高中化学最易错考点系列考点硅和二氧化硅新人教必修.docx
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高中化学最易错考点系列考点硅和二氧化硅新人教必修
考点13硅和二氧化硅
【考点定位】本考点考查硅和二氧化硅的性质与应用,明确二氧化硅是酸性氧化物,但能溶于HF酸的特殊性、硅的半导体性质及二氧化硅作光导纤维的应用。
【精确解读】
1.硅的物理性质和化学性质:
(1)物理性质:
晶体硅是灰黑色,有金属光泽,硬而脆的固体,它的结构类似金刚石,具有较高的沸点和熔点,硬度也很大,它的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料.
(2)化学性质:
化学性质不活泼
①常温下,除与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应外,与其他物质不反应
Si+2F2═SiF4、Si+4HF═SiF4↑+2H2↑、Si+2NaOH+H2O═Na2SiO3+2H2↑;
②在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合
Si+O2
SiO2、Si+2Cl2
SiCl4;
(4)制备:
在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅SiO2+2C
Si+2CO↑,将制得的粗硅,再与Cl2反应后,蒸馏出SiCl4,然后用H2还原SiCl4可得到纯硅.有关的反应为:
Si+2Cl2
SiCl4,SiCl4+2H2
Si+4HCl;
2.硅的用途:
高纯硅可作半导体材料,制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件,还可以制造太阳能电池.硅的合金用途也很广,如含硅4%的钢具有良好的导磁性,可用来制造变压器的铁芯;含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性,可用来制造耐酸设备.
3.二氧化硅的物理性质和化学性质:
(1)物理性质:
无色透明或白色粉末,原子晶体,熔沸点都很高,坚硬难熔,不溶于水,天然的二氧化硅俗称硅石,是构成岩石的成分之一.
(2)化学性质:
常温下性质不活泼;
①不与水反应,不能跟酸(氢氟酸除外)发生反应. SiO2+4HF═SiF4↑+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中);
②具有酸性氧化物的性质,能跟碱性氧化物或强碱反应,SiO2+2NaOH═Na2SiO3+H2O(实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因)
CaO+SiO2
CaSiO3、Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑(制玻璃)
③具有弱氧化性
SiO2+2C
Si+2CO↑、SiO2+2Mg
Si+2MgO↑,SiO2+3C
SiC(金刚砂)+2CO↑;(3)二氧化硅的用途:
①光导纤维的主要原料;
②石英的主要成分是SiO2,纯净的石英可用来制造石英玻璃;
③玛瑙石含有有色杂质的石英晶体,可用于制造精密仪器轴承,耐磨器皿和装饰品。
【精细剖析】
1.熟记硅及其化合物的特殊性质
(1)硅单质的特殊性
①Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:
SiO2+2C
Si+2CO↑;
②非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但Si能与HF反应:
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑;
③非金属单质大多为非导体,但Si为半导体。
(2)含硅化合物的特殊性
①SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3;
②酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2能跟HF反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O;
③无机酸一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水;
④因H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以在Na2SiO3溶液中通入少量CO2能发生下列反应:
Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,但在高温下SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑也能发生。
【典例剖析】下列关于硅及其化合物的说法中,正确的是( )
A.硅可用于制造光导纤维
B.水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
C.可用反应Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3(胶体)制取硅酸
D.高温下,可在试管内完成焦炭和石英砂(SiO2)制取硅的反应
应Na2SiO3+2HCl═2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸,故C正确;D.试管自身含有二氧化硅,高温条件下可以和焦炭反应,故D错误;故答案为C。
【答案】C
【变式训练】硅是无机非金属材料的主角之一.下列关于硅及其化合物性质的说法,不正确的是( )
A.硅的非金属性比硫弱
B.硅酸钠可溶于水
C.SiO2与氢氟酸能反应
D.硅原子易失去或得到电子
【答案】D
【实战演练】
1.近年来美国研究人员合成了光伏电池新型硅材料--Si24(如图所示).下列相关说法正确的是( )
A.Si24是一种新型化合物
B.Si24是硅的一种同素异形体
C.Si24易与稀硫酸反应生成氢气
D.硅太阳能电池供电原理与原电池相同
【答案】B
【解析】A.Si24只有一种元素组成的纯净物,而不是化合物,故A错误;B.同种元素形成的不同种单质,所以Si24是硅的一种同素异形体,故B正确;C.Si24硅与碱反应,而与稀硫酸不反应,故C错误;D.硅太阳能电池是用半导体原理将光能转化为电能,是物理变化,而该电池是化学能转化为电能,故D错误;故答案为B。
2.下列有关硅和硅的化合物的用途错误的是( )
A.硅单质作耐火材料
B.晶体硅作半导体材料
C.二氧化硅作光导纤维材料
D.高纯硅作计算机芯片材料
【答案】A
3.硅作为一种新型能源被广泛于发利用,关于其有利因素的下列说法中,你认为不正确的是( )
A.硅燃烧产物对环境产生的污染,容易得至有效控制
B.从Si(s)+OΡ(g)
SiOΡ(s)△H=-858.6 kJ•mol可知,硅燃烧放出的热量较多
C.自然界中硅的贮存量丰富,可以从自然易直接获得单质硅
D.硅便于运输、贮存,从安全角度考虑,硅是最佳的燃料之一
【答案】C
【解析】A.硅燃烧生成二氧化硅,二氧化硅是固体,容易得至有效控制,故A正确;B.1mol硅燃烧放出858.6kJ热量,硅燃烧放出的热量较多,故B正确;C.自然界中没有硅单质,硅主要以氧化物和硅酸盐的形式存在,故C错误;D.硅便于运输、贮存,使用安全,故D正确;故答案为C。
【自我反思】
2021届新高考化学模拟试卷
一、单选题(本题包括15个小题,每小题4分,共60分.每小题只有一个选项符合题意)
1.可确定乙二醇分子是否有极性的实验是
A.测定沸点B.测静电对液流影响
C.测定蒸气密度D.测标准状况下气体摩尔体积
2.化学与社会生活息息相关,下列有关说法不正确的是()
A.树林晨曦中缕缕阳光是丁达尔效应的结果
B.为提高人体对钙的有效吸收,医学上常以葡萄糖为原料合成补钙药物
C.2018年12月8日嫦娥四号发射成功,其所用的太阳能电池帆板的材料是二氧化硅
D.城郊的农田上随处可见的农用塑料大棚,其塑料薄膜不属于新型无机非金属材料
3.第三周期元素X、Y、Z、W的最高价氧化物分别溶于水得溶液,0.010mol/L的这四种溶液pH与该元素原子半径的关系如图所示。
下列说法正确的是()
A.Y可能是硅元素
B.简单离子半径:
Z>W>X
C.气态氢化物的稳定性:
Y>W
D.非金属性:
Y>Z
4.下列说法正确的是
A.
的一氯代物有2种
B.脂肪在人体内通过直接的氧化分解过程,释放能量
C.
与
互为同系物
D.通过石油裂化和裂解可以得到甲烷、乙烯和苯等重要化工基本原料
5.水是最宝贵的资源之一。
下列表述正确的是
A.H2O的电子式为
B.4℃时,纯水的pH=7
C.D216O中,质量数之和是质子数之和的两倍
D.273K、101kPa,水分之间的平均距离:
d(气态)>d(液态)>d(固态)
6.120℃时,1molCO2和3molH2通入1L的密闭容器中反应生成CH3OH和水。
测得CO2和CH3OH的浓度随时间的变化如图所示。
下列有关说法中不正确的是
A.0~3min内,H2的平均反应速率为0.5mol·L-1·min-1
B.该反应的化学方程式:
CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
C.容器内气体的压强不再变化时,反应到达平衡
D.10min后,反应体系达到平衡
7.证明溴乙烷与NaOH醇溶液共热发生的是消去反应,分别设计甲、乙、丙三个实验:
(甲)向反应混合液中滴入溴水,溶液颜色很快褪去.(乙)向反应混合液中滴入过量稀硝酸,再滴入AgNO3溶液,有浅黄色沉淀生成.(丙)向反应混合液中滴入酸性KMnO4溶液,溶液颜色褪去.则上述实验可以达到目的是()
A.甲B.乙C.丙D.都不行
8.镁、铝都是较活泼的金属,下列描述中正确的是
A.高温下,镁、铝在空气中都有抗腐蚀性
B.镁、铝都能跟稀盐酸、稀硫酸、强碱反应
C.镁在点燃条件下可以与二氧化碳反应,铝在一定条件下可以与氧化铁发生氧化还原反应
D.铝热剂是镁条、铝粉和氧化铁的混合物
9.W、X、Y、Z均是短周期元素,X、Y处于同一周期,X、Z的最低价离子分别为X2-和Z-,Y+和Z-离子具有相同的电子层结构。
下列说法正确的是()
A.原子最外层电子数:
X>Y>ZB.单质沸点:
X>Y>Z
C.离子半径:
X2->Y+>Z-D.原子序数:
X>Y>Z
10.在两只锥形瓶中分别加入浓度均为1mol/L的盐酸和NH4Cl溶液,将温度和pH传感器与溶液相连,往瓶中同时加入过量的质量、形状均相同的镁条,实验结果如图。
关于该实验的下列说法,正确的是()
A.反应剧烈程度:
NH4Cl>HCl
B.P点溶液:
c(NH4+)+2c(Mg2+)>c(Cl-)
C.Q点溶液显碱性是因为MgCl2发生水解
D.1000s后,镁与NH4Cl溶液反应停止
11.新型夹心层石墨烯锂硫二次电池的工作原理可表示为16Li+xS8
8Li2Sx,其放电时的工作原理如图所示,下列有关该电池的说法正确的是
A.电池充电时X为电源负极
B.放电时,正极上可发生反应:
2Li++Li2S4+2e-=2Li2S2
C.充电时,没生成1molS8转移0.2mol电子
D.离子交换膜只能通过阳离子,并防止电子通过
12.短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,它们的原子最外层电子数为互不相等的奇数。
X与Y位于不同周期,X与W的最高化合价之和为8,元素Z的单质是目前使用量最大的主族金属元素单质。
下列说法中正确的是
A.化合物YX4W溶于水后,得到的溶液呈碱性
B.化合物YW3为共价化合物,电子式为
C.Y、Z形成的一种化合物强度高,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料
D.原子半径大小:
W>Z>Y>X
13.根据原子结构或元素周期律的知识,下列说法正确的是()
A.35Cl和37Cl中子数不同,所以它们的原子结构示意图、电子式、核外电子排布式、轨道表达式都不相同
B.两个不同原子的1s、2s、2p、3s、3p各亚层中电子的能量相同
C.短周期主族元素原子最外层电子数一定等于其最高化合价
D.CO2通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸
14.与氢硫酸混合后无明显现象的是
A.NaOH溶液B.亚硫酸C.FeCl3溶液D.氯水
15.下列物质不属于盐的是
A.CuCl2B.CuSO4C.Cu2(OH)2CO3D.Cu(OH)2
二、实验题(本题包括1个小题,共10分)
16.过硫酸钠(Na2S2O8)具有极强的氧化性,且不稳定,某化学兴趣小组探究过硫酸钠的相关性质,实验如下。
已知SO3是无色易挥发的固体,熔点16.8℃,沸点44.8℃。
(1)稳定性探究(装置如图):
分解原理:
2Na2S2O8
2Na2SO4+2SO3↑+O2↑。
此装置有明显错误之处,请改正:
______________________,水槽冰水浴的目的是____________________;带火星的木条的现象_______________。
(2)过硫酸钠在酸性环境下,在Ag+的催化作用下可以把Mn2+氧化为紫红色的离子,所得溶液加入BaCl2可以产生白色沉淀,该反应的离子方程式为______________________,该反应的氧化剂是______________,氧化产物是________。
(3)向上述溶液中加入足量的BaCl2,过滤后对沉淀进行洗涤的操作是___________________________。
(4)可用H2C2O4溶液滴定产生的紫红色离子,取20mL待测液,消耗0.1mol·L-1的H2C2O4溶液30mL,则上述溶液中紫红色离子的浓度为______mol·L-1,若Na2S2O8有剩余,则测得的紫红色离子浓度将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
三、推断题(本题包括1个小题,共10分)
17.1,6-己二酸是合成高分子化合物尼龙的重要原料之一,可用六个碳原子的化合物氧化制备。
如图是合成尼龙的反应流程:
完成下列填空:
(1)写出反应类型:
反应①_____反应②_______。
(2)A和B的结构简式为_______、_______。
(3)由
合成尼龙的化学方程式为___。
(4)由A通过两步制备1,3-环己二烯的合成线路为:
_______。
四、综合题(本题包括2个小题,共20分)
18.实现碳及其化合物的相互转化,对开发新能源和降低碳排放意义重大。
(1)已知:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)△H=x
已知:
标准状态下,由最稳定的单质生成1mol化合物的焓变,称为该化合物的标准摩尔生成焓,几种物质的标准摩尔生成焓如下。
则x=__kJ·mol-1。
(标准摩尔生成焓:
CH4(g)-75kJ/mol;H2O(g)-240kJ/mol;CO(g)-110kJ/mol;H2(g)-0kJ/mol)
(2)为了探究温度、压强对反应
(1)的影响,在恒温恒容下,向下列三个容器中均充入4molCH4和4molH2O。
容器
温度/℃
体积/L
CH4平衡浓度/mol·L-1
平衡时间/min
甲
400
1
1.5
5.0
乙
500
1
x
t1
丙
400
2
y
t2
①平衡前,容器甲中反应的平均速率
(H2)=__mol/(L·min);在一定条件下,能判断容器丙中的反应一定处于化学平衡状态的是__(填序号);
A.3v(CH4)正=v(H2)逆B.CH4和H2O的转化率相等
C.容器内压强保持不变D.混合气体的密度保持不变
②平衡后,乙容器中CH4的转换率较丙低,其原因是__,其中t1__t2(填“>”、“<”或“=”)。
(3)pC是指极稀溶液中溶质物质的量浓度的负对数。
已知常温下,H2CO3溶液中加入强酸或强碱后达到平衡时溶液中三种成分的pC-pH图,据图分析:
常温下,碳酸的一级电离常数Ka1的数量级为__;其中碳酸的Ka1>>Ka2,其原因是__。
(4)我国科学家根据反应CO2
C+O2↑,结合电解池原理设计出了二氧化碳捕获与转化装置。
该装置首先利用电解池中熔融电解质ZrO捕获CO2,发生的相关反应为:
①CO2+O2-=CO32-,②2CO2+O2-=C2O52-,然后CO32-在阴极转化为碳单质和__;C2O52-在阳极发生电极反应,其方程式为__。
19.(6分)废水中氨氮(NH3、NH
)的处理技术有生物脱氮法、化学沉淀法、折点加氯法和电催化氧化法等。
(1)氨氮污水直接排放入河流、湖泊导致的环境问题是________。
(2)生物脱氮法:
利用微生物脱氮,原理如下:
NH
NO
N2
反应①的离子方程式为__________________________________。
(3)化学沉淀法:
向废水中加入含MgCl2、Na3PO4的溶液,NH
转化为MgNH4PO4·6H2O沉淀。
若pH过大,氨氮去除率和磷利用率均降低,其原因是________(用离子方程式表示)。
(4)折点加氯法:
向废水中加入NaClO溶液,使氨氮氧化成N2,相关反应如下:
NaClO+H2O===HClO+NaOH(Ⅰ)
NH3+HClO===NH2Cl+H2O(Ⅱ)
NH2Cl+HClO===NHCl2+H2O(Ⅲ)
NHCl2+H2O===NOH+2HCl(Ⅳ)
NHCl2+NOH===N2↑+HClO+HCl(Ⅴ)
探究NaClO的投加量[以m(Cl2)表示]对氨氮去除率的影响,实验结果如图所示。
①当m(Cl2)∶m(NH3)≥7.7时,污水中总氮去除率缓慢下降,其原因是__________________。
②当m(Cl2)∶m(NH3)<7.7时,随着m(Cl2)∶m(NH3)的减小,污水中余氯(除Cl-外的氯元素存在形式)浓度升高,其原因是____________________________。
(5)电催化氧化法:
原理如下图所示(MOx表示催化剂)。
反应Ⅱ的离子方程式可表示为2NH4++6MOx(·OH)===6MOx+N2↑+6H2O+2H+。
①阳极电极反应式Ⅰ为________________________________。
②电催化氧化法除氨氮时,若其他条件相同时,含Cl-的污水比不含Cl-的污水氨氮去除率要高,其原因是________________________________。
参考答案
一、单选题(本题包括15个小题,每小题4分,共60分.每小题只有一个选项符合题意)
1.B
【解析】
【详解】
极性分子的正电荷中心与负电荷中心不重合,极性分子虽然整体不带电,但每一个乙二醇分子都有带电的极性端,也可以再理解为部分区域带电,所以它在电场作用下,会定向运动,所以测静电对液流影响,可以判断分子是否有极性;而测定沸点、测定蒸气密度、测标准状况下气体摩尔体积等均不能判断分子极性。
答案选B。
2.C
【解析】
【分析】
【详解】
A.空气中微小的尘埃或液滴分散在空气中形成气溶胶,阳光照射时产生丁达尔现象,A项正确;
B.葡萄糖酸钙口服液是市面上常见的一种补钙药剂,葡萄糖酸钙属于有机钙,易溶解,易被人体吸收,医学上常以葡萄糖为原料合成补钙药物,B项正确;
C.太阳能电池帆板的主要材料是硅而不是二氧化硅,C项错误;
D.塑料薄膜属于有机高分子材料,不属于无机非金属材料,D项正确;
所以答案选择C项。
3.B
【解析】
【分析】
第三周期元素中,X最高价氧化物水化物的溶液的pH为12,氢氧根浓度为0.01mol/L,故为一元强碱,则X为Na,Y、W、Z对应的最高价氧化物水化物的溶液pH均小于7,均为酸,W最高价含氧酸溶液中氢离子浓度为0.01mol/L,故为一元强酸,则W为Cl元素;等浓度的最高价含氧酸中,Z电离出氢离子浓度比W的大、Y对应的酸性最弱,而原子半径Y>Z>Cl,故Z为S元素,Y为P元素,以此来解答。
【详解】
由上述分析可知,X为Na、Y为P、Z为S,W为Cl,
A.Y不可能是Si元素,因为SiO2不溶于水,由分析可知Y是P元素,故A错误;
B.电子层越多,离子半径越大,具有相同排布的离子中原子序数大的离子半径小,则S2-、Cl-和Na+的离子半径为S2->Cl->Na+,故B正确;
C.Cl的非金属性比P强,则气态氢化物的稳定性HCl>PH3,故C错误;
D.S和P是同周期的主族元素,核电荷数大,元素的非金属性强,即S的非金属性大于P,故D错误;
故答案为B。
4.C
【解析】
【详解】
A.
的结构中含有三种类型的氢,所以一氯代物有3种,故A错误;B.脂肪在人体内脂肪酶的作用下水解成甘油和高级脂肪酸,然后再分别进行氧化释放能量,故B错误;C.
结构相似,组成相差一个-CH2原子团,所以互为同系物,故C正确;D.通过石油裂化和裂解可以得到甲烷、乙烯和丙烯等重要化工基本原料,不能得到苯,故D错误;答案:
C。
5.C
【解析】
【详解】
A.H2O是共价化合物,其电子式为
,故A错误;
B.25℃时,纯水的pH=7,故B错误;
C.D216O质量数之和为2×1+1×16=20,质子数之和为2×1+1×8=10,质量数之和是质子数之和的两倍,故C正确;
D.273K时,水以固液混合物的形式存在,且温度、压强相同,同种状态、同种分子间的距离相同,故D错误;
故选C。
6.B
【解析】
【详解】
A.据题意得化学方程式为CO2+3H2
CH3OH+H2O,则0~3min内,v(H2)=3v(CO2)=3×(1.00-0.50)mol·L-1/3min=0.5mol·L-1·min-1,A项正确;
B.图中10min后CO2、CH3OH的物质的量不再改变,即达化学平衡,故为可逆反应,应写成CO2+3H2
CH3OH+H2O,B项错误;
C.据pV=nRT,恒温恒容时,当压强不再变化时,容器内各气体的物质的量都不再变化,此时反应到达平衡,C项正确;
D.图中10min后CO2、CH3OH的物质的量不再改变,即达化学平衡,D项正确。
本题选B。
7.D
【解析】
【分析】
溴乙烷水解反应:
C2H5Br+NaOH→C2H5OH+NaBr(氢氧化钠水溶液共热);消去反应:
CH3CH2Br+NaOH→CH2=CH2+NaBr+H2O(氢氧化钠乙醇共热),即无论发生水解反应还是消去反应,混合液里面都有Br-。
【详解】
A、甲同学未向反应混合液中滴入稀硝酸中和NaOH,过量的NaOH可与溴水反应使溶液颜色很快褪去,A不正确;
B、乙同学向反应混合液中滴入稀硝酸中和NaOH,然后再滴入AgNO3溶液,若有浅黄色沉淀生成,可证明混合液里含有Br-,不能证明发生了消去反应,B不正确;
C、酸性KMnO4溶液遇醇类也可以发生氧化还原反应颜色变浅,C不正确;
D、根据上述分析可知,三种方案都不行,符合题意。
答案选D。
8.C
【解析】
A、在常温下,镁和铝在空气里都能跟氧气反应,生成一层致密而坚固的氧化物薄膜,这层氧化物薄膜能够阻止金属的继续氧化,所以镁和铝都有抗腐蚀的性能,但是在高温下能剧烈反应,放出大量热,选项A错误;B、镁能跟酸反应不能跟碱反应,选项B错误;C、镁在点燃条件下可以与二氧化碳反应生成氧化镁和碳,铝在一定条件下可以与氧化铁发生氧化还原反应生成铁和氧化铝,选项C正确;D、铝热剂是铝粉和氧化铁的混合物,在铝热剂反应时,为了引燃,在铝热剂上放供氧剂(氯酸钾),中间插一根镁条,是为引燃用的,选项D错误。
答案选C。
9.D
【解析】
【分析】
【详解】
X、Z的最低价离子分别为X2-和Z-,则X为第ⅥA族元素,Z为ⅦA族元素;Y+和Z-具有相同的电子层结构,则Y在Z的下一周期,则Y为Na元素,Z为F元素,X、Y同周期,则X为S元素,
A.X、Y、Z分别为S、Na、F,原子最外层电子数分别为6、1、7,即原子最外层电子数:
Z>X>Y,故A错误;
B.常温下Na、S为固体,F2为气体,Na的熔点较低,但钠的沸点高于硫,顺序应为Na>S>F2,故B错误;
C.Na+、F-具有相同的核外电子排布,离子的核电荷数越大,半径越小,应为F->Na+,S2-电子层最多,离子半径最大,故离子半径S2->F->Na+,故C错误;
D.X、Y、Z分别为S、Na、F,原子序数分别为16、11、9,则原子序数:
X>Y>Z,故D正确。
答案选D。
10.B
【解析】
【详解】
A.NH4Cl是强酸弱碱盐,发生水解反应溶液显酸性,浓度均为1mol/L的盐酸和NH4Cl溶液中,盐酸中的氢离子浓度酸远大于NH4Cl溶液,与金属反应属于放热反应,图中盐酸与镁反应温度迅速升高,而氯化铵溶液与镁反应放出热量较少,则反应剧烈程度:
HCl>NH4Cl,故A错误;
B.P点时
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