专题七　碳、硅及其化合物　无机非金属材料-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案

这是一份专题七　碳、硅及其化合物　无机非金属材料-2022年高考化学一轮复习对点讲解与练习（通用版）学案，共19页。学案主要包含了归纳总结，拓展训练，基础巩固，能力提升，答案与解析等内容，欢迎下载使用。
专题七　碳、硅及其化合物　无机非金属材料
考点1　碳、硅及其化合物
考法1 碳及其化合物的性质
命题角度　结合实验流程考查碳及其化合物之间的转化
例1. 某实验小组利用如图所示装置对焦炭还原二氧化硅的气体产物的成分进行探究。

已知:PdCl2溶液可用于检验CO,反应的化学方程式为CO+PdCl2+H2OCO2+2HCl+Pd↓(产生黑色固体,使溶液变浑浊)。
(1)实验前要通入足量的N2,其原因是　　　　　　　　　。 
(2)装置B的作用是　　　　　　　　　　　　。 
(3)装置C、D中所盛试剂分别为　　　　、　　　　,若装置C、D中溶液均变浑浊,且经测定知两气体产物的物质的量相等,则该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 
(4)该装置的缺点是　　　　　　　　　　　　。 
(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强:　　　　　　　。 
【解析】(1)碳与二氧化硅反应要在高温下进行,高温下,碳与空气中的氧气等也能反应,所以实验前要通入足量的N2,将装置中的空气排尽。(2)根据装置图可知,装置B的作用是作安全瓶,防止倒吸。(3)根据元素守恒,焦炭与二氧化硅反应可能生成一氧化碳也可能生成二氧化碳,所以装置C用来检验二氧化碳,装置D用来检验一氧化碳,所以装置C、D中所盛试剂分别为澄清石灰水、PdCl2溶液;若装置C、D中溶液均变浑浊,说明既有二氧化碳生成又有一氧化碳生成,由于两气体产物的物质的量相等,则根据原子守恒可知该反应的化学方程式为3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si。(4)一氧化碳有毒,会污染空气,该装置没有尾气处理装置吸收或收集CO。(5)设计实验证明碳酸的酸性比硅酸的强时,将CO2通入硅酸钠溶液,发生反应CO2+H2O+Na2SiO3Na2CO3+H2SiO3↓,溶液变浑浊,说明酸性H2CO3>H2SiO3。
【答案】 (1)将装置中的空气排尽,避免空气中的氧气、二氧化碳、水蒸气对实验产生干扰　(2)作安全瓶,防止倒吸　(3)澄清石灰水　PdCl2溶液　3SiO2+4C2CO2↑+2CO↑+3Si　(4)没有尾气处理装置　(5)向硅酸钠溶液中通入二氧化碳气体,溶液变浑浊,证明碳酸的酸性强于硅酸
【归纳总结】
CO与CO2的除杂方法
1.若CO中混有CO2,可通过盛有NaOH溶液的洗气瓶除去。
2.若CO2中混有CO,可通过装有灼热CuO的硬质玻璃管除去。
3.若CO2中混有SO2或HCl,可通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶除去。
考法2 硅及其化合物的性质
命题角度1　结合物质推断考查硅及其化合物之间的转化
例2. 已知A、B、C、D、E 五种物质中均含有短周期主族元素R,它们之间能发生如图所示的转化,A、B、D、E四种物质均难溶于水,元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐和氢气。

下列说法正确的是
A.反应①中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶1
B.化合物A既能溶于NaOH溶液又能溶于氢氟酸
C.反应④的离子方程式为2R+2OH-+2H2O2RO2-+3H2↑
D.化合物C的溶液与反应①产生的气体能够发生化学反应
【解析】R为短周期主族元素,元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐和氢气,则R是Al或Si,由题图中转化关系可知,若R是Al,则C应为NaAlO2,NaAlO2与过量盐酸反应可得到NaCl和AlCl3的混合溶液,不能生成难溶物,所以R是Si,根据题图中转化关系可知,A为SiO2,B为CaSiO3,D为Si,C为Na2SiO3,E为H2SiO3。反应①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2,故A错误;SiO2既能与NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,故B正确;反应④的离子方程式为Si+2OH-+H2OSiO32-+2H2↑,故C错误;反应①产生的气体是CO,Na2SiO3溶液与CO不反应,故D错误。
【答案】 B
【拓展训练】1. SiO2是一种化工原料,可以制备一系列物质,下列说法正确的是(　　)

A.图中所有反应都不属于氧化还原反应
B.硅酸盐的化学性质稳定,常用于制造光导纤维
C.可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D.普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,其熔点很高
命题角度2　工艺流程中有关硅及其化合物的制备
例3. 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↑+Si
B.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
【解析】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),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。
【答案】B
【归纳总结】
(1)高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
SiO2+2CSi(粗)+2CO↑
(2)粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3
Si(粗)+3HClSiHCl3+H2
(3)粗硅与干燥Cl2反应制得SiCl4
Si(粗)+2Cl2SiCl4
(4)SiHCl3与过量H2在1 100~1 200 ℃反应制得纯硅
SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl
(5)SiCl4与过量H2在高温下反应制得纯硅
SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl
(6)SiHCl3、SiCl4能与H2O发生反应
SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+3HCl+H2↑
SiCl4+3H2OH2SiO3↓+4HCl
(7)SiH4在空气中易自燃
SiH4+2O2SiO2+2H2O
【拓展训练】2. 晶体硅是一种重要的非金属材料,制备纯硅的主要步骤如下:①高温下用焦炭还原二氧化硅制得粗硅;②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3,Si(粗)+3HClSiHCl3+H2;③经纯化的SiHCl3与过量H2在1 100~1 200 ℃下反应制得纯硅。已知SiHCl3 沸点为34 ℃,能与H2O剧烈反应,在空气中易自燃。请回答下列问题:
(1)第①步制备粗硅时1 mol C完全反应转移的电子数为　　　　(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 
(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图所示(热源及夹持装置已略去):

①装置B中的试剂是　　　　。装置C中的烧瓶需要加热,其采用的方法是　。 
②反应一段时间后,装置D中观察到的现象是　　　　,装置D中发生反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 
③为保证制备纯硅实验的成功,操作的关键是检查实验装置的气密性,控制好反应温度以及　　　　。 

考点2　无机非金属材料
考法3 无机非金属材料
命题角度　无机非金属材料的应用
例4. “九秋风露越窑开,夺得千峰翠色来”是赞誉越窑青瓷的诗句。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品,下列有关说法正确的是
A.玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B.制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C.硅酸盐制品的性质稳定
D.高温结构陶瓷的主要成分也为硅酸盐
【解析】陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品,A项错误;纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料,制水泥的原料是黏土和石灰石,B项错误;硅酸盐制品的性质稳定,C项正确;高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,其主要成分不是硅酸盐,D项错误。
【答案】 C
【拓展训练】3. 水玻璃(Na2SiO3水溶液)广泛应用于耐火材料、洗涤剂生产等领域,是一种重要的工业原料。如图所示是用稻壳灰(SiO2的质量分数为65%~70%,C的质量分数为30%~35%)制取水玻璃的工艺流程。

下列说法正确的是(　　)
A.原材料稻壳灰价格低廉,且副产品活性炭有较高的经济价值
B.操作A与操作B完全相同
C.该流程中硅元素的化合价发生改变
D.反应器中发生的复分解反应为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O

素材9 草酸和草酸盐的性质和应用
例5. （1）草酸钙沉淀经稀H2SO4处理后,用KMnO4标准溶液滴定,通过测定草酸的量可间接获知钙的含量,滴定反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
（2）KClO3可以和草酸(H2C2O4)、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2,还生成CO2和KHSO4等物质。写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
【答案】（1）2MnO4-+6H++5H2C2O42Mn2++10CO2↑+8H2O　
（2）2KClO3+H2C2O4+2H2SO42ClO2↑+2CO2↑+2KHSO4+2H2O
【拓展训练】4.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
①

Ca(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
④
C2H5OH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↓+2H2O
B.酸性:H2C2O4>H2CO3,NaHCO3+H2C2O4 NaHC2O4+CO2↑+H2O
C.H2C2O4有还原性,2MnO4-+5C2O42-+16H+ 2Mn2++10CO2↑+8H2O
D.H2C2O4可发生酯化反应,HOOCCOOH+2C2H5OH C2H5OOCCOOC2H5+2H2O
【拓展训练】5. 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　 。 

【基础巩固】
考点1 碳、硅及其化合物
1.在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是(　　)
A.SiO2SiCl4Si
B.FeS2SO2H2SO4
C.饱和NaCl(aq)NaHCO3(s)Na2CO3
D.MgCO3MgCl2(aq)Mg
2.下列说法正确的是(　　)
A.SiO2为酸性氧化物,其不能与任何酸发生化学反应
B.SO2能使品红溶液、溴水褪色,分别说明SO2具有强氧化性、还原性
C.将AlCl3溶液和Al2(SO4)3溶液分别蒸干和灼烧,最终所得产物均为Al2O3
D.反应物和生成物各具有的总能量决定了该反应是放热反应还是吸热反应
3.半导体工业中,有一句行话:“从沙滩到用户”,即由SiO2制Si。制取过程中未涉及的化学反应是(　　)
A.SiO2+2CSi+2CO↑
B.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
C.Si(粗)+2Cl2SiCl4
D.SiCl4+2H2Si+4HCl
4.下列实验设计能够达到实验目的的是(　　)
选项
实验目的
实验设计
A
除去CO2中少量的SO2
将混合气体通入饱和Na2CO3溶液
B
除去Cu粉中混有的CuO
向混合物中滴加适量稀硝酸
C
检验溶液中是否含有Fe2+
向溶液中滴入氯水后,再滴加KSCN溶液
D
证明H2CO3的酸性比H2SiO3强
将CO2通入Na2SiO3溶液中
5. X、Y、Z、W四种化合物均由短周期主族元素组成。其中X含有四种元素,X、Y、Z的焰色反应均为黄色,W为无色无味气体。这四种化合物具有如图1所示转化关系(部分反应物、产物及反应条件已略去)。请回答:

图1
(1)Y的电子式是　　　　　　　　。 
(2)X与Y在溶液中反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)X含有的四种元素之间(二种、三种或四种)可组成多种化合物,选用其中某些化合物,利用如图2所示装置(夹持装置已略去)进行实验,装置Ⅲ中产生白色沉淀,装置Ⅴ中可收集到一种无色气体R。

图2
①装置Ⅰ中反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　,装置Ⅱ中反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②用X含有的四种元素中的两种组成的某化合物,在催化剂存在下制备并收集纯净干燥的气体R,该化合物的化学式是　　　　　　　　,所需仪器装置是　　　　　　　　　。 (从图2中选择必要装置,填写编号) 
(4)向Z溶液中通入氯气,可制得某种生产和生活中常用的漂白、消毒的物质,同时有X生成,该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 
考点2 无机非金属材料
6. 化学与社会、科学、技术、环境密切相关。下列说法正确的是(　　)
A.目前提岀的“低碳经济”,要求减少CO2的排放,抑制酸雨的形成
B.推广使用燃料电池汽车,可减少颗粒物、CO等有害物质的排放
C.高纯度的硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路”
D.水泥、玻璃、青花瓷、水晶、玛瑙都属于硅酸盐工业产品
7.《厉害了,我的国》展示了中国探索太空,开发深海,建设世界第一流的高铁、桥梁、码头,5G技术联通世界等取得的举世瞩目的成就。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是(　　)
A.为打造生态文明建设,我国近年来大力发展核电、光电、风电、水电,电能属于一次能源
B.C919大型客机使用了大量先进复合材料、铝锂合金等,铝锂合金属于金属材料
C.我国提出网络强国战略,光缆线路总长超过三千万公里,光缆的主要成分是晶体硅
D.“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷的主要成分是硅酸盐
8. 化学与人类生产、生活密切相关,下列叙述不正确的是(　　)
A.用地沟油制取的生物柴油和从石油炼得的柴油都属于烃类物质
B.高铁“复兴号”车厢连接的关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于高分子材料
C.“一带一路”是“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的简称,丝绸的主要成分是蛋白质,属于天然高分子化合物
D.中国天眼“FAST”用到的碳化硅是一种新型的无机非金属材料
【能力提升】
一、选择题(每小题6分,共30分)
1. 下列实验操作能达到实验目的的是(　　)
选项
实验目的
实验操作
A
检验粗盐溶液中的Cl-
取少量粗盐溶液,滴加AgNO3溶液,观察现象
B
检验碳酸钠
将Pt丝蘸取盐酸灼烧至无色后,蘸取待测物灼烧,观察现象
C
除去MnO2中的炭粉
反复灼烧至质量不再变化
D
检验CO、CO2混合气体
将气体依次通过CuO(灼热)、澄清石灰水
2. 溶液X中只可能含有K+、Mg2+、Al3+、AlO2-、SiO32-、SO32-、CO32-、SO42-中的若干种,某同学对该溶液进行了如图所示实验:

下列判断错误的是(　　)
A.气体甲可能是混合物
B.沉淀甲是硅酸和硅酸镁的混合物
C.白色沉淀乙的主要成分是氢氧化铝
D.K+、AlO2-和SiO32-一定存在于溶液X中
3.（新题型）我国化学家侯德榜创立了著名的“侯氏制碱法”(流程图如图所示),促进了世界制碱技术的发展。下列有关说法正确的是(　　)

A.沉淀池中的反应物共含有五种元素
B.过滤得到的“母液”中一定只含有两种溶质
C.图中X可能是氨气
D.通入氨气的作用是使溶液呈碱性,促进二氧化碳的吸收,更多地析出沉淀
4.（新素材）已知草酸(H2C2O4)是一种弱酸,157 ℃升华,170 ℃以上分解可放出CO2和CO;可与酸性KMnO4溶液反应;其钠盐易溶于水,钙盐难溶于水。下列说法正确的是(　　)
A.草酸受热产生的气体,用足量的NaOH溶液充分吸收后,可收集得到纯净的CO
B.草酸受热产生的气体通过灼热的氧化铜,若出现黑色变红色现象,则说明产生的气体中一定有CO
C.草酸受热产生的气体直接通入足量的澄清石灰水中,若能产生白色浑浊现象,则说明产生的气体中一定有CO2
D.H2C2O4与酸性KMnO4溶液反应的离子方程式为5H2C2O4+2MnO4-+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O
5. 用下列装置完成相关实验,合理的是(　　)


A.图①:验证H2CO3的酸性强于H2SiO3
B.图②:收集CO2或NH3
C.图③:分离Na2CO3溶液与CH3COOCH2CH3
D.图④:分离CH3CH2OH与CH3COOCH2CH3
二、非选择题(共49分)
6.（新情境）（13分）随着“绿色汽车”的广泛应用,汽车工业对电池的要求日益提高。LiMn2O4是新一代锂电池的电极材料,这一电极材料的应用对提高电池性能起到重要作用。LiMn2O4可以从海底获取的锰结核矿(主要成分是MnO2)为原料进行生产,制备LiMn2O4的一种实验流程如图所示:
锰结核矿硫酸锰溶液黑色沉淀
前驱体MnO2LiMn2O4
回答下列问题:
(1)若步骤①加入的试剂甲选用草酸(H2C2O4),写出选用草酸时步骤①发生反应的离子方程式:　　　　　　　;依据反应原理,下列物质中　　　　　　还适合作为试剂甲。 
A.SO2　　　　B.浓盐酸　　　　C.硝酸钠
(2)已知:K2S2O8与MnSO4反应能生成MnO2,反应中消耗K2S2O8的物质的量与生成MnO2的物质的量之比为1∶1;NaClO3也能与MnSO4反应生成MnO2,反应中消耗NaClO3的物质的量与生成MnO2的物质的量之比为2∶5。若试剂乙为NaClO3,写出步骤②发生反应的离子方程式:　　　　　　　;有专家认为试剂乙选用K2S2O8更合适,专家作出这一判断的理由是　　　　　　　。 
(3)步骤③中,需要用乙醇与水的混合液洗涤的原因是　　　　　 　　　
　　　　　 　　　。 
(4)若用电解法电解MnSO4溶液制备MnO2,写出阳极的电极反应式:　　　　　　　　。 
7.（15分）草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O,相对分子质量为180)呈淡黄色,可用作医药和摄影显色剂。某实验小组对其进行了一系列探究。
Ⅰ.探究草酸亚铁晶体的热分解产物
(1)气体产物成分的探究。小组成员采用如图所示装置(可重复选用)进行实验:

①装置D的名称为　　　　。 
②按照气流方向,装置的连接顺序为　　　　(填仪器接口的字母)→尾气处理装置。 
③点燃酒精灯前先通入一段时间N2,其目的是　　　　　　　　。 
④实验证明了气体产物中含有CO、CO2和H2O,依据的实验现象为　　　　　　　　。 
(2)固体产物成分的探究。充分反应后,装置A中硬质玻璃管中残留黑色固体。查阅资料可知,黑色固体可能为Fe或FeO。小组成员设计实验证明了其成分只有FeO,其操作及现象为　　　　　　　　　　　　。 
(3)依据(1)和(2)的结论,可知装置A中硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为　　　　 　　。 
Ⅱ.草酸亚铁晶体样品纯度的测定
工业制得的草酸亚铁晶体中常含有FeSO4杂质,测定其纯度的步骤如下:
步骤1　称取m g草酸亚铁晶体样品溶于稀H2SO4中,配成250 mL溶液;
步骤2　取上述溶液25.00 mL于锥形瓶中,用c mol· L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点,消耗KMnO4标准溶液V1 mL;
步骤3　向反应后的溶液中加入过量锌粉,充分反应后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加入适量稀H2SO4酸化,用c mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定至终点,消耗KMnO4标准溶液V2 mL。
(4)步骤3中加入过量锌粉的目的为　　　　　　　　　。 
(5)草酸亚铁晶体样品的纯度为　　　　　　　　　　　(列出表达式即可);若步骤1配制溶液时部分Fe2+被氧化,则测定结果将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 
8.（11分）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用焦炭在高温条件下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质),粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450~500 ℃),四氯化硅经提纯后用氢气还原得到高纯硅。实验室制备四氯化硅的装置如图所示。

相关信息如下:
a.四氯化硅遇水极易水解;
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物;
c.有关物质的相关信息如表所示:
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
58
13

315

熔点/℃
-69
-107
193
304

升华温度/℃


180
300
160
请回答下列问题:
(1)写出装置A中发生反应的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。 
(2)装置F的名称是　　　　;装置C中的试剂是　　　　;装置E中的h需要冷却的理由是　　　　　　　　　　　　。 
(3)装置E中h收集到的粗产物可通过精馏得到高纯度四氯化硅,精馏后的残留物中,除铁元素外还含有的元素是　　　　(填元素符号)。 
(4)为了分析残留物中铁元素的含量,先将残留物预处理,使铁元素转化成Fe2+,再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定,反应的离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。
①滴定前是否要滴加指示剂?　　　(填“是”或“否”)。 
②某同学称取5.000 g残留物,经预处理后配制成100 mL 溶液,移取25.00 mL该溶液于锥形瓶中,用1.0×10-2 mol·L-1 KMnO4标准溶液滴定,达到滴定终点时,消耗KMnO4标准溶液20.00 mL,则残留物中铁元素的质量分数是　　　　。 
9.（新情境）（10分）2019年1月7日于深圳,华为宣布推出鲲鹏920芯片,创造了计算性能新纪录!组成芯片的核心物质是高纯度硅。一种以石英砂(主要成分为SiO2,还含有铁、铝、锂等元素的氧化物或复盐)为原料同时制备纯硅和金属锂的流程如图所示:

已知:LiCl的熔点是605 ℃、沸点是1 382 ℃;NH4Cl在100 ℃开始分解,337.8 ℃分解完全。
回答下列问题:
(1)粗硅中常含有副产物SiC,请写出反应①中生成SiC的化学方程式:　　　　　。 
(2)整个制硅过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水能发生剧烈反应,写出该反应的化学方程式:　　　　。 
(3)假设每一轮次制备1 mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应②中HCl的利用率为90%,反应③中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中,补充HCl和H2的物质的量之比是　　　　。 
(4)试剂X是　　　,操作a为　　　,操作b为　　　。 











【答案与解析】
【拓展训练】
1.C　二氧化硅与碳的反应、粗硅与氯气的反应、SiCl4与氢气的反应均是氧化还原反应,A错误;光导纤维的主要成分是二氧化硅,不是硅酸盐,B错误;碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,二氧化硅和盐酸不反应,可以用盐酸除去石英砂中混有的少量碳酸钙,C正确;普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂制成的,属于混合物,没有固定的熔点,D错误。
2.(1)2NA　(2)①浓硫酸　水浴加热　②有固体物质生成　SiHCl3+H2 Si(纯)+3HCl　③排尽装置中的空气
【解析】　(1)第①步反应为2C+SiO2Si+2CO↑,故1 mol C完全反应转移2 mol电子。(2)装置A为制取氢气的装置,装置B为干燥氢气的装置。SiHCl3沸点为34 ℃,水浴加热装置C可以使其汽化,保证它和氢气充分接触并进入装置D中,在1 100~1 200 ℃下反应得到纯硅。SiHCl3在空气中易自燃,故制备纯硅之前需要排尽装置中的空气。
3.A　稻壳灰来源广泛、价格低廉,活性炭具有吸附性,有较高的经济价值,A正确;操作A为过滤,操作B为蒸发浓缩,B错误;二氧化硅中,硅元素的化合价是+4,硅酸钠中,硅元素的化合价是+4,该流程中硅元素的化合价没有发生改变,C错误;反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O不属于复分解反应,D错误。
4.C　A项,往草酸中加入含酚酞的Ca(OH)2溶液,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　　(除去CO中　 (检验CO2是
草酸蒸气) 的CO2) 否除尽)
　G　　　　H　　　 　D　　　　　I
(除去水分)　 (CO还原CuO)　(检验CO的　　(收集尾气)
氧化产物)
(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

【基础巩固】
1.C　二氧化硅与盐酸不反应,故A项错误;FeS2煅烧生成二氧化硫,二氧化硫与水反应生成亚硫酸,不能生成硫酸,故B项错误;向饱和NaCl溶液中通入氨气和二氧化碳可生成碳酸氢钠固体,碳酸氢钠不稳定,受热分解可生成碳酸钠,故C项正确;MgCO3与盐酸反应可得到MgCl2溶液,电解氯化镁溶液得到氯气、氢气和氢氧化镁沉淀,得不到Mg,故D项错误。
2.D　SiO2为酸性氧化物,但能与氢氟酸反应,A项错误。SO2使品红溶液褪色,是因为SO2与品红结合形成了无色物质,体现漂白性;使溴水褪色,是因为发生反应SO2+Br2+2H2O2HBr+H2SO4,体现还原性,B项错误。将AlCl3溶液蒸干时,HCl挥发,平衡AlCl3+3H2OAl(OH)3+3HCl向正反应方向移动并进行完全,灼烧时Al(OH)3分解为Al2O3,但将Al2(SO4)3溶液蒸干时,由于H2SO4难挥发,故最终得到的仍为Al2(SO4)3,C项错误。化学反应是吸热反应还是放热反应,取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小,D项正确。
3.B　“从沙滩到用户”,即由SiO2制取Si,反应原理是沙子的主要成分二氧化硅与焦炭在高温下反应生成硅和一氧化碳,得到粗硅;粗硅与氯气在加热条件下反应生成四氯化硅;氢气与四氯化硅在高温下反应生成硅和氯化氢,得到纯硅。制取过程中未涉及B选项中的化学反应,故B符合题意。
4.D　CO2、SO2均能与碳酸钠反应,不能达到除杂目的,应选饱和碳酸氢钠溶液洗气,故A错误;二者均与硝酸反应,不能达到除杂目的,应选盐酸,然后过滤,故B错误;应先加KSCN溶液,因氯水可氧化亚铁离子,故C错误;将CO2通入硅酸钠溶液中,发生强酸制弱酸的反应,有白色不溶物硅酸生成,可证明H2CO3酸性比硅酸强,故D正确。
5.(1)Na+（∶O····∶H）-(1分)　(2)HCO3-+OH-CO32-+H2O(2分)　(3)①Na2CO3+H2SO4Na2SO4+CO2↑+H2O(或2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2CO2↑+2H2O)(2分)　2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2(2分)　②H2O2(1分)　Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ(2分)　(4)2Na2CO3+Cl2+H2ONaClO+NaCl+2NaHCO3(2分)
【解析】　X、Y、Z的焰色反应均为黄色,说明三者均为含钠元素的化合物。X含有四种元素,在加热条件下能生成Z,这四种化合物均由短周期主族元素组成,且W为无色无味的气体,可推知X是NaHCO3,则Z是Na2CO3,W是CO2,Y是NaOH。(1)结合以上分析可知,Y为NaOH,NaOH属于离子化合物,电子式是Na+（∶O····∶H）-。(2)碳酸氢钠与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,离子方程式是HCO3-+OH-CO32-+H2O。 (3)①X所含的四种元素为Na、H、C、O,利用元素之间组成的化合物,制备并收集纯净干燥的无色气体R。装置Ⅲ中产生白色沉淀,结合题给条件及题图2可知装置Ⅰ中反应生成二氧化碳,装置Ⅱ中反应生成气体R,R应为二氧化碳与过氧化钠反应生成的氧气。装置Ⅲ除去氧气中混有的二氧化碳,装置Ⅳ干燥氧气,装置Ⅴ中收集的气体是氧气。因此装置Ⅰ中的固体反应物是碳酸钠或碳酸氢钠,发生的反应是Na2CO3+H2SO4Na2SO4+CO2↑+H2O或2NaHCO3+H2SO4Na2SO4+2CO2↑+2H2O;装置Ⅱ中的物质是Na2O2,反应的化学方程式为2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2。②过氧化氢在二氧化锰作催化剂的情况下,可以分解产生氧气,反应需要装置Ⅰ(气体发生装置)、Ⅳ(干燥装置)、Ⅴ(收集装置)。 (4)Z溶液是碳酸钠溶液,其和氯气反应生成的具有漂白、消毒作用的物质是 NaClO,除此以外,生成物还有碳酸氢钠和氯化钠,因此该反应的化学方程式为2Na2CO3+Cl2+H2ONaClO+NaCl+2NaHCO3。
6.B　目前提岀的“低碳经济”,要求减少CO2的排放,目的是减缓温室效应,故A项错误;推广使用燃料电池汽车,可以减少化石燃料的燃烧,进而可以减少CO及固体颗粒物等的排放,故B项正确;高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,二氧化硅与强碱可反应,光导纤维遇强碱会“断路”,故C项错误;水泥、玻璃、青花瓷属于传统的硅酸盐工业产品,水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅,不属于硅酸盐材料,故D项错误。
7.B　电能不属于一次能源,属于二次能源,故A错误;铝锂合金属于金属材料,故B正确;二氧化硅具有良好的光学特性,是制造光缆的主要原料,故C错误;高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料,其主要成分不是硅酸盐,故D错误。
8.A　用地沟油制取的生物柴油属于酯类物质,从石油炼得的柴油属于烃类物质,A项错误;四氟乙烯发生加成聚合反应生成的聚四氟乙烯属于高分子化合物,B项正确;丝绸的主要成分是蛋白质,蛋白质属于天然高分子化合物,C项正确;碳化硅属于新型的无机非金属材料,D项正确。

【能力提升】
1.C　粗盐溶液中含有硫酸根离子等,滴加AgNO3溶液,会生成微溶于水的硫酸银沉淀,干扰粗盐溶液中Cl-的检验,故A项错误;将Pt丝蘸取盐酸灼烧至无色后,蘸取待测物灼烧,观察现象,火焰呈黄色,只能证明待测物中含有钠元素,不能证明待测物含有碳酸根离子,故B项错误;炭粉在空气中燃烧生成二氧化碳气体,反复灼烧至质量不再变化,可以除去MnO2中的炭粉,故C项正确;将气体通过CuO(灼热)时,CO会被氧化为二氧化碳,不能检验原混合气体中是否存在二氧化碳,故D项错误。
2.B　向溶液X中加入过量的稀盐酸,有气体生成,则气体甲可能是CO2或SO2或CO2和SO2的混合物,则溶液X中不存在Mg2+和Al3+。有沉淀甲生成,说明溶液X中含有SiO32-,生成硅酸沉淀。加入过量的氨水,生成白色沉淀乙,则说明溶液X中存在AlO2-,沉淀乙为氢氧化铝。根据电荷守恒,溶液X中一定存在K+。气体甲可能为CO2或SO2或CO2和SO2的混合物,A项正确;沉淀甲只有硅酸,B项错误;AlO2-在过量的稀盐酸作用下生成Al3+,Al3++3NH3·H2OAl(OH)3↓+3NH4+,C项正确;综合以上分析可知,D项正确。
3.D　沉淀池中的反应物是氯化钠、氨气、二氧化碳和水,所以含有Na、Cl、N、H、C、O六种元素,故A项错误;过滤得到的“母液”中含有的溶质有碳酸氢钠、氯化铵,还可能含有过量的氯化钠,故B项错误;碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水、二氧化碳,所以X是二氧化碳,故C项错误;氨气的水溶液显碱性,能更好地吸收二氧化碳,更多地析出沉淀,故D项正确。
4.D　根据题干信息可知,在草酸受热产生的气体中会含有分解所产生的CO2和CO,也会含有其升华所产生的草酸蒸气。产生的气体用足量的NaOH溶液吸收后,除去了CO2及草酸蒸气,但引入了水蒸气,A项错误;由于受热产生的气体中含有草酸蒸气,且草酸具有强还原性,所以氧化铜被还原也有可能是草酸作用的结果,不能由此确定一定存在CO,B项错误;由于受热产生的气体中含有草酸蒸气,又草酸钙同样难溶于水,所以形成的沉淀有可能是草酸钙沉淀,C项错误;草酸具有还原性,能与酸性KMnO4溶液反应而使其褪色,反应的离子方程式为5H2C2O4+2MnO4-+6H+2Mn2++10CO2↑+8H2O,D项正确。
5.B　生成的二氧化碳中含有氯化氢,氯化氢也能与硅酸钠反应产生硅酸沉淀,A项错误;氨气的密度比空气的小,二氧化碳的密度比空气的大,则气体长导管进短导管出收集二氧化碳,气体短导管进长导管出收集氨气,B项正确;Na2CO3溶液与CH3COOCH2CH3不互溶,应用分液法分离,C项错误;CH3CH2OH与CH3COOCH2CH3互溶,不能用分液法分离,应用蒸馏法分离,D项错误。
6.(1)MnO2+ H2C2O4+2H+Mn2++2CO2↑+2H2O(2分) 　A(2分)　(2)2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+ (2分)　反应中没有有毒气体生成,且同时生成了H2SO4,可以循环使用(2分)　(3)乙醇易挥发,用乙醇与水的混合液洗涤既可以有效除去残留在固体表面的可溶性杂质,也可以利用乙醇的易挥发性,在挥发时带走水分 (2分)　 (4)Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+(3分)
【解析】(1)H2C2O4将MnO2还原为Mn2+,反应的离子方程式为MnO2+ H2C2O4+2H+Mn2++2CO2↑+2H2O;试剂甲应该具有还原性,SO2具有还原性,所以SO2适合作为试剂甲,而硝酸钠在酸性条件下表现强氧化性,不能作为试剂甲,浓盐酸在加热条件下才能还原MnO2,也不能作为试剂甲。(2)已知K2S2O8和MnSO4的反应中消耗K2S2O8的物质的量与生成MnO2的物质的量之比为1∶1,NaClO3和MnSO4的反应中消耗NaClO3的物质的量与生成MnO2的物质的量之比为2∶5,相应的反应分别为S2O82-+Mn2++2H2O2SO42-+MnO2↓+4H+和2ClO3-+5Mn2++4H2O5MnO2↓+Cl2↑+8H+。从上述反应可知,当试剂乙为NaClO3时,生成物中有有毒的氯气生成,若用K2S2O8代替NaClO3,反应中没有有毒气体生成,且同时生成了H2SO4,可以循环使用。(3)由于乙醇易挥发,用乙醇与水的混合液洗涤既可以有效除去残留在固体表面的可溶性杂质,也可以利用乙醇的易挥发性,在挥发时带走水分。(4)电解时,Mn2+在阳极转化为MnO2,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+。
7.Ⅰ.(1)①球形干燥管(1分)　②agfbchi(或ih)de(或ed)bc(2分)　③排尽装置中的空气(1分)　④装置C硬质玻璃管中固体由黑色变为红色,两个装置B中澄清石灰水均变浑浊,装置D中白色固体变为蓝色(3分)　(2)取少许黑色固体于试管中,向其中滴加足量稀硫酸,无气体生成(2分)　(3)FeC2O4·2H2OFeO+CO↑+CO2↑+2H2O(2分)　Ⅱ.(4)将Fe3+还原为Fe2+(1分)　(5)52×c×(V1-V2)×10-3×25025.00×180m×100%(2分)　偏小(1分)
【解析】　Ⅰ.(1)①装置D是球形干燥管。②根据装置中的试剂可知装置B用于检验CO2,装置C用于检验CO,装置D用于检验水蒸气,装置E用于除去水蒸气和二氧化碳。草酸亚铁晶体在装置A中受热分解的气体产物可能有CO2、CO、H2O,为避免干扰,检验顺序应为H2O、CO2、CO,故按照气流方向,装置的连接顺序为agfbchi(或ih)de(或ed)bc,最后连接尾气处理装置。③实验前先通入一段时间N2,目的是排尽装置中的空气,防止干扰实验。④CO可将黑色的CuO还原为红色的Cu,自身被氧化为CO2,故实验现象应为装置C硬质玻璃管中固体由黑色变为红色,两个装置B中澄清石灰水均变浑浊,装置D中白色固体变为蓝色。(2)充分反应后,装置A中硬质玻璃管中残留黑色固体,黑色固体可能为Fe或FeO。要证明其成分只有FeO,可以将黑色固体溶于酸,看有无气体放出。(3)依据(1)和(2)的结论,可知装置A中硬质玻璃管中发生的反应是草酸亚铁晶体分解生成氧化亚铁、一氧化碳、二氧化碳和水,反应的化学方程式为FeC2O4·2H2OFeO+CO↑+CO2↑+2H2O。Ⅱ.(4)步骤3中加入过量锌粉的目的为将Fe3+还原为Fe2+。(5)分析滴定过程可知,第一次用KMnO4标准溶液滴定时,Fe2+和草酸根离子都被氧化,Fe2+被氧化为Fe3+,草酸根离子被氧化为CO2;向滴定后的溶液中加入过量锌粉,锌将Fe3+还原为Fe2+,充分反应后,过滤、洗涤,将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中,加入适量稀H2SO4酸化,再用KMnO4标准溶液滴定,此时只有Fe2+被氧化。滴定草酸根离子所消耗的KMnO4标准溶液的体积为(V1-V2) mL,反应的离子方程式为2MnO4-+5C2O42-+16H+10CO2↑+8H2O+2Mn2+,C2O42-的物质的量为5c(V1-V2)2×10-3 mol,故草酸亚铁晶体样品的纯度=52×c×(V1-V2)×10-3×25025.00×180m×100%。若步骤1配制溶液时部分Fe2+被氧化,会导致第一步滴定中消耗高锰酸钾标准溶液的体积减小,即V1偏小,则最终测定结果将偏小。
8.(1)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O(2分)　(2)球形干燥管(1分)　浓H2SO4(1分)　SiCl4沸点较低,用冰水共存物冷却可得到液态SiCl4(2分)　(3)Al、Cl、P(2分)　(4)①否(1分)　②4.48%(2分)
【解析】　(1)装置A中发生的反应为二氧化锰和浓盐酸在加热条件下反应制取氯气,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(2)装置F为球形干燥管;装置B用饱和食盐水除去氯气中的HCl杂质,装置C用浓H2SO4除去水,以制得干燥纯净的Cl2;h用冰水共存物冷却,主要目的是将气态SiCl4转化为液态,便于后续提纯。(3)精馏粗产物得到SiCl4,温度应控制在58 ℃,此时BCl3已汽化,残留物中含有AlCl3、FeCl3、PCl5,所以残留物中还含有的元素有Al、P、Cl。(4)①滴定时MnO4-自身有颜色,可作为指示剂,所以滴定前不需要滴加指示剂。②根据反应的离子方程式5Fe2++MnO4-+8H+5Fe3++Mn2++4H2O可知,5Fe2+~MnO4-,n(Fe2+)=1.0×10-2 mol·L-1×0.020 L×5=1.0×10-3 mol,则5.000 g残留物中n(Fe2+)=4.0×10-3 mol,w(Fe)=4.0×10-3mol×56 g·mol-15.000 g×100%=4.48%。
9.(1)SiO2+3CSiC+2CO↑(2分)　(2)SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl(2分)　(3)5∶1(2分)　(4)氨水(2分)　过滤(1分)　加热(1分)
【解析】　(1)由题图可知副反应的反应物为二氧化硅、焦炭,生成物为碳化硅、一氧化碳,化学方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑。(2)SiHCl3遇水剧烈反应,化学方程式为SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+H2↑+3HCl。(3)由题意可知,反应②为Si+ 3HCl SiHCl3+ H2,反应③为SiHCl3+H2Si+3HCl。根据上述化学方程式,可知制备1 mol纯硅,能产生3 mol HCl,但反应②中HCl的利用率是90%,因此第二轮次生产中需要增加(30.9-3) mol HCl。制备1 mol纯硅能产生1 mol H2,但反应③中H2的利用率为93.75%,因此第二轮次生产中需增加(10.937 5-1) mol H2,因此,第二轮次生产中补充HCl 和H2的物质的量之比为(30.9-3)∶(10.937 5-1)=5∶1。(4)分析流程图可知,加入试剂X后过滤得到含氯化铵、氯化锂的溶液和氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,可以推断试剂X是氨水,操作a是过滤;根据“LiCl的熔点是605 ℃、沸点是1 382 ℃;NH4Cl在100 ℃开始分解,337.8 ℃分解完全”可知分离LiCl和NH4Cl的固体混合物应用加热法,操作b是加热。