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2022届高考化学一轮复习 专题七 碳、硅及其化合物 无机非金属材料1检测

2022届高考化学一轮复习 专题七 碳、硅及其化合物 无机非金属材料1检测

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- 9 -

专题七 碳、硅及其化合物　无机非金属材料
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考点1　碳、硅及其化合物
1.[2020全国卷Ⅱ,9,6分]二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造成很大影响,其原理如图所示。下列叙述错误的是 (　　)

A.海水酸化能引起HC浓度增大、C浓度减小
B.海水酸化能促进CaCO3的溶解,导致珊瑚礁减少
C.CO2能引起海水酸化,其原理为HCH++C
D.使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境
2.[2020安徽合肥模拟]利用下列装置模拟“侯氏制碱法”,通过制备的NH3和CO2与饱和NaCl溶液反应先制备NaHCO3。下列说法正确的是 (　　)

A.装置Ⅰ中产生的气体应先通入装置Ⅳ中
B.装置Ⅲ中的试剂为浓硫酸
C.导管口的连接顺序为a→e,f←d←c←b
D.实验过程中,装置Ⅳ中会出现浑浊现象
3.[2020安徽淮北二模]芯片制造过程中物质转化的主要过程为沙子→硅棒→蚀刻硅基→电镀铜→芯片,下列说法错误的是 (　　)
A.沙子的主要成分是SiO2
B.粗硅的制取:SiO2+CSi(粗)+CO2↑
C.氢氟酸可用于蚀刻硅基
D.在硅基上电镀铜时,硅基作阴极
4.[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:
Ⅰ.硅粉与HCl在300℃时反应生成1molSiHCl3气体和H2,放出225kJ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)　ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)3SiHCl3(g)　ΔH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称　　　　(填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为　　　　。 

图1 图2
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是　　　　;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是　　　　。 
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是　　　　(填序号)。 
a.B点:v正>v逆　　　b.v正:A点>E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)。 
考点2　无机非金属材料
5.[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
拓展变式
1.[2015海南,14,8分]单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如图所示的路线制备。其中X为Z的氧化物;Y为氢化物,分子结构与甲烷相似。回答下列问题:
XMg2ZYZ
(1)能与X发生化学反应的酸是　　　　;由X制备Mg2Z的化学方程式为　　　　　　　　。 
(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为　　　　,Y分子的电子式为　　　　　　。 
(3)Z、X中共价键的类型分别是　　　　、　　　　。 
2.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+SiO2CO2↑+Si
B.SiCl4进入还原炉之前需要经过蒸馏提纯
C.每生产1mol高纯硅,需要44.8LCl2(标准状况)
D.该工艺Si的产率高,符合绿色化学要求
3.[2020长郡中学三模]北宋《杨文公谈苑》中记载:“嘉州峨眉山有菩萨石,人多采得之。色莹白,若太山狼牙石、上饶州水晶之类。日光射之,有五色,如佛顶圆光。”下列“石”与“菩萨石”的主要成分相同的是 (　　)

A.硅石 B.冰晶石C.石灰石 D.重晶石
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,0.1mol·L-1H2C2O4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+H2C2O4CaC2O4↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2Mn+5C2+16H+2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OHC2H5OOCCOOC2H5+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　。 
答案
专题七　碳、硅及其化合物　无机非金属材料

1.C　根据题图可知CO2的过量排放,能导致海水中CO2+H2OH2CO3H++HC平衡右移;H+又能与珊瑚礁溶解生成的C结合生成HC,促使CaCO3Ca2++C平衡右移,从而使珊瑚礁减少。结合上述分析可知海水酸化,海水中H+和HC的浓度均增大,使海水中C的浓度减小,A项正确;H+可结合珊瑚礁溶解产生的C,故能促进CaCO3的溶解,使珊瑚礁减少,B项正确;CO2引起海水酸化的原理为CO2+H2OH2CO3H++HC,C项错误;使用太阳能、氢能等新能源,能有效减少CO2的排放,利于改善珊瑚的生存环境,D项正确。
2.D　应先向饱和NaCl溶液中通入氨气,使溶液呈碱性,后通入CO2,装置Ⅰ用于制备CO2,装置Ⅱ用于制备NH3,A项错误;装置Ⅲ中若盛装浓硫酸,其作用是除去水蒸气,而反应过程中不需要除水蒸气,但实验室制备CO2时使用的药品是大理石(或石灰石)和稀盐酸,所以制备的CO2中会混有HCl气体,需要装置Ⅲ中盛装饱和碳酸氢钠溶液除去HCl气体,B项错误;氨气极易溶于水,不能直接通入溶液中,所以b不能与e相连,只能与f相连,结合A、B项解析可知导管口正确的连接顺序是a→c→d→e,f←b,C项错误;装置Ⅳ中发生的反应为NaCl+NH3+H2O+CO2NH4Cl+NaHCO3↓,NaHCO3的溶解度较小,以晶体的形式析出,D项正确。
3.B　沙子的主要成分是SiO2,A正确;SiO2和C在高温条件下反应生成Si和CO,B错误;HF与Si发生反应可生成SiF4,故氢氟酸可用于蚀刻硅基,C正确;电镀时,镀层金属作阳极,待镀物体作阴极,D正确。
4.Ⅰ.Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-225kJ·mol-1(2分)　(1分)　Ⅱ.(1)阴极(1分)　2H2O+2e-H2↑+2OH-(1分)　(2)1000℃(1分)　ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小(1分)　(3)a、c(2分)　(4)ΔH2-ΔH1(1分)　减小(2分)　(5)HCl、H2(2分)
解析】　Ⅰ.该反应的热化学方程式为Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH=-225kJ·mol-1。SiHCl3的结构式为,故电子式为。Ⅱ.(1)用惰性电极电解KOH溶液,实质为电解水,阴极上产生氢气,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。(2)ΔG<0时,反应能自发进行,故反应①自发进行的最低温度为1000℃。由于ΔG=ΔH-TΔS,反应②的ΔH2<0,而反应①的ΔH1>0,ΔH2<ΔH1,ΔS1>ΔS2,因此相同温度下反应②比反应①的ΔG小的主要原因为ΔH2<ΔH1。(3)a项,同一点比较正逆反应速率看反应进行方向,B点反应正向进行,所以v正>v逆,正确;b项,不同点比较正逆反应速率看反应条件,A点温度低于E点温度,所以v正:A点0知ΔH3<0,反应③为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小。(5)根据由粗硅制备多晶硅的过程可知,循环使用的物质还有HCl和H2。
5.A　“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色与氧化亚铁有关,而氧化铁显红色,A项错误;秦兵马俑是陶制品,由黏土经高温烧结而成,B项正确;陶瓷以黏土为原料,经高温烧制而成,属于人造材料,主要成分是硅酸盐,C项正确;陶瓷主要成分是硅酸盐,硅酸盐中硅元素化合价处于最高价,化学性质稳定,具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点,D项正确。

1.(1)氢氟酸(1分)　SiO2+4MgMg2Si+2MgO(2分)　(2)Mg2Si+4HClSiH4↑+2MgCl2(2分)　HH(1分)　(3)非极性(共价)键(1分)　极性(共价)键(1分)
【解析】　单质Z是常见的半导体材料,则Z为Si,进而可知X为SiO2,Y为SiH4。(1)能与SiO2反应的酸只有氢氟酸;二氧化硅与金属镁反应生成硅化镁和氧化镁。(2)硅化镁与盐酸反应生成硅烷和氯化镁,硅烷的电子式为HH。(3)硅单质为原子晶体,晶体中存在Si—Si非极性(共价)键,SiO2为原子晶体,晶体中存在Si—O极性(共价)键。
2.B　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+SiO22CO↑+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)知,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。
3.A　“色莹白”“水晶之类”“日光射之,有五色”,说明“菩萨石”属于水晶,水晶的主要成分为二氧化硅(SiO2)。硅石的主要成分是SiO2,冰晶石的主要成分是Na3[AlF6],石灰石的主要成分是CaCO3,重晶石的主要成分是BaSO4。
4.C　A项,往含酚酞的Ca(OH)2溶液中加入草酸,溶液褪色,可知草酸具有酸性,Ca(OH)2与H2C2O4反应可生成CaC2O4白色沉淀,正确;B项,由实验②可知,在NaHCO3溶液中滴加草酸,有气泡生成,即生成CO2,说明草酸酸性比碳酸的强,正确;C项,草酸为弱电解质,在离子方程式中不能拆分,而应写成分子式,错误;D项,草酸结构中含2个羧基,与乙醇发生酯化反应生成含两个酯基的酯类物质,正确。
5.(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊(2分)　CO2(1分)　冷凝(水蒸气、草酸等),防止草酸进入装置C反应生成沉淀,干扰CO2的检验(2分)　(2)①F、D、G、H、D、I(2分)　CuO(1分)　②H中黑色粉末变为红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊(2分)　(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液,有气泡产生(2分)　②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液,消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍(2分)
【解析】　
问题
思维流程

(1)
考查CO2的检验方法:CO2能使澄清石灰水变浑浊。
考查草酸的性质:草酸的熔点为101℃,故草酸蒸气遇冰水会发生冷凝,故装置B的作用是冷凝,防止草酸蒸气对CO2的检验造成干扰
(2)①
考查实验方案的设计:首先分析如何排除CO2对CO检验的干扰,其次分析如何检验CO。应在装置H中进行CO还原CuO的反应,气体进入装置H前需除尽CO2,从装置H中导出的气体需用澄清石灰水检验其中是否含有CO2。再设计实验流程:
　A　　　　B　　　　F　　　　D　　
(草酸分解)　(冷凝回收草酸蒸气)(除去CO中的CO2)　(检验CO2是否除尽)
　G　　　　H　　　　D　　　　　I
(除去水分)　(CO还原CuO)　(检验CO的氧化产物)　　(收集尾气)

(2)②
考查CO还原CuO实验的现象及产物:CO还原CuO时,黑色的CuO变成红色的单质Cu,且CO的氧化产物是CO2。故证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是H中的黑色粉末变成红色,其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)
考查实验方案的设计:①向NaHCO3中滴加草酸溶液,若有CO2生成,即可证明草酸的酸性强于碳酸;②当草酸与NaOH完全反应时,消耗NaOH的物质的量是草酸的2倍,即可证明草酸为二元酸