2021高考化学（全国版）一轮复习教师用书：专题七 碳、硅及其化合物无机非金属材料 Word版含解析

- 1 - 专题七 碳、硅及其化合物　无机非金 属材料 415 考点 1　碳、硅及其化合物 1.[2020 广东七校第一次联考]以 CO2 和 Na2O2 为原料,制取纯净干燥的 O2,实验装置如图所示: 下列说法不正确的是(　　) A.装置②中试剂可以是 NaOH 溶液 B.装置③的作用是干燥 O2 C.收集氧气应选择装置 a D.装置②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶 本题以实验为载体考查 CO2 与 Na2O2 的反应,涉及 CO2 的除杂和检验操作,考查的核心素养是科学探究与创 新意识。解答这种成套小型装置实验题,首先应根据实验目的确定实验仪器和药品,然后确定实验步骤。 解题模型:链接考法 1 命题角度 2.[2019 福建南平综合测试]某探究活动小组根据侯德榜制碱原理制备碳酸氢钠。实验装置如图所示(图中夹持、 固定装置已略)。下列说法正确的是(　　) A.乙装置中盛放的是饱和食盐水 B.丙装置中的溶液变浑浊,表明有碳酸氢钠晶体析出 C.丁装置的作用是除去 CO2 D.实验结束后,分离碳酸氢钠的操作是蒸发结晶 侯德榜为世界制碱工业作出了突出贡献,本题以侯德榜制碱原理为载体,考查考生评价实验方案及对实验中的 “异常”现象和已有结论进行分析的能力,发展考生“科学探究与创新意识”的核心素养。 解题模型:链接考法 1 命题角度 3.[2019 天津,10,14 分]多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。 回答下列问题:- 2 - Ⅰ.硅粉与 HCl 在 300 ℃时反应生成 1 mol SiHCl3 气体和 H2,放出 225 kJ 热量,该反应的热化学方程式 为　　　　。SiHCl3 的电子式为　　　　。 Ⅱ.将 SiCl4 氢化为 SiHCl3 有三种方法,对应的反应依次为: ①SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1>0 ②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)　ΔH2E 点　　　c.反应适宜温度:480~520 ℃ (4)反应③的 ΔH3=　　　　(用 ΔH1,ΔH2 表示)。温度升高,反应③的平衡常数 K　　　　(填“增大”“减小”或“不 变”)。 (5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除 SiCl4、 SiHCl3 和 Si 外,还有　　　　(填分子式)。 试题以由粗硅制备多晶硅的工艺流程为载体,考查热化学方程式的书写、典型物质电子式的书写、电解原理的 运用、焓变与 ΔG 的关系、温度对平衡常数的影响等必备知识,体现高考命题综合性的新理念。 解题模型:链接考法 2 命题角度 2 考点 2　无机非金属材料 4.[2019 全国卷 Ι,7,6 分]陶瓷是火与土的结晶,是中华文明的象征之一,其形成、性质与化学有着密切的关系。 下列说法错误的是(　　) A.“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色,来自氧化铁 B.闻名世界的秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成 C.陶瓷是应用较早的人造材料,主要化学成分是硅酸盐 D.陶瓷化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点 陶瓷、秦兵马俑、古诗词等都是中国传统文化的“精华”,本题与中国传统文化结合进行命题,增强考生对中国传 统文化的认知,使考生了解化学在人类发展史上的重要作用。本题中,要明确陶瓷的主要成分是硅酸盐,要抓住硅 酸盐的主要性质解题。 解题模型:链接考法 3 命题角度 考点 1　碳、硅及其化合物- 3 - 考法 1 碳及其化合物的性质 命题角度　结合实验流程考查碳及其化合物之间的转化 1 某实验小组利用如图所示装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。 已知:PdCl2 溶液可用于检验 CO,反应的化学方程式为 CO+PdCl2+H2O CO2+2HCl+Pd↓(产生黑色固体,使 溶液变浑浊)。 (1)实验前要通入足量的 N2,其原因是　　　　　　　　　。 (2)装置 B 的作用是　　　　　　　　　　　　。 (3)装置 C、D 中所盛试剂分别为　　　　、　　　　,若装置 C、D 中溶液均变浑浊,且经测定知两气体产物的 物质的量相等,则该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 (4)该装置的缺点是　　　　　　　　　　　　。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强:　　　　　　　。 (1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行,高温下,碳与空气中的氧气等也能反应,所以实验前要通入足量的 N2,将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知,装置 B 的作用是作安全瓶,防止倒吸。(3)根据元素守恒,焦炭与二 氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳,所以装置 C 用来检验二氧化碳,装置 D 用来检验一氧化碳, 所以装置 C、D 中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2 溶液;若装置 C、D 中溶液均变浑浊,说明既有二氧化碳 生成又有一氧化碳生成,由于两气体产物的物质的量相等,则根据原子守恒可知该反应的化学方程式为 3SiO2+4C 2CO2↑+2CO↑+3Si。(4)一氧化碳有毒,会污染空气,该装置没有尾气处理装置吸收或收集 CO。 (5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强时,将 CO 2 通入硅酸钠溶液,发生反应 CO 2+H2O+Na2SiO3 Na2CO3+H2SiO3↓,溶液变浑浊,说明酸性 H2CO3>H2SiO3。 (1)将装置中的空气排尽,避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰　(2)作安全瓶,防止倒吸　 (3)澄清石灰水　PdCl2 溶液　3SiO2+4C 2CO2↑+2CO↑+3Si　(4)没有尾气处理装置　(5)向硅酸钠溶液 中通入二氧化碳气体,溶液变浑浊,证明碳酸的酸性强于硅酸 考法归纳·学习理解 CO 与 CO2 的除杂方法 1.若 CO 中混有 CO2,可通过盛有 NaOH 溶液的洗气瓶除去。 2.若 CO2 中混有 CO,可通过装有灼热 CuO 的硬质玻璃管除去。 3.若 CO2 中混有 SO2 或 HCl,可通过盛有饱和 NaHCO3 溶液的洗气瓶除去。 考法 2 硅及其化合物的性质 命题角度 1　结合物质推断考查硅及其化合物之间的转化 2 已知 A、B、C、D、E 五种物质中均含有短周期主族元素 R,它们之间能发生如图所示的转化,A、B、 D、E 四种物质均难溶于水,元素 R 的单质能与 NaOH 溶液反应生成盐和氢气。 下列说法正确的是 A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶1 B.化合物 A 既能溶于 NaOH 溶液又能溶于氢氟酸- 4 - C.反应④的离子方程式为 2R+2OH-+2H2O 2RO-2+3H2↑ D.化合物 C 的溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应 R 为短周期主族元素,元素 R 的单质能与 NaOH 溶液反应生成盐和氢气,则 R 是 Al 或 Si,由题图中转化 关系可知,若 R 是 Al,则 C 应为 NaAlO2,NaAlO2 与过量盐酸反应可得到 NaCl 和 AlCl3 的混合溶液,不能生成难 溶物,所以 R 是 Si,根据题图中转化关系可知,A 为 SiO2,B 为 CaSiO3,D 为 Si,C 为 Na2SiO3,E 为 H2SiO3。反应 ①的化学方程式为 SiO2+2C Si+2CO↑,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为 1∶2,故 A 错误;SiO2 既能与 NaOH 溶液反应,又能和氢氟酸反应,故 B 正确;反应④的离子方程式为 Si+2OH-+H2O SiO2-3 +2H2↑,故 C 错 误;反应①产生的气体是 CO,Na2SiO3 溶液与 CO 不反应,故 D 错误。 B 考点扫描 1.[2017 江苏,7C]CaCO3 CaO CaSiO3(　) 2.[2015 江苏,8A]粗硅 SiCl4 Si(　) 3.[2016 江苏,9A]SiO2 SiCl4 Si(　) 提示:1.√　2.√　3.✕ 1.SiO2 是一种化工原料,可以制备一系列物质,下列说法正确的是(　　) A.图中所有反应都不属于氧化还原反应 B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维 C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为 SiO2)中少量的碳酸钙 D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高 命题角度 2　工艺流程中有关硅及其化合物的制备 3 工业上制备高纯硅有多种方法,其中的一种工艺流程如下: 已知流化床反应器中的产物除 SiCl4 外,还有 SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等。下列说法正确的是 A.电弧炉中发生的反应为 C+SiO2 CO2↑+Si B.SiCl4 进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯 C.每生产 1 mol 高纯硅,需要 44.8 L Cl2(标准状况) D.该工艺 Si 的产率高,符合绿色化学要求 二氧化硅与焦炭在高温下生成粗硅和一氧化碳,电弧炉中发生的反应为 2C+SiO2 2CO↑+Si,选项 A 错误;流化床反应器中除有 SiCl4 外,还有 SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3 等物质,所以 SiCl4 进入还原炉之前 需经过蒸馏提纯,选项 B 正确;根据转化关系 Si(粗)→SiCl4→Si(高纯),每生产 1mol 高纯硅,需要 1molSiCl4,而粗 硅与 Cl2 反应时,产物不止有 SiCl4,所以生成 1molSiCl4 消耗的 Cl2 的体积大于 44.8L(标准状况),选项 C 错误; 该工艺中产生氯化氢、CO 等气体,且反应中有氯气参与,容易引起空气污染,不符合绿色化学要求,选项 D 错误。 B 考法归纳·应用实践 (1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅- 5 - SiO2+2C Si(粗)+2CO↑ (2)粗硅与干燥 HCl 气体反应制得 SiHCl3 Si(粗)+3HCl SiHCl3+H2 (3)粗硅与干燥 Cl2 反应制得 SiCl4 Si(粗)+2Cl2 SiCl4 (4)SiHCl3 与过量 H2 在 1100~1200℃反应制得纯硅 SiHCl3+H2 Si(纯)+3HCl (5)SiCl4 与过量 H2 在高温下反应制得纯硅 SiCl4+2H2 Si(纯)+4HCl (6)SiHCl3、SiCl4 能与 H2O 发生反应 SiHCl3+3H2O H2SiO3↓+3HCl+H2↑ SiCl4+3H2O H2SiO3↓+4HCl (7)SiH4 在空气中易自燃 SiH4+2O2 SiO2+2H2O 2.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:①高温下用焦炭还原二氧化硅制 得粗硅;②粗硅与干燥的 HCl 气体反应制得 SiHCl3,Si(粗)+3HCl SiHCl3+H2;③经纯化的 SiHCl3 与过量 H2 在 1 100~1 200 ℃下反应制得纯硅。已知 SiHCl3 沸点为 34 ℃,能与 H2O 剧烈反应,在空气中易自燃。请回 答下列问题: (1)第①步制备粗硅时 1 mol C 完全反应转移的电子数为　　　　(设 NA 为阿伏加德罗常数的值)。 (2)用 SiHCl3 与过量 H2 反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去): ①装置 B 中的试剂是　　　　。装置 C 中的烧瓶需要加热,其采用的方法是　。 ②反应一段时间后,装置 D 中观察到的现象是　　　　,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　　　　。 考点 2　无机非金属材料 考法 3 无机非金属材料 命题角度　无机非金属材料的应用 4[2019 福建龙岩质检]“九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑青瓷的诗句。玻璃、水泥和陶瓷均 为硅酸盐制品,下列有关说法正确的是 A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品 B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂- 6 - C.硅酸盐制品的性质稳定 D.高温结构陶瓷的主要成分也为硅酸盐 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A 项错误;纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料,制水泥的原料是黏 土和石灰石,B 项错误;硅酸盐制品的性质稳定,C 项正确;高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,其主要成分不 是硅酸盐,D 项错误。 C 3.水玻璃(Na2SiO3 水溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域,是一种重要的工业原料。 如图所示是用稻壳灰(SiO2 的质量分数为 65%~70%,C 的质量分数为 30%~35%)制取水玻璃的工艺流程。 下列说法正确的是(　　) A.原材料稻壳灰价格低廉,且副产品活性炭有较高的经济价值 B.操作 A 与操作 B 完全相同 C.该流程中硅元素的化合价发生改变 D.反应器中发生的复分解反应为 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O 素材 9 草酸和草酸盐的性质和应用 考点扫描 1.[2017 全国卷Ⅱ,26(4)改编]草酸钙沉淀经稀 H2SO4 处理后,用 KMnO4 标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间 接获知钙的含量,滴定反应的离子方程式 为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 2.[2015 上海,30]KClO3 可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂 ClO2,还生成 CO2 和 KHSO4 等物质。写出该反应的化学方程 式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示:1.2MnO-4+6H++5H2C2O4 2Mn2++10CO2↑+8H2O　2.2KClO3+H2C2O4+2H2SO4 2ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O 4.[2019 北京,11,6 分]探究草酸(H2C2O4)性质,进行如下实验。(已知:室温下,0.1 mol·L-1 H2C2O4 的 pH=1.3) 实验 装置 试剂 a 现象 ① Ca(OH)2 溶液(含酚酞) 溶液褪色,产生白色沉 淀 ② 少量 NaHCO3 溶液 产生气泡 ③ 酸性 KMnO4 溶液 紫色溶液褪色 ④ C2H5OH 和浓硫酸 加热后产生有香味物 质 由上述实验所得草酸性质所对应的方程式不正确的是(　　) A.H2C2O4 有酸性,Ca(OH)2+H2C2O4 CaC2O4↓+2H2O B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O C.H2C2O4 有还原性,2MnO-4+5C2O2-4 +16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O- 7 - D.H2C2O4 可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O 5.[2015 新 课 标 全 国 卷 Ⅰ,26,14 分 ] 草 酸 ( 乙 二 酸 ) 存 在 于 自 然 界 的 植 物 中 , 其 K1=5.4×10-2,K2=5.4×10-5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色,熔 点为 101 ℃,易溶于水,受热脱水、升华,170 ℃以上分解。回答下列问题: (1)甲组同学按照如图所示的装置,通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置 C 中可观察到的现象 是　　　　　　,由此可知草酸晶体分解的产物中有　　　　　　。装置 B 的主要作用是　　　　。 (2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有 CO,为进行验证,选用甲组实验中的装置 A、B 和下图所示的部分装 置(可以重复选用)进行实验。 ①乙组同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为 A、B、　　　　　　。装置 H 反应管中盛有的物质 是　　　　。 ②能证明草酸晶体分解产物中有 CO 的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)设计实验证明: ①草酸的酸性比碳酸的强　。 ②草酸为二元酸　。 3　　 1.C　二氧化碳通过 U 形管与过氧化钠反应生成氧气,生成的氧气中含有二氧化碳,二氧化碳可与氢氧化钠溶 液反应,可用氢氧化钠溶液除去二氧化碳,A 项正确;除去 CO2 的 O2 经过装置③进行干燥,B 项正确;由于氧气密 度大于空气,应用向上排空气法收集氧气,故选择装置 b,C 项错误;装置- 8 - ②、③之间应增加盛澄清石灰水的洗气瓶,以验证二氧化碳是否除尽,D 项正确。 2.B　利用盐酸和 CaCO3 反应制取 CO2 时,因盐酸易挥发,CO2 中常会含有 HCl 气体,HCl 可溶解在饱和食盐 水中,但也会有少量 CO2 溶解,用饱和食盐水除杂会造成 CO2 损失,碳酸氢钠与 HCl 反应可生成 CO2,且碳酸氢 钠不与二氧化碳反应,故乙装置中应盛放饱和碳酸氢钠溶液,A 项错误;碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠的小,丙装置 中的溶液变浑浊,表明有碳酸氢钠晶体析出,B 项正确;丁装置中盛放的是稀硫酸,用于除去碱性气体,C 项错误; 分离出 NaHCO3 晶体的操作是分离固体与液体,应采用过滤法,D 项错误。 3.Ⅰ.Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-225 kJ·mol-1(2 分)　 (1 分) Ⅱ.(1)阴极(1 分)　2H2O+2e- H2↑+2OH-或 2H++2e- H2↑(1 分) (2)1 000 ℃(1 分)　ΔH2