第 1 节 碳、硅及无机非金属材料
[高考导航] 1．了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。 2．了解碳、硅及其化合物对环境质量的影响。 3．了解常见无机非金属材料的性质和用途。
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1．单质的存在形式、物理性质和用途
碳
硅
存在形式
游离态和化合态
化合态
金刚石： 空间网状 结 晶体硅：与金刚石类 单质的结构
(2)Mg2Si 与盐酸作用制得 SiH4，根据原子守恒可知 另 一 种 生 成 物 为 MgCl2 ， 其 化 学 方 程 式 为 Mg2Si ＋ 4HCl=====2MgCl2＋SiH4↑，再将 SiH4 进行热分解即可 得到高纯硅和 H2，其化学方程式为 SiH4==△===Si＋2H2。
答案：(1)由 C 还原 SiO2 得到的单质 Si 中，杂质含 量过高，将它用 HCl、Cl2 处理得到低沸点的 SiHCl3，便 于蒸馏提纯，然后再还原得到高纯硅
(2)①Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑ ②SiH4==△===Si＋2H2
1．下列说法正确的是( ) A．单质―＋―O→2 氧化物― ＋―H2→O酸或碱＋Na―O―H→或HCl 盐，碳或硅单质可以按上述关系进行转化 B．若 a、b、c 分别为 Si、SiO2、H2SiO3，则可以通 过一步反应实现转化：b c―→a C．太阳能电池板中的硅在元素周期表中处于金属 元素与非金属元素的交界位置 D．单质硅常用于制造光导纤维
构；石墨：层状结构 似的空间网状结构
碳
硅
晶体硅为灰黑色固体，有 物理 金刚石：熔点 高 、硬度 大；
金属光泽、熔点 高 、硬 性质 石墨：硬度 小 、电的 良导 体
度 大 ，有脆性
金刚石用于制造切割刀具， 晶体硅用作半导体 材料、 用途
石墨 用于制造电极、铅笔芯 硅芯片和硅太阳能电池
2.化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。
答案：选 D
问题 2 硅的工业制法 (1)制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原 SiO2 得到含有少量杂质的粗硅：SiO2＋2C=高==温==Si＋2CO↑。 (2)粗硅提纯 ①Si＋2Cl2=高==温==SiCl4，SiCl4＋2H2=高==温==Si＋4HCl。 ②Si＋3HClC25u0粉=～=或=3=0A=0g℃粉SiHCl3＋H2， SiHCl3＋H21 100=～==1=2=00 ℃Si＋3HCl。
(3)注意问题 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 后，再用 H2 还原， 得到高纯度硅。
[对点练] 2.获取知识和信息是现代人不可缺少的 素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动，信 息产业的核心材料是高纯度单晶硅。下面是高纯度单晶 硅 的 生 产 方 法 之 一 ( 方 法 一 ) ： SiO2 ――C→ Si( 粗 硅)H―Cl―、→Cl2SiHCl3(沸点 31.5 ℃)―H―2→Si气相―沉―→积法高 纯硅――→单晶硅。
问题 1 硅单质的特殊性 (1)Si 的 还原性 大于 C，但 C 却能在高温下还原出 Si：SiO2＋2C=高==温==Si＋2CO↑。 (2)非金属单质与碱液反应一般无 H2 放出，但 Si 与碱 液反应却放出 H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但 Si 能与 氢氟酸(HF)反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
解析：A 项，SiO2 不与 H2O 反应；B 项，b―→c，c―→a 均不能通过一步反应实现转化；D 项，用于制造光导纤 维的是 SiO2，而非单质硅。
答案：选 C
2．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”， 即由 SiO2 制取 Si。制取过程中不涉及的化学反应是 ()
A．2C＋SiO2=高==温==Si＋2CO↑ B．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O C．Si＋2Cl2==△===SiCl4 D．SiCl4＋2H2=高==温==Si＋4HCl
解析：(1)根据方法一的生产流程，可得反应式：SiO2 ＋2C=高==温==Si(粗硅)＋2CO↑，所得的粗硅中含有大量的 其他杂质(如 C、SiO2 等)，没有实际应用价值，将粗硅用 HCl、Cl2 处理转化为沸点低的 SiHCl3，化学方程式为 Si ＋Cl2＋HCl=高==温==SiHCl3，低沸点的 SiHCl3 通过蒸馏极易 分离提纯，然后将纯的 SiHCl3 在高温下用 H2 还原即可 得到纯度高的 Si 蒸气：SiHCl3＋H2=高==温==Si＋3HCl，再 进行气相沉淀即可制得高纯度的硅，从而得到单晶硅。
解析：选 B 工业制取纯硅的工艺流程为： SiO2――C→粗硅―C―l2→SiCl4―H―2→纯硅，该工艺流程中不 涉及 SiO2 与 NaOH 溶液的反应。
近代用得较多的另一种方法(方法二)：用金属硅化 物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4)；再热分解硅烷可 得高纯硅。
(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的 硅还要进一步处理的原因是 __________________ 。
(2)写出方法二中生产高纯硅的两个化学方程式为： ①________________________________________； ②________________________________________。
(4)非金属单质大多为绝缘体，但 Si 为半导体。
[对点练] 1.常温下，下列不发生反应的一组物质是
()
①硅与 NaOH 溶液 ②硅与盐酸 ③硅与氢氟酸
④二氧化硅与碳酸钠 ⑤二氧化硅与 NaOH 溶液
A．①②
B．③④
C．②⑤
D．②④
解析：①中发生反应 Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3 ＋2H2↑；硅不与除氢氟酸外的其他酸反应，②不反应； ③反应；④中二氧化硅与碳酸钠反应需要高温，常温下 不反应；⑤中发生反应 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。