(通用版)高考化学一轮复习一遍过专题12无机非金属材料的主角_硅(含解析)

这是一份(通用版)高考化学一轮复习一遍过专题12无机非金属材料的主角_硅(含解析)，共17页。试卷主要包含了下列说法正确的是，纯二氧化硅可用下列流程制得等内容，欢迎下载使用。

专题12 无机非金属材料的主角-硅
1．下列说法正确的是( )
A．因为晶体硅有熔点高硬度大的性质，所以被用来做芯片
B．工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的硅
C．合金熔点、硬度都低于成分金属，钢是用量最大用途最广的合金
D．工业生产玻璃、水泥都需要用到的原材料是石英砂
【答案】B
【解析】A. 晶体硅是重要的半导体材料，所以被用来做芯片，不是因为其有熔点高硬度大的性质，故A错误；B. 焦炭有还原性，工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的硅，故B正确；C. 合金熔点一般低于成分金属，但硬度大于成分金属，故C错误；D. 玻璃的原料为石英、纯碱和石灰石，水泥的原料是黏土和石灰石，所以都用到石灰石，故D错误。
2．世界第一条大面积碲化镉薄膜“发电玻璃”生产线最近在成都投产，该材料是在玻璃表面镀一层碲化镉薄膜，光电转化率高。下列说法错误的是
A．普通玻璃含有二氧化硅 B．该发电玻璃能将光能完全转化为电能
C．碲化镉是一种无机化合物 D．应用该光电转化技术可减少温室气体排放
【答案】B
【解析】A. 普通玻璃的主要成分是二氧化硅，故A正确；B. 该发电玻璃光电转化率高，但不能将光能完全转化为电能，故B错误；C. 碲化镉属于无机化合物，故C正确； D. 应用该光电转化技术，提高了光电转化率，能够减少温室气体排放，故D正确。
3．有科学家提出，硅是“21世纪的能源”，下面有关硅的叙述中，正确的是（ ）
A．硅单质化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位
C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在
D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料
【答案】D
【解析】A. 硅单质化学性质不活泼，但在常温下与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和氢气，故A错误；B. 硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第二位，在地壳中的含量在所有的元素中居第一位的是氧元素，故B错误；C. 硅是亲氧元素，在自然界中以化合态的形式存在，故C错误；
D. 硅的导电性介于导体与绝缘体之间，是良好的半导体材料，故D正确。
4．工业上利用无机矿物资源生产部分材料的流程示意图如下。下列说法正确的是

（注：铝土矿中含有A12O3、SiO2、Fe2O3）
A．在铝土矿制备较高纯度A1的过程中只用到NaOH溶液、CO2气体
B．石灰石、纯碱、石英、玻璃都属于盐，都能与盐酸反应
C．在制粗硅时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2
D．黄铜矿(CuFeS2)与O2反应产生的Cu2S、SO2均只是还原产物
【答案】C
【解析】A.由铝土矿制备较高纯度A1，可用氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠溶液，过滤后通入CO2气体生成氢氧化铝，氢氧化铝分解生成氧化铝，电解氧化铝可生成铝，电解时为降低熔点，可加入冰晶石，A错误；B.石英主要成分为二氧化硅，不是盐，与盐酸不反应，且玻璃与盐酸不反应，B错误；C.粗硅的反应SiO2+2CSi+2CO↑，反应中SiO2为氧化剂，C为还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2，C正确；D.黄铜矿(CuFeS2)与O2反应产生的Cu2S、SO2、FeO，Cu、O元素化合价降低，则Cu2S、FeO均是还原产物，SO2既是还原产物又是还原产物，D错误。
5．纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是

A．X可用作木材防火剂
B．步骤Ⅱ中的稀硫酸可用CO2来代替
C．步骤II的反应是Na2SiO3+ H2SO4 = H2SiO3(胶体) + Na2SO4
D．步骤 Ⅲ若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行
【答案】D
【解析】A项、硅酸钠水溶液具有阻燃性，可用作木材防火剂，故A正确；B项、碳酸的酸性强于硅酸，能够与硅酸钠溶液反应生成硅酸，故B正确；C项、硅酸钠与稀硫酸反应生成硅酸沉淀，所以步骤II的反应是Na2SiO3+H2SO4＝H2SiO3（胶体）+Na2SO4，故C正确；D项、加热灼烧固体应在坩埚中进行，D错误。
6．月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5 cm厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石(CaMgSi2O6)、钾长石(KAlSi3O8)和橄榄石(MgFeSiO4)等，下列说法或分析不正确的是 ( )
A．辉石、钾长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
B．钾长石的氧化物形式可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2
C．橄榄石中铁为＋2价
D．月球上有游离态铁是因为月球上铁的活动性比地球上铁的活动性弱
【答案】D
【解析】A. 辉石[CaMgSi2O6]、斜长石[KAlSi3O8]和橄榄石[（Mg，Fe）2SiO4]的成分均属于硅酸盐类，均属于硅酸盐矿，故A项正确；B. 硅酸盐的氧化物表示方法：先写活泼金属氧化物，然后是不活泼的金属氧化物，再是非金属氧化物二氧化硅，最后是水,所以斜长石的氧化物形式可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2，故B项正确；C. 化合物中化合价代数和为0，镁元素化合价是+2价，硅元素化合价是+4价，氧元素化合价是−2价，所以铁元素化合价是+2价，故C项正确；D. 金属铁的活动性是金属本身的性质，这与金属是在月球上还是在地球上无关，只是月球上没有氧气，金属铁不会被氧气氧化，所以在月球上存在游离态铁，故D项错误。
7．港珠澳大桥水泥的使用量约198万吨。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
下列叙述正确的是

A．水泥、玻璃、陶瓷为传统的硅酸盐材料，三者的原料都主要为SiO2
B．沉淀A主要成分为SiO2，沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3
C．为了加快溶解速率，使用盐酸代替硫酸处理草酸钙
D．草酸钙易溶于水
【答案】B
【解析】A.水泥、玻璃、陶瓷均为硅酸盐工业产品，所以主要成分是硅酸盐，三者的原料不同，三者的原料并非都主要为SiO2，例如：陶瓷的主要原料有黏土等，水泥的主要原料有石灰石和黏土（铝硅酸盐），故A错误；B.水泥样品的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物，加入氯化铵、盐酸和硝酸，由于二氧化硅与酸不反应，则得到的沉淀A为SiO2，滤液中含有Ca2+、Fe3+、Al3+、Mg2+等离子，加入氨水调节pH到4~5之间，可生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，则沉淀B为Fe(OH)3、Al(OH)3，故B正确；C.使用盐酸代替硫酸处理草酸钙，在溶液中剩余的盐酸也能被高锰酸钾氧化，从而干扰草酸的测定，进而使测得的钙的含量产生误差，故C错误；D.草酸钙是难溶于水的白色固体，故D错误。
8．下列关于硅及其化合物的叙述错误的是
A．生产普通玻璃和水泥都用到石灰石
B．硅是光导纤维的基本原料
C．赏心悦目的雕花玻璃是用氢氟酸对玻璃进行刻蚀而制成的
D．硅酸凝胶经干燥脱水可得硅胶，硅胶可作瓶装药品的干燥剂
【答案】B
【解析】A. 生产普通玻璃的原料是纯碱、石灰石、石英，生产水泥的原料是石灰石、黏土，因此二者都用到石灰石，A正确；B. 二氧化硅是光导纤维的基本原料，B错误；C. 二氧化硅能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，赏心悦目的雕花玻璃是用氢氟酸对玻璃进行刻蚀而制成的，C正确；D. 硅酸凝胶经干燥脱水可得硅胶，硅胶多孔吸水性强，可作瓶装药品的干燥剂，D正确。
9．二氧化硅又称硅石，是制备硅及其含硅化合物的重要原料。部分转化过程如图所示，下列说法正确的是

A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物
B．因为在高温条件下二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以H2SiO3的酸性比H2CO3强
C．SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，体现了二氧化硅的氧化性
D．除Si的制取过程中涉及的反应外，图中所示其他反应都是非氧化还原反应
【答案】D
【解析】A. SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，但属于酸性氧化物，因为二氧化硅只能与一种酸反应，且生成的四氟化硅不是盐，A错误；B. 高温条件下，二氧化硅和碳酸钠反应生成硅酸钠和二氧化碳，常温下，二氧化硅和碳酸钠不反应，所以不能说明H2SiO3的酸性强于H2CO3，事实上碳酸的酸性强于硅酸，B错误；C. SiO2在高温条件下能与过量的碳反应生成SiC，反应中硅元素的化合价不变，不能体现二氧化硅的氧化性，C错误；D. 图中氧化还原反应有3个，即Si的制取过程中涉及的反应，其它反应都是非氧化还原反应，D正确。
10．下列关于工业生产的说法中，不正确的是
A．工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含少量杂质的粗硅
B．氯碱工业中所用的交换膜为阳离子交换膜不让氢氧根通过，防止与氯气反应造成氢氧化钠不纯。
C．生产普通玻璃的主要原料有石灰石、石英和纯碱
D．在高炉炼铁的反应中，焦炭为铁矿石的还原剂
【答案】D
【解析】A.工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅SiO2+2CSi+2CO↑，得到含少量杂质的粗硅，故A正确； B. 氯碱工业中，阳离子交换膜只能阳离子通过，阴离子和气体不能通过，用石墨作电极电解饱和氯化钠时，阳极上氯离子放电生成氯气，氯气不能通过阳离子交换膜而进入阴极，如果氯气进入阴极易和氢气混合产生爆炸，且易和氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠而导致制取的氢氧化钠不纯，故B正确；
C. 石灰石、石英和纯碱是制备玻璃的主要原料，故C正确；D. 高炉炼铁原理，一氧化碳还原氧化铁生成铁，还原剂为一氧化碳，所以D选项是错误的。
11．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：流化床反应的产物中，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l mol高纯硅，需要44. 8L Cl2（标准状况）
D．该工艺Si的产率高，符合绿色化学要求
【答案】B
【解析】A、二氧化碳与碳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；B、SiCl4进入还原炉之前在流化床反应器中除SiCl4外，还有SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl、FeCl3等，需要利用相互溶解的物质沸点不同，经过蒸馏提纯，选项B正确；C、根据转化关系Si→SiCl4→Si，每生产l mol高纯硅，需要22.4L Cl2（标准状况），选项C错误；D、该工艺中产生氯化氢气体且有氯气的参与，容易引起空气污染，不符合绿色化学要求，选项D错误。
12．用如图所示装置和相应试剂能达到实验目的的是（ ）
选项
实验目的
试剂a
试剂b
试剂c
装置
A
验证非金属性: S>C>Si
稀硫酸
Na2CO3
Na2SiO3 溶液

B
制备纯净的NO
浓硝酸
Cu
水
C
检验溶液X中含有CO32-
盐酸
溶液X
澄清石灰水
D
除去Na2SO3中的Na2SO4
氯水
混合物
NaOH溶液

【答案】A
【解析】硫酸能和碳酸钠反应制得二氧化碳，二氧化碳和硅酸钠溶液反应生成不溶性的硅酸，所以该实验证明酸性H2SO4＞H2CO3＞H2SiO3，则非金属性S＞C＞Si，A选项正确；Cu与浓硝酸反应生成NO2，不生成NO，NO遇空气中的氧气立即生成NO2，装置广口瓶上部有空气，也得不得纯净的NO气体，B选项错误；二氧化硫和二氧化碳都能够时澄清石灰水变浑浊，无法检验溶液X中是否含有CO32-，C选项错误；除杂试剂选用氯水，氯水Na2SO3氧化成Na2SO4，反应后引进了杂质氯离子，违反了除杂原则，无法达到实验目的，D选项错误。
13．水玻璃(Na2SiO3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。如图是用稻壳灰(SiO2：65%～70%、C：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＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O
【答案】A
【解析】A、稻壳灰来源广泛价格低廉，活性碳具有吸附性，有较高的经济价值，A正确；B、操作A为过滤，操作B为蒸发浓缩，是两种不同的操作，B错误；C、二氧化硅中，硅元素的化合价是＋4价，硅酸钠中，硅元素的化合价是＋4价，所以该流程中硅元素的化合价没有发生改变，C错误；D、复分解反应是指由两种化合物相互交换成分，生成另外两种新的化合物的反应，反应SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O不属于复分解反应，D错误。
14．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是(　　)
A．青石棉是一种硅酸盐产品
B．青石棉能完全溶解在NaOH溶液中
C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O
D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原
【答案】B
【解析】A、硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品，选项A正确；B、从青石棉的组成上看，铁的氧化物不能与NaOH溶液反应，所以青石棉不能完全溶解在NaOH溶液中，选项B错误；C、根据化合物中正负化合价代数和为零可知，Na2Fe5Si8O22(OH)2中有3个铁原子的化合价为＋2，有2个铁原子的化合价为＋3，故青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，选项C正确；D、1 mol青石棉跟足量硝酸反应时，只有―→失去3 mol电子，而还原产物只有NO，故1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原，选项D正确。
15．化学家Seidel指出Si与NaOH溶液的反应生成Na4SiO4，下列有关说法正确的是(　　)
A．Na4SiO4为弱电解质
B．石英玻璃、普通玻璃、陶瓷及水泥均属于硅酸盐产品
C．2HCl＋Na2SiO3===H2SiO3↓＋2NaCl说明Cl的非金属性强于Si
D．半导体工业所说的“从沙滩到用户”是指将二氧化硅制成晶体硅
【答案】D
【解析】A．Na4SiO4在水溶液里完全电离，所以Na4SiO4为强电解质，选项A错误；B．石英玻璃的主要成分是二氧化硅，所以石英玻璃不属于硅酸盐，普通玻璃、陶瓷、水泥的主要成分都是硅酸盐，这三种物质属于传统硅酸盐产品，选项B错误；C．该反应说明HCl的酸性大于H2SiO3，但HCl不是Cl元素的最高价氧化物的水化物，所以该反应不能说明Cl的非金属性大于Si，选项C错误；D．沙子的主要成分是二氧化硅，硅芯片的主要成分是硅，二氧化硅被焦炭还原生成粗硅，粗硅再提纯得到纯硅，所以半导体工业所说的“从沙滩到家庭”是指：将二氧化硅制成晶体硅，选项D正确。
16．中国的瓷器驰名世界，传统陶瓷是以黏土[主要成分为Al2Si2O5(OH)4]等天然硅酸盐为主要原料烧成的制品。下列有关说法不正确的是
A．黏土也是制备玻璃的原料之一
B．黏土的主要成分可以表示为Al2O3·2SiO2·2H2O
C．陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料
D．传统陶瓷材料的成分与新型陶瓷材料的成分不同
【答案】A
【解析】制备玻璃的主要原料是石英、石灰石与纯碱，不包括黏土，A项错误。
17．下列各项操作中，会出现“先沉淀后溶解”现象的是
A．向CaCl2溶液中通入CO2 直至过量
B．向饱和的Na2CO3溶液中通入CO2直至过量
C．向Na2SiO3溶液中逐滴加入盐酸直至过量
D．向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸直至过量
【答案】D
【解析】A. 因为HCl酸性比碳酸强，向CaCl2溶液中通入CO2 不会出现沉淀，故A错；B.Na2CO3+ CO2+H2O= 2NaHCO3,, NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，向饱和的Na2CO3溶液中通入CO2直至过量会出现沉淀，但不会溶解；C. 向Na2SiO3溶液中逐滴加入盐酸，会产生H2SiO3 沉淀，不能溶于盐酸。故C错；D. 向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸直至过量发生的反应为：AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓; Al(OH)3↓+3H+=Al3++ 3H2O,故D正确。
18．下列有关普通玻璃的说法不正确的是(　　)
A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英
B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点
C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅
D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起
【答案】B
【解析】A. 工业上生产玻璃的原料有纯碱、石灰石和石英，选项A正确；B. 玻璃的成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，属于混合物，在加热熔化时没有固定的熔点，选项B错误；C. 普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，选项C正确；D. 盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起，选项D正确。
19．氮化硅（Si3N4）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。

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________________。
（3）SiCl4在潮湿的空气中剧烈反应，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl4水解的化学方程式为_______________________________________。
（4）SiCl4和氨气在1400℃下可以制取氮化硅，反应化学方程式为___________________________。
（5）反应①的化学方程式为2C+ SiO2Si+2CO↑，此反应中若碳充足，可能生成SiC和CO，写出该副反应的化学方程式_________________，其中氧化剂和还原剂的物质的量之比为__________。
【答案】 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O ①② SiCl4＋3H2O===4HCl↑＋H2SiO3↓或SiCl4＋4H2O===4HCl↑＋H4SiO4↓ 3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl 3C+SiO2SiC+2CO↑ 1:2
【解析】试题分析：本题以石英砂合成氮化硅的路线为载体，考查SiO2的性质、化学方程式的书写、氧化还原反应的分析。
（1）石英砂的主要成分为SiO2，SiO2属于酸性氧化物，SiO2与碱性物质反应，SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3和H2O，反应的化学方程式为SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。
（2）①的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑，该反应中Si元素的化合价由+4价降至0价，C元素的化合价由0价升至+2价，为氧化还原反应；②的化学方程式为Si+2Cl2SiCl4，Si元素的化合价由0价升至+4价，Cl元素的化合价由0价降至-1价，为氧化还原反应；③为物理变化；④的化学方程式为SiCl4+4NH3=Si（NH2）4+4HCl，-NH2中各元素的化合价与NH3相同，反应前后元素的化合价不变，该反应不是氧化还原反应；⑤的化学方程式为3Si（NH2）4Si3N4+8NH3，反应前后元素的化合价不变，该反应不是氧化还原反应；①~⑤的变化中，属于氧化还原反应的是①②。
（3）SiCl4在潮湿的空气中剧烈反应产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂，说明SiCl4水解生成HCl气体和硅酸，SiCl4水解的化学方程式为SiCl4+3H2O=H2SiO3↓+4HCl↑或SiCl4+4H2O=H4SiO4↓+4HCl↑。
（4）SiCl4和氨气在1400℃下反应生成Si3N4，根据原子守恒，该反应还生成HCl，反应的化学方程式为3SiCl4+4NH3Si3N4+12HCl。
（5）充足的碳与SiO2高温下反应生成SiC和CO的化学方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑。在该反应中，C元素的化合价部分由0价升至CO中的+2价，部分由0价降至SiC中的-4价，C既是氧化剂又是还原剂，3molC参与反应，2mol被氧化作还原剂，1mol被还原作氧化剂，氧化剂和还原剂物质的量之比为1:2。
20．2018年8月31日，华为公司发布AI芯片麒麟980，这标志着我国高科技企业的芯片制造技术迈入国际领先水平。组成芯片的核心物质是高纯度硅。下图是以石英砂为原料同时制备硅和金属锂。

已知：LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃；NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=2.64×10－39，Ksp[Al(OH)3]=1×10－33。
（1）粗硅中常含有副产物SiC，请写出①中生成SiC的反应方程式_______。写出②中的反应方程式_______。
（2）请写出操作名称：a_____；b_______。
（3）请写出试剂X是______。
（4）本生产工艺要求，要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，应控制溶液的pH为_____，此时溶液中Fe3+的浓度为_______。
【答案】SiO2+3CSiC+2CO↑ SiCl4+2H2Si+4HCl 过滤 加热 氨水 pH=5 c（Fe3+）=2.64×10-12mol/L
【解析】（1）由图可确定反应物为二氧化硅、碳，生成物为碳化硅、一氧化碳，配平后反应方程式为：SiO2+3CSiC+2CO↑；反应②四氯化硅和氢气在高温条件下生成硅，则另一种产物为氯化氢，配平后反应方程式为：SiCl4+2H2Si+4HCl；
（2）氢氧化铁、氢氧化铝为沉淀，操作a的名称是过滤；根据“LiCl的熔点是605℃、沸点是1350℃，NH4Cl在100℃开始挥发，337.8℃分解完全”，分离LiCl和NH4Cl的固体混合物应用加热法，操作b的名称是加热；
（3）根据流程图，加入X后过滤得到氯化铵和氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，可以推断试剂X是氨水；
（4）要控制LiCl和NH4Cl溶液中的杂质离子浓度在1.0×10－6mol·L－1以下，Al（OH）3、Fe（OH）3类型相同，由于Ksp[Al（OH）3]> Ksp[Fe（OH）3]，当Al3+在1×10-6mol/L以下时，Fe3+一定在1×10-6mol/L以下，所以控制溶液中c（OH-）=mol/L=1×10-9mol/L，c（H+）=1×10-5mol/L，控制溶液的pH=5；此时溶液中Fe3+的浓度为2.64×10-39÷（1×10-9）3=2.64×10-12（mol/L），即c（Fe3+）=2.64×10-12mol/L。
21．钾长石(K2Al2Si6O16)通常也称正长石，主要用于生产玻璃、陶瓷制品，还可用于制取钾肥。某学习小组以钾长石为主要原料，从中提取氧化铝、碳酸钾等物质，工艺流程如下：

回答以下问题：
(1) 请以氧化物组成的形式表示钾长石的化学式为_____________
(2) 钾长石中的钾元素和铝元素在Na2CO3作用下转化为可溶性的KAlO2 和NaAlO2，写出Al2O3 转化为NaAlO2 的化学方程式_____________________。
(3) 已知“浸取”时应保持溶液呈碱性，分析其原因为____________(用离子方程式解释)，若要提高浸取的速率，可采取的措施有_______________(回答一条)。
(4) 滤液1的主要成分是_________(填写化学式)
(5) 此工艺中可以循环利用的主要物质是________、___________和水。
(6) 以石墨为电极，通过电解Al2O3 可制得金属铝。电解池中接电源负极的一极的电极反应式是_______。长时间电解后，需要更换新的石墨电极的是___极(填“阴”或“阳”)。
【答案】 K2O·Al2O3·6SiO2 Na2CO3+Al2O32NaAlO2+CO2↑ AlO2-+ 2H2OAl(OH)3+OH- 不断搅拌(或适当加热、将固体粉粹成更小的颗粒) NaHCO3；KHCO3 Na2CO3 CO2 Al3++ 3e-=Al 阳
【解析】试题分析：本题以钾长石为原料提取Al2O3、K2CO3的流程为载体，考查流程的分析、硅酸盐的表示、化学方程式的书写、盐类的水解、反应条件的控制、铝的冶炼。
（1）钾长石的化学式为K2Al2Si6O16，根据原子守恒，以氧化物组成的形式表示钾长石的化学式为K2O·Al2O3·6SiO2。
（2）Al2O3与Na2CO3在高温下反应生成NaAlO2和CO2，反应的化学方程式为Al2O3+Na2CO32NaAlO2+CO2↑。
（3）根据流程，浸出液中含KAlO2、NaAlO2，KAlO2、NaAlO2都属于强碱弱酸盐，溶液中存在水解平衡：AlO2-+2H2OAl（OH）3+OH-；“浸取”时保持溶液呈碱性，可抑制AlO2-的水解。若用提高浸取的速率，可采取的措施有：不断搅拌、适当加热、将固体粉碎成更小的颗粒。
（4）向浸出液中通入过量CO2，发生的反应有：CO2+KAlO2+2H2O=Al（OH）3↓+KHCO3、CO2+NaAlO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3，过滤滤出Al（OH）3，滤液1的主要成分为KHCO3、NaHCO3。
（5）根据流程，煅烧时产生CO2，浸出液中需要通入CO2；结晶后得到碳酸钠晶体，煅烧中需要Na2CO3；此工艺中可以循环利用的主要物质是Na2CO3、CO2和水。
（6）电解池中接电源负极的一极为阴极，阴极电极反应式为Al3++3e-=Al。以石墨为电极，电解熔融的Al2O3，阳极的电极反应式为2O2--4e-=O2↑，阳极生成的O2与石墨反应消耗石墨，长时间电解后，需要更换新的石墨电极的是阳极。
22．石英砂岩，是硅石中的一种，其主要化学成分可简单表示为MgAl4Si10O26(OH)2 (假设杂质均能溶于硫酸)，工业上拟用该物质为原料制备高纯度硅，其艺流程如图所示：

（1）请将石英砂岩的组成用氧化物的形式表示：________________,酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有______________________________________。 (答出两点)
（2）实验室用18.4mol· L-1的浓硫酸配制250mL4.8mol· L -1的硫酸，需量取浓硫酸_______mL (结果保留一位小数)；配制时所用玻璃仪器除量筒、烧杯和玻璃棒外，还需__________________________。
（3）制备高纯硅的过程中需要用到Cl2，请写出实验室制备Cl2 的离子反应方程式：______________。
（4）请写出b 和H2反应的化学方程式，并用单线桥法表示该反应过程中电子的转移：_______________。
（5）通过实验测得滤液a中c(Al3+)=1.0mol· L-1，c(Mg2+)=0.28mol· L-1，某同学打算通过调节溶液的pH值使Al3+和Mg2+完全分离(当离子浓度降到1.0×10-6mol· L-1时即视为完全分离)，则试剂X 用_______(填“0.1mol· L-1NaOH 或“0.1mol· L-1氨水”)较好；沉淀时应控制溶液的pH值的取值范围为_______(已知： KspAl(OH)3=8.0×10-33，Ksp[Mg(OH)2]=2.8×10-11，lg2=0.3，lg5=0.7)。
【答案】 .MgO·2Al2O3·10SiO2·H2O 加热或适当增大H+的浓度或将矿石粉碎 65.2   250mL 容量瓶、胶头滴管 MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O Si+4HCl 0.1mol·L-1氨水 [5.3，9.0)
【解析】(1)MgAl4Si10O26(OH)2 用氧化物的形式表示为MgO·2Al2O3·10SiO2·H2O，酸浸时，为了提高浸取率，可以改变适当的条件，采取的措施通常有加热或适当增大H+的浓度或将矿石粉碎，故答案为：MgO·2Al2O3·10SiO2·H2O；加热或适当增大H+的浓度或将矿石粉碎；
(2)根据稀释后硫酸的物质的量不变，需量取浓硫酸的体积==0.0652L=65.2 mL，配制时所用玻璃仪器除量筒、烧杯和玻璃棒外，还需250mL 容量瓶、胶头滴管，故答案为：65.2；250mL 容量瓶、胶头滴管；
(3)实验室通常用浓盐酸与二氧化锰加热制备Cl2，反应 的离子反应方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O，故答案为：MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O；
(4)根据流程图，粗硅与氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅和H2反应生成硅和氯化氢，反应的化学方程式为SiCl4 + 2H24HCl + Si，反应过程中电子的转移用单线桥法表示为Si+4HCl，故答案为： Si+4HCl；
(5)由于氢氧化铝是两性氢氧化物，能够溶于过量的氢氧化钠溶液，因此选用0.1mol· L-1氨水较为合理；当开始沉淀Mg2+时，c(OH-)====1.0×10-5mol· L-1，pH=9.0，当完全沉淀Mg2+时，c(OH-)====×10-3mol· L-1，pH在11~12之间，当开始沉淀Al3+时，c(OH-)===2.0×10-11mol· L-1，pH=3.3，当完全沉淀Al3+时，c(OH-)===2.0×10-9mol· L-1，pH=5.3，因此调节溶液的pH值使Al3+和Mg2+完全分离，需要控制溶液的pH值在[5.3，9.0) ，故答案为：0.1mol·L-1氨水；[5.3，9.0)。
23．某实验小组模拟工业上用SiHCl3与H2在1357 K的条件下制备高纯硅，实验装置如下图所示 (加热及夹持装置略去)：(SiHCl3相对分子质量为:135．5)

已知SiHCl3的性质如下：沸点为33．0℃；密度为1．34 g·mL－1；易溶于有机溶剂；能与H2O剧烈反应；在空气中易被氧化。请回答：
(1)装置C中的烧瓶用水浴加热的优点为_____________________。
(2)装置D中发生反应的化学方程式为_____________________。
(3)装置E的作用为___________________。
(4)相关实验步骤如下，其合理顺序为_______________ (填序号)。
①加热装置C，打开K2，滴加6．5 mL SiHCl3；
②打开K1，装置A中反应一段时间；
③关闭K1； ④关闭K2； ⑤加热装置D至1357 K。
(5)计算SiHCl3的利用率：对装置E中液体进行分液操作，取上层液体20．00 mL转移至锥形瓶中，滴加几滴酚酞溶液。用0．1 mol·L－1盐酸滴定，达到滴定终点时，消耗盐酸20．00 mL。达到滴定终点的现象是____________。SiHCl3的利用率为__________％(保留两位小数)。
(6)设计实验，检验SiHCl3与水反应后，所得溶液中存在盐酸___________________
【答案】受热均匀，得到平稳的SiHCl3气流 SiHCl3+H2Si+3HCl 四氯化碳吸收未反应的SiHCl3；氢氧化钠溶液吸收HCl；防止倒吸 ②⑤①④③ 溶液红色褪去，且半分钟不变色 93.34 取两份溶液，一份加入石蕊试液，变红，另一份加入硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀，则证明溶液中存在盐酸
【解析】 (1)装置C中的烧瓶用水浴加热，可以使烧瓶受热均匀，得到平稳的SiHCl3气流，故答案为：受热均匀，得到平稳的SiHCl3气流；
(2)D中经过干燥的氢气与SiHCl3在1357 K反应生成Si与HCl，反应方程式为：SiHCl3+H2Si+3HCl，故答案为：SiHCl3+H2Si+3HCl；
(3)装置E中的四氯化碳可以吸收未反应的SiHCl3，氢氧化钠溶液可以吸收HCl，同时导管插入四氯化碳中可以防止倒吸，故答案为：四氯化碳吸收未反应的SiHCl3；氢氧化钠溶液吸收HCl；防止倒吸；
(4)先通入氢气，排尽装置中空气，再加热石英管，提高原理利用率，反应完毕停止通氢气，其合理顺序为：②⑤①④③，故答案为：②⑤①④③；
(5)滴定终点时，氢氧化钠完全反应，溶液红色褪去，且半分钟不变色；氢氧化钠物质的量等于生成的HCl与后加入HCl的物质的量之和，则生成HCl的物质的量=0.2L×1mol/L-0.02L×0.1mol/L×=0.18mol，由SiHCl3+H2Si+3HCl，可知参加反应SiHCl3为=0.06mol，故SiHCl3的利用率为×100%=93.34%，故答案为：溶液红色褪去，且半分钟不变色；93.34；
(6)检验溶液中含有H+、Cl-可以证明生成HCl，具体实验方案为：取两份溶液，一份加入石蕊试液，变红，另一份加入硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀，则证明溶液中存在盐酸，故答案为：取两份溶液，一份加入石蕊试液，变红，另一份加入硝酸酸化的硝酸银溶液，出现白色沉淀，则证明溶液中存在盐酸。
24．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温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可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。

相关信息如下：
a.四氯化硅接触水会发生化学反应；
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.有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BC13
A1C13
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
－
315
－
熔点/℃
-70.0
-107.2
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162

请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：___________，D中发生反应的化学方程式___________。
（2）A中g管的作用是__________________，装置C中的试剂是___________，作用是___________。
（3）装置E中的h瓶需要冷却的理由是______________________。
（4）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是___________（填写元素符号）。
（5）过量的氯气可以用石灰乳来处理，请写出该反应的化学方程式_____________________。
【答案】MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O 2Cl2+SiSiCl4 平衡气压 浓硫酸 干燥氯气 四氯化硅沸点低，需要冷凝收集 Al、P 2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O
【解析】（1）装置A制备氯气，实验室利用浓盐酸和二氧化锰加热制备氯气，则其中发生反应的离子方程式为MnO2+4HCl（浓）MnCl2+Cl2↑+2H2O，D中发生Si与氯气的反应生成四氯化硅，则D中发生反应的化学方程式为2Cl2+SiSiCl4。
（2）A中g管可以使内外压强相等，便于液体顺利流下；生成的氯气中混有氯化氢和水蒸气，首先利用饱和食盐水除去氯化氢，最后干燥氯气，则装置C中的试剂是浓硫酸，作用是干燥氯气。
（3）根据表中数据可知四氯化硅沸点低，因此装置E中的h瓶需要冷却的理由是冷凝收集四氯化硅。
（4）根据表中数据可知BCl3、FeCl3、PCl5的熔点很低，则精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是B、P。
（5）过量的氯气可以用石灰乳来处理，该反应的化学方程式为2Cl2+2Ca（OH）2＝CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。
25．通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅，粗硅(合铁、铝、硼、磷等杂质) 与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450-500℃)，四氧化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。(D的硬质玻璃管中盛装粗硅)

相关信息如下: a.四氧化硅遇水极易反应生成硅酸和氯化氢；
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.有关物质的物理常数见下表:
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
—
315
—
熔点/℃
－70.0
－107.2
—
—
—
升华温度/℃
—
—
180
300
162

请回答下列问题:
(1)写出用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅的化学方程式_________________________。
(2)写出装置A中发生反应的离子方程式__________________________________。
(3)装置A中g管的作用是_________________；装置C中的试剂是____________；
(4)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过多次蒸馏得到高纯度四氯化硅，蒸馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________(填写元素符号)。
(5)写出尾气处理装置中发生反应的离子方程式___________________________。
(6)本题实验装置中有一明显的不足之处，请简述你的改进方案及理由: ___________。
【答案】 2C+SiO2Si+2CO MnO2+4H+ +2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O 平衡压强，保证分液漏斗中的溶液顺利流下 浓硫酸 Al、P Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O 装置D和装置E中间的连接管较细，应改为粗管，防止气体冷凝形成液态或固态物质堵塞导管而发生危险
【解析】(1)碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅的化学方程式为2C+SiO2Si+2CO。(2)装置A制备氯气，其中发生反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O。(3)浓盐酸有挥发性，故分液漏斗要加盖，加盖后如没有g管，则盐酸就不易流下去，g管的作用是平衡压强，使液体顺利流出并防止漏气；生成的氯气反应前需要干燥，则装置C中的试剂是浓硫酸；(4)D中氯气与粗硅反应生成SiCl4，h瓶收集粗产物，精馏粗产品可得高纯度四氯化硅，由表中数据可以看出，蒸出SiCl4气体时，BCl3早已成气体被蒸出，而AlCl3、FeCl3、PCl5升华温度均高于SiCl4的沸点，所以当SiCl4蒸出后，而AlCl3、FeCl3、PCl5还为固体留在瓶里，除铁元素外可能还含有的杂质元素是Al、P；(5)氯气一般用氢氧化钠溶液处理，尾气处理装置中发生反应的离子方程式为Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O。(6)四氯化硅在常温下易液化，如果收集产品的导管太细易堵塞导管，所以不足是装置D和装置E中间的连接管较细，应改为粗管，防止气体冷凝形成液态或固态物质堵塞导管而发生危险。