硅 ②化學(xué)家采用瑪瑙研缽摩擦固體反應(yīng)物進行無

26、溶劑合成，瑪瑙的主要成分是硅酸鹽 ③三峽大壩使用了大量水泥，水泥是硅酸鹽材料 ④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亞銅的二氧化硅玻璃制作的變色眼鏡來保護眼睛 ⑤太陽能電池可采用硅材料制作，其應(yīng)用有利于環(huán)保、節(jié)能 A. ①②③ B. ②④ C. ③④⑤ D. ③⑤ 3. 硅作為一種新型能源被廣泛開發(fā)利用，關(guān)于其有利因素的下列說法不正確的是 (　　) A. 硅燃燒產(chǎn)物對環(huán)境產(chǎn)生的污染容易得到有效控制 B. 由Si(s)+O2(g)SiO2(s)　ΔH=-858.6 kJ·mol-1可知，硅燃燒放出的熱量較多 C. 自然界中硅的貯存量豐富，可以從自然界直接

27、獲得單質(zhì)硅 D. 硅便于運輸、貯存，從安全角度考慮，硅是最佳的燃料之一 4. (2014·江西撫州三校聯(lián)考)下列說法正確的是(　　) A. 單質(zhì)氧化物酸或堿鹽，碳或硅單質(zhì)可以按上述關(guān)系進行轉(zhuǎn)化 B. 若a、b、c分別為Si、SiO2、H2SiO3，則可以通過一步反應(yīng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化：b→c→a C. 太陽能電池板中的硅在元素周期表中處于金屬元素與非金屬元素的交界位置 D. 單質(zhì)硅常用于制造光導(dǎo)纖維 5. 下列有關(guān)硅及其化合物的說法正確的是(　　) A. 硅酸鈉屬于鹽，不屬于堿，所以硅酸鈉可以保存在磨口玻璃塞試劑瓶中 B. 反應(yīng)①Na2SiO3+H2O+CO2Na2CO3+H2

28、SiO3↓，反應(yīng)②Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，兩反應(yīng)是相互矛盾的，不可能都能發(fā)生 C. 普通玻璃、石英玻璃、水泥等均屬于硅酸鹽材料 D. 祖母綠的主要成分為Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2 6. 從硅的氧化物可以制取硅單質(zhì)，主要化學(xué)反應(yīng)如下： 粗硅的制取：①SiO2+2CSi+2CO↑ 由粗硅制純硅(常用方法)：②Si(粗)+2Cl2SiCl4； ③SiCl4+2H2Si(純)+4HCl 根據(jù)以上反應(yīng)，下列說法不正確的是(　　) A. ①反應(yīng)為置換反應(yīng)，C作還原劑 B. ②、③反應(yīng)分別為化合反應(yīng)和置換反應(yīng)

29、C. 在半導(dǎo)體行業(yè)上充分體現(xiàn)了“從沙灘到用戶” D. 在③反應(yīng)中，SiCl4作氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng) 7. 判斷下列說法是否正確(用“√”或“?”回答)。 (1)單質(zhì)硅用于制造光導(dǎo)纖維。 (　　) (2)制水泥和玻璃都用石灰石作原料。 (　　) (3)Si可用作太陽能電池和光導(dǎo)纖維的材料。 (　　) (4)SiO2既溶于NaOH溶液又溶于HF溶液，說明SiO2是兩性氧化物。 (　　) (5)滌綸、塑料、光導(dǎo)纖維都是有機高分子材料。 (　　) (6)氫氟酸具有強酸性，可用于雕刻玻璃。 (　　) (7)二氧化硅具有較強的導(dǎo)電性，可用于制造光導(dǎo)纖維。 (　　) (8)高純硅廣

30、泛應(yīng)用于太陽能電池、計算機芯片和光導(dǎo)纖維。 (　　) (9)工業(yè)制取粗硅是高溫下用C還原SiO2。 (　　) (10)二氧化硅是制造太陽能電池板的主要材料。 (　　) 8. (2015·北京海淀模擬)單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硼、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450~500 ℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。以下是實驗室制備四氯化硅的裝置示意圖。 相關(guān)信息如下： A. 四氯化硅遇水極易水解。 B. 硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物。 C. 有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見下

31、表： 物質(zhì) SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 沸點/℃ 57.7 12.8 — 315 — 熔點/℃ -70.0 -107.2 — — — 升華溫度/℃ — — 180 300 162 請回答下列問題： (1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：　　　　　　　　　　　　　。 (2)裝置A中g(shù)管的作用是　　　　　　　　　　　??；裝置C中的試劑是　　　?。谎b置E中的h瓶需要冷卻的理由是　　　　　　　　　　　　　。 (3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外

32、還可能含有的雜質(zhì)元素是　　　　　(填元素符號)。 (4)為了分析殘留物中鐵元素的含量，先將殘留物預(yù)處理，使鐵元素還原成Fe2+， 再用KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定，反應(yīng)的離子方程式是5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。 ①滴定前是否要滴加指示劑?　　　　(填“是”或“否”)，請說明理由　 。 ②某同學(xué)稱取5.000 g殘留物，經(jīng)預(yù)處理后在容量瓶中配制成100 mL溶液，移取25.00 mL試樣溶液，用1.000×10-2 mol·L-1KMnO4標準溶液滴定。達到滴定終點時，消耗標準溶液20.00 mL，則殘留物中鐵元素的質(zhì)量

33、分數(shù)是　　　　。 9. (2015·湖北黃岡質(zhì)檢)硅在無機非金屬材料中扮演著主要角色，請利用相關(guān)知識回答下列問題： (1)硅有非常重要的用途，請寫出其中的一種：　 。 (2)古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為+2價)，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是　　　　(填字母)。 A. 可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2 B. 性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色 C. x等于6 D. 易溶解于強酸和強堿 (3)工業(yè)上提純硅有多種路線，其中一種工藝流程示意圖如下： ①在電弧爐中發(fā)生

34、的反應(yīng)需要在高溫條件進行，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：　　　　　　　　　　　　，再利用化學(xué)反應(yīng)進行的方向相關(guān)知識判斷該反應(yīng)的ΔH　　(填“<”、“>”或“=”)0。 ②SiCl4極易水解，其完全水解的化學(xué)方程式為?　 。 ③在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，除SiCl4外，還有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，有關(guān)物質(zhì)的沸點數(shù)據(jù)如下表，分離SiCl4和其他雜質(zhì)的方法為　 。 物質(zhì) Si SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH3Cl HCl SiH4 沸點/℃ 2355

35、 57.6 31.8 8.2 -30.4 -84.9 -111.9 10. 粉煤灰是燃煤電廠排出的工業(yè)廢渣，其中含莫來石(Al6Si2O13)的質(zhì)量分數(shù)為42.6%，還有含量較多的SiO2(其他成分不含Al和Si)。用粉煤灰和純堿在高溫下燒結(jié)，可制取NaAlSiO4(霞石)、Na2SiO3和NaAlO2，已知有關(guān)化學(xué)方程式為 Al6Si2O13+3Na2CO32NaAlSiO4+4NaAlO2+3CO2↑?、? Al6Si2O13+5Na2CO32Na2SiO3+6NaAlO2+5CO2↑?、? Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑?、? (1)粉煤灰中鋁的質(zhì)

36、量分數(shù)為　　　　。根據(jù)Al2O3與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式，書寫二氧化硅與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式：　 。 (2)用1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2制得5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，還應(yīng)制得Na2SiO3　　　　mol，共消耗Na2CO3　　　　mol(得到的固體中無SiO2)。? (3)若粉煤灰中Al6Si2O13與SiO2的物質(zhì)的量之比為1∶2，則1 kg粉煤灰與6 mol Na2CO3反應(yīng)(反應(yīng)物全部參與反應(yīng))，可制得NaAlO2　　　　mol。? 【課后檢測答案】 課時8　碳、硅及其化合物

37、 1. A　【解析】　由化學(xué)式中各元素化合價的代數(shù)和為0可知：(+3)×4+(+4)×4+(-2)·x+(-2+1)·y=0，則有2x+y=28。將各選項中x、y的值代入驗證，只有A項符合。 2. C　【解析】　人造剛玉的成分是氧化鋁；瑪瑙的主要成分是二氧化硅；水泥是硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品，屬于硅酸鹽材料；石英玻璃具有很好的折光性能，可以制作精密儀器和鏡片；利用高純硅的半導(dǎo)體性能制成的光電池，可將太陽光的光能直接轉(zhuǎn)換成電能。 3. C　【解析】　硅燃燒生成二氧化硅，二氧化硅不是氣體，其污染容易得到有效控制，A正確；從熱化學(xué)方程式來看，硅燃燒的熱效應(yīng)是非常大的，B正確；硅在自然界中無單質(zhì)

38、形式，只有化合物，C錯誤；硅為固體燃料，化學(xué)性質(zhì)不活潑，運輸、貯存比較容易，D正確。 4. C　【解析】　SiO2不與H2O反應(yīng)，即“氧化物酸或堿”不能實現(xiàn)，A錯誤；b→c(SiO2→H2SiO3)，c→a(H2SiO3→Si)均不能通過一步反應(yīng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，B錯誤；硅在元素周期表中處于第3周期ⅣA族，為金屬元素與非金屬元素的交界位置，C正確；SiO2用于制造光導(dǎo)纖維，Si用于制造半導(dǎo)體材料和太陽能電池，D錯誤。 5. D　【解析】　硅酸鈉本身是一種黏合劑，易造成磨口玻璃塞與瓶口黏結(jié)，A錯誤；兩反應(yīng)條件不同，反應(yīng)①是在溶液中進行的，較強酸可以制較弱酸，反應(yīng)②是在高溫條件下進行的，CO2

39、是氣體，逸出促使反應(yīng)發(fā)生，B錯誤；石英玻璃的成分為SiO2，SiO2是氧化物不是鹽，石英玻璃不屬于硅酸鹽材料，C錯誤；Be3Al2Si6O18改寫成氧化物形式表示為3BeO·Al2O3·6SiO2，D正確。 6. D　【解析】?、俜磻?yīng)為置換反應(yīng)，C被氧化成CO，作還原劑，A正確；②、③反應(yīng)分別為化合反應(yīng)和置換反應(yīng)，B正確；在半導(dǎo)體行業(yè)上實現(xiàn)了SiO2→Si，充分體現(xiàn)了“從沙灘到用戶”，C正確；SiCl4+2H2Si(純)+4HCl中，Si元素化合價降低被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，D錯誤。 7. (1) ?　(2) √　(3) ?　(4) ?　(5) ?　(6) ?　(7)? (8)

40、 ?　(9) √　(10) ? 【解析】　(1) SiO2用于制造光導(dǎo)纖維，Si用于制造半導(dǎo)體材料。(2) 制水泥原料是石灰石、黏土和石膏，制玻璃原料是純堿、石灰石、石英。(3) SiO2用于制造光導(dǎo)纖維，Si用于制造太陽能電池。(4) SiO2與氫氟酸反應(yīng)，生成物中沒有鹽，不屬于兩性氧化物。(5)滌綸、塑料是有機高分子材料，光導(dǎo)纖維成分是SiO2，不屬于有機高分子材料。(6) 氫氟酸可用于雕刻玻璃，但氫氟酸屬于弱酸。(7) 二氧化硅可用于制造光導(dǎo)纖維，但不具有較強的導(dǎo)電性。(8) 高純硅廣泛應(yīng)用于太陽能電池、計算機芯片，但制造光導(dǎo)纖維是SiO2。(9) SiO2+2CSi+2CO↑。(10

41、) 制造太陽能電池板的主要材料是晶體硅。 8. (1) MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O　(2) 平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣　濃硫酸　產(chǎn)物SiCl4沸點低，需要冷凝收集　(3) Al、P、Cl　(4) ①否　KMnO4自身紫紅色褪去可指示滴定終點?、?.480% 【解析】　(1) 裝置A是氯氣發(fā)生裝置，A中的離子方程式為MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2) 濃鹽酸有揮發(fā)性，故分液漏斗要加蓋，加蓋后如沒有g(shù)管，鹽酸就不易流下，g管的作用是平衡壓強，使液體順利流出并防止漏氣；制得的氯氣中含有氯化氫和水，裝置B用飽和食鹽水除去氯化氫

42、，裝置C用濃硫酸吸水；產(chǎn)物SiCl4沸點低，需要冷凝收集。(3) D中氯氣與粗硅反應(yīng)生成SiCl4，h瓶收集粗產(chǎn)物，精餾粗產(chǎn)品可得高純度四氯化硅，由表中數(shù)據(jù)可以看出，蒸出SiCl4氣體時，BCl3早已成氣體被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5的沸點或升華溫度均高于SiCl4的沸點，所以當(dāng)SiCl4蒸出后，AlCl3、FeCl3、PCl5還為固體留在瓶里。(4) ①Mn轉(zhuǎn)變成Mn2+，溶液顏色由紫紅色變成無色，KMnO4標準溶液在酸性條件下進行氧化還原滴定時不需要指示劑。②n(Mn)=1.000×10-2 mol·L-1×0.02 L=2×10-4 mol，n(Fe2+)=5n(Mn)=1

43、×10-3 mol，則殘留物中n(Fe)=1×10-3 mol×=4×10-3 mol，m(Fe)=4×10-3 mol×56 g·mol-1=0.224 g，鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為0.224 g÷5.000 g×100%=4.480%。 9. (1) 制半導(dǎo)體、電路板、太陽能電池板、硅鋼等(任寫一種)　(2) D　(3) ①2C+SiO22CO↑+Si　>?、赟iCl4+3H2OH2SiO3↓+4HCl?、壅麴s(或精餾) 【解析】　(2) 硅酸鹽用氧化物形式表示時，書寫順序為：活潑金屬氧化物、不活潑金屬氧化物、二氧化硅、水，所以硅酸銅鋇用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2，A

44、正確；硅酸銅鋇中銅顯+2價，二價銅離子不容易被還原，所以性質(zhì)較穩(wěn)定，不容易褪色，B正確；硅酸銅鋇中的銅元素化合價為+2，硅元素化合價為+4，氧元素化合價為-2，鋇元素化合價為+2，則由化學(xué)式BaCuSi2Ox，根據(jù)化合物中元素化合價的代數(shù)和為0可得：(+2)+(+2)+(+4)×2+(-2)×x=0，解得x=6，C正確；BaCuSi2O6是弱酸鹽，所以能和強酸反應(yīng)，和強堿不反應(yīng)，D錯誤。(3) ①石英砂的主要成分是二氧化硅，制備粗硅發(fā)生置換反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑，該反應(yīng)生成氣體，ΔS>0，該反應(yīng)不能自發(fā)進行，ΔH-TΔS>0，所以ΔH>0。②SiCl4水解生成硅酸和氯化氫，反應(yīng)的化

45、學(xué)方程式為SiCl4+3H2OH2SiO3↓+4HCl。③利用沸點的不同提純SiCl4屬于蒸餾。 10. (1) 16.2%　SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑　 (2) 5　8　(3) 5 【解析】　(1) 根據(jù)Al6Si2O13~6Al，含Al質(zhì)量分數(shù)為6××42.6%=16.2%。對比Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑，不難寫出：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑。(2) 反應(yīng)物是1 mol Al6Si2O13和4 mol SiO2，已經(jīng)生成5 mol NaAlO2、1 mol NaAlSiO4，根據(jù)硅原子守恒，應(yīng)該制得Na2SiO3 5 mol，根據(jù)鈉原子守恒，共消耗Na2CO38 mol。(3) 因為Al6Si2O13與SiO2的物質(zhì)的量之比為1∶2，1 kg粉煤灰(Al6Si2O13的質(zhì)量分數(shù)為42.6%)含有Al6Si2O13 1 mol，含有SiO2 2 mol，反應(yīng)物有6 mol Na2CO3，假設(shè)生成物NaAlSiO4、Na2SiO3和NaAlO2的物質(zhì)的量分別是x、y、z，則x+z=6 mol(鋁守恒)、x+y=4 mol(硅守恒)、x+2y+z=12 mol(鈉守恒)，解得x=1 mol，y=3 mol，z=5 mol。