与碳和硅相关的实验考查 高考化学一轮复习强化提升课学案新人教版

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与碳和硅相关的实验考查命题角度1：含碳化合物性质的探究【典例1】(2021·临沂模拟)某学习小组拟探究CO2和锌粒反应是否生成CO，已知CO能与银氨溶液反应产生黑色固体。实验装置如图所示：下列说法正确的是(　　)A．实验开始时，先点燃酒精灯，后打开活塞KB．b、c、f中试剂依次为氢氧化钠溶液、浓硫酸、银氨溶液C．装置e的作用是收集一氧化碳气体D．a中发生的离子反应为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋H2O＋CO2↑【以图析题·培养关键能力】【解析】选D。根据题意分析可知装置图中各个装置的作用：a装置是二氧化碳气体发生装置，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢和水蒸气，通过b中饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢，通过装置c中浓硫酸除去水蒸气，通过 d加热和锌发生反应，生成的气体通过装置e除去二氧化碳和一氧化碳混合气体中的CO2，一氧化碳进入装置f中的银氨溶液产生黑色固体，验证一氧化碳的存在。实验开始时，装置内含有空气，若先点燃酒精灯，锌与空气反应产生ZnO，无法使CO2与锌粒反应，所以应该先打开活塞K，使CO2充满整个装置后再点燃酒精灯，A错误；b中饱和碳酸氢钠溶液用来除去HCl，c中浓硫酸用来干燥CO2气体，f中试剂为银氨溶液，验证一氧化碳的存在，B错误；装置e的作用是除去二氧化碳与一氧化碳的混合气体中的CO2，C错误；a是制取CO2的装置，发生反应的离子方程式为CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O，D正确。　(科学态度与社会责任)上题的反应装置有一处明显的不足，请指出。提示：缺少尾气处理装置。【归纳总结】不宜采用液体吸收的气体的尾气处理(1)某些可燃性气体可用点燃或转化的方法，如CO、H2可点燃或通过灼热的CuO除去。(2)收集法，尾气也可以采用收集的方法，如CH4、C2H4、H2、CO等。命题角度2：含硅化合物的制备【典例2】在工业中利用镁制取硅：2Mg＋SiO22MgO＋Si，同时有副反应发生：2Mg＋SiMg2Si，Mg2Si遇盐酸迅速反应生成SiH4(硅烷)，SiH4在常温下是一种不稳定、易分解的气体。如图是Mg与SiO2反应的实验装置：(1)由于氧气的存在对该实验有较大影响，实验中应通入气体X作为保护气，试管中的固体药品可选用____________(填序号)。a．石灰石　　　b．锌粒　　　c．纯碱(2)实验开始时，必须先通入X气体，再加热反应物，其理由是_________________________________________________________________，当反应开始后，移走酒精灯反应能继续进行，其原因是_________________________________________________________________。(3)反应结束后，待冷却至常温时，往反应后的混合物中加入稀盐酸，可观察到闪亮的火星，产生此现象的原因用化学方程式表示为_________________________________________________________________。【解析】(1)由于Mg可在CO2中燃烧，故不能用CO2作为保护气而应用H2，那么试管中应选用的固体药品为锌粒。(2)实验开始时应先通入氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响，然后才能点燃酒精灯；因反应放热，反应开始后移走酒精灯，可利用自身放出的热量维持反应继续进行。(3)反应结束后，向反应后的混合物中加入稀盐酸会发生反应：Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4 ↑，生成的SiH4可自燃，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O，所以会观察到闪亮的火星。答案：(1)b(2)让氢气排尽装置内的空气，避免空气中的成分对实验的影响　该反应为放热反应，可利用自身放出的热量维持反应进行(3)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O【归纳总结】三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)(1)工艺流程： (2)操作步骤。①高温下用焦炭在电炉中隔绝空气还原二氧化硅制得粗硅。②粗硅与干燥的HCl气体在300 ℃以上反应生成SiHCl3。③SiHCl3与过量的H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。(3)反应原理。①SiO2＋2CSi＋2CO↑。②Si＋3HClSiHCl3＋H2。③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。1．实验中加热操作先后顺序的选择：若气体制备和参加的实验都需加热，应先加热气体发生装置，通入气体排出装置中的空气后，再给实验中需要加热的物质加热。目的：①防止爆炸(如氢气还原氧化铜)；②保证产品纯度，防止反应物或生成物与空气中的物质反应。熄灭酒精灯的顺序则相反。2．化学实验中的其他常见“先后”规律：(1)加热试管时，应先均匀加热后局部加热。(2)用排水法收集气体时，先拿出导管后撤酒精灯。(3)制取气体时，先检验装置气密性后装药品。(4)收集气体时，先排净装置中的空气后收集。(5)点燃H2、CO、CH4、C2H4、C2H2等可燃性气体时，先检验纯度后点燃。(6)用H2(或CO)还原CuO时，先通H2(或CO)，后加热CuO；反应完毕后先撤酒精灯，冷却后再停止通H2(或CO)。1．(含碳化合物性质的探究)CaCO3广泛存在于自然界，是一种重要的化工原料。大理石主要成分为CaCO3，另外有少量的含硫化合物(如硫化物)。实验室用大理石和稀盐酸反应制备CO2气体。下列装置可用于CO2气体的提纯和干燥。完成下列填空：(1)用浓盐酸配制1∶1(体积比)的稀盐酸(约6 mol·L－1)，应选用的仪器是________(多选)。a．烧杯　　b．玻璃棒　　c．量筒　　d．容量瓶(2)上述装置中，A是________，NaHCO3溶液可以吸收________。(3)上述装置中，B物质是________。用这个实验得到的气体测定CO2的相对分子质量，如果B物质失效，测定结果________(填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。(4)一次性饭盒中石蜡(高级烷烃)和CaCO3在食物中的溶出量是评价饭盒质量的指标之一，测定溶出量的主要实验步骤设计如下：剪碎、称重→浸泡溶解→过滤→残渣烘干→冷却、称重→恒重为了将石蜡和碳酸钙溶出，应选用的试剂是________。a．氯化钠溶液　b．稀醋酸　c．稀硫酸　d．正己烷(5)在溶出量测定实验中，为了获得石蜡和碳酸钙的最大溶出量，应先溶出________，后溶出________。(6)上述测定实验中，连续________________________，说明样品已经恒重。【解析】(1)考查等体积比浓度的溶液配制，用量筒量取等体积水与浓盐酸，倒入烧杯，搅拌混合即可。(2)由于制备得到的CO2中含H2S以及反应挥发出的HCl，因此可通过CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液除去H2S，通过饱和NaHCO3溶液除去HCl。(3)固体B应为无水CaCl2，可除去CO2中的H2O(g)。如果CaCl2失效，则气体为CO2与H2O(g)的混合气体，其平均相对分子质量小于CO2的相对分子质量，因此测定结果偏低。(4)要溶解CaCO3应选用稀醋酸，不能用稀H2SO4，因为H2SO4与CaCO3反应生成的CaSO4微溶于水；正己烷用于溶解石蜡。(5)先用正己烷溶解石蜡，才能使其中的CaCO3与醋酸充分接触发生反应，使二者达到最大溶出量。(6)两次称量的质量差不超过0.001 g，说明已经恒重。答案：(1)abc(2)CuSO4溶液或酸性KMnO4溶液　HCl气体或酸性气体(3)无水CaCl2　偏低　(4)bd　(5)石蜡　CaCO3(6)两次称量的结果相差不超过0.001 g2．(含硅化合物性质的探究)晶体硅是一种重要的非金属材料。物质沸点/℃SiHCl333.0SiCl457.6HCl－84模拟制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2；③SiHCl3与过量H2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。可能用到的信息如下：已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃；步骤②中粗硅与干燥HCl反应时会生成少量SiCl4。请回答下列问题：(1)粗硅与HCl反应完全后，依据上表所示沸点差异提纯SiHCl3，该提纯方法为__________________________________________________________________。(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：     ①依次连接的合理顺序为______________(填写字母序号)；装置D中g管的作用是__________________________________； 装置B中的试剂是____________；装置C中的烧瓶加热的目的是____________________________________。 ②装置A中发生反应的化学方程式为_____________________________。③操作时应先打开装置________(填“C”或“D”)中分液漏斗的旋塞，理由是__________________________________________________________________。(3)请设计实验证明产品硅中是否含微量铁单质：将产品用稀盐酸溶解，取上层清液后____________________________________________________________。【解析】(1)根据沸点差异可知提纯SiHCl3的方法为蒸馏。(2)①SiHCl3能与H2O强烈反应，故制得的H2要先干燥，再与SiHCl3反应，仪器的连接顺序为DBCAE；装置D中g管的作用是平衡压强，使分液漏斗中液体能顺利滴下；装置B中的试剂为浓硫酸，用于干燥氢气；装置C中的烧瓶加热的目的是使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化。②装置A中SiHCl3、H2发生置换反应，制得纯硅。③因为SiHCl3容易在空气中自燃，故操作时应先打开装置D中分液漏斗的旋塞，使生成的H2排尽装置中的空气。(3)用盐酸溶解后，可以检验上层清液中是否含有Fe2＋来证明产品硅中是否含微量铁单质。答案：(1)蒸馏(2)①DBCAE　平衡压强(其他合理答案均可)　浓硫酸　使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②SiHCl3＋H2Si＋3HCl③D　SiHCl3容易在空气中自燃，先通一段时间H2排尽装置中的空气　(3)先滴加氯水，再滴加硫氰化钾溶液，溶液显红色(或加入氢氧化钠溶液，出现白色沉淀后变成灰绿色最后变成红褐色，合理答案均可)【加固训练—拔高】已知SiO2、SO2、CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定的相似性(提示：2Mg＋CO22MgO＋C)。Ⅰ.用如图所示的装置进行Mg和SO2反应的实验：(1)选择制取SO2的合适试剂________(填选项代号)。①10 %的H2SO4溶液；②80%的H2SO4溶液；③Na2SO3固体；④CaSO3固体。(2)写出装置B中发生的主要反应的化学方程式：_________________________。(3)你认为该装置是否有不足之处？________，如果有，请说明___________ (答两点)。Ⅱ.某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料后得到以下可供参考的信息：①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应；③金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐和SiH4；④Si和SiO2均不与稀硫酸反应；⑤SiH4在空气中能自燃。他们在研究报告中记载着“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应，再用足量稀硫酸溶解固体产物，然后过滤、洗涤、干燥，最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”。(4)该小组“实验室制Si”的化学方程式是______________________________。(5)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是_________________________________________________________________。【解析】(1)由于SO2易溶于水，故选用试剂②，由于CaSO4微溶于水，故应选试剂③，②、③反应来制SO2。(2)B中发生的主要反应的化学方程式为3Mg＋SO22MgO＋MgS(或2Mg＋SO22MgO＋S，Mg＋SMgS)。(3)该装置有不足之处，由于在高温下水可和Mg反应产生H2，故应在A和B之间连接一个干燥装置；C装置应与大气相通，防止发生事故，由于SO2溶于水易与NaOH溶液反应，故应设计一个防倒吸装置；镁能与玻璃中的SiO2反应，故应在Mg下方垫一个不锈钢垫片。(4)由题给资料可知，制Si的化学方程式为2Mg＋SiO22MgO＋Si。(5)Mg与Si反应生成Mg2Si，Mg2Si与H2SO4反应生成的SiH4可自燃，用方程式可表示为2Mg＋Si===Mg2Si、Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑、SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O。答案：(1)②③(2)3Mg＋SO22MgO＋MgS(或写成2Mg＋SO22MgO＋S，Mg＋SMgS)(3)有　在A和B之间未连接一个干燥装置；C装置未与大气相通；在镁下方未垫一个不锈钢垫片，镁能与玻璃管反应；未设计一个防倒吸装置(只要答出两点即可)(4)2Mg＋SiO22MgO＋Si(5)金属镁与生成的硅继续反应生成硅化镁，硅化镁与稀硫酸反应生成的SiH4可自燃(或用方程式表示：2Mg＋Si===Mg2Si，Mg2Si＋2H2SO4===2MgSO4＋SiH4↑，SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O)