1、1第15讲 无机非金属材料的主角碳和硅考纲解读考点 考纲内容 高考示例 预测热度碳的单质及其重要化合物的性质1.了解碳及其重要化合物的主要性质及其应用2.了解碳的氧化物对环境的影响2017北京理综,26,13分2016江苏单科,1,2分 硅及无机非金属材料 了解硅及其重要化合物的主要性质及其应用2017课标,26,14分2014重庆理综,1,6分 分析解读 课标卷对碳和硅单质及它们的化合物的性质进行单独考查的频率较低,主要是以碳、硅的化合物的性质和应用为载体,综合考查化学基本概念、基本理论和化学反应原理。本专题知识与新材料的研发和应用有一定的相关性,预计高考对本专题的考查频率会有所提高。命题分
2、析答案 (1)将样品中可能存在的Fe 2+氧化为Fe 3+ H 2O2(2)SiO2(或H 2SiO3) SiO 2+4HF SiF4+2H 2O(或H 2SiO3+4HF SiF4+3H 2O)(3)防止胶体生成,易沉淀分离 Al(OH) 3 Fe(OH) 3(4)45.0%核心考点1.HNO3、H 2O2的氧化性2.SiO2的化学性质3.氧化还原反应原理的应用审题关键由含Ca元素的混合物得到CaC 2O4,故流程中必须要除去Fe3+、Mg 2+、Al 3+、SiO 2等,可以分析每一次分离对象,从而轻松完成元素变化分析。解题思路加入盐酸及氯化铵和硝酸后,只有SiO 2不溶,故沉淀A为SiO
3、 2。滤液中含有Ca 2+、Mg 2+、Fe 3+、Al 3+等离子,加入氨水调节pH至45时,Fe 3+转化为Fe(OH) 3,Al3+转化为Al(OH)3,故沉淀B主要为Fe(OH) 3、Al(OH) 3。(1)加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe 2+氧化为Fe3+,还可以用H 2O2代替硝酸。(2)SiO2可以溶于氢氟酸,反应方程式为4HF+SiO 2 S(4)配平方程式可得对应关系式:2KMnO45H2C2O45CaC2O45Ca2+2 mol 540 g0.050 036.0010-3 mol m(Ca2+)m(Ca2+)=0.180 g故(Ca 2+)= 100%=45.0%。
4、0.180 0.400 关联知识1.H2O2作氧化剂时,还原产物为H 2O,属于绿色氧化剂2.氢氟酸可用于雕刻玻璃3.升高温度,可促进Fe 3+、Al 3+的水解能力要求本题侧重考查元素化合物知识及计算能力。试题难度不大,但要求能正确分析工艺流程,并熟练应用隐含信息。命题特点2iF4+2H 2O。(3)加入氨水时加热可以促进Fe 3+、Al 3+等水解,形成沉淀,沉淀B主要为Fe(OH) 3、Al(OH) 3。含碳元素的物质与生活联系紧密,含硅元素的物质与新材料联系紧密,故本专题命题常结合生产生活实际、环境保护,考查考生计算能力、分析问题能力、信息迁移运用能力等。高考真题考点一 碳的单质及其重
5、要化合物的性质1.(2016江苏单科,1,2分)大气中CO 2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO 2含量增加的是( )A.燃烧煤炭供热 B.利用风力发电C.增加植被面积 D.节约用水用电答案 A2.(2016四川理综,2,6分)根据下列实验操作和现象得出的结论正确的是( )选项 实验操作 现象 结论A 将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水 石灰水变浑 浊 该溶液中一定含有C 2-3B 常温下,将铁片浸入足量浓硫酸中 铁片不溶解 常温下,铁与浓硫酸一定没有发生化学反应C 向某食盐溶液中滴加淀粉溶液 溶液颜色不 变 该食盐中一定没有添加KIO 3D 向苯酚钠溶液中滴加乙
6、酸溶液 溶液变浑浊 相同条件下,乙酸的酸性一定比苯酚强答案 D3.(2015江苏单科,4,2分)在CO 2中,Mg燃烧生成MgO和C。下列说法正确的是( )A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:r(Mg 2+)r(Mg)C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性D.该反应中化学能全部转化为热能答案 C4.(2013江苏单科,6,2分)甲、乙、丙、丁四种物质中,甲、乙、丙均含有相同的某种元素,它们之间具有如下转化关系:甲 乙 丙。下列有关物质的推断不正确的是( )A.若甲为焦炭,则丁可能是O 2B.若甲为SO 2,则丁可能是氨水C.若甲为Fe,则
7、丁可能是盐酸D.若甲为NaOH溶液,则丁可能是CO 2答案 C5.(2017北京理综,26,13分)TiCl 4是由钛精矿(主要成分为TiO 2)制备钛(Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl 4的流程示意图如下:钛精矿 粗TiCl 4 纯TiCl 4资料:TiCl 4及所含杂质氯化物的性质化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2沸点/ 58 136 181(升华) 316 1 412熔点/ -69 -25 193 304 714在TiCl 4中的溶解性 互溶 微溶 难溶(1)氯化过程:TiO 2与Cl 2难以直接反应,加碳生成CO和CO 2可使反应得以进行。已知:Ti
8、O 2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) H 1=+175.4 kJmol-12C(s)+O2(g) 2CO(g) H 2=-220.9 kJmol-13沸腾炉中加碳氯化生成TiCl 4(g)和CO(g)的热化学方程式: 。 氯化过程中CO和CO 2可以相互转化,根据右图判断:CO 2生成CO反应的H 0(填“”“ 随温度升高,CO含量增大,说明生成CO的反应是吸热反应H 2O、FeCl 2溶液、NaOH溶液MgCl 2、AlCl 3、FeCl 3(2)SiCl4 高于136 ,低于181 6.(2014课标,7,6分)下列过程没有发生化学反应的是( )A.用活性炭去除冰箱中
9、的异味B.用热碱水清除炊具上残留的油污C.用浸泡过高锰酸钾溶液的硅藻土保鲜水果D.用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装答案 A7.(2013浙江理综,7,6分)下列说法不正确的是( )A.多孔碳可用作氢氧燃料电池的电极材料B.pH计不能用于酸碱中和滴定终点的判断C.科学家发现一种新细菌的DNA链中有砷(As)元素,该As元素最有可能取代了普通DNA链中的P元素D. 和CO 2反应生成可降解聚合物 ,该反应符合绿色化学的原则答案 B8.(2014课标,27,15分)铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题:(1)铅是碳的同族元素,比碳多4个电子层。铅在元素周期表的
10、位置为第 周期、第 族;PbO 2的酸性比CO 2的酸性 (填“强”或“弱”)。 (2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为 。 (3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO 3)2和Cu(NO 3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO 3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。 (4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbO x或
11、mPbO 2nPbO,列式计算x值和m样 品起始 质 量 -点固体 质 量样 品起始 质 量4n值 。 答案 (1)六 A 弱(每空1分,共3分)(2)PbO2+4HCl(浓) PbCl2+Cl2+2H 2O(2分)(3)PbO+ClO- PbO2+Cl- Pb 2+2H2O-2e- PbO2+4H+石墨上包上铜镀层 Pb 2+2e- Pb 不能有效利用Pb 2+(1分,2分,1分,1分,1分,共6分)(4)根据PbO 2 PbOx+ O2,有 32=2394.0%,2-2 2-2x=2- =1.4(2分)2394.0%16根据mPbO 2nPbO, =1.4, = = (2分)2+ 0.40
12、.6239.(2013浙江理综,27,14分)捕碳技术(主要指捕获CO 2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH 3和(NH 4)2CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO 2可发生如下可逆反应:反应:2NH 3(l)+H2O(l)+CO2(g) (NH4)2CO3(aq) H 1反应:NH 3(l)+H2O(l)+CO2(g) NH4HCO3(aq) H 2反应:(NH 4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g) 2NH4HCO3(aq) H 3请回答下列问题:(1)H 3与H 1、H 2之间的关系是:H 3= 。 (2)为研究温度对(NH 4)2CO3捕获CO 2效率的影响,在
13、某温度T 1下,将一定量的(NH 4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO 2气体(用氮气作为稀释剂),在t时刻,测得容器中CO 2气体的浓度。然后分别在温度为T 2、T 3、T 4、T 5下,保持其他初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测得CO 2气体浓度,得到趋势图(见图1)。则:H 3 0(填、=或SiH4CH4,则A族元素氢化物沸点顺序是AsH 3PH3NH3C.晶体中有阴离子,必有阳离子;则晶体中有阳离子,必有阴离子D.干冰(CO 2)是分子晶体,则SiO 2也是分子晶体答案 A6.(2016山东师大附中一测,12)下列反应中,改变反应物的用量或浓度,不会改变生成物
14、的是( )A.铜和硝酸反应B.二氧化碳通入氢氧化钠溶液中C.细铁丝在氯气中燃烧D.氯化铝与氢氧化钠溶液反应答案 C7.(2017福建宁德质量检查模拟,15)为探究某铁碳合金与浓硫酸在加热条件下的反应的部分产物,并测定铁碳合金中铁元素的质量分数,某化学活动小组设计了如图所示的实验装置,并完成以下实验探究。8(1)往圆底烧瓶中加入m g铁碳合金,并滴入过量浓硫酸,未点燃酒精灯前,A、B均无明显现象,其原因是:常温下碳与浓硫酸不反应; 。 (2)点燃酒精灯,反应一段时间后,从A中逸出气体的速率仍然较快,除因反应温度较高外,还可能的原因是 。 (3)装置B的作用是 。 (4)甲同学观察到装置C中有白色
15、沉淀生成,他得出了使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳。装置A中能产生二氧化碳的化学方程式为 。 (5)乙同学认为甲同学的结论是错误的,他认为为了确认二氧化碳的存在,需在装置B和C之间添加装置M。装置E、F中盛放的试剂分别是 、 。重新实验后观察到装置F中的现象是 。 (6)有些同学认为合金中铁元素的质量分数可用酸性KMnO 4溶液来测定(5Fe 2+Mn +8H+ -45Fe3+Mn2+4H2O)。测定铁元素质量分数的实验步骤如下:.往烧瓶A中加入过量铜使溶液中的Fe 3+完全转化为Fe 2+,过滤,得到滤液B;.将滤液B稀释为250 mL;.取稀释液25.00 mL,用浓度为c molL -
16、1的酸性KMnO 4溶液滴定,三次滴定实验所需KMnO 4溶液体积的平均值为V mL。步骤中,将滤液B稀释为250 mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外,还必须要用到的是 。 判断滴定终点的标志是 。 铁碳合金中铁元素的质量分数为 。 答案 (1)常温下Fe在浓硫酸中发生钝化(2)铁、碳在硫酸溶液中形成原电池(3)检验SO 2的存在(4)C+2H2SO4(浓) CO2+2SO 2+2H 2O(5)酸性KMnO 4溶液或溴水(或其他合理答案) 品红溶液 品红溶液不褪色或无明显现象(6)250 mL容量瓶滴入最后一滴酸性高锰酸钾溶液,溶液呈浅紫色,且30 s内不褪色 %280考点二 硅
17、及无机非金属材料8.(2018吉林四盟校期中联考,4)下列说法错误的是( )A.硅太阳能电池、计算机芯片、光导纤维都用到硅单质B.水晶镜片、石英钟表、玛瑙手镯含有SiO 2C.水泥路桥、门窗玻璃、砖瓦、陶瓷餐具所用材料为硅酸盐D.熔融烧碱时不能使用普通玻璃坩埚、石英坩埚和陶瓷坩埚答案 A9.(2018江西西路片七校一联,1)化学与生产、生活密切相关。下列说法正确的是( )A.常用的食品保鲜膜、保鲜袋的成分是聚氯乙烯B.在食品袋中放入盛有硅胶和铁粉的透气小袋,可防止食物受潮、氧化变质9C.单质铜制成“纳米铜”时具有非常强的化学活性,在空气中可以燃烧,说明“纳米铜”的还原性比铜片更强D.现代科技已
18、经能够拍到氢键的“照片”,直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键答案 B10.(2017江西六校联考,1)化学与社会、生产、生活紧密相关。下列说法中正确的是( )A.石英只能用于生产玻璃B.从海水中提取物质不一定要通过化学反应才能实现C.二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应,故常用氢氧化钠溶液作为雕刻玻璃的试剂D.为了提高土壤肥力,往往将碳铵与熟石灰混合使用答案 B11.(2016河北百校联盟一联,7)下列变化不能通过一步反应完成的是( )A.AlNaAlO 2B.Na2CO3NaOHC.SiO2H 2SiO3 D.Fe(OH)2Fe(OH) 3答案 C
19、12.(2016河南信阳、三门峡第一次大联考,20)金属铝质轻且有良好的防腐蚀性,在国防工业中有非常重要的作用,利用铝热反应完成钢轨的焊接非常方便迅速。完成下列填空:(1)在特制漏斗中将铝热剂混合均匀后,引发铝热反应的操作是 。 (2)硅与铝同周期,地壳里硅、铝的含量为硅 铝(填“”“ 2Al 2O3(熔融) 4Al+3O2(3) Na2OAl2O36SiO2 CaAl 2Si2O8(4)0.4 mol 0.6 mol能力提升(满分65分 时间:30分钟)一、选择题(每小题6分,共36分)1.(人教必1,四-1-10,变式)下列关于SiO 2和CO 2的说法中正确的是( )A.CO2、SiO
20、2分别是碳酸和硅酸的酸酐B.CO2和SiO 2与水反应分别生成相应的酸C.CO2是酸性氧化物,SiO 2是两性氧化物D.CO2和SiO 2都是由相应的分子构成的答案 A2.(2018河南、河北重点高中一联,8)实验室用H 2还原SiHCl 3(沸点:31.85 )制备纯硅的装置如图所示(夹持仪器和尾气处理装置略去)。下列说法正确的是( )10A.装置、中依次盛装的是浓H 2SO4、冰水B.实验时,应先加热管式炉,再打开盛装稀硫酸的分液漏斗活塞C.为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质,需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液D.该实验中制备氢气的装置也可用于氢氧化钠溶液与氯化铵固体反应制备氨气答案
21、 C3.(2018河北武邑中学三调,20)球墨铸铁中含有一种铁碳化合物X。实验小组为测定化合物X的组成设计实验如下:下列说法不正确的是( )A.固体2是氧化铁B.X的化学式可表示为Fe 3C2C.溶液甲加热、蒸发、灼烧也可得到24.0 g固体D.X与足量的热浓硝酸反应有NO 2和CO 2生成答案 B4.(2017四川成都五校联考,2)化学与环境、材料、信息、能源关系密切。下列说法中不正确的是( )A.高铁酸钾(K 2FeO4)是一种新型、高效、多功能水处理剂,既能杀菌消毒又能净水B.“光化学烟雾”“臭氧空洞”的形成都与氮氧化物有关C.尽量使用含 12C的产品,减少使用含 13C或 14C的产品
22、符合“促进低碳经济”宗旨D.高纯度的二氧化硅广泛应用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”答案 C5.(2017福建漳州八校联考,7)下列说法正确的是( )A.手机外壳上贴的碳纤维外膜是一种新型的有机高分子材料B.绿色化学的核心是对产生的污染进行治理C.氯化铵、二氧化硫溶于水都能导电,所以它们都属于电解质D.云、烟、雾等均能产生丁达尔现象答案 D6.(2017河北衡水中学期中,18)将一定体积的CO 2通入V L NaOH溶液中,已知NaOH完全反应,若在反应后的溶液中加入足量石灰水,得到a g沉淀;若在反应后的溶液中加入足量CaCl 2溶液,得到b g沉淀,则下列说法正确的是( )A.参加
23、反应的CO 2的体积为0.224a LB.用上述数据不能确定NaOH溶液的物质的量浓度C.若a=b,则CO 2与NaOH溶液反应的产物中只有Na 2CO3D.b可能等于a、小于a或大于a答案 C二、非选择题(共29分)7.(2017吉林通化一检,21)(14分)在浓CaCl 2溶液中通入NH 3和CO 2,可以制得纳米级碳酸钙(粒子直径在1100 nm之间)。下图所示AE为实验室常见的装置(部分固定夹持装置略去),请根据要求回答问题。11(1)实验室制取、收集干燥的NH 3,需选用上述装置,接口连接顺序是(选填字母):a接 , 接 , 接h;用A装置制取NH 3的化学方程式为 。 (2)用下图
24、所示装置也可以制取NH 3,则圆底烧瓶中的固体可以选用 (选填字母编号)。 A.碱石灰 B.生石灰 C.无水氯化钙D.无水硫酸铜 E.烧碱(3)向浓CaCl 2溶液中通入NH 3和CO 2气体制纳米级碳酸钙时,应先通入的气体是 ,试写出制纳米级碳酸钙的化学方程式: 。 (4)试设计简单的实验方案,判断所得碳酸钙样品颗粒是否为纳米级: 。 答案 (1)d e g f2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H 2O(2)ABE(3)NH3 CaCl 2+CO2+2NH3+H2O CaCO3+2NH 4Cl(4)取少量样品和水混合形成分散系,用一束可见光照射,若出现一条光亮的通路,则是
25、纳米级,否则不是8.(2016江西九江七校一联,18)(15分)硫酸亚锡(SnSO 4)是一种重要的硫酸盐,广泛应用于镀锡工业。某研究小组设计的SnSO 4制备路线如下:查阅资料:.酸性条件下,锡元素在水溶液中有Sn 2+、Sn 4+两种主要存在形式,Sn 2+易被氧化;.SnCl 2易水解生成碱式氯化亚锡。回答下列问题:(1)锡原子的核电荷数为50,与碳元素位于同一主族,锡元素在周期表中的位置是 。 (2)SnCl2粉末需加浓盐酸进行溶解,请用平衡移动原理解释原因: 。 (3)加入Sn粉的作用有两个:调节溶液pH, 。 (4)反应中得到的沉淀是SnO,得到该沉淀的离子方程式是 。 (5)酸性条件下,SnSO 4还可以用作双氧水去除剂,发生反应的离子方程式是 。 答案 (1)第五周期第A族(2)SnCl2易发生水解:SnCl 2+H2O Sn(OH)Cl+HCl,加入盐酸,使该平衡向左移动,抑制Sn 2+水解(3)防止Sn 2+被氧化(4)Sn2+C SnO+CO 22-3(5)Sn2+H2O2+2H+ Sn4+2H2O
