第1讲 碳、硅及无机非金属材料 [考纲要求] 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。 考点一 碳、硅单质的存在与性质 1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途 (1)自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。 (2)单质的结构、物理性质与用途比较 碳 硅 结构 金刚石：空间网状结构石墨：层状结构 晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构 物理性质 金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感 晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高 用途 金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯 晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池 2.碳、硅单质的化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。 (2)Si 深度思考 1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？ 答案 没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。 2．硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。 答案 粗硅的制取：SiO2＋2CSi＋2CO↑ 由粗硅制取纯硅(常用方法)： Si(粗)＋2Cl2SiCl4 SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl 题组一 新材料、新技术下C、Si的考查 1．下列关于硅的说法中，不正确的是 ( ) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应 答案 C 解析 硅在常温下能与F2、氢氟酸等发生反应。 2．石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于石墨烯的叙述正确的是( ) A．石墨烯可导电，说明它是电解质 B．石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”四种物质都是碳的单质 C．由于C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＝1.9 kJ·mol－1知金刚石比石墨烯稳定 D．尽量使用含C的产品，减少使用含C的产品，此举符合“促进低碳经济”的宗旨 答案 B 解析———石墨烯可由石墨剥离而成”故石墨烯是可以导电的非金属单质，它既不是电解质，也不是非电解质，A项错；石墨烯、金刚石、C60、“碳纳米泡沫”都是由碳元素形成的不同的单质，它们互为同素异形体，B项正确；C项中由于石墨转化为金刚石的ΔH>0，是吸热过程，即石墨的能量较金刚石低，因而石墨烯稳定，C项错；C和C都是碳元素，故D项错。 题组二 工业制取高纯硅 3．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下： ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅 ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3： Si＋3HClSiHCl3＋H2 ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅 已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。 请回答下列问题： (1)第ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为_____。 (2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点 57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为_____。 (3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)： ①装置B中的试剂是_____。 装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_____。 ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_____， 装置D不能采用普通玻璃管的原因是_____， 装置D中发生反应的化学方程式为_____。 ③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_____。 ④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀 ... ...
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