部编版2020高考化学一轮复习 元素化合物 专题8 硅及其化合物

1 硅及其化合物 【考向分析】 硅及其化合物在高考的考点一是以新材料、新技术为背景考查C、Si及其重要化合物的性质及应用；二是以硅、硅酸的制备为载体，考查实验探究能力，Si和SiO2在现代科技中的用途常已成为高考选择题考查的热点。 【要点讲解】 要点1. 硅和二氧化硅 1．硅 （1）自然界存在形式：硅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。 （2）物理性质：晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。 （3）化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应，在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。 条件 化学反应 化学方程式

常温 跟F2反应 Si＋2F2＝SiF4 跟HF反应 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑ 跟NaOH溶液反应 Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑ 高温 跟O2反应 Si＋O2 高温 SiO2

跟Cl2反应 Si＋2Cl2 高温 SiCl4

（4）用途：太阳能电池、计算机芯片、半导体材料、制作特种钢及合金等。 （5）制备：自然界中无游离态的硅，工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅，有关反

应的化学方程式： SiO2＋2C 高温 Si(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2 高温 SiCl4，SiCl4＋2H2 高温 Si(纯)＋4HCl 温馨提示：①硅主要用于半导体材料（如集成电路的芯片），另外还用于制作特种纲及合金。②非金属单质一般为非导体（如硫），但Si却为半导体。③C、Si同属IVA族，还原性是 2

Si大于C，而C却能将Si从SiO2中还原出来（条件是高温），原因是产物CO气体迅速从反应体系中逸出。④非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应。 2．二氧化硅（SiO2） （1）SiO2的空间结构：SiO2晶体是立体网状结构。在SiO2晶体里，每个Si周围结合四个O，同时每个O与两个Si相结合，在SiO2晶体中原子个数比为1∶2，因此用“SiO2”这个式子表示二氧化硅晶体的组成。SiO2直接由原子构成不存在单个SiO2分子。 （2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。 （3）化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应。 化学反应 化学方程式 相关应用 与强碱反应 SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O SiO2能与强碱溶液生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放碱性溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，碱性溶液存放应用橡皮塞 与氢氟酸反应 SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O 利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶 与碱性氧化物反应 SiO2＋CaO 高温 CaSiO

与某些盐类反应 SiO2+CaCO3 高温 CaSiO3+CO2↑ SiO2+Na2CO3 高温 Na2SiO3+CO2↑ 之所以能够如此反应，原因是高温条件下，产物CO2容易从反应体系中逃逸，使反应向正方面进行 （4）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；水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等；玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品；SiO2被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。 3

温馨提示：二氧化碳和二氧化硅的比较 要点2. 硅酸与硅酸盐 1．硅酸 （1）物理性质：硅酸是不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，硅胶吸附水分能力强。

（2）化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸弱，其酸酐为SiO2，不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋CO2

＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）

（3）用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。 2．硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3。 （1）硅酸钠溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应：Na2SiO3 + 2HCl ＝ H2SiO3↓(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O ＝H2SiO3↓+ Na2CO3。 （2）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。 硅酸盐产品 水 泥 玻 璃 原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英 反应原理 发生复杂的物理化学变化 SiO2 + Na2CO3 高温 Na2SiO3 + CO2↑

SiO2 + CaCO3 高温 CaSiO3 + CO2↑ 4

主要设备 水泥回转窑 玻璃窑 主要成分 3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 反应条件 高温 高温 陶瓷生产的一般过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷，随着现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。 温馨提示：①“水玻璃非玻璃，名碱却是盐”是Na2SiO3的写照，该物质的水溶液俗名为“水玻璃”，但它与玻璃却大相径庭；Na2SiO3因水显强碱性，俗名“泡花碱” ，但它却不是碱，而是盐。②复杂硅酸盐可以看成碱性氧化物和酸性氧化物所组成的复杂化合物，因此可以改写为aMxOy·bSiO2·cH2O的方式（具体顺序是：碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水），如硅酸钙：3CaO·SiO2、铝酸三钙：3CaO·Al2O3；高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O。 【考点过关】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 （1）(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体( ) ×12C、13C、14C互称同位素，碳元素的三种常见的同素异形体为金刚石、石墨和C60。 （2）高纯度的单晶硅用于制造光导纤维( ) ×二氧化硅用于制造光导纤维。 （3）硅主要以单质形式存在于自然界中( ) ×自然界中无单质硅。 （4）因为SiO2有导电性，所以SiO2可用于制备光导纤维( ) ×SiO2无导电性，但SiO2具有四面体网状结构，具有良好的透光性并发生全反射，可用于制备光导纤维。 （5）酸性氧化物都只能与碱反应不能与酸发生反应( ) ×二氧化硅属于酸性氧化物，但能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O （6）工业上用焦炭和石英制取粗硅的反应方程式为SiO2＋C 高温 Si＋CO2↑( ) ×反应生成的是CO而不是CO2。 （7）实验室中保存烧碱溶液不能用磨口玻璃塞( ) √SiO2能与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞黏在一起，不易开启。 （8）向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2出现白色沉淀，证明H2SiO3的酸性比H2CO3

的酸性强( )

×硅酸钠溶液中通入二氧化碳产生的白色沉淀为硅酸，根据强酸制弱酸，说明碳酸的酸性比 5

硅酸强。 （9）合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料( ) ×合成纤维属于有机高分子材料。 （10）Si→SiO2→H2SiO3均能一步转化( ) ×SiO2是酸性氧化物但不与水反应。 （11）向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体，出现白色沉淀( ) √H2CO3的酸性大于H2SiO3的，依据强酸制弱酸可知正确。 （12）向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( ) ×H2SiO3不溶于H2CO3。 （13）向Ca(ClO)2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失( ) √开始生成CaCO3沉淀，CO2过量时，CaCO3又与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2。 （14）向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有晶体析出( ) √NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小。 （15）向NaAlO2溶液中通入CO2气体，一开始有白色沉淀生成，CO2过量，沉淀溶解( ) ×Al(OH)3不能溶于H2CO3。 【高考回顾】 (1)(2017·全国卷Ⅱ)将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶，集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生，CO2具有氧化性( √ ) (2)(2016·全国卷Ⅱ)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一( √ ) (3)(2016·四川)将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明该溶液中一定含有CO2－3( × ) (4)(2016·四川)标准状况下，5.6 L CO2气体中含有氧原子数为0.5NA( √ ) (5)(2016·海南)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在CO2－3( × ) (6)(2014·全国卷Ⅱ)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应( √ ) (7)(2014·全国卷Ⅱ)利用如图装置除去CO气体中的CO2气体( × )

(8)(2015·江苏)元素碳的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体( × )