1、高考一轮总复习明考纲1了解碳、硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2了解碳、硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3了解硅酸盐产品及其在生产生活中的用途。析考情高考对本节内容的考查点有三个：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；二是以推断题考查 C、Si 及其化合物之间的转化关系；三是以硅、硅酸的制备为载体，考查实验探究能力。特别注意，Si、SiO2 在现代科技中的用途经常以选择题形式出现，已成为高考考查热点。板块一知识层面主干层级突破考点 1 碳、硅单质及其氧化物的性质1碳单质的存在、性质和用途 2硅单质的存在、性质和制备(1)结构及物理性质(2)化
2、学性质硅的化学性质不活泼，常温下不能被浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂氧化，只能与 F2、氢氟酸、强碱溶液反应；在加热条件下，能与 O2、Cl2 等少数非金属单质化合。写出下列相关反应的化学方程式：(3)工业制备反应原理：制粗硅，粗硅的提纯。SiO22C=高温 Si2COSi2Cl2=高温 SiCl4、SiCl42H2=高温 Si4HCl3碳和硅的氧化物(1)一氧化碳CO 是无色无味的有毒气体，溶于水，可用作气体燃料和冶金工业的。不还原剂(2)二氧化碳和二氧化硅 易错警示 (1)硅与碱溶液反应时，硅为还原剂，H2O为氧化剂。(2)不能依据反应 2CSiO2=高温 Si2CO来说明 C的还原性比 Si
3、强，也不能依据反应 SiO2Na2CO3=高温Na2SiO3CO2来说明 SiO2 水化物的酸性比 H2CO3 强。(3)氢氟酸能腐蚀玻璃并用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，因为 SiO2 与碱溶液反应生成具有黏性的 Na2SiO3。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)C60 属于原子晶体，熔点高，硬度大。()(2)硅单质广泛存在于自然界中，天然存在的单质硅叫硅石。()(3)SiO2 既可以和氢氟酸反应，又可以和 NaOH 溶液反应，是两性氧化物。()(4)碳和硅的氧化物都能与 NaOH 溶液反应。()(5)光导纤维具有很强的导电能力，所以
4、大量用于制造通信光缆。()(6)单质硅是半导体材料，常用于制造光导纤维。()题组一 碳、硅的性质及用途1碳及其化合物与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中正确的是()A12C、13C、14C、C60、石墨烯、金刚石都是碳的同素异形体，用途广泛B用二氧化碳合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用C石墨烯和碳纤维都是新型有机高分子材料D碳纳米管是一种有机合成纤维，其比表面积大，可用作新型储氢材料解析 12C、13C、14C 是碳元素的三种核素，不是同素异形体，A 项错误；用 CO2 合成可降解的聚碳酸酯塑料，可以实现“碳”的循环利用，B 项正确；石墨烯、碳纤维、碳纳米管都是碳的
5、单质，是无机非金属材料，不是有机材料，C、D 错误。22016济南模拟有些科学家提出硅是“21 世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列有关硅的说法中，不正确的是()A高纯度的硅广泛用于制作计算机B硅可由二氧化硅还原制得C低温时，硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应D自然界中硅的储量丰富，自然界中存在大量的单质硅解析 硅是重要的半导体材料，可用于生产制造计算机中的芯片，A 正确；2CSiO2=高温 Si2CO，B 正确；常温下，Si 的性质稳定，但可以与 F2、HF、强碱溶液反应，C 正确；自然界中不存在单质硅，D 错误。题组二 硅的制备3半导体工
6、业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由 SiO2 制取 Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A2CSiO2=高温 Si2COBSiO22NaOH=Na2SiO3H2OCSi2Cl2=SiCl4DSiCl42H2=高温 Si4HCl解析 工业制取纯硅的工艺流程为 SiO2C粗硅Cl2 SiCl4H2纯硅，该工艺流程中不涉及 SiO2 与 NaOH溶液的反应。4高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：SiO2C高温 Si(粗)HCl300 SiHCl3过量H210001100 Si(纯)下列说法正确的是()A步骤的
7、化学方程式为 SiO2C=高温 SiCO2B步骤中每生成或反应 1 mol Si，转移 4 mol电子C二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应DSiHCl3(沸点为 33.0)中含有少量的 SiCl4(沸点为67.6)，通过蒸馏(或分馏)可提纯 SiHCl3解析 A 项，步骤的化学方程式为 SiO22C=高温 Si2CO；B 项，步骤中每生成或反应 1 mol Si，转移 2 mol 电子；C 项，硅能与氢氟酸反应生成 SiF4 和氢气；D 项，SiHCl3 和 SiCl4 的沸点相差较大，可通过蒸馏(或分馏)提纯SiHCl3。总结提升碳、硅单质的特殊性(1)一般情况下，非金属元素单质熔
8、、沸点低，硬度小，但晶体硅、金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。(3)Si 的还原性大于 C，但 C 在高温下能还原出 Si：SiO22C=高温 Si2CO。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能跟 HF作用：Si4HF=SiF42H2。(5)常见与强碱反应生成 H2 的固体单质有 Al 和 Si，能够置换出 H2O 中氢的非金属单质为碳，这些特征反应常作为推断题的突破口。题组三 碳、硅氧化物的性质和应用52017上海高三联考能够解释 CO2 比 SiO2 的熔、沸点低的原因是()ACO2
9、的相对分子质量比 SiO2 的相对分子质量小BCO 键能小于 SiO 键能CC 的原子半径小于 SiD破坏 CO2 晶体只需克服分子间作用力，破坏 SiO2晶体要破坏 SiO 共价键解析 SiO2 形成的晶体是原子晶体，CO2 形成的晶体是分子晶体，熔化时，原子晶体需破坏共价键，分子晶体需破坏分子间作用力，所以 CO2 熔、沸点较低。6下列说法正确的是()A红宝石、玛瑙、水晶、钻石等装饰品的主要成分都是二氧化硅BSiO2 是碱性氧化物，能溶于酸，故可用氢氟酸蚀刻玻璃C向 Na2SiO3 溶液中通入过量 CO2 制备硅酸凝胶：SiO23 2CO22H2O=H2SiO32HCO3D高纯度的 SiO
10、2 对光有很好的折射和全反射作用，可以制成光电池，将光能直接转化为电能解析 红宝石的主要成分是 Al2O3，钻石的主要成分是单质碳，玛瑙和水晶的主要成分是 SiO2，A 项错误；SiO2是酸性氧化物，不能与 HCl、H2SO4、HNO3 等反应，但能被氢氟酸腐蚀，B 项错误；酸性：H2CO3H2SiO3，故可用Na2SiO3 溶液与 CO2 反应制 H2SiO3 凝胶，C 项正确；高纯度的 SiO2 对光有很好的折射和全反射作用，可用作光导纤维，而光电池由单质硅制成，D 项错误。7用四种溶液进行实验，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
11、BaCl2 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，再加入足量的 NaOH 溶液，又变浑浊Ca(OH)2 溶液解析 A 项，CO2 与 BaCl2 溶液不反应；B 项，CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3，H2SiO3 与 CO2 不反应，浑浊不会消失；C 项，CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，品红溶液被 HClO氧化褪色；D 项，通入 CO2 少量时发生反应：
12、CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，继续通入 CO2，生成可溶于水的 Ca(HCO3)2，再加入足量的 NaOH 溶液，则：2NaOHCa(HCO3)2=CaCO3Na2CO32H2O，溶液又变浑浊。总结提升含硅化合物的特殊性(1)SiO2 是 H2SiO3 的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备 H2SiO3。(2)酸性氧化物一般不与酸作用，但 SiO2 能跟 HF 作用：SiO24HF=SiF42H2O。(3)不要混淆二氧化硅和硅的用途用于制作光导纤维的是 SiO2，用于制作半导体材料、计算机芯片的是晶体硅。(4)水晶、石英、玛瑙的主要成分是 SiO2；珍珠的主要成分是 CaCO3
13、；钻石是金刚石；红、蓝宝石的主要成分是 Al2O3。考点 2 硅酸、硅酸盐和无机非金属材料1硅酸(1)弱酸性：H2SiO3于水，其酸性比碳酸，不能使指示剂变色，能与强碱(如 NaOH)反应，反应的化学方程式为。(2)不稳定性：H2SiO3 不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为。难溶弱2NaOHH2SiO3=Na2SiO32H2OH2SiO3=SiO2H2O(3)硅酸的制备及硅胶制备原理：可溶性硅酸盐(如 Na2SiO3)与其他酸(如盐酸)反应的化学方程式为。硅胶：硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶，常用作和的载体。Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3干燥剂催化剂2硅
14、酸盐(1)概念：的总称，是构成地壳岩石的主要成分。(2)硅酸盐组成的表示：通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成，如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为。由硅、氧和金属元素组成的化合物K2OAl2O36SiO2(3)硅酸钠(Na2SiO3)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称，有黏性，水溶液显碱性。它能与较强的酸反应，如与盐酸反应：；与 CO2 水溶液反应：。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。水玻璃Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO33无机非金属材料(1)传统无机非
15、金属材料如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。(2)新型无机非金属材料，指的是一类新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。(3)特殊功能的含硅物质碳化硅具有金刚石结构，可用作磨料。含硅元素 4%的硅钢具有导磁性。硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。易错警示 (1)Na2SiO3 的水溶液俗称水玻璃，与玻璃的成分不相同；水玻璃又称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，而不是碱溶液。(2)氧化物形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔
16、点。()(2)SiSiO2H2SiO3 均能一步转化。()(3)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱。()(4)玛瑙手镯、水晶镜片、玻璃所用材料均为硅酸盐。()(5)2MgOSiO2 中的酸根阴离子为 SiO24。()题组一 硅酸盐的结构和性质1将足量 CO2 气体通入水玻璃(Na2SiO3 溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()ANa2SiO3BNa2CO3、Na2SiO3CNa2CO3、SiO2DSiO2解析 将足量 CO2 气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2Na2SiO32H2O=H2SiO32NaHCO3；加热蒸干高温灼烧时发生反应：H2SiO3=H2O
17、SiO2；2NaHCO3=Na2CO3CO2H2O；SiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2，各反应物存在如下关系：H2SiO32NaHCO3，H2SiO3SiO2,2NaHCO3Na2CO3SiO2，由上述关系可知，最后所得固体物质是 Na2SiO3，故选 A 项。22016荆州模拟青石棉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
18、 为Na2OFeO2Fe2O38SiO2H2OC1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2 与足量的硝酸作用，至少需消耗 6 L 3 molL1 HNO3 溶液D1 mol Na2Fe5Si8O22(OH)2 与足量氢氟酸作用，至少需消耗 5.5 L 2 molL1 HF 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 不正确；根据氧原子守恒可知应该是 Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O，B 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
19、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 不正确。总结提升硅酸盐改写成氧化物形式的方法(1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。(2)氧化物前计量数的配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置计量数，且不同氧化物间以“”隔开。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8 不 能 写 成 12 K2O 12 Al2O33SiO2，应 写 成K2OAl2O36SiO2。题组二 无机非金属材料32017北京东城高三期末下列我国古代优秀艺术作品中，所用材料不属于
20、无机非金属材料的是()A.商代后母戊鼎B.新石器时代人面鱼纹彩陶盆C.明永乐青花竹石芭蕉纹梅瓶D.三国青瓷羊形烛台解析 青铜器属于金属材料，陶瓷是无机非金属材料。4硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述正确的是()ASiO2 熔点高，硬度大，不与任何无机酸反应B碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，也可以用作砂纸、砂轮的磨料C光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为 SiO2，是一种高质量传导光的纤维，耐酸碱腐蚀D二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为 12解析 二氧化硅能与氢氟酸反应，A 项错误；光导纤维的成分是 S
21、iO2，是酸性氧化物，可与强碱溶液反应，C 项错误；二氧化硅晶体中，硅原子与硅氧单键个数之比为 14，D 项错误。题组三 碳、硅及其化合物的转化关系5如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()ASiO2 属于两性氧化物B盛放 Na2CO3 溶液的试剂瓶用玻璃塞C硅胶吸水后可重复再生D图中所示的转化都是氧化还原反应解析 SiO2 是酸性氧化物，它能与氢氟酸反应是其特殊性质，A 错；在图示转化关系中只有第一行的变化是氧化还原反应，其余均为非氧化还原反应。6含 A 元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A 元素的一种化合物 C 可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C 与烧碱
22、反应生成含 A 元素的化合物 D。(1)在元素周期表中，A 位于_族，与 A 同族但相对原子质量比 A 小的元素 B 的原子结构示意图为_，A 与 B 在原子的电子层结构上的相同点是_。A最外层均有 4 个电子(2)易与 C 发生化学反应的酸是_，反应的化学方程式是_。(3)将 C 与纯碱混合高温熔融时也发生化学反应生成 D，同时还生成 B 的最高价氧化物 E；将全部的 E 与全部的 D在足量的水中混合后，又发生化学反应生成含 A 的化合物F。氢氟酸SiO24HF=SiF42H2O分别写出生成 D、F 的化学反应方程式：_、_。要 将 纯 碱 高 温 熔 化，下 列 坩 埚 中 可 选 用 的
23、 是_。A普通玻璃坩埚B石英玻璃坩埚C氧化铝坩埚D铁坩埚SiO2Na2CO3=高温 Na2SiO3CO2Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3D(4)100 g C 与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为 11.2 L,100 g 混合物中石灰石的质量分数是_。50%解析(1)A 元素的单质可作半导体材料，含 A 元素的化合物 C 是制造光导纤维的原料，可知 A 为硅元素，C 为SiO2，D 为 Na2SiO3。比硅相对原子质量小的同族元素 B 为碳。(2)C 为 SiO2，能与 SiO2 反应的酸只有氢氟酸。(3)SiO2 与 Na2CO3 高温下反应生成
24、Na2SiO3 和 CO2。Al2O3 与 Na2CO3 高温下反应生成 NaAlO2 和 CO2，故不能用以上材质的坩埚熔融 Na2CO3。(4)根据反应 SiO2CaCO3=高温 CaSiO3CO2，CaCO3=高温 CaOCO2可知无论 SiO2 和 CaCO3 是否恰好完全反应，均存在关系 CaCO3CO2，故 n(CaCO3)n(CO2)0.5 mol，m(CaCO3)50 g。思维建模硅及其化合物的转化关系图板块二高考层面高考真题实战1.高考集萃判断正误，正确的画“”，错误的画“”。(1)2016浙江高考Ge(32 号元素)的单晶可以作为光电转换材料用于太阳能电池。()(2)201
25、5全国卷硅胶可作食品干燥剂。()(3)2015安徽高考SiO2 既能和氢氧化钠溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物。()(4)2015江苏高考物质间转化均能一步实现：粗硅Cl2高温 SiCl4H2高温 Si。()(5)2015山东高考向 Na2SiO3 溶液中通入过量 SO2：SiO23 SO2H2O=H2SiO3SO23。()(6)2015上海高考硬度：晶体硅r(Mg)C在该反应条件下，Mg 的还原性强于 C 的还原性D该反应中化学能全部转化为热能解析 A 项，碳还存在 C60 等同素异形体，错误；B 项，Mg 的电子层数比 Mg2多，所以半径：r(Mg)r(Mg2)，错误；C 项，反
26、应方程式为 2MgCO2=点燃 2MgOC，还原剂为 Mg，还原产物为 C，根据还原剂的还原性强于还原产物的还原性可知，该条件下 Mg 的还原性强于 C，正确；D项，燃烧过程中化学能除了转化为热量，还转化为光能等其他能量，错误。42015海南高考单质 Z 是一种常见的半导体材料，可由 X 通过如下图所求的路线制备。其中 X 为 Z 的氧化物；Y 为氢化物，分子结构与甲烷相似。回答下列问题。(1)能与 X 发生化学反应的酸是_；由 X 制备Mg2Z 的化学方程式为_。氢氟酸SiO24Mg=Mg2Si2MgO(2)由Mg2Z生 成Y的 化 学 方 程 式 为_，Y 分子的电子式为_。(3)Z、X
27、中共 价键的 类型分 别是 _、_。Mg2Si4HCl=SiH42MgCl2非极性(共价键)极性(共价键)解析(1)根据题中信息可确定 Z 为 Si，其氧化物 X 的化学式为 SiO2，能与 SiO2 反应的酸只有氢氟酸；由 SiO2 制备 Mg2Si 的化学方程式为 SiO24Mg=2MgOMg2Si。(2)Y 为 SiH4，结合图示可写出 Mg2Si 与盐酸的反应为Mg2Si4HCl=2MgCl2SiH4；C、Si 为同主族元素，根据 CH4 的电子式可写出 SiH4 的电子式。(3)Si 和 SiO2 中分别含有非极性共价键和极性共价键。52014广东高考改编石墨在材料领域有重要应用。某
28、初级石墨中含 SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和 MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯与综合利用工艺如下：(注：SiCl4 的沸点为 57.6，金属氯化物的沸点均高于150)(1)向反应器中通入 Cl2 前，需通一段时间 N2，主要目的是_。(2)高温反应后，石墨中氧化物杂质均转变为相应的氯化物。气体中的碳氧化物主要为_。由气体中某物 质 得 到 水 玻 璃 的 化 学 反 应 方 程 式 为_。排出装置中的空气COSiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O(3)步骤为：搅拌、_。所得溶液中的阴离子有_。(4)由溶液生成沉淀的总反应的离子方程式为
29、_。100 kg 初级石墨最多可获得的质量为_kg。过滤AlO2、OH、ClAlO2 CH3COOC2H52H2O=Al(OH)3CH3COOCH3CH2OH7.8解析(1)向反应器中通入 Cl2 前，需通一段时间 N2，主要目的是排尽反应器中的空气，防止高温下初级石墨与空气中的 O2 反应。(2)气体中的碳氧化物主要为 CO，由气体中某物质得到水玻璃，故其为含硅的化合物 SiCl4，反应方程式为 SiCl46NaOH=Na2SiO34NaCl3H2O。(3)步骤为搅拌，并通过过滤操作将沉淀和溶液分离；由题意分析可知，所得溶液中的阴离子有 AlO2、Cl、OH。(4)由溶液生成沉淀，是将 AlO2 转化为 Al(OH)3，由题意可知 Al2O32Al(OH)3，n(Al2O3)100000 g5.1%102 gmol150 mol，nAl(OH)3100 mol，则 mAl(OH)3100 mol78 gmol17800 g7.8 kg。板块三限时规范特训