通用版高考化学考点题型拓展复习题七碳硅及其化合物无机非金属材料含答案

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专题七 碳、硅及其化合物　无机非金属材料备考方向导航考点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++CD.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←bD.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SiO2B.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>0②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH2<0③2SiCl4(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↑+SiB.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,0.1 mol·L-1 H2C2O4的pH=1.3)实验装置试剂a现象①Ca(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④C2H5OH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↓+2H2OB.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2OC.H2C2O4有还原性,2Mn+5C2+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2OD.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O5.[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　无机非金属材料备考方向导航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=-225 kJ·mol-1(2分)　(1分)　Ⅱ.(1)阴极(1分)　2H2O+2e-H2↑+2OH-(1分)　(2)1 000 ℃(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=-225 kJ·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1 000 ℃。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<E点,错误;c项,根据题图2知,温度在480~520 ℃时,SiCl4转化率高,480~520 ℃为反应适宜温度,正确。(4)根据盖斯定律,由反应②-反应①,可得反应③,则ΔH3=ΔH2-ΔH1。由ΔH2<0,ΔH1>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1 mol高纯硅,需要1 mol SiCl4,而粗硅与Cl2反应时,产物不止有SiCl4,所以生成1 mol SiCl4消耗的Cl2的体积大于44.8 L(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