【正文】 第 1講 碳、硅及無機非金屬材料 重難點： C、 Si元 素單質(zhì)及其重要化合物的化學(xué)性質(zhì)。 【 考綱要求 】 C、 Si元素單質(zhì)及其重要化合物的主要性質(zhì)及應(yīng)用。 C、 Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響。 、新技術(shù)為背景考查 C、 Si元素及其重要化合物 的性質(zhì)及應(yīng)用。 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 碳、硅及無機非金屬材料 考點二 碳、硅的氧化物 考點一 碳、硅單質(zhì)的存在與 性質(zhì) 考點三 硅酸及硅酸鹽 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 考點一 I 碳、硅單質(zhì)的存在與性質(zhì) 1． C、 Si單質(zhì)的存在形態(tài)、物理性質(zhì)及用途 (1)自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素因有親氧性，所以僅有 態(tài)。碳單質(zhì)主要有金剛石、石墨、 C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有 和 兩大類。 (2)單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較 碳 硅 結(jié)構(gòu) 金剛石： 結(jié)構(gòu) 石墨：層狀結(jié)構(gòu) 晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 物理性質(zhì) 金剛石熔點高、硬度大 石墨熔點高、質(zhì) ，有滑膩感 晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點 用途 金剛石用作切割刀具， 用作電極、鉛筆芯 晶體硅用作 材料、硅芯片和硅太陽能電池 化合 晶體硅 無定形硅 空間網(wǎng)狀 軟 高 石墨 半導(dǎo)體 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 考點一 I 碳、硅單質(zhì)的存在與性質(zhì) 、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) 碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時，一般表現(xiàn)還原性。 知識梳理 探究高考 練出高分 深度思考 深 度 思 考 知識梳理 題型構(gòu)建 1．從元素周期表的位置看，碳和硅均為 ⅣA 元素，自然界中有碳的多種單質(zhì)存在，自然界中有硅的單質(zhì)嗎？為什么？ 2． 硅單質(zhì)有廣泛的用途，用化學(xué)方程式表示工業(yè)上獲取硅單質(zhì)的過程。 答案 沒有，因為硅有很強的親氧性，在地殼形成時硅與氧易結(jié)合，難分離，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸鹽形式存在。 答案 粗硅的制?。?S iO 2 ＋ 2C ==== =高溫Si ＋ 2C O ↑ 由粗硅制取純硅 ( 常用方法 ) ： S i( 粗 ) ＋ 2C l 2 ==== =加熱S iCl 4 S iCl 4 ＋ 2H 2 ==== =高溫S i( 純 ) ＋ 4HCl 知識梳理 探究高考 練出高分 【 遞進(jìn)題組 】 題組一 題組二 知識梳理 題型構(gòu)建 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 1． 下列關(guān)于硅的說法中，不正確的是 ( ) A．硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是 良好的半導(dǎo)體材料 C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物 質(zhì)反應(yīng) D．加熱到一定溫度時，硅能與氯氣、氧氣等 非金屬反應(yīng) C 解析 硅在常溫下能與F氫氟酸等發(fā)生反應(yīng)。 題組一 新材料、新技術(shù)下 C、 Si的考查 題組一 題組二 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 2 ．石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖如 圖所示，下列關(guān)于石墨 烯的敘述正確的是 ( ) A ．石墨烯可導(dǎo)電，說明它是電解質(zhì) B ．石墨烯、金剛石、 C60、 “ 碳納米泡沫 ” 四種物質(zhì)都是碳的單質(zhì) C ．由于 C( 石墨， s) == = C( 金剛石， s) Δ H ＝ 1 . 9 kJ m o l－ 1知金剛石比石墨烯穩(wěn)定 D ．盡量使用含12 6C 的產(chǎn)品，減少使用含13 6C 的產(chǎn)品，此舉符合 “ 促進(jìn)低碳經(jīng)濟 ” 的宗旨 知識梳理 題型構(gòu)建 解析 “ 石墨烯可由石墨剝離而成 ” 故石墨烯是可以導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)，它既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)， A 項錯； 石墨烯、金剛石、 C 60 、 “ 碳納米泡沫 ” 都是由碳元素形成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體， B 項正確； C 項中由于石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的 Δ H 0 ，是吸熱過程，即石墨的能量較金剛石低，因而石墨烯穩(wěn)定， C 項錯； 12 6 C 和13 6 C 都是碳元素，故 D 項錯。 解析 “ 石墨烯可由石墨剝離而成 ” 故石墨烯是可以導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)，它既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)， A 項錯； 石墨烯、金剛石、 C 60 、 “ 碳納米泡沫 ” 都是由碳元素形成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體， B 項正確； C 項中由于石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的 Δ H 0 ，是吸熱過程，即石墨的能量較金剛石低，因而石墨烯穩(wěn)定， C 項錯； 12 6 C 和 13 6 C 都是碳元素，故 D 項錯。 解析 “ 石墨烯可由石墨剝離而成 ” 故石墨烯是可以導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)，它既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)， A 項錯； 石墨烯、金剛石、 C 60 、 “ 碳納米泡沫 ” 都是由碳元素形成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體， B 項正確； C 項中由于石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的 Δ H 0 ，是吸熱過程，即石墨的能量較金剛石低，因而石墨烯穩(wěn)定， C 項錯； 12 6 C 和13 6 C 都是碳元素，故 D 項錯。 解析 “ 石墨烯可由石墨剝離而成 ” 故石墨烯是可以導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)，它既不是電解質(zhì)，也不是非電解質(zhì)， A 項錯； 石墨烯、金剛石、 C 60 、 “ 碳納米泡沫 ” 都是由碳元素形成的不同的單質(zhì)，它們互為同素異形體， B 項正確； C 項中由于石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的 Δ H 0 ，是吸熱過程，即石墨的能量較金剛石低，因而石墨烯穩(wěn)定， C 項錯； 12 6 C 和13 6 C 都是碳元素，故 D 項錯。 B 題組一 新材料、新技術(shù)下 C、 Si的考查 題組一 題組二 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 題組二 工業(yè)制取高純硅 3 ． 晶體硅是一種重要的非金屬材料 ， 制備純硅的主要步驟如下 ： ⅰ . 高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅 ⅱ . 粗硅與干燥 H Cl 氣體反應(yīng)制得 S iH Cl3： Si ＋ 3 H Cl = = = = =3 0 0 ℃S iH Cl3＋ H2 ⅲ . S iH Cl3與過量 H2在 1 0 0 0 ～ 1 1 0 0 ℃ 反應(yīng)制得純硅 已知 S iH Cl3能與 H2O 強烈反應(yīng) ， 在空氣中易自燃 。 請回答下列問題 ： ( 1 ) 第 ⅰ 步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ( 2 ) 粗硅與 H Cl 反應(yīng)完全后 ， 經(jīng)冷凝得到的 S iH Cl3( 沸點 3 3 . 0 ℃ ) 中含有少量 S iCl4( 沸點 5 7 . 6 ℃ ) 和 H Cl ( 沸點 － 8 4 . 7 ℃ ) ， 提純 S iH Cl3采用的方法為 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 S i O 2 ＋ 2C = = = = =高溫 Si ＋ 2 C O ↑ 分餾 (或蒸餾 ) 題組一 題組二 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 題組二 工業(yè)制取高純硅 ( 3 ) 用 S iH Cl3與過量 H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下 ( 熱源及夾持裝置略去 ) ： ① 裝置 B 中的試劑是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 裝置 C 中的燒瓶需要加熱，其目的是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ② 反應(yīng)一段時間后，裝置 D 中觀察到的現(xiàn)象是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 裝置 D 不能采用普通玻璃管的原因是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 裝置 D 中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ③ 為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ④ 為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑 ( 填寫字母代號 ) 是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 a ．碘水 b ．氯水 c ． Na O H 溶液 d ． K S CN 溶液 e ． Na2SO3溶液 濃硫酸 使滴入燒瓶中的 SiHCl3氣化 在反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化 有固體物質(zhì)生成 S i HC l 3 ＋ H 2 = = = = = = = = =1 0 0 0 ～ 1 1 0 0 ℃ Si ＋ 3 HC l 題組一 題組二 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 ③ 為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及 __________________ 。 ④ 為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑 ( 填寫字母代號 ) 是 _ _____ 。 a ．碘水 b ．氯水 c ． NaOH 溶液 d ． KSCN 溶液 e ． Na 2 SO 3 溶液 知識梳理 題型構(gòu)建 題組二 工業(yè)制取高純硅 排盡裝置中的空氣 bd 題組一 題組二 1 2 3 知識梳理 探究高考 練出高分 知識梳理 題型構(gòu)建 題組二 工業(yè)制取高純硅 解析 ( 1 ) 根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應(yīng)方程式為 S iO 2 ＋ 2C = = = = =高溫 Si ＋ 2 CO ↑ 。 ( 2 ) 因 H Cl 易溶于水，而 S iH Cl 3 與 H 2 O 強烈反應(yīng)，故提純 S iH Cl 3 的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進(jìn)行。 ( 3 ) ① 因 S iH Cl 3 與水強烈反應(yīng)，故 A 中產(chǎn)生的 H 2 必須干燥，故 B 中的液體一定為濃H 2 SO 4 ，且 C 中燒瓶需加熱，其目的是使 S iH Cl 3 氣化，加快與 H 2 的反應(yīng)。 ② 根據(jù)題給信息石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故 D 中現(xiàn)象應(yīng)有固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應(yīng)條件為 1 0 0 0 ～ 1 1 0 0 ℃ ，此溫度下普通玻璃容易軟化。 ③ 因高溫下 H 2 與 O 2容易反應(yīng)而爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。 ④ 鐵與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生 Fe 2 ＋ ，其檢驗方法常常采用先將 Fe 2 ＋ 氧化為 Fe 3 ＋ 然后再加入 K S CN 溶液看是否變血紅色來檢驗。 解析 ( 1 ) 根據(jù)題給信息，粗硅可以用碳還原二氧化硅的辦法來制得，故反應(yīng)方程式為 S iO 2 ＋ 2C = = = = =高溫 Si ＋ 2 CO ↑ 。 ( 2 ) 因 H Cl 易溶于水，而 S iH Cl 3 與 H 2 O 強烈反應(yīng)，故提純 S iH Cl 3 的方法只能在無水的條件下利用它們的沸點不同，采用分餾的方法進(jìn)行。 ( 3 ) ① 因 S iH Cl 3 與水強烈反應(yīng)，故 A 中產(chǎn)生的 H 2 必須干燥，故 B 中的液體一定為濃H 2 SO 4 ，且 C 中燒瓶需加熱，其目的是使 S iH Cl 3 氣化，加快與 H 2 的反應(yīng)。 ② 根據(jù)題給信息石英管中產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)為硅，故 D 中現(xiàn)象應(yīng)有固體產(chǎn)生，由題給信息，制純硅的反應(yīng)條件為 1 0 0 0 ～ 1 1 0 0 ℃ ，此溫度下普通玻璃容易軟化。 ③ 因高溫下 H 2 與 O 2容易反應(yīng)而爆炸，故還應(yīng)排盡裝置中的空氣。 ④ 鐵與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生 Fe 2 ＋ ，其檢驗方法常常采用先將 Fe 2 ＋ 氧化為 Fe 3 ＋ 然后再加入 K S CN 溶液看是否變血紅色來檢驗。 題組一 題組二 1 2 3 (3)① 因 SiHCl3與水強烈反應(yīng)，故 A中產(chǎn)生的 H2必須干燥，故 B中的液體一定