[配套K12]2019高考化学一轮复习 元素化合物 专题8 硅及其化合物

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。

（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。

（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。

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。

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0.5N A( √)(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( ×)(9) (2017·江苏)SiO2硬度大，可用于制造光导纤维( ×)(10)(2016·四川)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化( √)(11)(2016·四川)pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NH＋4、SiO2－3( ×)(12)(2016·江苏)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋( ×)(13)(2015·山东)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiO2－3＋SO2＋H2O===H2SiO3↓＋SO2－3( ×)(14)(2015·重庆)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应 ( ×)(15)(2016·全国卷Ⅲ)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记( √)(16)(2013·海南)石英砂可用于生产单晶硅( √)(17)(2016·上海)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅( ×)(18) (2015·广东)硅的最高价氧化物可用于制造光导纤维( √)(19)(2015·安徽)SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物( ×)(20)(2013·广东)SiO2可与HF反应，因而氢氟酸不能保存在玻璃瓶中( √)【基础过关】1．(2018·济宁期末)化学与科学、技术、社会、环境密切相关。

下列有关说法中正确的是( )A．“绿水青山就是金山银山”，矿物燃料的脱硫脱硝，可以减少SO2、NO2的排放B．2017年11月5日，发射北斗三号全球导航卫星计算机的芯片材料是高纯度二氧化硅C．为防止月饼等富脂食品因被氧化而变质，常在包装袋中放入生石灰或硅胶D．2M＋N===2P＋2Q,2P＋M===Q(M、N为原料，Q为期望产品)，不符合绿色化学的理念解析：SO2、NO x是污染性气体，大力实施矿物燃料的脱硫脱硝技术以减少SO2、NO2的排放符合绿色化学的理念，故A项正确；计算机的芯片材料是高纯硅，故B项错误；生石灰或硅胶是干燥剂，不能防止氧化变质，故C项错误；2M＋N===2P＋2Q,2P＋M===Q的总反应是3M＋N===3Q，原料完全转化为期望产品，符合绿色化学的理念，故D项错误。

答案：A 2．(2018·江苏苏锡常镇四市月考)我国科学家制得了SiO2超分子纳米管，微观结构如图。

下列叙述正确的是( )A ．SiO 2与干冰的物理性质相似B ．SiO 2耐腐蚀，不与任何酸反应C ．工业上用SiO 2制备粗硅D ．光纤主要成分是SiO 2，具有导电性解析：SiO 2熔点高，硬度大，而CO 2熔点低，常温下为气体，A 项错误；SiO 2能与氢氟酸发生反应，B 项错误；SiO 2无导电性，D 项错误。