1、高考化学专题十六 碳、硅及其化合物 无机非金属材料考点一 碳、硅单质的性质撬点基础点 重难点1 碳、硅元素的原子结构与存在2 碳、硅单质的性质物质碳硅颜色、状态无色(金刚石)或黑色(石墨)固体有金属光泽的灰黑色固体熔点()3550(金刚石)、36523697(石墨)1410沸点()48272355密度(g/cm3)3.51(金刚石)、225(石墨)2.322.34溶解性难溶于一般溶剂难溶于一般溶剂物理性质硬度硬度很大硬度较大续表物质碳硅与非金属单质反应CO2=点燃CO22CO2=点燃2COSiO2=SiO2Si2F2=SiF4与氧化物反应C2CuO=高温CO22Cu3CFe2O3=高温3CO2
2、Fe2CSiO2=电炉2COSi与 FeO 反应：Si2FeO=高温SiO22Fe与酸反应与浓硫酸、浓硝酸反应：C2H2SO4(浓)=CO22SO22H2OC4HNO3(浓)=CO24NO22H2O只与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2化学性质与水或碱反应与碱不反应CH2O(g)=高温COH2与 NaOH 溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2 学霸巧学卡硅的还原性比碳的强，但碳能置换出 SiO2 中的硅。这是因为碳元素和硅元素位于元素周期表中第A族，碳的原子半径比硅的小，失电子能力比硅的弱，所以硅的还原性比碳的强。但反应 2CSiO2=高温电炉 Si2CO是在高温条件下进行
3、的，且生成物 CO 为气体，从反应体系中逸出，有利于反应向右进行。3 硅的工业制法(1)制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。SiO22C=高温Si2CO。(2)粗硅提纯Si2Cl2=高温SiCl4，SiCl42H2=高温Si4HCl。Si3HCl=250300 Cu粉或Ag粉SiHCl3H2，SiHCl3H2=11001200 Si3HCl。晶体硅用途：作半导体材料，制芯片，制太阳能电池。学霸巧学卡(1)用焦炭还原 SiO2，产物是 CO 而不是 CO2。(2)粗硅中含碳等杂质，与 Cl2 反应生成的 SiCl4 中也含 CCl4 等杂质，经过分馏提纯 SiCl4
4、 后，再用H2 还原，得到高纯度硅。1.思维辨析(1)晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料。()(2)甲、乙、丙、丁四种物质中，甲、乙、丙均含有相同的某种元素，它们之间具有如下转化关系：甲丁乙丁甲 丙。若甲为焦炭，则丁可能是 O2。()(3)高温下用焦炭还原 SiO2 制取粗硅。()(4)常温下硅既不能与强酸反应也不能与强碱反应。()(5)加热到一定温度，硅能与氧气、氯气等非金属反应。()(6)晶体硅可用作光导纤维材料。()2下列关于碳、硅的叙述正确的是()A碳、硅都是A 族元素，它们在自然界中都以化合态形式存在B二氧化碳、二氧化硅的物理性质相似C二氧化碳、二氧化硅都是酸性氧化物，能
5、与 NaOH 溶液反应生成相应的盐D高纯度的二氧化硅用于制造半导体材料解析 碳元素的存在既有游离态也有化合态，A 项错误；用于制造半导体材料的物质应是晶体硅，故选 C。撬法命题法 解题法 考法综述 结合生活和生产实际，考查硅的用途和制单质硅的原理，同学们需记得硅的主要物理性质、化学性质及硅的工业制法。命题法 1 硅的主要性质和用途典例 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 由已知信息可知该非金属元素为硅。硅强烈亲氧，在自然界硅元素是以氧化物或
6、复杂硅酸盐形式存在，不存在单质硅，A 正确；硅单质能用作半导体材料而不能用作光导纤维，制造光导纤维是用二氧化硅，B 错误；SiO2 能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，C 错误；非金属性：CSi，故 SiH4的稳定性弱于甲烷，D 错误。【解题法】硅的特性归纳总结一般规律硅及其化合物特性硅还原性大于碳2CSiO2=高温Si2CO非金属与强碱溶液反应一般不产生 H2硅可与强碱溶液反应产生 H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2非金属一般不与非氧化性酸反应Si4HF=SiF42H2一般非金属单质为绝缘体硅为半导体，常用于电子部件命题法 2 硅的工业制备典例 2 硅在地壳中的含
7、量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)1810 年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是_。(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有_。(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：含有硅、碳的铁合金(或硅铁)石英砂、纯碱和石灰石发生的主要反应电弧炉SiO22C=16001800 Si2CO流化床反应器Si3HCl=250300 SiHCl3H2还原炉SiHCl3H2=11001200 Si3HCl
8、 用 石 英 砂 和 焦 炭 在 电 弧 炉 中 高 温 加 热 也 可 以 生 产 碳 化 硅，该 反 应 的 化 学 方 程 式 为_；碳化硅又称_，其晶体结构与_相似。SiO23C=高温SiC2CO金刚砂金刚石(或单晶硅)在流化床反应的产物中，SiHCl3 大约占 85%，还有 SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl 等，有关物质的沸点数据如下表，提纯 SiHCl3 的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和_。物质SiSiCl4SiHCl3SiH2Cl2SiH3ClHClSiH4沸点/235557.631.88.230.484.9111.9SiHCl3 极易水解，其完全水解的产物为_。解析(3
9、)比较 SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl 的沸点，可得常温下 SiHCl3、SiCl4 为液体，SiH2Cl2、SiH3Cl 为气体，沉降、冷凝得到 SiHCl3、SiCl4 的混合液体，用蒸馏可分离二者。SiHCl3 中，把硅考虑为4 价，则氢为1 价，氯是1 价，SiHCl3 水解时，1 价氢还原水中1 价的氢，生成氢气。精馏(或蒸馏)H2SiO3(或 H4SiO4)、H2、HCl【解题法】纯硅制备常用方程式归纳总结(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅：SiO22C=高温Si(粗)2CO(2)粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3：Si3HCl=300 SiHCl3H2(3)粗硅与干燥 Cl2 反应制得 SiCl4：Si(粗)2Cl2=高温SiCl4(4)SiHCl3 与过量 H2 在 10001100 反应制得纯硅：SiHCl3H2=高温Si3HCl(5)SiCl4 与过量 H2 在高温下反应制得纯硅：SiCl42H2=高温Si4HCl(6)SiHCl3、SiCl4 能与 H2O 强烈反应：SiHCl33H2O=H2SiO33HClH2SiCl43H2O=H2SiO34HCl(7)SiH4 在空气中易自燃：SiH42O2=SiO22H2O撬题对点题 必刷题
