2019年高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 考點(diǎn)掃描 專題14 氮及其化合物學(xué)案.doc

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專題14 氮及其化合物【復(fù)習(xí)目標(biāo)】1.了解Si和SiO2的主要性質(zhì)，了解CO2和SiO2物理性質(zhì)差異的主要原因。2.了解硅酸及常見(jiàn)硅酸鹽的性質(zhì)。3.了解硅酸鹽工業(yè)及新型無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)與應(yīng)用。【考情分析】硅及其化合物的用途越來(lái)越受到人們的重視，許多高科技領(lǐng)域的新型無(wú)機(jī)非金屬材料都與硅有關(guān)，因此近幾年有關(guān)硅及其化合物的考題越來(lái)越多，已成為現(xiàn)在高考的新熱點(diǎn)。近幾年高考對(duì)硅及其化合物的考查，主要集中在三個(gè)方面硅、二氧化硅的用途；硅及其化合物的性質(zhì)；硅及其化合物的制備。常見(jiàn)的題型有選擇題和實(shí)驗(yàn)題。今后高考命題方向之一是綜合試題，以硅及其化合物知識(shí)為載體，結(jié)合基本概念、基本理論、化學(xué)計(jì)算并聯(lián)系其他元素及化合物知識(shí)進(jìn)行綜合性命題，以考查學(xué)生的思維能力。【考點(diǎn)過(guò)關(guān)】考點(diǎn)一 硅和二氧化硅1.硅自然界存在硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，全部以化合態(tài)存在。主要單質(zhì)有晶體硅和無(wú)定性硅兩大類物理性質(zhì)晶體硅為原子晶體，灰黑色、有金屬光澤、硬度大而脆、熔沸點(diǎn)高。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是常用的半導(dǎo)體材料化學(xué)性質(zhì)常溫跟F2反應(yīng)：Si2F2SiF4常溫跟HF反應(yīng)：Si4HFSiF42H2常溫跟NaOH溶液反應(yīng)：Si2NaOHH2ONa2SiO32H2高溫跟O2反應(yīng)：SiO2SiO2高溫跟Cl2反應(yīng)：Si2Cl2SiCl4與碳比較C、Si同屬IVA族，還原性是Si大于C，而C卻能將Si從SiO2中還原出來(lái)（條件是高溫），原因是產(chǎn)物CO氣體迅速?gòu)姆磻?yīng)體系中逸出工業(yè)制法自然界中無(wú)游離態(tài)的硅，工業(yè)上用C在高溫下還原SiO2可制得粗硅，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式： SiO22CSi(粗)2COSi(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(純)4HCl用途晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池2.二氧化硅空間結(jié)構(gòu)SiO2晶體是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在SiO2晶體里，每個(gè)Si周圍結(jié)合四個(gè)O，同時(shí)每個(gè)O與兩個(gè)Si相結(jié)合，在SiO2晶體中原子個(gè)數(shù)比為12，因此用“SiO2”這個(gè)式子表示二氧化硅晶體的組成。SiO2直接由原子構(gòu)成不存在單個(gè)SiO2分子物理性質(zhì)二氧化硅熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水化學(xué)性質(zhì)與強(qiáng)堿反應(yīng)：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（SiO2能與強(qiáng)堿溶液生成的硅酸鈉具有粘性，所以不能用帶磨口玻璃塞試劑瓶存放堿性溶液，避免Na2SiO3將瓶塞和試劑瓶粘住，打不開(kāi)，堿性溶液存放應(yīng)用橡皮塞）與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HFSiF4+2H2O（氫氟酸能刻蝕玻璃；氫氟酸不能用玻璃試劑瓶存放，應(yīng)用塑料瓶）與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2CaOCaSiO3與某些鹽類反應(yīng)：SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2 SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2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；水晶常用來(lái)制造電子部件、光學(xué)儀器、工藝品和眼鏡片等；瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品；SiO2被用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料光導(dǎo)纖維3.二氧化碳和二氧化硅的比較【考點(diǎn)演練】下列說(shuō)法正確的是 。因?yàn)镠F與SiO2反應(yīng)，故用氫氟酸在玻璃器皿上刻蝕標(biāo)記下列轉(zhuǎn)化在一定條件下能夠?qū)崿F(xiàn)：SiO2SiCl4Si石英砂可用于生產(chǎn)單晶硅用NaOH溶液不能分離氧化鐵中混有的二氧化硅Si和SiO2都可用于制造光導(dǎo)纖維SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)，又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物向Na2SiO3溶液中滴加稀鹽酸的離子方程式：Na2SiO3+2H+=H2SiO3+2Na+SiC與SiO2的熔點(diǎn)均與所含化學(xué)鍵的鍵能有關(guān)碳和硅均為A族元素，自然界中有碳和硅的多種單質(zhì)存在在粗硅的制取中發(fā)生2CSiO22COSi，硅被還原，所以碳的還原性大于硅的還原性二氧化碳和二氧化硅都可溶解在NaOH溶液中用鹽酸可除去石英砂(主要成分為SiO2)中少量的碳酸鈣答案：考點(diǎn)二 硅酸與硅酸鹽1.硅酸物理性質(zhì)硅酸是不溶于水的白色膠狀物，能形成硅膠，硅膠吸附水分能力強(qiáng)化學(xué)性質(zhì)H2SiO3是一種弱酸，酸性比碳酸弱，硅酸不能使紫色石蕊溶液變紅色硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O制法不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取：Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3或Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3（此方程式證明酸性：H2SiO3H2CO3）2.硅酸鹽定義硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱。硅酸鹽種類很多，大多數(shù)難溶于水，最常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3書(shū)寫(xiě)方法鹽化學(xué)式法,如硅酸鈉Na2SiO3、硅酸鈣CaSiO3等。此法一般用于組成較簡(jiǎn)單的硅酸鹽氧化物法：氧化物的順序?yàn)榛顫娊饘傺趸镙^活潑金屬氧化物二氧化硅水；氧化物前系數(shù)配置原則是除氧元素外,其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)；硅酸鹽用氧化物的形式表示時(shí),遵循各元素化合價(jià)不變的原則。如:高嶺土Al2O32SiO22H2O、石棉CaO3MgO4SiO2。硅酸鈉硅酸鈉溶于水，其水溶液俗稱“水玻璃”，是一種礦物膠。盛水玻璃的試劑瓶要使用橡膠塞。能與酸性較強(qiáng)的酸反應(yīng)：Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3(白)+ 2NaCl；Na2SiO3 + CO2 + H2O H2SiO3+ Na2CO3硅酸鹽材料硅酸鹽材料是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料，玻璃、水泥、各種陶瓷等都是以黏土、石英和長(zhǎng)石等為原料生產(chǎn)的硅酸鹽制品；新型無(wú)機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等【考點(diǎn)演練】下列說(shuō)法正確的是 。硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素，硅在地殼中的含量在所有的元素中居第一位高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維玻璃瓶不能盛放氫氟酸SiO2與水反應(yīng)可制取硅酸CO2通入水玻璃可以得到硅酸沉淀水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品玻璃是一種純凈物陶瓷、玻璃、水泥都用到石灰石作原料水玻璃的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì)燒堿溶液存放在帶橡膠塞的玻璃瓶中答案：【過(guò)關(guān)練習(xí)】1(宣城2017屆模擬)下列敘述正確的是 ()A紅寶石、珍珠、水晶、鉆石等裝飾的主要成分都是硅酸鹽B硅酸鈉的水溶液俗名為水玻璃，可用于制備硅膠和木材防火劑C制造玻璃是復(fù)雜的物理過(guò)程，玻璃的組成不同，性能不同D金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，不可能與氧氣發(fā)生反應(yīng)解析：紅寶石的主要成分為Al2O3，珍珠的主要成分為CaCO3，水晶的主要成分為SiO2，鉆石為碳單質(zhì)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；制造玻璃包含復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；金剛石是碳單質(zhì)，具有碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B 2.(臨沂2017屆模擬)據(jù)報(bào)道，科學(xué)家通過(guò)對(duì)稻殼進(jìn)行控制性焚燒熱解，從中提取一種叫做生物質(zhì)納米結(jié)構(gòu)二氧化硅的超高活性材料，將少量這種材料摻入混凝土中，即可制備出超高強(qiáng)度的高性能混凝土。下列關(guān)于二氧化硅的說(shuō)法正確的是()A二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅屬于酸性氧化物B將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可以得到硅酸C因?yàn)楦邷貢r(shí)二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的強(qiáng)D水晶是比較純凈的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸鹽解析：二氧化硅為酸性氧化物，但其不溶于水；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。答案：B3(合肥2017屆高三質(zhì)檢)硅及其化合物是帶來(lái)人類文明的重要物質(zhì)。下列說(shuō)法正確的是( ）A陶瓷、水晶、水泥、玻璃都屬于硅酸鹽產(chǎn)品B水玻璃是純凈物，可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑C某硅酸鹽的化學(xué)式為KAlSi3O8，可用K2OAl2O36SiO2表示D高純硅可用于制造光導(dǎo)纖維，高純二氧化硅可用于制造太陽(yáng)能電池解析：水晶的主要成分是SiO2不是硅酸鹽，A錯(cuò)誤；水玻璃是Na2SiO3溶液，屬于混合物，B錯(cuò)誤；高純度的SiO2用于制光導(dǎo)纖維，高純度的Si用于制太陽(yáng)能電池，D錯(cuò)誤。答案：C4(天津2017屆高三質(zhì)檢)下列說(shuō)法正確的是 ()ASiO2和CO2都是酸性氧化物，都是共價(jià)化合物B為防止月餅等富脂食品氧化變質(zhì)，可在包裝袋中放入硅膠CNaHCO3溶液中含有Na2SiO3雜質(zhì)，可通入少量CO2后過(guò)濾DSiO2中含Al2O3雜質(zhì)，可加入足量NaOH溶液然后過(guò)濾除去 5. (廣州2016屆模擬)硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說(shuō)法正確的是()A.硅是人類將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料B.粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應(yīng)C.反應(yīng)Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si為還原劑，NaOH和H2O為氧化劑D.硅能與氫氟酸反應(yīng)，則硅可以與鹽酸反應(yīng)解析：由粗硅制備單晶硅的過(guò)程一般為SiSiCl4SiHCl，都是氧化還原反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Si與燒堿溶液反應(yīng)時(shí)，H2O是氧化劑，C項(xiàng)錯(cuò)誤；硅不能與鹽酸反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：A6. (樟樹(shù)2016屆一模)由下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出的結(jié)論正確的是()A.由SiO2不能與水反應(yīng)生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐B.由SiO22CSi2CO，可知碳的非金屬性大于硅C.CO2通入Na2SiO3溶液產(chǎn)生白色沉淀，可知酸性H2CO3H2SiO3D.SiO2可與NaOH溶液反應(yīng)，也可與氫氟酸反應(yīng)，可知SiO2為兩性氧化物 7. (伊犁2016屆質(zhì)檢)壽山石主要成分為葉蠟石，葉蠟石組成為Al2O34SiO2H2O，下列觀點(diǎn)不正確的是()A.壽山石雕刻作品要避免與酸、堿接觸B.壽山石顏色豐富多彩是因?yàn)楹胁煌螒B(tài)的金屬氧化物C.潮濕的空氣可能導(dǎo)致壽山石作品表面溶解變質(zhì)D.久置于干燥空氣中可能會(huì)導(dǎo)致壽山石作品脫水變質(zhì)解析：根據(jù)壽山石的主要成分，可知其能與酸或堿發(fā)生反應(yīng)，A正確；壽山石中含有不同形態(tài)的Al2O3，造成其色彩豐富，B正確；其中的氧化物Al2O3和SiO2不溶于水也不和水反應(yīng)，在潮濕的空氣中不會(huì)溶解變質(zhì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；久置于干燥空氣中，會(huì)失去其中的結(jié)晶水變質(zhì)，D正確。答案：C8. (鄂豫晉冀陜五省2017屆聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下裝置對(duì)焦炭還原二氧化硅的氣體產(chǎn)物的成分進(jìn)行探究。已知：PdCl2溶液可用于檢驗(yàn)CO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為COPdCl2H2O=CO22HClPd(產(chǎn)生黑色金屬鈀粉末，使溶液變渾濁)。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)要通入足夠長(zhǎng)時(shí)間的N2，其原因是 。(2)裝置B的作用是 。(3)裝置C、D中所盛試劑分別為 、 ，若裝置C、D中溶液均變渾濁，且經(jīng)檢測(cè)兩氣體產(chǎn)物的物質(zhì)的量相等，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。(4)該裝置的缺點(diǎn)是 。(5)資料表明，上述反應(yīng)在焦炭過(guò)量時(shí)會(huì)生成副產(chǎn)物SiC。取18 g SiO2和8.4 g焦炭充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體13.44 L，假定氣體產(chǎn)物只有CO，固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則Si和SiC的物質(zhì)的量之比為 。(6)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明碳酸的酸性比硅酸的強(qiáng)： 。的量為0.7 mol，充分反應(yīng)后收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下13.44 L CO的物質(zhì)的量為0.6 mol，則參與形成SiC的碳的物質(zhì)的量為0.1 mol，若固體產(chǎn)物只有Si和SiC，則有：SiO22C2COSi0.3 mol 0.6 mol 0.6 mol 0.3 mol則剩余C的物質(zhì)的量為n(C)0.7 mol0.6 mol0.1 mol，SiCSiC0.1 mol 0.1 mol 0.1 mol故得到Si和SiC的物質(zhì)的量之比為(0.3 mol0.1 mol)0.1 mol21。(6)驗(yàn)證碳酸、硅酸的酸性強(qiáng)弱可利用強(qiáng)酸制弱酸的原理，產(chǎn)生的CO2氣體先通過(guò)飽和的碳酸氫鈉溶液除去混有的雜質(zhì)氣體，然后再通入硅酸鈉溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明酸性H2CO3H2SiO3。答案：(1)要用氮?dú)鈱⒀b置中的空氣排盡，避免空氣中的氧氣、二氧化碳、水蒸氣對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾(2)作安全瓶，防止倒吸(3)澄清石灰水PdCl2溶液3SiO24C2CO22CO3Si(4)沒(méi)有尾氣處理裝置將CO吸收(5)21(6)向硅酸鈉溶液中通入二氧化碳?xì)怏w，溶液變渾濁，證明碳酸酸性大于硅酸9.(臨清三中2017屆檢測(cè))硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。(1)硅在元素周期表中的位置是_。(2)工業(yè)上生產(chǎn)粗硅的反應(yīng)有：SiO22CSi(粗)2CO；SiO23CSiC2CO。若產(chǎn)品中單質(zhì)硅與碳化硅的物質(zhì)的量之比為11，則參加反應(yīng)的C和SiO2的物質(zhì)的量之比為_(kāi)。(3)工業(yè)上可以通過(guò)如圖所示的流程制取純硅：若反應(yīng)為Si(粗)3HClSiHCl3H2，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。整個(gè)制備過(guò)程中必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)I中HCl的利用率為90%，反應(yīng)中H2的利用率為93.75%，則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是_。 10. (渭南2016屆二模)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：.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅；.粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；.SiHCl3與過(guò)量H2在1 100 反應(yīng)制得純硅，已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)第步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為_(kāi)。(2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為_(kāi)。(3)用SiHCl3與過(guò)量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如圖(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是_，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是_。反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是_，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及_。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是_(填字母)。a.碘水 b.氯水c.NaOH溶液 d.KSCN溶液e.Na2SO3溶液答案：(1)SiO22CSi2CO(2)蒸餾(3)濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3氣化有固體物質(zhì)生成SiHCl3H2Si3HCl排盡裝置中的空氣bd 11. (衡陽(yáng)2016屆聯(lián)考)硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一，在傳統(tǒng)材料發(fā)展到信息材料的過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。(1)新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的作用下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。(2)一種用工業(yè)硅(含少量鐵、銅的單質(zhì)及化合物)和氮?dú)?含少量氧氣)合成氮化硅的工藝主要流程如下：已知硅的熔點(diǎn)是1 420 ，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。N2凈化時(shí)，銅屑的作用是：_；硅膠的作用是_。在氮化爐中反應(yīng)為3Si(s)2N2(g)=Si3N4(s)H727.5 kJ/mol，開(kāi)始時(shí)須嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟鹊脑蚴莀。X可能是_(選填“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氫氟酸”)。(3)工業(yè)上可以通過(guò)如下圖所示的流程制取純硅：整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)中HCl的利用率為90%，反應(yīng)中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比是_。第二輪次生成中，需補(bǔ)充HCl物質(zhì)的量為3 mol/90%3 mol，需補(bǔ)充H2物質(zhì)的量為1 mol/93.75% 1 mol，則n(HCl)n(H2)(3 mol/90% 3 mol)(1 mol/93.75% 1 mol)51。答案：(1)3SiCl42N26H2=Si3N412HCl(2)除去原料氣中的氧氣除去水蒸氣這是放熱反應(yīng)，防止局部過(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N2的充分接觸硝酸(3)SiHCl33H2O=H2SiO33HClH251