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2019年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第二板塊 專題四 非金屬及其化合物 跟蹤檢測(cè)（十）碳、硅及無機(jī)非金屬材料 1．硅及其化合物已被廣泛用于生產(chǎn)生活中，下列說法不正確的是(　　) A．圖1是常見于汽車中的小擺件“蘋果花”，它的動(dòng)力源于以Si為原料的太陽能電池 B．互聯(lián)網(wǎng)通過光纖交換信息，光纖的主要原料是SiO2 C．硅酸鈉溶液的俗名是水玻璃，常用作木材的阻燃劑 D．圖2中這幅玻璃上的精美刻花，是工藝師用鹽酸刻蝕玻璃形成的 解析：選D　工藝師用氫氟酸刻蝕玻璃，D錯(cuò)誤。 2．下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應(yīng) B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸 C．SiO2可用來制作干燥劑，因SiO2可與水反應(yīng) D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的 解析：選A　CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)，故A正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應(yīng)生成硅酸，B不正確；硅膠可用作干燥劑，但SiO2不與水反應(yīng)，C不正確；CO2是由分子構(gòu)成的，SiO2是由Si、O原子直接構(gòu)成的，D不正確。 3．據(jù)某網(wǎng)站報(bào)道：國(guó)家質(zhì)檢總局稱，在我國(guó)銷售的德國(guó)NUK牌嬰兒爽身粉含有一級(jí)致癌物滑石粉。已知滑石粉的化學(xué)式為Mg3(Si4O10)(OH)2，色白、滑爽、柔軟、耐火。下列有關(guān)說法不正確的是(　　) A．滑石粉屬于無機(jī)硅酸鹽類物質(zhì) B．滑石粉的組成可表示為3MgO4SiO2H2O C．爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔軟和耐火性 D．滑石粉可能會(huì)與氫氟酸、NaOH溶液發(fā)生反應(yīng) 解析：選C　滑石粉屬于無機(jī)硅酸鹽類物質(zhì)，故A正確；從滑石粉的化學(xué)式可知其組成可表示為3MgO4SiO2H2O，故B正確；爽身粉中添加滑石粉，與它的耐火性無關(guān)，故C錯(cuò)誤；從滑石粉的組成可知它具有SiO2的性質(zhì)，能與氫氟酸、NaOH溶液反應(yīng)，故D正確。 4．工業(yè)制粗硅的反應(yīng)為2C＋SiO2Si＋2CO↑。下列說法正確的是(　　) A．SiO2為分子晶體，Si為原子晶體 B．Si是光導(dǎo)纖維的主要成分 C．在該反應(yīng)條件下，C的氧化性強(qiáng)于Si的氧化性 D．每生成1 mol Si理論上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目約為46.021023 解析：選D　A項(xiàng)，SiO2、Si晶體類型均為原子晶體，故該項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)，SiO2是光導(dǎo)纖維的主要成分，故該項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)，在該反應(yīng)條件下，C的還原性強(qiáng)于Si的還原性，故該項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)，在反應(yīng)中每有1 mol Si生成，理論上轉(zhuǎn)移的電子為4 mol，即約為46.021023，故選項(xiàng)正確。 5．月球的礦產(chǎn)資源極為豐富，僅月球表層5 cm厚的沙土就含鐵單質(zhì)有上億噸，月球上的主要礦物有輝石CaMgSi2O6、斜長(zhǎng)石KAlSi3O8和橄欖石(Mg或Fe)2SiO4等，下列說法或分析不正確的是(　　) A．輝石、斜長(zhǎng)石及橄欖石均屬于硅酸鹽礦 B．斜長(zhǎng)石的氧化物形式可表示為K2OAl2O33SiO2 C．月球表層沙土中有游離態(tài)鐵是因?yàn)樵虑虻谋砻鎺缀鯖]有氧氣 D．橄欖石中鐵為＋2價(jià) 解析：選B　斜長(zhǎng)石的氧化物形式應(yīng)為K2OAl2O36SiO2。 6．(xx銀川模擬)科學(xué)家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示： 容器Ⅰ中進(jìn)行的反應(yīng)為 ①Si(粗)＋3HCl(g)===SiHCl3(l)＋H2(g)； 容器Ⅱ中進(jìn)行的反應(yīng)為 ②SiHCl3＋H2===Si(純)＋3HCl。 下列說法正確的是(　　) A．該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是部分反應(yīng)物可循環(huán)使用 B．最好用分液的方法分離Si和SiHCl3 C．反應(yīng)①和②中HCl均作氧化劑 D．反應(yīng)①和②屬于可逆反應(yīng) 解析：選A　該工藝流程中HCl和H2兩種氣體可循環(huán)使用；分離Si與SiHCl3可用過濾的方法；反應(yīng)②中HCl是生成物，是氧化產(chǎn)物；反應(yīng)①、②都不在同一條件下進(jìn)行，不是可逆反應(yīng)。 7．甲氣體可發(fā)生如下變化： 甲氣體乙氣體丙氣體乙氣體丁固體。則甲、乙、丙、丁分別為(　　) A．CO2、CO、O2、CaO　　　　 B．O2、CO、CO2、CaCO3 C．O2、CO2、CO、CaCO3 D．CO、CO2、O2、Ca(OH)2 解析：選C　以丙氣體為突破口，丙通過灼熱的CuO后，生成的乙氣體可與澄清石灰水反應(yīng)生成固體，說明乙是CO2，則丙是CO，甲是O2，丁是CaCO3。 8．二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(如圖)。下列說法正確的是(　　) A．SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物 B．瑪瑙和紅寶石的主要成分都是SiO2，SiO2和Si都是制造光導(dǎo)纖維的材料 C．雖然高溫下SiO2能與Na2CO3反應(yīng)放出CO2，但不能說明硅酸的酸性強(qiáng)于碳酸 D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)中非氧化還原反應(yīng)的種數(shù)多于氧化還原反應(yīng)的種數(shù) 解析：選CD　SiO2只能和特殊酸反應(yīng)，和其他酸不反應(yīng)，沒有普遍性，所以不能說明其具有兩性，故A錯(cuò)誤；紅寶石的主要成分是Al2O3，瑪瑙的主要成分是SiO2，SiO2是制造光導(dǎo)纖維的材料，故B錯(cuò)誤；高溫條件下，SiO2和Na2CO3反應(yīng)生成Na2SiO3和CO2，常溫下，SiO2和Na2CO3不反應(yīng)，所以不能說明H2SiO3的酸性強(qiáng)于H2CO3，故C正確；圖中氧化還原反應(yīng)有3個(gè)，非氧化還原反應(yīng)有6個(gè)，所以圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)中非氧化還原反應(yīng)的數(shù)目多于氧化還原反應(yīng)的數(shù)目，故D正確。 9．如圖所示物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系中，A是一種固體單質(zhì)，E是一種白色沉淀。 請(qǐng)回答下列問題： (1)B的化學(xué)式是________，目前B已被用作________的主要原料。 (2)B和a溶液反應(yīng)的離子方程式是_______________________________________。 (3)A和a溶液反應(yīng)的離子方程式是__________________________________________。 (4)C和過量的鹽酸反應(yīng)的離子方程式是__________________________________。 解析：C與過量的鹽酸反應(yīng)生成白色沉淀E，則E可能是H2SiO3或AgCl，若E是AgCl，則C是AgNO3，A為Ag，根據(jù)已有知識(shí)，Ag與HNO3反應(yīng)能生成三種產(chǎn)物，不符合框圖中物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。故E只能為H2SiO3，C為硅酸鹽，A為Si，a溶液為強(qiáng)堿的水溶液，進(jìn)一步推出B為SiO2。 答案：(1)SiO2　光導(dǎo)纖維 (2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (3)Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑ (4)SiO＋2H＋===H2SiO3↓ 10．如圖中的每一方框表示相關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物。其中B是一種單質(zhì)，其余物質(zhì)也都是含有B元素的化合物。C是一種鈉鹽，E是C對(duì)應(yīng)的酸，其結(jié)構(gòu)與碳酸相似；B的結(jié)構(gòu)類似金剛石，D為B的氧化物。(其他不含B元素的反應(yīng)產(chǎn)物以及各步反應(yīng)添加的必要試劑和反應(yīng)條件已被略去) 請(qǐng)回答下列問題： (1)A、D、E的化學(xué)式分別為________、________、________。 (2)A的B的互相轉(zhuǎn)化在工業(yè)上的實(shí)際意義是__________________________________。 (3)寫出D→C的化學(xué)方程式：______________________________________________。 (4)寫出E→D的化學(xué)方程式：____________________________________________。 解析：由單質(zhì)B的結(jié)構(gòu)類似金剛石可知，B是單質(zhì)硅，D為B的氧化物，則D是SiO2，結(jié)合轉(zhuǎn)化關(guān)系知，A為SiCl4，C是一種鈉鹽，則C是Na2SiO3，E是C對(duì)應(yīng)的酸，則E是H2SiO3。(1)由以上分析可知A為SiCl4，D為SiO2，E為H2SiO3。(2)A和B的互相轉(zhuǎn)化在工業(yè)上的實(shí)際意義是粗硅提純。(3)D→C可以為二氧化硅和NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和水，化學(xué)方程式為SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。(4)H2SiO3不穩(wěn)定，加熱分解生成SiO2和H2O，故E→D的化學(xué)方程式為H2SiO3SiO2＋H2O。 答案：(1)SiCl4　SiO2　H2SiO (2)粗硅提純 (3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O(或其他合理答案) (4)H2SiO3SiO2＋H2O 11．單晶硅是信息產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。通常用碳在高溫下還原二氧化硅制得粗硅(含鐵、鋁、硫、磷等雜質(zhì))，粗硅與氯氣反應(yīng)生成四氯化硅(反應(yīng)溫度450～500 ℃)，四氯化硅經(jīng)提純后用氫氣還原可得高純硅。如圖是實(shí)驗(yàn)室制備四氯化硅的裝置示意圖。 相關(guān)信息如下： a．四氯化硅遇水極易水解； b．硼、鋁、鐵、磷在高溫下均能與氯氣直接反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物； c．有關(guān)物質(zhì)的物理常數(shù)見表： 物質(zhì) SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5 沸點(diǎn)/℃ 57.7 12.8 — 315 — 熔點(diǎn)/℃ －70.0 －107.2 — — — 升華溫度/℃ — — 180 300 162 回答下列問題： (1)寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：________________________。 (2)裝置A中g(shù)管的作用是______________；裝置C中的試劑是__________；裝置E中的h瓶需要冷卻理由是____________________________。 (3)裝置E中h瓶收集到的粗產(chǎn)物可通過精餾(類似多次蒸餾)得到高純度四氯化硅，精餾后的殘留物中，除鐵元素外可能還含有的雜質(zhì)元素是____________________(填寫元素符號(hào))。 解析：制備四氯化硅的原料為Cl2和Si。A裝置為Cl2的制備裝置，B、C裝置為除雜裝置。先用B除去HCl，再用C(濃H2SO4)除去水蒸氣。Cl2通入粗硅中反應(yīng)，用冷水將產(chǎn)生SiCl4冷凝即可。(1)制取氯氣用濃鹽酸和MnO2在加熱條件下反應(yīng)。(2)g管是將分液漏斗與燒瓶相連，則它們中的壓強(qiáng)是相等的，這樣便于鹽酸能順利滴下。SiCl4的沸點(diǎn)很低，只有57.7 ℃，而反應(yīng)的溫度達(dá)幾百度，故需要冷凝收集。(3)從物質(zhì)的物理性質(zhì)表可發(fā)現(xiàn)，AlCl3，F(xiàn)eCl3和PCl5均易升華，故還應(yīng)含有Al、P、Cl元素。 答案：(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O　(2)平衡壓強(qiáng)　濃硫酸　使SiCl4冷凝　(3)Al、P、Cl 12．二氯二氫硅(SiH2Cl2)常用于外延法工藝中重要的硅源。易燃、有毒，與水接觸易水解，沸點(diǎn)為8.2 ℃。在銅催化作用下，HCl與硅在250～260 ℃反應(yīng)可以制得SiH2Cl2。 (1)利用濃硫酸、濃鹽酸為原料，選用A裝置制取HCl，利用了濃硫酸的________性。 (2)D裝置中生成二氯二氫硅的化學(xué)方程式為___________________________________。 (3)按照氣體從左到右的方向，制取SiH2Cl2的裝置(h處用止水夾夾好)連接次序?yàn)閍―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)―→(　　)(填儀器接口的字母，其中裝置C用到2次)。 (4)按從左到右的順序，前面裝置C中裝的藥品為______，后面裝置C的作用為________________________________________________________________________。 (5)反應(yīng)除生成二氯二氫硅之外，還會(huì)生成H2和______、________等。 (6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350 ℃反應(yīng)生成SiCl4，然后再與HCl在250～260 ℃反應(yīng)，可以大大提高產(chǎn)率。如果通入氣體次序相反，結(jié)果會(huì)__________________________(用化學(xué)方程式表示)。 解析：(1)濃硫酸有吸水性，使?jié)恹}酸更易揮發(fā)出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A裝置制取HCl，連接C裝置干燥，從f進(jìn)入D中反應(yīng)，SiH2Cl2從g處揮發(fā)，在B裝置中收集，SiH2Cl2的密度比空氣大，導(dǎo)氣管應(yīng)長(zhǎng)進(jìn)短出，為防止空氣中的水進(jìn)入B中，則應(yīng)在B后接干燥管。(4)前面的裝置C是用來干燥氯化氫氣體的，應(yīng)選用P2O5或無水CaCl2，后面裝置C的作用為尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B中，應(yīng)選堿石灰。(6)如果通入氣體次序相反，SiH2Cl2會(huì)與Cl2繼續(xù)反應(yīng)，生成SiCl4、SiHCl3。 答案：(1)吸水　(2)Si＋2HClSiH2Cl2 (3)d　e　f　g　b　c　d (4)P2O5或無水CaCl2　尾氣處理和防止空氣中的水進(jìn)入B中　(5)SiCl4　SiHCl3　(6)SiH2Cl2＋2Cl2SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2SiHCl3＋HCl) 13．晶體硅是一種重要的非金屬材料，制備純硅的主要步驟如下： ①高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅； ②粗硅與干燥HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si＋3HClSiHCl3＋H2； ③SiHCl3與過量H2在1 000～1 100 ℃反應(yīng)制得純硅。 已知：SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。 請(qǐng)回答下列問題： (1)第①步制備粗硅的化學(xué)方程式為_________________________。 (2)粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃)和HCl(沸點(diǎn)－84.7 ℃)，提純SiHCl3采用的方法為________________________。 (3)用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下(熱源及夾持裝置略去)： ①裝置B中的試劑是________。裝置C中的燒瓶需要水浴加熱，其目的是________________________________________________________________________。 ②反應(yīng)一段時(shí)間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是________________，裝置D不能采用普通玻璃管的原因是________________________________________，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________________________。 ③為保證制備純硅實(shí)驗(yàn)的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性、控制好反應(yīng)溫度以及_________________________________________________。 ④為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑是________(填字母)。 a．碘水　　b．氯水　　c．Mg(OH)2固體 d．KSCN溶液　　e．Na2SO3溶液 解析：(2)沸點(diǎn)不同的液體可以采用蒸餾的方法分離。(3)①為防止SiHCl3與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，需要干燥氫氣；升高溫度能使SiHCl3汽化，從而使SiHCl3和氫氣在D中反應(yīng)。②D中發(fā)生反應(yīng)SiHCl3＋H2Si＋3HCl，Si為固態(tài)，所以看到的現(xiàn)象是有固體物質(zhì)生成。③Si是親氧元素，為防止Si被氧化和SiHCl3在空氣中易自燃，需要排盡裝置中的空氣。④向溶液中加入氧化劑將Fe2＋氧化成Fe3＋，然后加入KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3＋。 答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑　　(2)分餾(或蒸餾) (3)①濃硫酸　使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化　②有固體物質(zhì)生成　在高溫下，普通玻璃會(huì)軟化　SiHCl3＋H2Si＋3HCl　③排盡裝置中的空氣?、躡d 14．石墨在材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某初級(jí)石墨中含SiO2(7.8%)、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等雜質(zhì)。設(shè)計(jì)的提純與綜合利用工藝如下： (注：SiCl4的沸點(diǎn)為57.6 ℃，金屬氯化物的沸點(diǎn)均高于150 ℃) (1)向反應(yīng)器中通入Cl2前，需通一段時(shí)間N2，主要目的是____________________。 (2)高溫反應(yīng)后，石墨中氧化物雜質(zhì)均轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氯化物。氣體Ⅰ中的碳氧化物主要為______。由氣體Ⅱ中某物得到水玻璃的化學(xué)反應(yīng)方程式為_______________________。 (3)步驟①為攪拌、________。所得溶液Ⅳ中的陰離子有________。 (4)由溶液Ⅳ生成沉淀Ⅴ的總反應(yīng)的離子方程式為______________________________，100 kg初級(jí)石墨最多可能獲得Ⅴ的質(zhì)量為______kg。 (5)石墨可用于自然水體中銅件的電化學(xué)防腐，完成如圖防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注。 解析：(1)通入N2的目的是為了排除裝置中的空氣(特別是氧氣)，防止在高溫時(shí)石墨與氧氣反應(yīng)。(2)高溫反應(yīng)后，SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO分別轉(zhuǎn)化為SiCl4、AlCl3、FeCl3、MgCl2。因?yàn)槭沁^量的，故高溫條件下，C和SiO2、Fe2O3反應(yīng)生成的是CO。由于SiCl4的沸點(diǎn)為57.6 ℃，低于80 ℃，故氣體Ⅱ?yàn)镾iCl4，在NaOH溶液中水解生成Na2SiO3和NaCl：SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O。(3)AlCl3、FeCl3、MgCl2的沸點(diǎn)均高于150 ℃，在80 ℃下變?yōu)楣腆wⅢ，AlCl3、FeCl3、MgCl2和過量NaOH反應(yīng)后生成NaAlO2、Fe(OH)3、Mg(OH)2和NaCl，通過過濾將沉淀Fe(OH)3和Mg(OH)2濾出，得到的溶液Ⅳ主要含過量的NaOH、NaAlO2和NaCl。(4)NaAlO2發(fā)生水解導(dǎo)致溶液顯堿性：NaAlO2＋2H2OAl(OH)3＋NaOH，加入乙酸乙酯后，發(fā)生水解：CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH，促使NaAlO2徹底水解生成Al(OH)3沉淀。溶液Ⅳ轉(zhuǎn)化為沉淀Ⅴ的反應(yīng)為NaAlO2＋2H2O＋CH3COOCH2CH3Al(OH)3↓＋CH3COONa＋CH3CH2OH。根據(jù)Al原子守恒，可知100 kg初級(jí)石墨可得m[Al(OH)3]＝278 gmol－1＝7.8 kg。 (5)水體中銅件的電化學(xué)防腐利用了電解保護(hù)法，該方法中石墨作陽極，銅件作陰極，即外加電流的陰極保護(hù)法。 答案：(1)排除裝置中的空氣 (2)CO　SiCl4＋6NaOH===Na2SiO3＋4NaCl＋3H2O (3)過濾　AlO、Cl－和OH－ (4)AlO＋CH3COOCH2CH3＋2H2OCH3COO－＋CH3CH2OH＋Al(OH)3↓　7.8 (5)