第四章 非金属及其化合物

第页第四章非金属及其化合物考点一碳、硅单质及氧化物的性质1．碳、硅的结构、存在与用途(1)碳、硅的原子结构与存在元素碳硅原子结构示意图单质的结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构元素在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态只有化合态(2)碳、硅的物理性质和用途物质石墨金刚石晶体硅外观黑色鳞片状固体无色晶体有金属光泽的灰黑色固体硬度很小自然界中硬度最大硬度大导电性导体不能导电半导体用途用作电极、铅笔芯制作首饰等制作信息技术材料，它是半导体晶体管、硅芯片及太阳能电池等的主要成分2．碳和硅的化学性质——还原性写出①～⑥的化学方程式：①2C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO；②CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO；③CuO＋Ceq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO↑；④C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2(制水煤气)；⑤Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；⑥Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。3．二氧化碳与二氧化硅的比较物质SiO2CO2结构空间立体网状，无单个分子直线形，存在单个分子物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与酸反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反应与碱反应SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH=NaHCO3与盐反应SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑、SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClOCO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3CO2＋Na2O=Na2CO3与碳反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO用途制光学仪器、石英玻璃、光导纤维化工原料、灭火剂、制冷剂、人工降雨[注意]①CO2与水反应生成H2CO3，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与水反应制备硅酸。②虽然SiO2既能与酸(HF)反应，又能与碱(NaOH)反应，但SiO2不是两性氧化物。4．CO2的实验室制法(1)反应原理：CaCO3＋2H＋=Ca2＋＋CO2↑＋H2O。(2)发生装置：启普发生器。5.硅的工业制法及提纯eq\x(石英砂)eq\o(→,\s\up7(①焦炭),\s\do5(高温))eq\x(粗硅)eq\o(→,\s\up7(②氯气),\s\do5(加热))eq\x(SiCl4)eq\o(→,\s\up7(③氢气),\s\do5(高温))eq\x(高纯硅)涉及的化学方程式：①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑；②Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；③SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(△))Si＋4HCl。6．硅及其氧化物的特性物质一般规律特性Si硅的还原性比碳强SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑非金属单质与强碱反应一般不生成氢气Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑非金属单质一般不与非氧化性酸反应Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑一般非金属单质为绝缘体硅为半导体SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一般规律，碳酸酸性大于硅酸Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑[题点全练]题点(一)碳、硅及其氧化物的性质及应用1．(1)下列物质能与单质硅起化学反应的是________。①浓HNO3②水③浓H2SO4④氢氟酸⑤NaOH溶液⑥氟气⑦氯气(2)下列事实能说明非金属性：C>Si的是________。①硬度：金刚石>晶体硅②熔沸点：SiO2>CO2③酸性：H2CO3>H2SiO3④稳定性：CH4>SiH4⑤CO2通入Na2SiO3溶液中产生白色沉淀⑥高温下，SiO2与Na2CO3反应⑦相同条件下，碱性：Na2SiO3(aq)>Na2CO3(aq)答案：(1)④⑤⑥⑦(2)③④⑤⑦2．(2019·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置：根据装置回答问题：(1)A装置的作用是____________。(2)实验后怎样处理尾气________，发生反应的化学方程式为______________________。(3)若实验时观察到__________________________________________________，则证明原气体中一定含有一氧化碳。解析：(1)除去混合气体的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排除对下面实验的干扰。(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。(3)CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，故利用这一现象来证明原气体中一定含有CO。答案：(1)吸收CO2(2)点燃2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2(3)B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊[规律方法]确认混合气体(CO、CO2)中含有CO气体的实验设计方法各装置的作用是：A——除去混合气体中的CO2气体B——检验混合气体中CO2是否除尽C——CO还原CuO：CO＋CuOeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2D——验证CO的氧化产物CO2E——除去尾气中的CO2气体F——除去尾气中的CO气体、防止污染环境确定混合气体中含有CO气体的实验现象是：C中的物质由黑色变成红色，B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊。题点(二)CO2与碱反应产物的判断及现象分析3．标准状况下，将3.36LCO2气体通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(COeq\o\al(2－,3))与c(HCOeq\o\al(－,3))的比值为(不考虑COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)的水解)()A．1∶1 B．1∶2C．2∶1 D．1∶3解析：选B设COeq\o\al(2－,3)、HCOeq\o\al(－,3)的物质的量分别为x、y，则有eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(x＋y＝0.15mol，,2x＋y＝0.2mol，))解得x＝0.05mol，y＝0.1mol。4．将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()解析：选D依次发生的反应为Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O,2KOH＋CO2=K2CO3＋H2O，K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3，CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2。题点(三)硅的制备5．半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。制取过程中不涉及的化学反应是()A．2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑B．SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2OC．Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4D．SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋4HCl解析：选B工业制取纯硅的工艺流程为SiO2eq\o(→,\s\up7(C),\s\do5())粗硅eq\o(→,\s\up7(Cl2),\s\do5())SiCl4eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5())纯硅，该工艺流程中不涉及SiO2与NaOH溶液的反应。6．高纯度晶硅是典型的无机非金属材料，又称“半导体”材料，它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。它可以按下列方法制备：SiO2eq\o(→,\s\up7(①C),\s\do5(高温))Si(粗)eq\o(→,\s\up7(②HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(③过量H2),\s\do5(1000～1100℃))Si(纯)下列说法正确的是()A．步骤①的化学方程式为SiO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋CO2↑B．步骤①②③中生成或消耗1molSi，转移2mol电子C．二氧化硅能与氢氟酸反应，而硅不能与氢氟酸反应D．SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量的SiCl4(沸点67.6℃解析：选DA项，高温下SiO2与C反应生成Si和CO气体，即步骤①的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，错误；B项，步骤①中生成1molSi，转移4mol电子，步骤②中生成1molSiHCl3，消耗1molSi，转移2mol电子，步骤③中生成1molSi，转移2mol电子，错误；C项，硅能与氢氟酸反应生成SiF4和氢气，错误；D项，SiHCl3和SiCl4的沸点相差较大，可以采用蒸馏的方法分离，正确。考点二硅酸、硅酸盐及无机非金属材料1．硅酸2．硅酸盐(1)硅酸钠①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。②与酸性较硅酸强的酸反应：a．与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。b．与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(2)硅酸盐改写成氧化物形式的方法①氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物间以“·”隔开。②各元素的化合价保持不变，且满足化合价代数和为零，各元素原子个数比符合原来的组成。③当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8不能写成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。3．无机非金属材料(1)传统无机非金属材料①常见硅酸盐材料比较水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑。(2)新型无机非金属材料材料类别主要特性示例用途高温结构陶瓷能承受高温，强度高氮化硅陶瓷汽轮机叶片、轴承、永久性模具等半导体陶瓷具有电学特性二氧化锡陶瓷集成电路中的半导体光学材料具有光学特性光导纤维光缆通讯、医疗、照明等生物陶瓷具有生物功能氧化铝陶瓷人造骨骼、人造关节、接骨螺钉[题点全练]题点(一)硅酸盐、无机非金属材料1．大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是()选项俗名主要成分(化学式)用途A石英SiO2集成电路B纯碱Na2CO3制备玻璃C水玻璃Na2SiO3制备硅胶D铁红Fe2O3用作油漆和涂料解析：选A石英主要用于生产玻璃和光导纤维等，晶体硅才用于制作集成电路。2．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是()A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承C.光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2解析：选D二氧化硅晶体中，1个Si原子连接4个O原子，1个O原子连接2个Si原子，晶体中Si原子与Si—O键个数之比为1∶4。3．(2019·洛阳模拟)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。(1)三硅酸镁的氧化物形式为________________________________________________。(2)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是_______。a．Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体b．Al2O3、MgO和SiO2都是金属氧化物c．Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点解析：(1)Mg2Si3O8·nH2O改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。(2)Al2O3、MgO和SiO2均具有很高的熔点，故可作为耐火材料。答案：(1)2MgO·3SiO2·nH2O(2)c题点(二)硅及其化合物之间的相互转化4．下列变化中，不能一步实现的是()A．Na2SiO3→H2SiO3 B．H2SiO3→SiO2C．SiO2→H2SiO3 D．SiO2→Na2SiO3解析：选CNa2SiO3eq\o(→,\s\up7(盐酸),\s\do5())H2SiO3；H2SiO3eq\o(→,\s\up7(△),\s\do5())SiO2，SiO2eq\o(→,\s\up7(NaOH),\s\do5())Na2SiO3，SiO2不与H2O反应，故不能一步转化为H2SiO3。5．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是()A．SiO2属于两性氧化物B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞C．硅胶吸水后可重复再生D．图中所示的转化都是氧化还原反应解析：选CSiO2是酸性氧化物，A错误；Na2CO3溶液呈碱性，试剂瓶不能用玻璃塞，B错误；题图中有的转化不是氧化还原反应，例如SiO2与NaOH溶液的反应，D错误。[综合演练提能][课堂真题练]1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)(2019·江苏高考)由于SiO2硬度大，故可用于制造光导纤维(×)(2)(2019·江苏高考)下列转化能一步实现：CaCO3eq\o(→,\s\up7(高温))CaOeq\o(→,\s\up7(SiO2),\s\do5(高温))CaSiO3(√)(3)(2019·全国卷Ⅲ)因为HF与SiO2反应，故用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记(√)(4)(2019·江苏高考)下列转化在一定条件下能够实现：SiO2eq\o(→,\s\up7(HClaq))SiCl4eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(高温))Si(×)(5)(2019·海南高考)石英砂可用于生产单晶硅(√)(6)(2019·上海高考)用NaOH溶液不能分离氧化铁中混有的二氧化硅(×)(7)(2019·全国卷Ⅱ)燃料燃烧产物CO2是温室气体之一(√)(8)(2019·四川高考)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，说明该溶液中一定含有COeq\o\al(2－,3)(×)(9)(2019·海南高考)将澄清石灰水滴入某溶液证明其中存在COeq\o\al(2－,3)(×)(10)(2019·四川高考)硅胶作袋装食品的干燥剂的过程中没有发生化学变化(√)(11)(2019·四川高考)pH＝2的溶液中可能大量存在Na＋、NHeq\o\al(＋,4)、SiOeq\o\al(2－,3)(×)(12)(2019·江苏高考)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋(×)(13)(2019·山东高考)向Na2SiO3溶液中通入过量SO2的离子方程式：SiOeq\o\al(2－,3)＋SO2＋H2O=H2SiO3↓＋SOeq\o\al(2－,3)(×)(14)(2019·重庆高考)烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应(×)2．(2019·北京高考)我国在CO2催化加氢制取汽油方面取得突破性进展，CO2转化过程示意图如下：下列说法不正确的是()A．反应①的产物中含有水B．反应②中只有碳碳键形成C．汽油主要是C5～C11的烃类混合物D．图中a的名称是2­甲基丁烷解析：选B反应①是CO2与H2反应生成了CO，根据元素守恒可推断有H2O生成，A项正确；反应②是CO与H2反应生成(CH2)n，(CH2)n中还含有碳氢键，B项错误；由示意图可知，汽油的主要成分是C5～C11的烃类混合物，C项正确；根据a的球棍模型，可得其结构简式为CH3CH(CH3)CH2CH3，系统名称为2­甲基丁烷，D项正确。3．(2019·上海高考)CO2是重要的化工原料，也是应用广泛的化工产品。某H2中含有2.40molCO2，该混合气体通入2.00LNaOH溶液中，CO2被完全吸收。如果NaOH完全反应，该NaOH溶液的浓度为____________。解析：根据题意要求，2.40molCO2被完全吸收，NaOH也完全反应，则反应的产物可能是Na2CO3(此时NaOH的浓度最大)或NaHCO3(此时NaOH的浓度最小)或Na2CO3和NaHCO3的混合物。用极值思想分析两个特殊情况：(1)CO2＋NaOH=NaHCO3，n(NaOH)＝n(CO2)＝2.40mol，则c(NaOH)＝eq\f(2.40mol,2.00L)＝1.20mol·L－1；(2)CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O，n(NaOH)＝2n(CO2)＝4.80mol，则c(NaOH)＝eq\f(4.80mol,2.00L)＝2.40mol·L－1；综合(1)、(2)可知，NaOH溶液的浓度应该为1.20mol·L－1≤c(NaOH)≤2.40mol·L－1。答案：1.2mol·L－1≤c≤2.4mol·L－14．(2019·海南高考)单质Z是一种常见的半导体材料，可由X通过如下图所示的路线制备，其中X为Z的氧化物，Y为氢化物，分子结构与甲烷相似，回答下列问题：eq\x(X)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(Mg),\s\do5(加热)))eq\x(Mg2Z)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(盐酸),\s\do5()))eq\x(Y)eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(加热),\s\do5()))eq\x(Z)(1)能与X发生化学反应的酸是______；由X制备Mg2Z的化学方程式为______________。(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为______________________________________，Y分子的电子式为________。(3)Z、X中共价键的类型分别是________、________。解析：Z为半导体单质，则Z是Si元素；Si可与氢氟酸反应，其氧化物为二氧化硅，根据反应的流程图可知，二氧化硅与Mg反应生成Mg2Si，Mg2Si与盐酸反应生成的Y为氢化物，则Y的分子式是SiH4，加热分解可得到Si单质。其余问题可解。答案：(1)氢氟酸SiO2＋4Mgeq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())2MgO＋Mg2Si(2)Mg2Si＋4HCl=2MgCl2＋SiH4↑(3)非极性键极性键5．(2019·上海高考)半水煤气是工业合成氨的原料气，其主要成分是H2、CO、CO2、N2和H2O(g)。半水煤气经过下列步骤转化为合成氨的原料。eq\x(\a\al(H2、N2、CO、,CO2、H2O))eq\o(→,\s\up7(CO变换),\s\do5())eq\x(\a\al(H2、N2、,CO2))eq\o(→,\s\up7(脱除CO2),\s\do5())eq\x(H2、N2)完成下列填空：(1)半水煤气在铜催化下实现CO变换：CO＋H2Oeq\o(→,\s\up7(Cu),\s\do5(△))CO2＋H2若半水煤气中V(H2)∶V(CO)∶V(N2)＝38∶28∶22，经CO变换后的气体中：V(H2)∶V(N2)＝________。(2)碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一。已知：Na2CO3K2CO320℃碱液最高浓度/(mol·L－12.08.0碱的价格(元/kg)1.259.80若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是________；缺点是________。如果选择K2CO3碱液作吸收液，用什么方法可以降低成本？_____________________________________；写出这种方法涉及的化学反应方程式___________________________________。(3)以下是测定半水煤气中H2以及CO的体积分数的实验方案。取一定体积(标准状况)的半水煤气，经过下列实验步骤测定其中H2以及CO的体积分数。①选用合适的无机试剂分别填入Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ方框中。②该实验方案中，步骤Ⅰ、Ⅱ的目的是：_____________________________。③该实验方案中，步骤________(选填“Ⅳ”或“Ⅴ”)可以确定半水煤气中H2的体积分数。解析：(1)经CO变换后CO转化为氢气，则根据化学方程式可知，所得的气体中：V(H2)∶V(N2)＝(38＋28)∶22＝3∶1。(2)根据表中数据可知若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是价廉，缺点是吸收CO2的能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾，所以碱液循环使用可以降低成本，反应的化学方程式为2KHCO3=K2CO3＋CO2↑＋H2O。(3)①由于半水煤气中含有二氧化碳，所以首先利用碱液除去二氧化碳，干燥后再通过氧化铜反应，利用浓硫酸吸收产生的水蒸气，利用碱液吸收产生的二氧化碳，进而计算体积分数。③氢气还原氧化铜生成水蒸气，浓硫酸吸收水蒸气，所以该实验方案中，步骤Ⅳ可以确定半水煤气中H2的体积分数。答案：(1)3∶1(2)价廉吸收CO2能力差碱液循环使用2KHCO3=K2CO3＋CO2↑＋H2O②除去半水煤气中的CO2和H2O③Ⅳ[课下提能练]1．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A．CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．SiO2可用来制作干燥剂，因SiO2可与水反应D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的解析：选ACO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确；SiO2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B不正确；硅胶可用作干燥剂，但SiO2不与水反应，C不正确；CO2是由分子构成的，SiO2是由Si、O原子直接构成的，D不正确。2．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行的判断，其中正确的是()①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O②SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑③SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O④Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑⑤SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑a．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃b．反应②中SiO2表现出氧化性c．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性d．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理e．反应⑤中SiO2未参加氧化还原反应A．ace B．bdeC．cde D．ab解析：选B通常用氢氟酸来刻蚀玻璃，与之对应的反应是③，因此a、c判断错误；反应②是一个置换反应，其中SiO2被还原，表现出氧化性，b判断正确；反应④是一个复分解反应，用难挥发的SiO2制取易挥发的CO2，d判断正确；反应⑤中碳的化合价由0价变为－4和＋2价，硅的化合价和氧的化合价都没有改变，因此SiO2没有参加氧化还原反应，e判断正确。3．由下列实验事实得出的结论正确的是()A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是酸性氧化物B．由SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3>H2SiO3D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物解析：选C由Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，可知酸性：H2CO3>H2SiO3(强酸制弱酸)。4．(2019·邢台质检)将足量CO2气体通入水玻璃中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是()A．Na2SiO3 B．Na2CO3、Na2SiO3C．Na2CO3、SiO2 D．SiO2解析：选A将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3，然后加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO2、2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O和Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3。5．(2019·漳州模拟)C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素，下列有关说法中正确的是()A．三种元素在自然界中既有游离态又有化合态B．元素的＋4价氧化物都属于酸性氧化物，都能与碱反应而不能与任何酸反应C．最低价的气态氢化物都具有还原性，易与O2发生反应D．其最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱：H2SO4>H2SiO3>H2CO3解析：选CA项，硅元素在自然界中无游离态，错误；B项，SiO2能与氢氟酸反应，错误；C项，C、Si、S三种元素低价态气态氢化物分别为CH4、SiH4、H2S，都具有还原性，易与O2发生反应，正确；D项，酸性强弱顺序为：H2SO4>H2CO3>H2SiO3，错误。6．月球的矿产资源极为丰富，仅月球表层5cm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、斜长石KAlSi3O8和橄榄石(Mg或Fe)2SiO4等，下列说法或分析不正确的是()A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿B．斜长石的氧化物形式可表示为K2O·Al2O3·3SiO2C．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气D．橄榄石中铁为＋2价解析：选B斜长石的氧化物形式应为K2O·Al2O3·6SiO2。7．(2019·宿州模拟)下列叙述中正确的是()A．因为Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强B．碳和硅都是第ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维D．SiO2和CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能与水反应生成硅酸解析：选DA项，该反应在高温下进行，且反应生成的产物中有气体，反应正向移动，促使反应能够顺利进行，故不能通过此反应判断H2CO3与H2SiO3的酸性强弱，错误；CO2和SiO2的物理性质差异较大，B错误；光导纤维的主要成分是SiO2，C错误；SiO2和CO2都是酸性氧化物，SiO2不溶于水，所以不能与水反应生成硅酸，D正确。8．已知：碳、硅、锗、锡、铅为第ⅣA族元素，其原子序数依次增大，碳、硅、锗、锡的＋4价化合物是稳定的，而铅的＋2价化合物是稳定的。根据元素周期律的知识分析下列关于锗、锡、铅的推断不正确的是()A．SnCl2具有较强的还原性，PbO2具有较强的氧化性B．若锗、锡在空气中不反应，铅有可能与氧气反应C．若锗与盐酸不反应，锡、铅也不能与盐酸反应D．三种元素的＋4价氢氧化物的碱性由弱到强的顺序：Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4解析：选C根据题给信息，锡的＋4价化合物是稳定的，铅的＋2价化合物是稳定的，可知A项正确；根据元素周期律可知铅的金属性最强，它有可能与氧气反应，B项正确；锡、铅在金属活动性顺序表中排在氢前，能与盐酸反应，C项错误；根据金属性的强弱关系，三种元素的＋4价氢氧化物的碱性由弱到强的顺序为Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4，D项正确。9．(2019·绵阳质检)下列除杂方法正确的是()A．SiO2中含Al2O3杂质，可以加入足量NaOH溶液，然后过滤除去B．CO2中含有CO杂质，可以通入盛有CuO的玻璃管且加热C．CO2中含有HCl杂质，可以通过盛有饱和Na2CO3溶液的洗气瓶D．Na2CO3溶液中含有Na2SiO3杂质，可以通入足量的CO2，然后过滤解析：选BSiO2、Al2O3均能与NaOH溶液反应，A项错误；在加热的条件下，CO与CuO反应产生CO2，B项正确；Na2CO3溶液也能吸收CO2，C项错误；引入NaHCO3杂质，D项错误。10．(2019·银川模拟)科学家最新研制的利用氯化氢和氢气生产高纯硅的工艺流程如图所示：容器Ⅰ中进行的反应为①Si(粗)＋3HCl(g)=SiHCl3(l)＋H2(g)；容器Ⅱ中进行的反应为②SiHCl3＋H2=Si(纯)＋3HCl。下列说法正确的是()A．该工艺流程的优点是部分反应物可循环使用B．最好用分液的方法分离Si和SiHCl3C．反应①和②中HCl均作氧化剂D．反应①和②属于可逆反应解析：选A该工艺流程中HCl和H2两种气体可循环使用；分离Si与SiHCl3可用过滤的方法；反应②中HCl是生成物，是氧化产物；反应①、②都不在同一条件下进行，不是可逆反应。11．甲气体可发生如下变化：甲气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的炭层))乙气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的炭层))丙气体eq\o(→,\s\up7(通过灼热的CuO))乙气体eq\o(→,\s\up7(通过澄清石灰水))丁固体。则甲、乙、丙、丁分别为()A．CO2、CO、O2、CaO B．O2、CO、CO2、CaCO3C．O2、CO2、CO、CaCO3 D．CO、CO2、O2、Ca(OH)2解析：选C以丙气体为突破口，丙通过灼热的CuO后，生成的乙气体可与澄清石灰水反应生成固体，说明乙是CO2，则丙是CO，甲是O2，丁是CaCO3。12．“天宫二号”空间实验室已于2016年9月15日22时04分在酒泉卫星发射中心发射成功。请回答下列问题：(1)耐辐照石英玻璃是航天器姿态控制系统的核心元件。石英玻璃的成分是________________(填化学式)，该物质的类别属于______________(填“碱性氧化物”或“酸性氧化物”)，实验室中不能用玻璃塞试剂瓶盛放KOH溶液，原因是__________________________(用离子方程式表示)。(2)太阳能电池帆板是“天宫二号”空间运行的动力源泉，其性能直接影响到“天宫二号”的运行寿命和可靠性。“天宫二号”使用光太阳能电池，该电池的核心材料是______，其能量转化方式为__________________。解析：(1)石英的主要成分为二氧化硅，其化学式为SiO2，它是玻璃工业和陶瓷工业的原料、冶金工业的助熔剂、石英玻璃的主要成分；SiO2能与强碱溶液反应生成硅酸盐和水，所以SiO2属于酸性氧化物；常温下，KOH与玻璃塞中的SiO2发生反应生成K2SiO3(具有黏性)和H2O，反应的离子方程式为SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O。(2)太阳能电池的核心材料是晶体硅，其能量转化方式是太阳能转化为电能。答案：(1)SiO2酸性氧化物SiO2＋2OH－=SiOeq\o\al(2－,3)＋H2O(2)Si(或晶体硅)太阳能转化为电能13．二氯二氢硅(SiH2Cl2)常用于外延法工艺中重要的硅源。易燃、有毒，与水接触易水解，沸点为8.2℃。在铜催化作用下，HCl与硅在250～260℃反应可以制得SiH2Cl(1)利用浓硫酸、浓盐酸为原料，选用A装置制取HCl，利用了浓硫酸的________性。(2)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为___________________________________。(3)按照气体从左到右的方向，制取SiH2Cl2的装置(h处用止水夹夹好)连接顺序为a→()→()→()→()→()→()→()(填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。(4)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为______，后面装置C的作用为________________________________________________________________________。(5)反应除生成二氯二氢硅之外，还会生成H2和______、________等。(6)新的制取SiH2Cl2的方法是：往硅粉中先通入Cl2，在300～350℃反应生成SiCl4，然后再与HCl在250～260℃反应，可以大大提高产率。如果通入气体解析：(1)浓硫酸有吸水性，使浓盐酸更易挥发出HCl。(2)利用原子守恒法配平。(3)A装置制取HCl，连接C装置干燥，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发，在B装置中收集，SiH2Cl2的密度比空气大，导气管应长进短出，为防止空气中的水进入B中，则应在B后接干燥管。(4)前面的装置C是用来干燥氯化氢气体的，应选用P2O5或无水CaCl2，后面装置C的作用为尾气处理和防止空气中的水进入B中，应选碱石灰。(6)如果通入气体顺序相反，SiH2Cl2会与Cl2继续反应，生成SiCl4、SiHCl3。答案：(1)吸水(2)Si＋2HCleq\o(=,\s\up7(250～260℃),\s\do5(铜))SiH2Cl2(3)defgbcd(4)P2O5或无水CaCl2尾气处理和防止空气中的水进入B中(5)SiCl4SiHCl3(6)SiH2Cl2＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4＋2HCl(或SiH2Cl2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3＋HCl)14．锡(Sn)是一种重要的金属，纯锡可用于制作超导材料、半导体材料。锡元素位于元素周期表第五周期第ⅣA族。(1)锡在化合物中常见的化合价有两种：＋2和________。(2)锡既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，生成的盐中锡都显＋2价，写出锡与NaOH溶液反应的离子方程式：________________________________________________________。(3)如图是工业冶炼锡的基本流程：①炼前处理包含锡精矿(主要含锡、铁、铜、铅的硫化物和砷化物)在空气中焙烧等流程，使硫和砷元素转化为易挥发的SO2和As2O3，请写出砷磁黄铁矿(FeAsS2)焙烧生成红棕色固体的化学方程式：_______________________________________________，生成的气体用过量的NaOH溶液吸收，则溶液中浓度最大的含氧酸根离子是________。②还原熔炼的反应原理为SnO2(s)＋2CO(g)Sn(s)＋2CO2(g)，一定温度下，在固定容积的密闭容器中，SnO2与CO反应，平衡后容器内气体的平均摩尔质量为37.6g·mol－1，该温度下的平衡常数K＝________。③粗锡中主要含有Fe、Cu、Pb、Sb金属，常采用电解精炼方法获得精锡。其中SnSO4溶液作电解液，精锡连接电源的________极，检测可知电解后阳极泥中含有Sb、Cu、PbSO4等，则电解过程中阳极电极反应式为_____________________________________。④精炼后产生的渣及还原熔炼产生的硬头中一定含有的元素是________。解析：(1)锡元素位于元素周期表第五周期第ⅣA族，则化合物中锡有＋2和＋4两种常见的化合价。(2)锡有类似Al的两性性质，既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应，生成的盐中锡都显＋2价，其中锡与NaOH溶液反应生成氢气和Na2SnO2的离子方程式为Sn＋2OH－=SnOeq\o\al(2－,2)＋H2↑。(3)①FeAsS2在空气中焙烧生成SO2、As2O3和红棕色固体Fe2O3，根据氧化还原反应中得失电子守恒及原子守恒可知此反应的化学方程式为2FeAsS2＋7O2eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋As2O3＋4SO2；生成的SO2用过量的NaOH溶液吸收得Na2SO3溶液，SOeq\o\al(2－,3)在溶液中水解，但只是少部分水解，则溶液中的浓度最大的含氧酸根离子仍是SOeq\o\al(2－,3)。②混合气体为CO和CO2，平均摩尔质量为37.6g·mol－1，设CO的物质的量为xmol，CO2的物质的量为ymol，则28g·mol－1×xmol＋44g·mol－1×ymol＝37.6g·mol－1×(x＋y)mol，解得x∶y＝2∶3，平衡后容器内气体在该温度下的平衡常数K＝eq\f(c2CO2,c2CO)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2)))2＝2.25。③粗锡精炼时，精锡作阴极，连接电源的负极，检测可知电解后阳极泥中含有Sb、Cu、PbSO4等，说明Fe、Sn、Pb均在阳极发生氧化反应，Sb、Cu未氧化，电解过程中阳极电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋、Sn－2e－=Sn2＋、Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4。④由题图可知，精炼后产生的渣及还原熔炼产生的硬头会重新还原熔炼，说明其中一定仍含有Sn元素。答案：(1)＋4(2)Sn＋2OH－=SnOeq\o\al(2－,2)＋H2↑(3)①2FeAsS2＋7O2eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋As2O3＋4SO2SOeq\o\al(2－,3)②2.25③负Fe－2e－=Fe2＋、Sn－2e－=Sn2＋、Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4④Sn15．某矿石含碳酸镁和石英，制备高纯硅和硅胶的工艺流程如下：(1)“硅胶”常用作________，也可以用作________的载体。A的结构式为________。(2)制备粗硅的方程式为_____________________________________________。(3)操作Ⅰ为________，操作Ⅱ为__________________________________________。(4)操作Ⅲ，需要在氯化氢气流中加热脱水的原因是________________________。(5)溶液G用E酸化的方程式为____________________________________________。解析：(1)“硅胶”多孔，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。二氧化碳的结构式为O=C=O。(2)工业制取纯硅的工艺流程为SiO2eq\o(→,\s\up7(C))粗硅eq\o(→,\s\up7(Cl2))SiCl4eq\o(→,\s\up7(H2))纯硅，用焦炭还原SiO2，产物是CO而不是CO2。(3)操作Ⅰ为过滤，操作Ⅱ为蒸发结晶。(4)MgCl2·6H2O加热脱水制得MgCl2，要在氯化氢气流中进行，氯化氢氛围是防止镁离子水解。(5)Na2SiO3与HCl反应，生成NaCl和H2SiO3。答案：(1)干燥剂催化剂O=C=O(2)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO(3)过滤蒸发浓缩、冷却结晶(4)防止镁离子水解(5)Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓考点一氯单质及其化合物的性质与应用(一)氯气1．物理性质颜色气味毒性密度特性黄绿色强烈刺激性气味eq\a\vs4\al(有)毒比空气eq\a\vs4\al(大)eq\a\vs4\al(易)液化[注意]实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少量气体飘进鼻孔。(如图所示)2．化学性质(1)与金属反应与变价金属反应生成高价金属氯化物。①与铁反应：2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2FeCl3。②与铜反应：Cu＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))CuCl2。(2)与非金属反应与H2反应：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃或光照))2HCl，(3)与水反应溶于水的氯气部分与水反应，离子方程式为Cl2＋H2O=H＋＋Cl－＋HClO。(4)与碱反应与NaOH溶液反应，离子方程式为Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O。(5)与还原性无机化合物反应①与碘化钾溶液反应：2KI＋Cl2=2KCl＋I2。②与SO2水溶液反应：SO2＋2H2O＋Cl2=H2SO4＋2HCl。③与FeCl2溶液反应：2FeCl2＋Cl2=2FeCl3。(6)与有机化合物反应①光照条件下与CH4反应：CH4＋Cl2eq\o(→,\s\up7(光照))CH3Cl(主要)。②一定条件下与CH2=CH2反应：CH2=CH2＋Cl2→CH2ClCH2Cl。(二)次氯酸和次氯酸盐1．次氯酸(1)不稳定性次氯酸分解反应的化学方程式为2HClOeq\o(=,\s\up7(光照))2HCl＋O2↑。(2)强氧化性①能将有色物质氧化为无色物质，作漂白剂。②杀菌、消毒。(3)弱酸性向NaClO溶液中通入少量CO2，离子方程式为ClO－＋CO2＋H2O=HCOeq\o\al(－,3)＋HClO。[注意]向NaClO溶液中通入CO2(无论是少量还是过量)，均生成HCOeq\o\al(－,3)和HClO。2．次氯酸盐(1)漂白液(2)漂白粉[注意]向Ca(ClO)2溶液中通入少量CO2，发生反应为Ca2＋＋2ClO－＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO。(三)氯水的成分与性质1．从化学平衡的角度认识氯水的成分与应用(1)氯水的成分氯水中存在三个平衡关系：①Cl2＋H2OHCl＋HClO②HClOH＋＋ClO－③H2OH＋＋OH－根据可逆反应的特点，即可得出氯水中存在3种分子：H2O、Cl2、HClO,4种离子：H＋、Cl－、ClO－、OH－。(2)Cl2＋H2OHCl＋HClO平衡移动的应用向氯水中加入的物质浓度变化平衡移动的方向应用可溶性氯化物c(Cl－)增大左移①用饱和食盐水除Cl2中的HCl②用排饱和食盐水法收集Cl2盐酸c(H＋)和c(Cl－)增大左移次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2NaOHc(H＋)减小右移用NaOH溶液吸收多余Cl2Ca(OH)2c(H＋)减小右移制漂白粉CaCO3c(H＋)减小右移制高浓度的HClO溶液光照c(HClO)减小右移氯水避光保存或现用现配2．从微粒组成的角度认识氯水性质的多重性[题点全练]题点(一)氯气和氯水的性质1．如图所示是验证氯气性质的微型实验，a、b、d、e是浸有相关溶液的滤纸。向KMnO4晶体滴加一滴浓盐酸后，立即用另一培养皿扣在上面(已知：2KMnO4＋16HCl=2KCl＋5Cl2↑＋2MnCl2＋8H2O)。对实验现象的“解释或结论”正确的是()选项实验现象解释或结论Aa处变蓝，b处变红棕色氧化性：Cl2>Br2>I2Bc处先变红，后褪色氯气与水生成了酸性物质Cd处立即褪色氯气与水生成了漂白性物质De处变红色还原性：Fe2＋>Cl－解析：选Da处变蓝、b处变红棕色，说明Cl2分别与KI、NaBr作用生成I2、Br2，可证明氧化性：Cl2>I2、Cl2>Br2，但不能证明氧化性：Br2>I2，A错误；c处先变红，说明氯气与水反应生成酸性物质，后褪色，说明氯气与水生成的HClO具有漂白性，B错误；d处立即褪色，也可能是氯气与水反应生成的酸性物质中和NaOH的原因，C错误；e处变红说明Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－，证明还原性：Fe2＋>Cl－，D正确。2．(2019·定州中学月考)氯气的水溶液称为“氯水”，氯水中含有多种分子和离子，因此氯水有多重性质，下列有关新制氯水的说法中不正确的是()A．新制氯水呈黄绿色，且有刺激性气味，说明氯水中含有Cl2B．新制氯水滴在蓝色石蕊试纸上，试纸先变红色后褪色，可说明氯水中含有Cl2C．向淀粉碘化钾溶液中加入氯水，溶液变成蓝色，说明Cl2可以与盐发生置换反应D．新制氯水滴到Na2CO3溶液中，有气体产生，说明氯水中含有H＋解析：选BCl2＋H2OHCl＋HClO，氯水中含有Cl2、H＋、Cl－、HClO。A项，氯气是黄绿色气体，新制氯水呈现黄绿色，说明氯水中含有Cl2，正确；B项，试纸先变红，说明含有H＋，后褪色，是因为HClO的漂白性，错误；C项，溶液变蓝说明生成I2，新制氯水的主要成分是Cl2，说明发生反应Cl2＋2I－=2Cl－＋I2，正确；D项，发生反应2H＋＋COeq\o\al(2－,3)=CO2↑＋H2O，正确。[规律方法]液氯、新制氯水、久置氯水的比较液氯新制氯水久置氯水分类纯净物混合物混合物颜色黄绿色浅黄绿色无色性质氧化性酸性、氧化性、漂白性酸性粒子种类Cl2Cl2、HClO、H2O、H＋、Cl－、ClO－、OH－H2O、H＋、Cl－、OH－题点(二)含氯化合物的性质及应用3．制取水处理剂ClO2(其部分性质如表所示)的方法之一是利用草酸(H2C2O4)与氯酸钾反应，反应的化学方程式为2KClO3＋aH2C2O4＋H2SO4=2ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋bH密度/g·L－1熔点/℃沸点/℃水溶性3.09－59.511.0极易溶解A．化学方程式中a＝1，b＝2B．草酸只起到还原剂的作用C．KClO3中只有Cl元素被还原D．生成标准状况下5.6LClO2时，转移0.25mol电子解析：选D由化学方程式中的碳元素守恒可知a＝1，由氢元素或氧元素守恒可知b＝2，A项正确；该反应中的草酸为还原剂，氯酸钾为氧化剂，B、C项正确；标准状况下ClO2为液体，D项错误。4．某学生做如下实验：第一步，在淀粉­KI溶液中，滴入少量NaClO溶液，并加入少量稀硫酸，溶液立即变蓝；第二步，在上述蓝色溶液中，滴加足量的Na2SO3溶液，蓝色逐渐消失。下列叙述中该同学对实验原理的解释和所得结论不正确的是()A．氧化性：ClO－>I2>SOeq\o\al(2－,4)B．若将Na2SO3溶液加入氯水中，氯水褪色C．淀粉­KI溶液变蓝是因为I－被ClO－氧化为I2，I2遇淀粉变蓝D．蓝色消失的原因是Na2SO3溶液具有漂白性解析：选D第一步中发生的反应为2I－＋ClO－＋2H＋=I2＋Cl－＋H2O，故氧化性：ClO－>I2；第二步中发生的反应为I2＋SOeq\o\al(2－,3)→SOeq\o\al(2－,4)＋化合态碘，故氧化性：I2>SOeq\o\al(2－,4)，A项正确；Cl2氧化性比I2的强，故由第二步实验可知B项正确；I2遇淀粉变蓝，说明I－被ClO－氧化为I2，C项正确；第二步实验证明Na2SO3具有还原性，非漂白性，D项错误。[规律方法]次氯酸盐的强氧化性ClO－不论是在酸性、碱性条件下都能跟亚铁盐、碘化物、硫化物、亚硫酸盐等发生氧化还原反应，即ClO－与I－、Fe2＋、S2－、SOeq\o\al(2－,3)不论是在酸性环境还是在碱性环境中均不能大量共存。如漂白粉遇到亚硫酸盐：Ca2＋＋ClO－＋SOeq\o\al(2－,3)=CaSO4↓＋Cl－。考点二氯气的实验室制法氯气是一种性质活泼的气体，以氯气的实验室制备、性质探究为素材的实验题目在高考实验类试题中占有较大的比重。如2019年四川卷T9、2019年江苏卷T19、福建卷T25、海南卷T17、重庆卷T9。高考“题在书外，理在书中”，高考实验无非是教材实验的创新考查而已。本书对一些经典实验的编排不囿旧规，创新编排思路——在用直观的实验图示展示实验流程的同时，又巧妙地将一些高考创新实验给予对照比较，旨在让考生迁移思维、开阔视野，记牢更要用活，学会更要学通。[实验装置图解][思考]1．如何检验集气瓶中已收集满氯气？提示：(1)实验室制取Cl2时，常常根据集气瓶中气体的颜色判断是否收集满。(2)将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸先变红后褪色，则证明已集满。(3)将湿润的淀粉碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。2．实验室里能否用K2Cr2O7(或KClO3)代替MnO2与浓盐酸反应制取Cl2？若能，写出反应的离子方程式。提示：能；常温下即可反应，故不需要酒精灯加热，离子方程式为Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Cl－＋14H＋=2Cr3＋＋3Cl2↑＋7H2O，ClOeq\o\al(－,3)＋5Cl－＋6H＋=3Cl2↑＋3H2O。3．400mL10mol·L－1的浓盐酸与足量的MnO2混合共热，能否得到1molCl2?提示：不能；因为MnO2与稀盐酸不反应，故生成的Cl2小于1mol。[题点全练]题点(一)氯气的制取及性质探究1．实验室用MnO2和浓盐酸制Cl2时，有如下操作：①连好装置，检查气密性；②缓缓加热；③加入MnO2粉末；④从装有浓盐酸的分液漏斗中加入浓盐酸；⑤将多余氯气用NaOH溶液吸收；⑥用向上排气收集氯气。顺序正确的是()A．①②③④⑥⑤ B．③④②①⑥⑤C．①④③②⑥⑤ D．①③④②⑥⑤解析：选D气体制备装置的连接顺序：从下到上，从左到右；装入药品的顺序为：先固后液。2．(2019·南昌模拟)如图是实验室制备氯气并进行一系列相关实验的装置(夹持装置已略)。(1)制备氯气选用的药品为漂粉精固体和浓盐酸，则相关反应的化学方程式为________________________________________________________________________。(2)装置B中饱和食盐水的作用是_______________________________________；同时装置B也是安全瓶，监测实验进行时装置C是否发生堵塞，请写出发生堵塞时装置B中的现象：__________________________________________。(3)装置C的实验目的是验证氯气是否具有漂白性，为此装置C中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处依次放入________(填字母)。abcdⅠ干燥的有色布条干燥的有色布条湿润的有色布条湿润的有色布条Ⅱ碱石灰硅胶浓硫酸无水氯化钙Ⅲ湿润的有色布条湿润的有色布条干燥的有色布条干燥的有色布条(4)设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。当向D装置中缓缓通入一定量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为________色，说明氯的非金属性强于溴。(5)打开活塞，将装置D中少量溶液加入装置E中，振荡后静置。观察到的现象是________________________________________________________________________。解析：(1)根据氧化还原反应的规律，次氯酸钙与浓盐酸反应生成氯化钙、氯气与水，反应的化学方程式为Ca(ClO)2＋4HCl(浓)=CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O。(2)浓盐酸易挥发，反应制取的氯气中含有HCl，装置B中饱和食盐水的作用是除去Cl2中的HCl；若装置C发生堵塞，装置B中的压强会增大，长颈漏斗中液面上升，形成水柱。(3)验证氯气是否具有漂白性，要对比验证干燥氯气和湿润氯气有无漂白性，因此Ⅰ处应为湿润的有色布条，Ⅱ处应为干燥剂，Ⅲ处应为干燥的有色布条，U形管中应用固体干燥剂。(4)当向装置D中缓缓通入少量氯气时，可以看到无色溶液逐渐变为棕黄色，发生反应：Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2。(5)打开活塞，将装置D中含Br2的少量溶液加入装置E中，发生反应：Br2＋2KI=2KBr＋I2，碘单质溶于苯呈紫红色，振荡后静置，观察到的现象是装置E中溶液分为两层，上层(苯层)为紫红色。答案：(1)Ca(ClO)2＋4HCl(浓)=CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O(2)除去Cl2中的HCl长颈漏斗中液面上升，形成水柱(3)d(4)棕黄(5)装置E中溶液分为两层，上层(苯层)为紫红色[规律方法]氯气的性质探究实验流程装置试剂实验现象实验目的A浓硫酸验证氯气无漂白作用，而湿润的红布条之所以褪色是因为Cl2与H2O反应生成的HClO具有漂白作用B干燥红布条无明显变化C湿润红布条红布条褪色DFeCl2溶液溶液由浅绿色变棕黄色验证氯气具有强氧化性，可与金属及还原性物质反应E淀粉KI溶液溶液变蓝色F浓硫酸G铁粉产生棕色烟HNaOH溶液吸收多余的氯气题点(二)陌生氯化物的制备3．二氯化二硫(S2Cl2)是一种常用于橡胶硫化、有机物氯化的试剂，甲同学查阅资料：①将干燥的氯气在110～140℃间与硫反应，即可得S2Cl2粗品；②物质熔点/℃沸点/℃化学性质S112.8444.6略S2Cl2－77137一种橙黄色的液体，遇水易水解，有淡黄色固体出现，同时产生能使品红溶液褪色的气体；300℃以上完全分解；S2Cl2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2SCl2。设计如图所示实验装置在实验室合成S2Cl2：回答以下问题：(1)仪器A的名称是________。(2)B中所发生反应的离子方程式为____________________________________。(3)C装置的作用是___________________________________________。(4)S2Cl2粗品中可能混有的杂质是____________________________________________。(5)乙同学发现，该装置中除了E处的温度不能过高外，还有一处重大缺陷需改进，否则会导致S2Cl2的产率大大降低，原因是________________________(用化学方程式表示)；请简要提出改进方案____________________________________________________。(6)H中的溶液可以选择下列试剂中的________(填序号)。①碳酸钠溶液②氯化铁溶液③亚硫酸钠溶液④高锰酸钾溶液解析：(1)由装置图可知A为分液漏斗。(2)在装置B中制取氯气，离子反应方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)在E中干燥纯净的Cl2与S发生反应，而B中制取的Cl2中含有HCl杂质，除杂后气体还需要干燥，故C中盛有饱和食盐水以除去HCl，D中盛有浓硫酸以干燥氯气。(4)结合题给信息，S2Cl2能与Cl2反应生成SCl2，知S2Cl2粗品中可能混有的杂质有S、SCl2、Cl2。(5)观察装置图可知，H中水蒸气可进入G中，发生反应：2S2Cl2＋2H2O=3S↓＋SO2↑＋4HCl，导致S2Cl2产率降低，可在G和H之间增加干燥装置。(6)H是除氯气装置，氯化铁和高锰酸钾都不与氯气反应，①③符合题意。答案：(1)分液漏斗(2)MnO2＋4H＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(△))Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O(3)除去Cl2中的HCl杂质(4)S、SCl2、Cl2(5)2S2Cl2＋2H2O=3S↓＋SO2↑＋4HCl在G和H之间增加干燥装置(如盛有浓硫酸的洗气瓶)(6)①③考点三卤素单质的制取、性质及卤素离子的检验(一)提取卤素单质的工艺流程1．海水中提氯海水→粗盐eq\o(→,\s\up7(精制))饱和食盐水eq\o(→,\s\up7(电解))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(阳极产物：\a\vs4\al(Cl2),阴极产物：\a\vs4\al(H2、NaOH)))化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。2．海水中提溴(1)流程(2)发生反应的离子方程式①2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－；②eq\a\vs4\al(Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SO\o\al(2－,4))；③2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－。3．海带中提碘(1)流程(2)发生反应的离子方程式2I－＋Cl2=I2＋2Cl－(二)卤素单质的性质1．卤素单质性质的相似性(1)都能与大多数金属反应，如2Fe＋3Br2=2FeBr3，但I2与Fe反应生成FeI2。(2)都能与H2反应生成HX：X2＋H2=2HX(X代表Cl、Br、I，下同)。(3)都能与水反应：X2＋H2OHX＋HXO(F2例外：2F2＋2H2O=4HF＋O2)。(4)都能与碱溶液反应：X2＋2NaOH=NaX＋NaXO＋H2O(F2例外)。2．卤素单质的递变性颜色熔、沸点eq\o(→,\s\up7(气体气体液体固体),\s\do5(逐渐升高))密度eq\o(→,\s\up7(逐渐增大))水溶性eq\o(→,\s\up7(反应溶解溶解微溶),\s\do5(逐渐减小))氧化性eq\o(→,\s\up7(与氢气化合或与水反应由易到难),\s\do5(氯、溴、碘单质氧化性强弱顺序是Cl2>Br2>I2))还原性(X－)阴离子还原性由强到弱顺序是I－>Br－>Cl－；①Cl2能从Br－的溶液中置换出Br2，离子方程式为2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2;②Br2能从I－的溶液中置换出I2，离子方程式为2I－＋Br2=2Br－＋I23．特殊性氟①无正价，非金属性最强，F－的还原性最弱②2F2＋2H2O=4HF＋O2，与H2反应在暗处即爆炸③氢氟酸是弱酸，能腐蚀玻璃，故应保存在塑料瓶中溴①Br2是深红棕色液体，易挥发②Br2易溶于有机溶剂③盛溴的试剂瓶中加水，进行水封，保存液溴不能用橡胶塞碘①淀粉遇I2变eq\a\vs4\al(蓝)色②I2加热时易升华③I2易溶于有机溶剂(三)卤素离子的检验1．AgNO3溶液——沉淀法未知液eq\o(→,\s\up7(滴加AgNO3溶液),\s\do5(和稀硝酸))生成eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(白)色沉淀，则有Cl－,浅黄色沉淀，则有Br－,\a\vs4\al(黄)色沉淀，则有I－))2．置换——萃取法未知液eq\o(→,\s\up7(加适量新制饱和氯水),\s\do5(振荡))eq\o(→,\s\up7(加入CCl4下层或汽油上层),\s\do5(振荡))eq\a\vs4\al(有机层呈)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(红棕色或橙红色，表明有Br－,紫色、浅紫色或紫红色，表明有\a\vs4\al(I－)))3．氧化——淀粉检验I－未知液eq\o(→,\s\up7(加入适量新制饱和氯水双氧水),\s\do5(振荡))eq\o(→,\s\up7(淀粉溶液),\s\do5(振荡))eq\a\vs4\al(蓝)色溶液，表明有I－[题点全练]题点(一)卤素的性质及应用1．已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现按下图进行卤素的性质实验。玻璃管内分别装有滴有不同溶液的白色棉球，反应一段时间后，对图中指定部分颜色描述正确的是()选项①②③④A黄绿色橙色蓝色白色B无色橙色紫色白色C黄绿色橙色蓝色无色D黄绿色无色紫色白色解析：选A由①处产生的Cl2通过②时发生反应Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2，通过③时发生反应Cl2＋2KI=2KCl＋I2，通过④时发生反应Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O，因Cl2为黄绿色，Br2为橙色，淀粉遇I2变蓝，Cl2遇碱产生NaCl、NaClO，可知应选A。2．(2019·临沂模拟)鉴别NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液可以选用的试剂是()①碘水、淀粉溶液②氯水、CCl4③溴水、苯④硝酸、AgNO3溶液⑤氯水、苯⑥CCl4、淀粉溶液A．①②④ B．②③⑥C．②④⑤ D．④⑤⑥解析：选C将②加入NaCl溶液中，下层为黄绿色，加入NaBr溶液中，下层为橙红色，加入NaI溶液中，下层为紫红色；加入⑤与加入②均产生分层现象；④分别加入NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液得到不同颜色的沉淀。3．为验证卤素单质氧化性的相对强弱，某小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器已略去，气密性已检验)。实验过程：Ⅰ.打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。Ⅲ.当B中溶液由黄色变为红棕色时，关闭活塞a。(1)A中产生黄绿色气体，其电子式是________________________________________________________________________。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是___________________________________。(3)B中溶液发生反应的离子方程式是_______________________________________。(4)为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是___________________________________________________________________。(5)过程Ⅲ实验的目的是_____________________________________。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因：同主族元素从上到下____________________，得电子能力逐渐减弱。解析：(1)A中产生的黄绿色气体为Cl2，其电子式为。(2)Cl2遇湿润的淀粉­KI试纸时，发生反应：Cl2＋2KI=I2＋2KCl，产生的I2遇淀粉变蓝，可以证明Cl2的氧化性强于I2。(3)B中Cl2与NaBr发生置换反应，离子方程式为Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2。(4)C中NaBr与Cl2反应生成NaCl和Br2，将C中溶液滴入D中，振荡，发生反应：Br2＋2KI=I2＋2KBr，静置后D中溶液分层，下层为碘的CCl4溶液，显紫红色，可以说明溴的氧化性强于碘。(5)过程Ⅲ的B中溶液由黄色变为棕红色说明仍有Br2生成，由于B与C中溶液相同，故C中通入Cl2不足，NaBr过量，故C的黄色溶液中无Cl2，排除对溴置换碘实验的干扰。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱，是因为从Cl到I，原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱。答案：(1)(2)湿润的淀粉­KI试纸变蓝(3)Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(4)打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下D振荡，静置后CCl4层变为紫红色(5)确认C的黄色溶液中无Cl2，排除Cl2对溴置换碘实验的干扰(6)原子半径逐渐增大题点(二)卤素单质的制取4．(2019·长春模拟)从海带中提取碘单质，成熟的工艺流程如下，下列关于海水制碘的说法不正确的是()A．实验室在蒸发皿中灼烧干海带，并且用玻璃棒搅拌B．在含I－的滤液中加入稀硫酸和H2O2后，碘元素发生氧化反应C．在碘水中加入几滴淀粉溶液，溶液变蓝色D．在碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取”解析：选A灼烧干海带应在坩埚中进行，而不应在蒸发皿中灼烧海带。5．我国有广阔的海岸线，建设海峡经济区，海水的综合利用大有可为，如图所示为海水综合利用部分流程，有关说法正确的是()A．上述工艺流程中涉及化合、分解、复分解和置换反应B．①只发生了化学变化，②是用电解熔融NaCl制备Cl2C．③④涉及的反应均为氧化还原反应，⑤只需要蒸馏即可得到单质Br2D．④中反应的离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－解析：选D题述工艺流程中②电解熔融氯化钠制取氯气属于分解反应，③属于置换反应，工艺流程中没有涉及化合、复分解反应，故A错误；①只发生了物理变化，②是用电解熔融NaCl制备Cl2，故B错误；③④⑤涉及的反应均为氧化还原反应，故C错误；④中反应的离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－，故D正确。[综合演练提能][课堂真题练]1．判断正误(正确