考点13 硅及其化合物（核心考点精讲精练）-备战高考化学一轮复习（新高考专用）

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1．3年真题考点分布
2．命题规律及备考策略
【命题规律】近3年新高考卷对于该专题主要考查：
1．硅及其化合物的性质及应用
2．硅酸盐材料与新型无机非金属材料
【备考策略】熟练掌握硅及其化合物之间的转化关系，熟悉各物质的特特殊性质及其应用；明确元素化合物和化学反应原理、物质结构和性质之间的联系。关注生活中的合金，了解其应用。
【命题预测】高考对本部分内容的考查以硅及其化合物的性质、硅酸盐材料在日常生活、生产中的应用为主，高考题型有选择题、实验题、化学工艺流程题等。尤其是以硅及其化合物的性质及用途是考查的热点。
考法1 硅和二氧化硅
1、硅
(1)原子和晶体结构：硅元素的原子序数为14，基态原子的简化电子排布式为[Ne] 3s23p2，核外电子的空间运动状态有7种，不成对电子数有2种；单晶硅为_________晶体，晶体中每个Si原子以sp3杂化，分别与4个相邻的Si 原子形成4个σ键，Si原子的配位数为4，晶体中最小的环是6元环，1个环中平均含有0.5个Si原子，含Si-Si键数为1。
（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。金刚石、晶体硅、碳化硅中熔点从高到低的顺序是金刚石、碳化硅、晶体硅。
（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＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl。
2、二氧化硅
（1）空间结构：二氧化硅是直接由原子构成的_________晶体，晶体中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，晶体中的最小环为12元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被_________个环共有，每个O原子被6个环共有，每个Si-O键被6个环共有，Si原子数与O原子数之比为1：2。
（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（_________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——_________。
【典例1】（2023·枣阳市第一高级中学模拟预测）硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是( )
A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为氧化剂
D．硅能与氢氟酸反应，则硅也可以与盐酸反应
【拓展延伸】二氧化碳和二氧化硅的比较
【典例2】（2023·日照第一中学模拟预测）多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅芯片的主要原料。已知第三代工业制取多晶硅流程如图所示：
下列说法错误的是( )
A．Y、Z分别为H2、Cl2
B．制取粗硅的过程中焦炭与石英会发生副反应生成碳化硅，在该副反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
C．SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为H2SiO3、H2、HCl，据此推测SiHCl3中硅元素的化合价为＋4
D．Y与SiHCl3制备多晶硅的反应属于置换反应
1．（2023·广东梅州·统考三模）下列叙述Ⅰ和Ⅱ均正确且有因果关系的是
2．（2023·辽宁·校联考二模）高纯硅是制作光伏电池的关键材料，如图是一种生产高纯硅的工艺流程示意图：
已知：①流化床反应器主反应：；
②还原炉主反应：；
③极易水解：。
回答下列问题：
(1)石英砂的主要成分为，是一种酸性氧化物，能与烧碱反应生成盐和水，下列物质中也能与烧碱反应生成盐和水的是 (填标号)
A． B． C． D．
还能在一种常见的酸中溶解，生成一种气态含硅物质，这种酸的电子式为 。
(2)电弧炉中生成粗硅，反应的化学方程式为 。若电弧炉中焦炭过量，还会有生成，石英砂和焦炭生成的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为 。
(3)整个操作流程都需隔绝空气，原因是 (答出两条即可)。
(4)流化床反应器中除外，还可能发生副反应，生成其他含硅化合物(如、、等)，可以用分馏的方法加以分离，该操作方法的理论依据是 。
(5)上述操作流程中可以循环利用的物质是 。
3．（2023·福建龙岩·统考三模）硅在地壳中含量丰富，晶体硅与硅化物等新材料在现代工业领域作用巨大。回答下列问题：
(1)下列属于硅原子激发态的电子排布式有 (填标号，下同)，其中能量较高的是 。
a．1s22s22p63s23p2 b．1s22s22p63s13p3 c．1s22s22p63s13p2 d．1s22s22p63s13p24s1
(2)SiCl4可发生水解反应，机理如图1所示。

①a与c的水溶性：a c(填“>”“Y>X
B．最简单气态氢化物稳定性X>W
C．最高价氧化物对应水化物碱性Y>Z>M
D．工业上用电解ZX来制备Z的单质
6．（2023·广东潮州·统考二模）提纯粗硅时可通过反应获取晶体硅。下列说法正确的是
A．晶体中含有非极性键
B．基态原子的轨道表示式
C．的空间填充模型为
D．的电子式为
7．（2023·海南海口·海南中学校考三模）Ⅰ.高纯度单晶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：
(1)写出步骤①的化学方程式：_________。
(2)步骤②经过冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3的主要化学操作的名称是______；SiHCl3和SiCl4一样，遇水可发生剧烈水解，已知SiHCl3水解会生成两种气态产物，试写出其水解的化学方程式：________。
Ⅱ.白炭黑(SiO2·H2O)广泛应用于橡胶、涂料、印刷等行业，可用蛇纹石[主要成分为Mg6(Si4O10)(OH)8]来制取，其主要工艺流程如图所示：
(3)蛇纹石用氧化物形式可表示为_________________。
(4)碱浸时，为提高其中硅酸盐的浸取率，除采用合适的液固比和循环浸取外，还可采用的方法：①___________；②____________(任举两种)。
(5)过滤1得到的滤液的主要成分是___________________。
(6)滤液与盐酸反应的主要离子方程式为________________。
(7)洗涤时，如何证明产品已洗涤干净？______________。
8．（2023·兴宁一中高三月考）高纯硅被誉为“信息革命的催化剂”。某小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1357K的条件下制备高纯硅，实验装置如图所示(部分加热及夹持装置略去)：
已知：①SiHCl3的沸点为33.0℃，密度为1.34g·cm-3；易溶于有机溶剂；能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化；
②CaCl2+xCH3CH2OH→CaCl2·xCH3CH2OH；
③银氨溶液中存在：[Ag(NH3)2]++2H2OAg++2NH3·H2O。
回答下列问题：
(1)装置B中试剂宜选择____(填字母，单选)。
a.碱石灰b.无水氯化钙c.五氧化二磷d.硅胶
(2)实验操作步骤有：
①加热装置D至1357K；
②关闭K1；
③加热装置C，打开K2，滴加VmLSiHCl3；
④关闭K2；
⑤打开K1，向安全漏斗中加入足量乙醇，装置A中反应一段时间。
正确的操作顺序为___(填序号)。
(3)E中CCl4的作用是防倒吸和___。
(4)石英管中发生反应的化学方程式为___。
(5)本实验制得高纯硅a g，则SiHCl3的利用率为___(只列计算式)。实验结束后，有同学认为根据高纯硅与消耗钠或乙醇的量也可以计算SiHCl3的利用率，这种观点___(填“是”或“否”)正确。
【真题感知】
1．（2023·广东·统考高考真题）“高山流水觅知音”。下列中国古乐器中，主要由硅酸盐材料制成的是
2．（2023·广东·统考高考真题）建设美丽乡村，守护中华家园，衣食住行皆化学。下列说法正确的是
A．千家万户通光纤，光纤的主要材质为B．乡村公路铺沥青，沥青属于天然无机材料
C．美容扮靓迎佳节，化妆品中的甘油难溶于水D．均衡膳食助健康，主食中的淀粉可水解为葡萄糖
3．（2022·河北·高考真题）定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料B．陶瓷主要成分为和
C．陶瓷烧制的过程为物理变化D．白瓷的白色是因铁含量较高
4．（2023·湖北·统考高考真题）工业制备高纯硅的主要过程如下：
石英砂粗硅高纯硅
下列说法错误的是
A．制备粗硅的反应方程式为
B．1mlSi含Si-Si键的数目约为
C．原料气HCl和应充分去除水和氧气
D．生成的反应为熵减过程
5．（2023·山东·统考高考真题）三氯甲硅烷是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为，熔点为，易水解。实验室根据反应，利用如下装置制备粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：
(1)制备时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有砫粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为 ；判断制备反应结束的实验现象是 。图示装置存在的两处缺陷是 。
(2)已知电负性在浓溶液中发生反应的化学方程式为 。
(3)采用如下方法测定溶有少量的纯度。
样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作：① ，② (填操作名称)，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为，从下列仪器中选出①、②中需使用的仪器，依次为 (填标号)。测得样品纯度为 (用含、的代数式表示)。
年份
卷区
考点分布
硅的制备、性质及用途
二氧化硅的性质及用途
硅酸盐性质及用途
综合应用
2023
江苏
广东
√
√
山东
√
湖北
√
辽宁
√
√
2022
全国
√
湖北
√
河北
√
广东
√
√
辽宁
√
江苏
√
湖南
√
浙江
√
2021
重庆
√
福建
√
条件
化学反应
化学方程式
常温
跟F2反应
___________________________
跟HF反应
___________________________
跟NaOH溶液反应
___________________________
高温
跟O2反应
___________________________
跟Cl2反应
___________________________
化学反应
化学方程式
相关应用
与强碱反应
SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O
SiO2能与强碱溶液生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放碱性溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，碱性溶液存放应用橡皮塞
与氢氟酸反应
__________________
利用此反应，氢氟酸能刻蚀玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶
与碱性氧化物反应
SiO2＋CaOCaSiO
与某些盐类反应
SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑
SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
之所以能够如此反应，原因是高温条件下，产物CO2容易从反应体系中逃逸，使反应向正方面进行
选项
叙述Ⅰ
叙述Ⅱ
A
具有氧化性
在葡萄酒酿制过程中添加适量
B
断裂分子中的键需要吸收热量
工业上用液氨作制冷剂
C
氢氟酸可与反应得到
二氧化硅是一种两性氧化物
D
蔗糖遇浓硫酸变黑，同时产生有刺激性气味的气体
浓硫酸具有脱水性和强氧化性
硅酸盐产品
水 泥
玻 璃
原料
__________________
__________________
反应原理
发生复杂的物理化学变化
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2↑
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
主要成分
3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
反应条件
高温
高温
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
—
熔点/℃
－70.0
－107.2
—
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
162
物质
SiCl4
AlCl3
FeCl3
沸点/℃
57.7
—
315
熔点/℃
-70.0
—
—
升华温度/℃
—
180
300
序号
操作
可能出现的现象
结论
①
向a试管中滴加几滴 溶液
若溶液褪色
则假设1成立
若溶液不褪色
则假设2或3成立
②
向b试管中滴加几滴 溶液
若溶液褪色
则假设1或3成立
若溶液不褪色
假设2成立
③
向c试管中滴加几滴 溶液

假设3成立


A．清康熙宜兴紫砂象生瓜形壶
B．明万历款黄釉五彩双龙纹盘
C．清起降款青花船形碟
D．南朝波斯鎏金器




A．九霄环佩木古琴
B．裴李岗文化骨笛
C．商朝后期陶埙
D．曾侯乙青铜编钟