2024届高考化学一轮复习专题4第20讲无机非金属材料与环境保护基础学案

这是一份2024届高考化学一轮复习专题4第20讲无机非金属材料与环境保护基础学案，共30页。
碳的单质与氧化物
1．碳单质
(1)结构类型与物理性质
存在形式有金刚石、石墨、C60(足球烯)、C70等，它们互为同素异形体。
①
②
③
(2)重要化学性质(用化学方程式表示)
2．碳的氧化物
(1)一氧化碳的性质及应用
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，能使人中毒。中毒的原因是与人体内血红蛋白易结合难分离，使人因缺氧而中毒。
②化学性质及应用(写出有关化学方程式)
a．可燃性：2CO＋O2eq \(=====,\s\up9(点燃))2CO2，可作燃料。
b．还原性：CO还原Fe2O3的反应为3CO＋Fe2O3eq \(=====,\s\up9(高温))2Fe＋3CO2，可用于冶炼金属。
(2)CO2的制备、性质、用途及检验
①实验室制备：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
②化学性质eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a.酸性氧化物的通性：与碱、碱性氧化物反应,b.与Mg反应：2Mg＋CO2\(=====,\s\up9(点燃))2MgO＋C,c.与C反应：CO2＋C\(=====,\s\up9(高温))2CO))
③用途：制饮料、碳酸盐，作灭火剂，干冰用作制冷剂，也可用于人工降雨。
④检验eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(带火星的木条熄灭,使澄清石灰水变浑浊))
检验CO2中CO是否存在的实验装置
确定混合气体中含有CO的实验现象是D中的物质由黑色变成红色，B中无明显现象，F中的澄清石灰水变浑浊。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质。( )
(2)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。( )
(3)C、CO均可以与MgO反应生成Mg。( )
(4)水煤气的制备利用了C的还原性，C还原H2O生成H2和CO。( )
(5)CO2可以用大理石与稀H2SO4反应来制备。( )
(6)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑浊消失。( )
(7)CO2可以作任何物质燃烧的灭火剂。( )
(8)能使澄清石灰水变浑浊的气体是CO2。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
(6)× (7)× (8)×
碳及其氧化物的性质与应用
1．石墨烯是用微机械剥离法从石墨中分离出的单层石墨(结构如图)。下列说法错误的是( )
A．石墨烯是一种单质
B．石墨烯的化学性质与C60几乎相同
C．石墨烯与金刚石、石墨互为同素异形体
D．石墨烯能导电，所以石墨烯是电解质
D [A.石墨烯是碳元素组成的纯净物，属于碳单质，故A正确；B.石墨烯和C60都是由碳原子构成，化学性质几乎相同，故B正确；C.石墨烯与金刚石、石墨均为碳元素形成的单质，互为同素异形体，故C正确；D.电解质必须是化合物，石墨烯是单质，既不是电解质也不是非电解质，故D错误。]
2．通过资源化利用的方式将CO2转化为具有工业应用价值的产品(如图所示)，是一种较为理想的减排方式，下列说法中正确的是( )
A．CO2经催化分解为C、CO、O2的反应为放热反应
B．除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法
C．过氧化尿素和SO2都能使品红溶液褪色，其原理相同
D．由CO2和H2合成甲醇，原子利用率达100%
B [该反应为吸热反应，A错误；碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，因此除去Na2CO3固体中少量NaHCO3可用热分解的方法，B正确；过氧化尿素使品红溶液褪色是利用它的强氧化性，而二氧化硫使品红溶液褪色是利用它与品红化合生成不稳定的无色物质，原理不相同，C错误；由碳氧原子个数比可知，二氧化碳与氢气合成甲醇的原子利用率不是100%，D错误。]
“碳达峰”与“碳中和”
3．“碳中和”是指一定时间内排放的碳总量与吸收的碳总量相互抵消，实现碳“零排放”，下列有关碳循环、碳中和的说法，不正确的是( )
A．每个人都在参与碳循环，碳循环中的“碳”是指碳单质
B．开发太阳能、风能等资源及植树造林，均有助于控制二氧化碳排放量
C．高选择性氧化铟基催化剂将CO2和H2转化为CH3OH，涉及氧化还原反应
D．碳中和能有效维持碳循环的相对稳定，控制日趋严重的温室效应
A [A.碳循环中的“碳”是指碳元素，A不正确；B.开发太阳能、风能等资源，可减少含碳燃料的使用，植树造林可减少大气中二氧化碳的含量，两项措施均有助于控制二氧化碳排放量，B正确；C.将CO2和H2转化为CH3OH，属于有单质参加的化合反应，有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，C正确；D.“碳中和”即一定时间内排放的碳总量与吸收的碳总量相互抵消，所以能有效维持碳循环的相对稳定，从而控制温室效应，D正确。]
4．我国科学家成功利用CO2人工合成淀粉，使淀粉生产方式从农业种植转为工业制造成为可能，其原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．甲醇可用于燃料电池的正极活性物质
B．化妆品中添加二羟基丙酮的主要作用为保湿
C．淀粉可用于制备葡萄糖
D．该过程有利于实现“碳达峰、碳中和”
A [甲醇可用于燃料电池的负极活性物质，A错误；二羟基丙酮分子中有两个羟基，能与水分子间形成氢键，故具有保湿作用，B正确；淀粉水解可生成葡萄糖，C正确；该过程能减少二氧化碳的排放，有助于实现“碳达峰、碳中和”，D正确。]
5．2022年北京冬奥会向世界展现了我国的科技实力。下列说法错误的是( )
A．速滑运动员佩戴的头盔使用的碳纤维属于无机材料
B．可穿戴式智能测温设备“测温创可贴”的测温芯片主要成分是二氧化硅
C．二氧化碳取代氟利昂作为制冷剂，对保护臭氧层作出重要贡献
D．可降解餐具的原料玉米淀粉、甘蔗汁的主要成分都属于糖类
B [A.碳纤维是由碳单质形成的，属于无机材料，A正确；B.硅是良好的半导体材料，可用于制作芯片，则测温芯片主要成分是硅，B错误；C.释放氟利昂对臭氧层有损害，用二氧化碳取代氟利昂作为制冷剂，可保护臭氧层，C正确；D.玉米淀粉属于多糖、甘蔗汁中蔗糖属于二糖，它们都属于糖类，D正确。]
“碳达峰”“碳中和”中的“碳”是指二氧化碳，从碳循环的角度分析，有两种实现途径：一是减少含碳燃料的使用，降低二氧化碳的排放量，如节约用电，节省能源，充分利用氢能、太阳能等无碳能源(要注意无碳能源与新型清洁能源不同)；二是增大吸收二氧化碳的力度，以减少二氧化碳的总量，如植树造林、研究“碳捕捉与储存”技术等。
CO、CO2的性质实验探究
6．(2022·连云港模拟)研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCOeq \\al(－,3)占95%。写出CO2溶于水产生HCOeq \\al(－,3)的方程式：_______________________________________、
____________________________________________________________________。
(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。
①写出钙化作用的离子方程式：____________________________________
___________________________________________________________________。
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：
________＋________eq \(======,\s\up9(光能),\s\d8(叶绿素))(CH2O)x＋x18O2＋xH2O
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：
①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。
②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x ml·L－1 HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的物质的量浓度＝________ ml·L－1。
[解析] (1)CO2溶于水产生HCOeq \\al(－,3)的方程式为CO2＋H2OH2CO3、H2CO3H＋＋HCOeq \\al(－,3)。
(2)①根据题图找出钙化作用的反应物和生成物，可知发生反应的离子方程式为Ca2＋＋2HCOeq \\al(－,3)===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据题图中光合作用及元素守恒可配平，注意18O的标记。(3)①酸化海水不能用易挥发的酸，因为要用NaOH溶液吸收CO2，故选用H2SO4溶液酸化。②NaHCO3～HCl，海水中溶解无机碳的浓度为eq \f(x ml·L－1×y×10－3 L,z×10－3 L)＝eq \f(x·y,z) ml·L－1。
[答案] (1)CO2＋H2OH2CO3 H2CO3H＋＋HCOeq \\al(－,3)
(2)①2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
②xCO2 2xHeq \\al(18,2)O
(3)① ②eq \f(x·y,z)
无机非金属材料
1．硅单质
硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐等化合态的形式存在于地壳中。
(1)单质硅的性质
①晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，其结构类似于金刚石，熔、沸点很高、硬度大，导电能力介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
②硅与强碱溶液生成氢气(特征反应)：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
(2)高纯硅制备的一般流程及涉及的主要化学反应
石英砂eq \(―――――――――→,\s\up9(1 800～2 000 ℃),\s\d8(①焦炭))粗硅eq \(―――→,\s\up9(300 ℃),\s\d8(②HCl))SiHCl3eq \(――――→,\s\up9(1 100 ℃),\s\d8(③H2))高纯硅
①SiO2＋2Ceq \(===============,\s\up9(1 800～2 000 ℃))Si＋2CO↑，
②Si＋3HCleq \(========,\s\up9(300 ℃))SiHCl3＋H2，
③SiHCl3＋H2eq \(========,\s\up9(1 100 ℃))Si＋3HCl。
2．二氧化硅
(1)晶体类型：共价晶体。
(2)酸性氧化物：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。
(3)高温下，与Na2CO3、CaCO3反应制玻璃：
Na2CO3＋SiO2eq \(=====,\s\up9(高温))Na2SiO3＋CO2↑、
CaCO3＋SiO2eq \(=====,\s\up9(高温))CaSiO3＋CO2↑。
(4)与氢氟酸反应(特殊)
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(写化学方程式)。
3．硅酸及其盐
(1)硅酸
①硅酸(H2SiO3)是一种难溶于水的弱酸。
②与强碱反应：H2SiO3＋2OH－===SiOeq \\al(2－,3)＋2H2O。
(2)硅酸盐
①硅酸盐的结构
在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，即每个Si结合4个O，Si在四面体中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以再通过顶角的O相互连接。
②硅酸盐的性质：硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等。
③硅酸钠(Na2SiO3)——俗称泡花碱
a．白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。
b．与较强的酸反应生成硅酸(写化学方程式)：
如Na2SiO3溶液与稀硫酸反应：Na2SiO3＋H2SO4===H2SiO3↓＋Na2SO4；与CO2水溶液反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。
4．硅酸盐材料——传统无机非金属材料
(1)生产水泥时加入适量石膏调节水泥硬化速率。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土。
(2)玻璃没有固定的熔点，是混合物，在某一温度范围内逐渐软化，可吹成各种形状的制品。不是晶体，称为玻璃态物质。
5．新型无机非金属材料
(1)晶体硅：广泛应用于信息技术和新能源技术等领域，制硅芯片、硅太阳能电池等。
(2)光导纤维：主要成分为SiO2，传输光信号，制作光缆。
(3)新型陶瓷
①高温结构陶瓷：如氮化硅陶瓷具有较高的硬度和耐磨蚀等。再如碳化硅(SiC)俗称金刚砂，SiC具有优异的高温抗氧化性能，可用作耐高温结构材料和耐高温半导体材料。
②生物陶瓷：对机体无排异反应，不会引起代谢作用异常。
③压电陶瓷：具有压电效应。
(4)碳纳米材料
①富勒烯是由碳原子构成的一系列笼形分子的总称。
②石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，具有独特的电阻率低、热导率高的特点和很高的强度。
③碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。
硅及其化合物的主要性质与应用
1．下列关于硅及其化合物的叙述不正确的是( )
①二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构
②硅是地壳中含量最多的非金属元素
③晶体硅具有金属光泽，是良好的半导体材料，能制成光电池，可以导电，属于金属材料
④二氧化硅是制造光导纤维的重要原料
⑤SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的
⑥SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸
⑦常温下，硅的化学性质稳定，所以自然界中的硅大部分以游离态存在
A．②③⑤⑥⑦B．①⑤⑥⑦
C．③④⑤⑥ D．①③④
A [①在二氧化硅的晶体结构中，每个Si原子与4个O原子相连，每个O原子与2个Si原子相连，与金刚石相似，都是立体网状结构，①正确；②硅在地壳中含量占第二位，氧是地壳中含量最多的非金属元素，②错误；③硅在元素周期表中位于金属与非金属元素的分界线附近，能体现某些金属的性质，晶体硅具有金属光泽，是良好的半导体材料，但仍属于非金属材料，③错误；④二氧化硅具有导光性，是制造光导纤维的重要原料，④正确；⑤二氧化硅晶体属于共价晶体，由硅原子、氧原子构成，不含SiO2分子，在晶体中硅和氧的原子个数比为1∶2，⑤错误；⑥SiO2是酸性氧化物，但它不溶于水，不能直接转化为硅酸，⑥错误；⑦常温下，硅的化学性质稳定，但硅是亲氧元素，自然界中的硅都以化合态存在，⑦错误。]
2．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。
(1)可用于制作计算机芯片和太阳能电池板的是________(填化学式)。
(2)工艺师常用氢氟酸雕刻玻璃，该反应的化学方程式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)兵马俑中所用颜料成分之一为蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox铜为＋2价)，下列有关硅酸铜钡的说法不正确的是________(填字母)。
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．x等于6
D．易溶解于强酸和强碱
(4)工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程如图：
①电弧炉中发生反应的化学方程式为_______________________________
_______________________________________________________________。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如表，则提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________。
③整个制作过程必须严格控制无水、无氧，SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl气体和另一种物质，该反应的化学方程式为___________________________。
[解析] (1)可用于制作计算机芯片和太阳能电池板的是Si；(2)工艺师常用氢氟酸雕刻玻璃，氢氟酸与二氧化硅反应生成氟化硅和水，该反应的化学方程式为4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O；(3)A.硅酸盐改写成氧化物形式时：活泼的金属氧化物写在前面，再写SiO2，所以硅酸铜钡用氧化物形式表示： BaO·CuO·2SiO2，故A正确；B.BaCuSi2O6中铜显＋2价，二价铜离子不容易被还原，所以性质较稳定，不容易褪色，故B正确；C. 在硅酸铜钡中的铜元素化合价为＋2价，硅元素化合价为＋4价，氧元素的化合价为－2价，钡元素的化合价为＋2价，则由化学式为BaCuSi2Ox，根据化合物中正负化合价的代数和为0可得：(＋2) ＋ (＋2) ＋ (＋4)×2＋(－2)×x＝0，解得x＝6，故C正确；D. BaCuSi2O6是弱酸盐，所以能和强酸反应，和强碱不反应，故D错误。(4)①石英砂的主要成分是二氧化硅，在反应中生成单质硅，反应为2C＋SiO2eq \(=====,\s\up9(高温))Si＋2CO↑；②利用沸点的不同提纯SiHCl3属于蒸馏，SiHCl3(沸点31.8 ℃)中含有少量 SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.9 ℃)由于沸点差别较大，可以通过蒸馏除去杂质；③常温下SiHCl3和水的反应方程式：SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl↑。
[答案] (1)Si (2)4HF＋SiO2===SiF4↑＋2H2O (3)D (4)2C＋SiO2eq \(=====,\s\up9(高温))Si＋2CO↑ 蒸馏 SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋H2↑＋3HCl↑
无机非金属材料
3．北京冬奥会彰显了我国的科技实力，下列说法错误的是( )
A．冬奥会采用氢能源保障车有利于“碳达峰、碳中和”
B．速滑馆“冰丝带”用CO2作制冷剂制冰发生化学变化
C．冬奥礼仪服装用到的石墨烯材料既能导热又能导电
D．制作“飞扬”火炬的碳纤维复合材料属于新型材料
B [冬奥会采用氢能源保障车，减少了燃油汽车的使用，减少了碳排放，有利于“碳达峰、碳中和”，A项正确；CO2作制冷剂制冰，利用的是固态(或液态)二氧化碳升华(或汽化)时吸热，属于物理变化，B项错误；石墨烯是由碳原子构成的二维层状的碳材料，既能导热又能导电，C项正确；碳纤维复合材料属于新型复合材料，D项正确。]
4．高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料，又称半导体材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它的制备方法如图所示，下列说法错误的是( )
SiO2eq \(――→,\s\up9(①C),\s\d8(高温))Si(粗)eq \(―――→,\s\up9(②HCl),\s\d8(300 ℃))SiHCl3eq \(――――――――→,\s\up9(③过量H2),\s\d8(1 000～1 100 ℃))Si(纯)
A．硅和二氧化硅均能与氢氟酸反应
B．步骤①中易产生SiC杂质，SiC属于共价化合物
C．步骤③的反应属于置换反应
D．熔融NaOH固体，可在石英坩埚中进行
D [A.硅和二氧化硅均能与氢氟酸反应，反应方程式为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，故A正确；B.步骤①中制备粗硅，易产生SiC杂质，SiC属于共价化合物，故B正确；C.置换反应是单质和化合物反应生成了单质和化合物，步骤③是SiHCl3和H2反应生成Si和HCl，属于置换反应，故C正确；D.石英坩埚的成分是SiO2，SiO2能与NaOH反应，熔融碱性物质不能用石英坩埚，故D错误。]
环境污染及保护与绿色化学
1．常见环境污染
(1)环境问题
主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。一般说的“三废”：主要是指废气、废水和废渣。
(2)污染物的来源
大气污染物主要来自化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。这些污染物在太阳辐射等因素的作用下形成次生污染物。如下图：
(3)常见环境污染及其成因
①酸雨——有关的物质为SO2和氮氧化合物。
eq \a\vs4\al(a.硫酸,型酸雨)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(途径1：SO2\(――――→,\s\up9(空气O2),\s\d8(飘尘))SO3\(――→,\s\up9(H2O))H2SO4,,途径2：SO2\(――→,\s\up9(H2O),\s\d8( ))H2SO3\(――――→,\s\up9(空气O2))H2SO4))
b．硝酸型酸雨：NOx排入大气中后，与空气(O2)、水反应生成HNO3随雨雪降到地面。
即NOxeq \(―――――→,\s\up9(O2＋H2O))HNO3。
②光化学烟雾——主要是氮氧化合物和碳氢化合物造成的。
③臭氧层空洞——主要是氟氯代烃、氮氧化合物等的排放引起的。
④温室效应——主要是由于大气中CO2等的含量的不断增加造成的。CH4等烃类也能引起温室效应。
⑤白色污染——聚乙烯等难降解塑料的大量使用。
⑥水华、赤潮——含大量氮、磷的生活污水及工农业废污水的任意排放造成水体富营养化。
⑦PM2.5——大气中直径小于或等于2.5×10－6 m的颗粒物，它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤等)。
⑧雾霾——雾和霾的统称。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物(PM)这三项是雾霾主要污染物，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。
⑨居室污染——甲醛、苯、甲苯、氡对空气的污染。来源于建筑、装修材料等。
2．绿色化学——环境友好化学
(1)核心：其核心思想就是改变“先污染后治理”的观念和做法，利用化学原理和技术手段，减少或消除产品在生产和应用中涉及的有害化学物质，实现从源头减少或消除环境污染。
“消除污染源”与“消除污染”是不同的问题。“消除污染源”是减少排放；“消除污染”是将排放的污染物进行治理的过程。
(2)特征
①采用无毒、无害的原料；
②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；
③产品应该是环境友好的；
④具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。
(3)原子经济性
①原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义式可表示为原子利用率＝eq \f(期望产物的总质量,生成物的总质量)×100%。
示例：
请计算下列制备环氧乙烷()的原子利用率。
a．CH2===CH2＋ (过氧乙酸)―→＋CH3COOH：42.3%。
b．CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→＋CaCl2＋H2O：25.4%。
c．2CH2===CH2＋O2eq \(―――→,\s\up9(催化剂)) ：100%。
②经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。
③最高目标：原子利用率为100%，如化合反应和加成反应。
1．下列说法不正确的是( )
A．工业上用氨水消除燃煤烟气中的SO2
B．纳米铁粉主要通过物理吸附除去污水中的Cu2＋、Hg2＋、Ag＋等重金属离子
C．空间站宇航员采用多次蒸馏的方法，从尿液中分离出纯净水，实现了水的再生循环
D．中国科学院在国际上首次实现了从CO2到淀粉的全合成，有利于促进“碳中和”
B [纳米铁粉能与污水中的Cu2＋、Hg2＋、Ag＋等重金属离子发生置换反应达到除去重金属离子的目的，与物理吸附无关，故B错误。]
2．2022年6月5日是第51个“世界环境日”，今年世界环境日的主题为“只有一个地球”。下列有关环境问题的说法错误的是( )
A．绿色化学的核心思想是利用化学原理和技术手段，实现从源头减少或消除环境污染
B．利用2CH2===CH2＋O2eq \(――→,\s\up9(Ag))制备环氧乙烷，符合“原子经济性反应”
C．秸秆焚烧可获得钾肥，在农业生产中应大力提倡
D．控制含氮、磷元素污水任意排放，可避免出现水华、赤潮等水体污染
C [A.只有从源头做好，才能减少或消除人类在生产生活中对环境的影响，这就是绿色化学的核心，故A正确；B.所谓“原子经济性反应”，指的是反应中原子利用率达到100%，反应2CH2===CH2＋O2eq \(――→,\s\up9(Ag))，符合“原子经济性反应”，故B正确；C.秸秆焚烧可获得钾肥，但是燃烧会产生污染环境的气体和温室气体，故C错误；D.氮、磷元素污水任意排放引起水体中氮、磷元素含量增加，导致水华、赤潮等水体污染，应控制排放，故D正确。]
3．推进绿色发展，建设美丽中国。下列做法应提倡的是( )
A．限制二氧化碳排放，减少酸雨产生
B．加大化肥、农药的施用，提高粮食产量
C．将塑料焚烧处理，减轻白色污染
D．开发新能源，减少化石燃料的使用
[答案] D
4．在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应物原子全部转化为欲制的产物，即原子利用率为100%。以下反应最符合绿色化学原子经济要求的是( )
A．乙烯聚合为聚乙烯高分子材料
B．甲烷与氯气制备一氯甲烷
C．以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜
D．用二氧化硅制备高纯硅
[答案] A
5．阅读下列材料并回答问题。
(1)常见的大气污染分为一次污染和二次污染。二次污染指的是排入环境中的一次污染物在物理、化学因素或生物作用下发生变化，或与环境中的其他物质发生反应生成新的污染物，如2NO＋O2===2NO2，二氧化氮就是二次污染物。在SO2、NO、NO2、HCl、CO等五种物质中，会导致二次污染的是________。
(2)汽车尾气(含一氧化碳、二氧化硫和一氧化氮等)是城市空气的污染源之一，治理的方法之一是在汽车的排气管上装“催化转化器”，它能使一氧化碳和一氧化氮发生反应生成可参与大气生态循环的无毒气体。
①汽车尾气中易造成光化学烟雾的物质是________。
②写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：_____________________
______________________________________________________________。
③下列措施中有利于控制城市空气污染源的方法有________(填字母)。
A．开发和使用氢能 B．推广电动汽车
C．植树造林 D．戴上呼吸面具
(3)氨气可用来处理氮氧化物。例如，氨气与二氧化氮发生反应生成参与大气循环的气体。若某工厂排出的废气中二氧化氮含量为0.5%(体积分数)，处理1×103 m3(标准状况)这种废气，需要氨气________kg。
[解析] (1)①SO2可导致二次污染，生成SO3，符合；②NO 可导致二次污染，生成NO2，符合；③NO2可导致二次污染，生成硝酸，符合；④HCl不能在物理、化学因素或微生物作用下发生变化，不能导致二次污染，不符合；⑤CO可导致二次污染，生成CO2，造成温室气体，符合；(2)①汽车尾气中污染空气的主要物质是二氧化硫和一氧化氮；②由题意知CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，可知CO与NO反应生成的是N2和CO2，反应方程式为2CO＋2NOeq \(======,\s\up9(催化剂))2CO2＋N2；③控制城市空气污染源，要从源头找解决方法，控制大气污染物的生成和排出。植树造林是吸收大气污染物，戴上呼吸面具不能消除污染，只是免于被污染，开发氢能源和使用电动车都是在源头上控制了大气污染物的产生；(3)尾气中二氧化氮含量为1×106 L×0.5%＝5×103 L，则由氨气与二氧化氮反应生成参与大气循环的气体，可得反应式为6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O，则需要氨气的物质的量为eq \f(5×103 L,22.4 L/ml)×eq \f(8,6)＝297.62 ml。即氨气的质量为297.62×17×10－3 kg＝5.06 kg。
[答案] (1)SO2、NO、NO2、CO
(2)二氧化硫和一氧化氮 2CO＋2NOeq \(======,\s\up9(催化剂))2CO2＋N2 AB
(3)5.06
1．(2022·全国乙卷，T7)生活中处处有化学，下列叙述正确的是( )
A．HB铅笔芯的成分为二氧化铅
B．碳酸氢钠可做食品膨松剂
C．青铜和黄铜是不同结构的单质铜
D．焰火中红色来源于钠盐灼烧
[答案] B
2．(2022·海南等级考，T1)化学与日常生活息息相关。下列说法错误的是( )
A．使用含氟牙膏能预防龋齿
B．小苏打的主要成分是Na2CO3
C．可用食醋除去水垢中的碳酸钙
D．使用食品添加剂不应降低食品本身营养价值
[答案] B
3．(2022·河北选择性考试，T1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是( )
A．传统陶瓷是典型的绝缘材料
B．陶瓷主要成分为SiO2和MgO
C．陶瓷烧制的过程为物理变化
D．白瓷的白色是因铁含量较高
A [陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，B错误；陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，有新物质生成，属于化学变化，C错误；由于Fe2＋、
Fe3＋和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误。]
4．(2022·全国甲卷，T7)化学与生活密切相关。下列叙述正确的是( )
A．漂白粉与盐酸可混合使用以提高消毒效果
B．温室气体是形成酸雨的主要物质
C．棉花、麻和蚕丝均为碳水化合物
D．干冰可用在舞台上制造“云雾”
D [漂白粉与盐酸混合可以产生Cl2，不能混用，A错误；温室气体主要指CO2，CO2与酸雨无关，B错误；蚕丝的主要成分为蛋白质，C错误。]
5．(2021·福建选择性考试，T1)建盏是久负盛名的陶瓷茶器，承载着福建历史悠久的茶文化。关于建盏，下列说法错误的是( )
A．高温烧结过程包含复杂的化学变化
B．具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点
C．制作所用的黏土原料是人工合成的
D．属硅酸盐产品，含有多种金属元素
C [高温烧结过程是许多物理化学变化的综合过程，A正确；陶瓷成分是硅酸盐，经高温烧结具有耐酸碱腐蚀、不易变形的优点，B正确；一般的黏土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成，不是人工合成的，C错误；陶瓷主要原料是黏土，属硅酸盐产品，含有多种金属元素，D正确。]
课时分层作业(二十)
无机非金属材料与环境保护
1．下列几件文化博物馆的展品中，其主要成分为硅酸盐的是( )
A．定窑白釉孩儿枕 B．填漆戗金炕桌
C．金錾云龙纹执壶 D．朱碧山银槎
A [定窑白釉孩儿枕为瓷器，其主要成分为硅酸盐，A项正确；填漆戗金炕桌主体材质为木材，B项错误；金錾云龙纹执壶的材质为金，C项错误；朱碧山银槎是元代的银器，其材质为银，D项错误。]
2．下列措施不会直接减少大气中CO2含量的是( )
A．以CO2为原料人工合成淀粉
B．技术落后企业购买碳排放权
C．企业开展煤改电技术升级
D．捕集CO2并封存于海底
B [以CO2为原料人工合成淀粉可减少大气中CO2含量，A项不符合题意；技术落后企业购买碳排放权，其排放的CO2没有减少，B项符合题意；煤改电技术可减少CO2排放，C项不符合题意；捕集CO2并封存于海底，减少了大气中的CO2含量，D项不符合题意。]
3．我国在科技领域取得了很多标志性成果，下列说法中不正确的是( )
A．“中国天眼”FAST用到的高性能碳化硅是一种新型无机非金属材料
B．“蛟龙”号潜水器所使用的钛合金材料具有强度大、密度小、耐腐蚀等特性
C．北斗导航专用ASIC硬件结合国产处理器打造出一颗真正意义的“中国芯”，其主要成分为SiO2
D．港珠澳大桥设计使用寿命120年，水下钢柱镶铝块防腐的方法为牺牲阳极的阴极保护法
C [SiC属于新型无机非金属材料，A正确；钛合金材料具有强度大、密度小、耐腐蚀等特性，B正确；“中国芯”的主要成分为半导体材料Si，不是SiO2，C错误；铝比铁活泼，形成原电池时，铁作正极被保护，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法，D正确。]
4．下列有关物质性质与应用的对应关系正确的是( )
[答案] B
5．化学与科技和社会可持续发展密切相关。下列说法错误的是( )
A．我国科学家在国际上首次实现从CO2到淀粉的全合成，有助于实现“碳中和”
B．“嫦娥五号”超声电机运用的压电陶瓷属于新型无机非金属材料
C．北京冬奥会中国运动服使用的聚氨酯纤维属于天然有机高分子材料
D．中国科学院研发的“东方超环”(人造太阳)用到的氕、氘、氚互为同位素
C [二氧化碳合成淀粉，可以减少二氧化碳的排放量，有助于实现“碳中和”，A项正确；常见的压电陶瓷主要含有钛酸盐和锆钛酸盐等，属于新型无机非金属材料，B项正确；聚氨酯纤维属于合成有机高分子材料，不属于天然有机高分子材料，C项错误；氕、氘、氚的质子数相同，中子数不同，互为同位素，D项正确。]
6．如图为石墨烯­硅太阳能电池结构模型。下列说法中，不正确的是( )
A．硅是应用广泛的半导体材料
B．二氧化硅可用来生产光导纤维
C．石墨烯­硅太阳能电池可将太阳能转化为电能
D．石墨烯不具有导电导热性
D [A.硅位于金属和非金属分界线处，具有金属和非金属的性质，所以其单质是良好的半导体材料，可以做芯片、太阳能电池，A项正确；B.光导纤维的主要成分是二氧化硅，B项正确；C.石墨烯­硅太阳能电池可将太阳能转化为电能，C项正确；D.石墨烯用于制作太阳能电池，是因为其具有优良的导电、导热性能，D项错误。]
7．化学品在工农业生产和日常生活中都有重要应用。下列叙述正确的是
( )
A．自来水厂常用明矾、O3、ClO2等作水处理剂，其作用都是杀菌消毒
B．食品包装袋中常有硅胶、还原性铁粉等，其作用都是防止食品氧化变质
C．芯片与太阳能电池感光板所用材料均为晶体硅
D．过量服用阿司匹林引起酸中毒后，可用静脉注射NaOH溶液的方法解毒
C [明矾溶于水后可以产生胶状物，胶状物可以吸附水中悬浮杂质，不能杀菌消毒，A错误；硅胶具有吸水性，可以防止食品受潮变质，铁粉具有还原性，可以防止食品氧化变质，B错误；芯片与太阳能电池感光板主要原料均为硅，C正确；过量服用阿司匹林引起酸中毒后，可用静脉注射NaHCO3溶液的方法解毒，D错误。]
8．钾长石(KAlSi3O8)是一种钾的铝硅酸盐，可用于制备Al2O3、K2CO3等物质，制备流程如图所示：
下列有关说法正确的是( )
A．上述流程中可以重复利用的物质只有Na2CO3
B．钾长石用氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2
C．煅烧过程中Si、K和Al元素转化为CaSiO3、KAlO2和NaAlO2
D．沉淀过程中的离子方程式为CO2＋2AlOeq \\al(－,2)＋3H2O===COeq \\al(2－,3)＋2Al(OH)3↓
C [A.CO2、Na2CO3既是反应的产物，也是反应过程中需要加入的物质，因此上述流程中可以重复利用的物质有Na2CO3、CO2，A错误；B.根据元素守恒可知钾长石用氧化物的形式可表示为K2O·Al2O3·6SiO2，B错误；C.煅烧过程中钾长石中的Si元素与CaCO3转化为CaSiO3，K和Al元素与Na2CO3反应转化为KAlO2和NaAlO2，C正确；D.向KAlO2和NaAlO2溶液中通入过量CO2气体，会产生HCOeq \\al(－,3)，发生反应CO2＋AlOeq \\al(－,2)＋2H2O===HCOeq \\al(－,3)＋Al(OH)3↓，D错误。]
9．氮化硅可用作高温陶瓷复合材料，在航空航天、汽车发动机、机械等领域有着广泛的应用。由石英砂合成氮化硅粉末的路线如图所示：
eq \x(石英砂)eq \(―――――→,\s\up9(焦炭/高温),\s\d8(①))eq \x(粗硅)eq \(―――――――――→,\s\up9(Cl2/723～773 K),\s\d8(②))eq \x(SiCl4粗)eq \(――→,\s\up9(精馏),\s\d8(③))eq \x(SiCl4精)eq \(――→,\s\up9(NH3),\s\d8(④))eq \x(SiNH24)eq \(――→,\s\up9(高温),\s\d8(⑤))eq \x(氮化硅)
其中—NH2中各元素的化合价与NH3相同。请回答下列问题：
(1)石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：______________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)图示①～⑤的变化中，属于氧化还原反应的是________(填序号)。
(3)在反应⑤中，3 ml Si(NH2)4在高温下加热可得1 ml氮化硅粉末和8 ml A气体，则氮化硅的化学式为________。
(4)在高温下将SiCl4在B和C两种气体的气氛中，也能反应生成氮化硅，B和C两种气体在一定条件下化合生成A。写出SiCl4与B和C两种气体反应的化学方程式：__________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)石英砂不能与碱性物质共同存放的原因是SiO2与碱性物质可以发生反应。(2)反应①是石英砂与焦炭发生氧化还原反应；反应②是硅单质与Cl2发生氧化还原反应。(3)氮化硅的化学式可通过题目信息运用元素质量守恒求得：3Si(NH2)4eq \(=====,\s\up9(高温))Si3N4＋8NH3↑。(4)结合题给信息，SiCl4与N2、H2反应可得到Si3N4和HCl。
[答案] (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
(2)①②
(3)Si3N4
(4)3SiCl4＋2N2＋6H2eq \(=====,\s\up9(高温))Si3N4＋12HCl
10．氮和氮的化合物与人类有密切关系。回答下列问题：
(1)下列属于氮的固定的是________(填序号)。
①工业上N2和H2合成NH3
②N2和O2放电条件下生成NO
③NH3催化氧化生成NO
写出反应③的化学方程式_________________________________________
______________________________________________________________。
(2)①治理NO污染通常是在氧化剂作用下，将NO氧化成溶解度高的NO2，然后用水或碱液吸收脱氮。下列物质可以用于氧化NO的是________(填序号)。
A．NaCl溶液 B．K2Cr2O7溶液
C．Na2CO3溶液 D．KMnO4溶液
②NO也可用NaClO碱性溶液氧化并将其转化为硝酸盐化肥，写出该反应的离子方程式：________________________________________________________
___________________________________________________________________。
③目前处理柴油车尾气中NOx和PM2.5等的方法之一，是用车用尿素[CO(NH2)2]溶液在选择性催化还原系统中将NOx无害化处理，写出该系统无害化处理NO的化学方程式：____________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)CO与NO在Rh催化剂上的氧化还原反应是控制汽车尾气对空气污染的关键反应，用Rh做催化剂时该反应的过程示意图如下：
过程Ⅰ为________过程(填“吸热”或“放热”)。该反应中氧化产物为________，当生成1 ml N2时，转移电子________ml。
[解析] (1)固氮是指将游离态的氮元素转化为化合态的氮元素，N2和H2合成NH3，N2和O2放电条件下生成NO，符合固氮的定义，①②正确；反应③NH3催化氧化生成NO和水，反应的化学方程式4NH3＋5O2eq \(======,\s\up9(催化剂),\s\d8(△))4NO＋6H2O。(2)①氧化NO需要氧化剂，NaCl溶液、Na2CO3溶液均不与NO反应，K2Cr2O7溶液、KMnO4溶液具有强氧化性，可以氧化NO，B、D正确；②NO也可用NaClO碱性溶液氧化并将其转化为硝酸盐化肥，该反应的离子方程式：2NO＋3ClO－＋2OH－===2NOeq \\al(－,3)＋3Cl－＋H2O；③尿素[CO(NH2)2]溶液与NO反应生成氮气和二氧化碳，化学方程式：2CO(NH2)2＋6NOeq \(======,\s\up9(催化剂))5N2＋2CO2＋4H2O；(3)过程Ⅰ断裂化学键需要吸热，该反应方程式为2CO＋2NOeq \(======,\s\up9(催化剂))N2＋2CO2，C元素化合价升高，氧化产物为CO2，氮元素从＋2降低至0价，有2个N原子降价，当生成1 ml N2时，转移电子4 ml。
[答案] (1)①② 4NH3＋5O2eq \(======,\s\up9(催化剂),\s\d8(△))4NO＋6H2O (2)BD 2NO＋3ClO－＋2OH－===2NOeq \\al(－,3)＋3Cl－＋H2O 2CO(NH2)2＋6NOeq \(======,\s\up9(催化剂))5N2＋2CO2＋4H2O (3)吸热 CO2 4水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
黏土、石灰石
纯碱、石灰石、石英砂
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
陶瓷窑
生产条件
高温
主要成分
3CaO·SiO2、
2CaO·SiO2、
3CaO·Al2O3
Na2SiO3、
CaSiO3、
SiO2
硅酸盐
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2 355
57.6
31.8
8.2
－30.4
－84.9
－111.9
选项
性质
实际应用
A
小苏打不稳定，受热分解生成CO2
用于泡沫灭火器
B
SiO2可以传输光
用于制光导纤维
C
金刚石熔点很高
应用于切割工具
D
石墨是混合型晶体，含大π键
用作润滑剂