无机非金属材料的主角——硅重点知识归纳及典型习题.doc

重 点 突 破
锁定高考热点　探究规律方法
考点1
碳、硅元素单质及其化合物的特征
1.一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。
2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2CSi＋2CO↑，FeO＋CFe＋CO↑。
4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸性：H2CO3＞H2SiO3，却能发生如下反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑。
8．一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但C＋H2O(g)CO＋H2。
9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO3＋H2O===H2SO4，但SiO2不溶于水，不与水反应。
题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素(　　)
A．在自然界中只以化合态的形式存在
B．单质常用作半导体材料和光导纤维
C．最高价氧化物不与酸反应
D．气态氢化物比甲烷稳定
解析　该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si<C，因此气态氢化物稳定性：SiH4<CH4，D项错误。
答案　A
2．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料，硅及其化合物的转化见下图。下列说法中正确的是(　　)

A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B．SiO2和Si都是光导纤维材料
C．在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶吸水是否失效
D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应
解析　两性氧化物的定义为：与酸和碱反应均生成盐和水的氧化物，SiO2与HF反应得到的SiF4不属于盐类，A项错误；SiO2是光导纤维材料，Si为半导体材料，B项错误；CoCl2在吸水和失水状态下显示不同的颜色，C项正确；制取Si的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。
答案　C
3．青石棉(cricidolite)是世界卫生组织确认的一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一。青石棉的化学式为：Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO。下列说法中正确的是(　　)
A．青石棉是一种易燃品且易溶于水
B．青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为：
Na2O·FeO·2Fe2O3·8SiO2·H2O
C．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量的硝酸作用，至少需消耗6 L 3 mol·L－1 HNO3溶液
D．1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2与足量氢氟酸作用，至少需消耗5.5 L 2 mol·L－1HF溶液
解析　根据青石棉的组成可知，该物质属于硅酸盐，不是一种易燃品且难溶于水，A项不正确；根据氧原子守恒可知应该是Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，B项不正确；根据组成可知和硝酸作用生成2 mol硝酸钠、5 mol硝酸铁和1 mol NO，因此需要硝酸的物质的量是18 mol，选项C正确；和氢氟酸反应生成SiF4、NaF，物质的量分别是8 mol和2 mol，所以需要HF的物质的量是34 mol，D项不正确，答案选C项。
答案　C
4．硅及其化合物对人类现代文明具有特殊贡献。请回答下列有关问题：
(1)硅原子的结构示意图为______________。
(2)下列物品或设备所用材料属于硅酸盐的是________(填选项字母)。
①长江三峡水泥大坝　②光导纤维　③陶瓷坩埚
④普通玻璃　⑤硅太阳能电池
A．①②③ B．③④⑤
C．②③④ D．①③④
(3)下列说法正确的是________(填选项字母)。
A．在粗硅的制取中发生2C＋SiO22CO↑＋Si，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性
B．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中
C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2
D．由Na2CO3＋SiO2CO2↑＋Na2SiO3可知硅酸的酸性大于碳酸
(4)常温下，SiCl4为液态，沸点为57.60 ℃，在空气中冒白雾。制备高纯度硅的中间产物SiCl4中溶有液态杂质，若要得到高纯度SiCl4，应采用的方法是
________________________________________________________________________；
用化学方程式及必要的文字解释SiCl4在空气中冒白雾的原因
________________________________________________________________________。
解析　解答本题应注意以下两点：①常见含硅化合物的成分及应用。②硅单质及其化合物的特性。
(2)水泥大坝为钢筋混凝土，其中的水泥为硅酸盐材料；光导纤维为SiO2；硅太阳能电池为晶体硅。
(3)依据元素周期律，硅的还原性大于碳，A项反应能发生是因为产物中有CO气体生成，使平衡向右移动，A项错误；硅酸钠是一种黏合剂，B项错误；D项中的反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，D项错误。
(4)SiCl4易水解，生成HCl，HCl吸收空气中的水蒸气，产生白雾。
答案　(1)
(2)D
(3)C
(4)在干燥条件下蒸馏　SiCl4＋3H2O===H2SiO3＋4HCl，HCl遇水蒸气产生白雾
考点2
CO2与强碱、盐溶液反应产物的判断方法

题组训练
5.用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液不变浑浊。先通入氨气再通入CO2，溶液变浑浊
CaCl2溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊。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
解析　A项，先通入NH3生成NH3·H2O使CO2变为CO，产生CaCO3沉淀；B项，发生反应Na2SiO3＋2CO2(过量)＋2H2O===2NaHCO3＋H2SiO3↓，但H2SiO3不溶于过量CO2的水溶液；C项，发生反应CO2＋H2O＋Ca(ClO)2===CaCO3↓＋2HClO，HClO能使品红溶液褪色；D项，依次发生如下反应：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2＋2NaOH===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O。
答案　B

6．将CO2气体缓缓地通入到含KOH、Ba(OH)2和KAlO2的混合溶液中直到过量，生成沉淀的物质的量与所通CO2的体积关系如图所示。下列关于整个反应进程中的各种描述不正确的是(　　)
A．O～a段反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O
B．b～c段反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===
2Al(OH)3↓＋CO
C．a～b段与c～d段所发生的反应相同
D．d～e段沉淀的减少是碳酸钡固体的消失所致
解析　根据化学反应原理和图象可知，O～a段发生反应的化学方程式是Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O，反应一开始就有沉淀产生；a～b段发生反应的化学方程式是2KOH＋CO2===K2CO3＋H2O，沉淀的物质的量没有增加；b～c段发生反应的离子方程式是2AlO＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO，沉淀的物质的量继续增加，达到最大量；c～d段发生反应的离子方程式是CO＋CO2＋H2O===2HCO，沉淀的物质的量没有发生变化；d～e段发生反应的化学方程式是BaCO3＋H2O＋CO2===Ba(HCO3)2，沉淀的减少是碳酸钡固体转化为可溶性的碳酸氢钡所致，综上所述，A、B、D项正确，C项错误。
答案　C
7．向含有0.2 mol NaOH和0.1 mol Ba(OH)2的溶液中持续稳定地通入CO2，当通入气体为8.96 L(标况下)时立即停止，则这一过程中，溶液中离子的物质的量与通入CO2的体积关系图象正确的是(气体的溶解和离子的水解忽略不计)(　　)

解析　本题涉及的化学反应方程式：
Ba(OH)2＋CO2===BaCO3↓＋H2O①
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O②
Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3③
BaCO3＋CO2＋H2O===Ba(HCO3)2④
当未通入CO2时，溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol OH－；当通入2.24 L CO2时，发生反应①，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.2 mol OH－；当通入4.48 L CO2时，发生反应②，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol CO；当通入6.72 L CO2时，发生反应③，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.2 mol HCO；当通入8.96 L CO2时，发生反应④，此时溶液中离子的物质的量为0.2 mol Na＋、0.1 mol Ba2＋、0.4 mol HCO。对比图象可知选项C正确。
答案　C
9