2019年高考化學一輪總復習 考點掃描 專題14 氮及其化合物學案.doc

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專題14 氮及其化合物【復習目標】1.了解Si和SiO2的主要性質，了解CO2和SiO2物理性質差異的主要原因。2.了解硅酸及常見硅酸鹽的性質。3.了解硅酸鹽工業(yè)及新型無機非金屬材料的性質與應用。【考情分析】硅及其化合物的用途越來越受到人們的重視，許多高科技領域的新型無機非金屬材料都與硅有關，因此近幾年有關硅及其化合物的考題越來越多，已成為現在高考的新熱點。近幾年高考對硅及其化合物的考查，主要集中在三個方面硅、二氧化硅的用途；硅及其化合物的性質；硅及其化合物的制備。常見的題型有選擇題和實驗題。今后高考命題方向之一是綜合試題，以硅及其化合物知識為載體，結合基本概念、基本理論、化學計算并聯系其他元素及化合物知識進行綜合性命題，以考查學生的思維能力?！究键c過關】考點一 硅和二氧化硅1.硅自然界存在硅在地殼中的含量僅次于氧，全部以化合態(tài)存在。主要單質有晶體硅和無定性硅兩大類物理性質晶體硅為原子晶體，灰黑色、有金屬光澤、硬度大而脆、熔沸點高。導電性介于導體和絕緣體之間，是常用的半導體材料化學性質常溫跟F2反應：Si2F2SiF4常溫跟HF反應：Si4HFSiF42H2常溫跟NaOH溶液反應：Si2NaOHH2ONa2SiO32H2高溫跟O2反應：SiO2SiO2高溫跟Cl2反應：Si2Cl2SiCl4與碳比較C、Si同屬IVA族，還原性是Si大于C，而C卻能將Si從SiO2中還原出來（條件是高溫），原因是產物CO氣體迅速從反應體系中逸出工業(yè)制法自然界中無游離態(tài)的硅，工業(yè)上用C在高溫下還原SiO2可制得粗硅，有關反應的化學方程式： SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(純)4HCl用途晶體硅用作半導體材料、硅芯片和硅太陽能電池2.二氧化硅空間結構SiO2晶體是立體網狀結構。在SiO2晶體里，每個Si周圍結合四個O，同時每個O與兩個Si相結合，在SiO2晶體中原子個數比為12，因此用“SiO2”這個式子表示二氧化硅晶體的組成。SiO2直接由原子構成不存在單個SiO2分子物理性質二氧化硅熔點高，硬度大，不溶于水化學性質與強堿反應：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（SiO2能與強堿溶液生成的硅酸鈉具有粘性，所以不能用帶磨口玻璃塞試劑瓶存放堿性溶液，避免Na2SiO3將瓶塞和試劑瓶粘住，打不開，堿性溶液存放應用橡皮塞）與氫氟酸反應：SiO24HFSiF4+2H2O（氫氟酸能刻蝕玻璃；氫氟酸不能用玻璃試劑瓶存放，應用塑料瓶）與堿性氧化物反應：SiO2CaOCaSiO3與某些鹽類反應：SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2用途石英可用于制作石英表和石英玻璃；石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料；水晶常用來制造電子部件、光學儀器、工藝品和眼鏡片等；瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品；SiO2被用于制造高性能的現代通訊材料光導纖維3.二氧化碳和二氧化硅的比較【考點演練】下列說法正確的是 。因為HF與SiO2反應，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標記下列轉化在一定條件下能夠實現：SiO2SiCl4Si石英砂可用于生產單晶硅用NaOH溶液不能分離氧化鐵中混有的二氧化硅Si和SiO2都可用于制造光導纖維SiO2既能和NaOH溶液反應，又能和氫氟酸反應，所以是兩性氧化物向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸的離子方程式：Na2SiO3+2H+=H2SiO3+2Na+SiC與SiO2的熔點均與所含化學鍵的鍵能有關碳和硅均為A族元素，自然界中有碳和硅的多種單質存在在粗硅的制取中發(fā)生2CSiO22COSi，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的還原性二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中用鹽酸可除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣答案：考點二 硅酸與硅酸鹽1.硅酸物理性質硅酸是不溶于水的白色膠狀物，能形成硅膠，硅膠吸附水分能力強化學性質H2SiO3是一種弱酸，酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊溶液變紅色硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O硅酸能與堿溶液反應，如與NaOH溶液反應的化學方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O制法不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸鹽與酸反應制?。篘a2SiO32HCl2NaClH2SiO3或Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3（此方程式證明酸性：H2SiO3H2CO3）2.硅酸鹽定義硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱。硅酸鹽種類很多，大多數難溶于水，最常見的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3書寫方法鹽化學式法,如硅酸鈉Na2SiO3、硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡單的硅酸鹽氧化物法：氧化物的順序為活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水；氧化物前系數配置原則是除氧元素外,其他元素按配置前后原子個數守恒原則配置系數；硅酸鹽用氧化物的形式表示時,遵循各元素化合價不變的原則。如:高嶺土Al2O32SiO22H2O、石棉CaO3MgO4SiO2。硅酸鈉硅酸鈉溶于水，其水溶液俗稱“水玻璃”，是一種礦物膠。盛水玻璃的試劑瓶要使用橡膠塞。能與酸性較強的酸反應：Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O H2SiO3+ Na2CO3硅酸鹽材料硅酸鹽材料是傳統的無機非金屬材料，玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和長石等為原料生產的硅酸鹽制品；新型無機非金屬材料，如高溫結構陶瓷、光導纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等【考點演練】下列說法正確的是 。硅是構成礦物和巖石的主要元素，硅在地殼中的含量在所有的元素中居第一位高純度的硅單質廣泛用于制作光導纖維玻璃瓶不能盛放氫氟酸SiO2與水反應可制取硅酸CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品玻璃是一種純凈物陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料水玻璃的化學性質穩(wěn)定，在空氣中不易變質燒堿溶液存放在帶橡膠塞的玻璃瓶中答案：【過關練習】1(宣城2017屆模擬)下列敘述正確的是 ()A紅寶石、珍珠、水晶、鉆石等裝飾的主要成分都是硅酸鹽B硅酸鈉的水溶液俗名為水玻璃，可用于制備硅膠和木材防火劑C制造玻璃是復雜的物理過程，玻璃的組成不同，性能不同D金剛石是自然界中硬度最大的物質，不可能與氧氣發(fā)生反應解析：紅寶石的主要成分為Al2O3，珍珠的主要成分為CaCO3，水晶的主要成分為SiO2，鉆石為碳單質，A選項錯誤；制造玻璃包含復雜的物理變化和化學變化，C選項錯誤；金剛石是碳單質，具有碳單質的化學性質，D選項錯誤。答案：B 2.(臨沂2017屆模擬)據報道，科學家通過對稻殼進行控制性焚燒熱解，從中提取一種叫做生物質納米結構二氧化硅的超高活性材料，將少量這種材料摻入混凝土中，即可制備出超高強度的高性能混凝土。下列關于二氧化硅的說法正確的是()A二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅屬于酸性氧化物B將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以得到硅酸C因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的強D水晶是比較純凈的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸鹽解析：二氧化硅為酸性氧化物，但其不溶于水；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。答案：B3(合肥2017屆高三質檢)硅及其化合物是帶來人類文明的重要物質。下列說法正確的是( ）A陶瓷、水晶、水泥、玻璃都屬于硅酸鹽產品B水玻璃是純凈物，可用于生產黏合劑和防火劑C某硅酸鹽的化學式為KAlSi3O8，可用K2OAl2O36SiO2表示D高純硅可用于制造光導纖維，高純二氧化硅可用于制造太陽能電池解析：水晶的主要成分是SiO2不是硅酸鹽，A錯誤；水玻璃是Na2SiO3溶液，屬于混合物，B錯誤；高純度的SiO2用于制光導纖維，高純度的Si用于制太陽能電池，D錯誤。答案：C4(天津2017屆高三質檢)下列說法正確的是 ()ASiO2和CO2都是酸性氧化物，都是共價化合物B為防止月餅等富脂食品氧化變質，可在包裝袋中放入硅膠CNaHCO3溶液中含有Na2SiO3雜質，可通入少量CO2后過濾DSiO2中含Al2O3雜質，可加入足量NaOH溶液然后過濾除去 5. (廣州2016屆模擬)硅及其化合物的應用范圍很廣。下列說法正確的是()A.硅是人類將太陽能轉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C.反應Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si為還原劑，NaOH和H2O為氧化劑D.硅能與氫氟酸反應，則硅可以與鹽酸反應解析：由粗硅制備單晶硅的過程一般為SiSiCl4SiHCl，都是氧化還原反應，B項錯誤；Si與燒堿溶液反應時，H2O是氧化劑，C項錯誤；硅不能與鹽酸反應，D項錯誤。答案：A6. (樟樹2016屆一模)由下列實驗事實得出的結論正確的是()A.由SiO2不能與水反應生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B.由SiO22CSi2CO，可知碳的非金屬性大于硅C.CO2通入Na2SiO3溶液產生白色沉淀，可知酸性H2CO3H2SiO3D.SiO2可與NaOH溶液反應，也可與氫氟酸反應，可知SiO2為兩性氧化物 7. (伊犁2016屆質檢)壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，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.潮濕的空氣可能導致壽山石作品表面溶解變質D.久置于干燥空氣中可能會導致壽山石作品脫水變質解析：根據壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應，A正確；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，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，在潮濕的空氣中不會溶解變質，C項錯誤；久置于干燥空氣中，會失去其中的結晶水變質，D正確。答案：C8. (鄂豫晉冀陜五省2017屆聯考)某實驗小組設計了如下裝置對焦炭還原二氧化硅的氣體產物的成分進行探究。已知：PdCl2溶液可用于檢驗CO，反應的化學方程式為COPdCl2H2O=CO22HClPd(產生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。(1)實驗時要通入足夠長時間的N2，其原因是 。(2)裝置B的作用是 。(3)裝置C、D中所盛試劑分別為 、 ，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經檢測兩氣體產物的物質的量相等，則該反應的化學方程式為 。(4)該裝置的缺點是 。(5)資料表明，上述反應在焦炭過量時會生成副產物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反應后收集到標準狀況下的氣體13.44 L，假定氣體產物只有CO，固體產物只有Si和SiC，則Si和SiC的物質的量之比為 。(6)設計實驗證明碳酸的酸性比硅酸的強： 。的量為0.7 mol，充分反應后收集到標準狀況下13.44 L CO的物質的量為0.6 mol，則參與形成SiC的碳的物質的量為0.1 mol，若固體產物只有Si和SiC，則有：SiO22C2COSi0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol則剩余C的物質的量為n(C)0.7 mol0.6 mol0.1 mol，SiCSiC0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol故得到Si和SiC的物質的量之比為(0.3 mol0.1 mol)0.1 mol21。(6)驗證碳酸、硅酸的酸性強弱可利用強酸制弱酸的原理，產生的CO2氣體先通過飽和的碳酸氫鈉溶液除去混有的雜質氣體，然后再通入硅酸鈉溶液，若產生白色沉淀，說明酸性H2CO3H2SiO3。答案：(1)要用氮氣將裝置中的空氣排盡，避免空氣中的氧氣、二氧化碳、水蒸氣對實驗產生干擾(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO24C2CO22CO3Si(4)沒有尾氣處理裝置將CO吸收(5)21(6)向硅酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體，溶液變渾濁，證明碳酸酸性大于硅酸9.(臨清三中2017屆檢測)硅是帶來人類文明的重要元素之一，從傳統材料到信息材料的發(fā)展過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)硅在元素周期表中的位置是_。(2)工業(yè)上生產粗硅的反應有：SiO22CSi(粗)2CO；SiO23CSiC2CO。若產品中單質硅與碳化硅的物質的量之比為11，則參加反應的C和SiO2的物質的量之比為_。(3)工業(yè)上可以通過如圖所示的流程制取純硅：若反應為Si(粗)3HClSiHCl3H2，則反應的化學方程式為_。整個制備過程中必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應生成H2SiO3、HCl和另一種物質，寫出該反應的化學方程式：_。假設每一輪次制備1 mol純硅，且生產過程中硅元素沒有損失，反應I中HCl的利用率為90%，反應中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是_。 10. (渭南2016屆二模)晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下：.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；.粗硅與干燥HCl氣體反應制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；.SiHCl3與過量H2在1 100 反應制得純硅，已知SiHCl3能與H2O強烈反應，在空氣中易自燃。請回答下列問題：(1)第步制備粗硅的化學反應方程式為_。(2)粗硅與HCl反應完全后，經冷凝得到的SiHCl3(沸點33.0 )中含有少量SiCl4(沸點57.6 )和HCl(沸點84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為_。(3)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是_，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應一段時間后，裝置D中觀察到的現象是_，裝置D中發(fā)生反應的化學方程式為_。為保證制備純硅實驗的成功，操作的關鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應溫度以及_。為鑒定產品硅中是否含微量鐵單質，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是_(填字母)。a.碘水 b.氯水c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液答案：(1)SiO22CSi2CO(2)蒸餾(3)濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化有固體物質生成SiHCl3H2Si3HCl排盡裝置中的空氣bd 11. (衡陽2016屆聯考)硅是帶來人類文明的重要元素之一，在傳統材料發(fā)展到信息材料的過程中創(chuàng)造了一個又一個奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點高、硬度大、化學性質穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學氣相沉積法，在H2的作用下，使SiCl4與N2反應生成Si3N4沉積在石墨表面，該反應的化學方程式為_。(2)一種用工業(yè)硅(含少量鐵、銅的單質及化合物)和氮氣(含少量氧氣)合成氮化硅的工藝主要流程如下：已知硅的熔點是1 420 ，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。N2凈化時，銅屑的作用是：_；硅膠的作用是_。在氮化爐中反應為3Si(s)2N2(g)=Si3N4(s)H727.5 kJ/mol，開始時須嚴格控制氮氣的流速以控制溫度的原因是_。X可能是_(選填“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氫氟酸”)。(3)工業(yè)上可以通過如下圖所示的流程制取純硅：整個制備過程必須嚴格控制無水無氧。SiHCl3遇水劇烈反應，該反應的化學方程式為_。假設每一輪次制備1 mol純硅，且生產過程中硅元素沒有損失，反應中HCl的利用率為90%，反應中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產中，補充投入HCl和H2的物質的量之比是_。第二輪次生成中，需補充HCl物質的量為3 mol/90%3 mol，需補充H2物質的量為1 mol/93.75% 1 mol，則n(HCl)n(H2)(3 mol/90% 3 mol)(1 mol/93.75% 1 mol)51。答案：(1)3SiCl42N26H2=Si3N412HCl(2)除去原料氣中的氧氣除去水蒸氣這是放熱反應，防止局部過熱，導致硅熔化熔合成團，阻礙與N2的充分接觸硝酸(3)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH251