专题18 碳、硅及无机非金属材料 十年（2015-2024）高考化学真题分类汇编(解析版)

2013-2024年十年高考真题汇编PAGEPAGE1专题18碳、硅及无机非金属材料考点十年考情(2015-2024)命题趋势考点1碳及其化合物2019•浙江4月卷、2018•江苏卷、2016·上海卷、2015·北京卷高考对本部分的考查主要以碳、硅单质及其重要化合物的性质、应用为主，题型延续选择题或非选择题的形式，中等难度分值为2~6分，特别是硅、二氧化硅的用途考查概率较大，。在以往高考中不被看好的元素硅及其化合物的性质在新高考中的地位相当突出，要引起重视。考点2硅及其化合物2022•河北省选择性卷、2022·浙江省6月卷、2021•浙江1月卷、2021•浙江1月卷、2020•浙江1月卷、2020•浙江7月卷、2015·海南卷考点1碳及其化合物1．(2019•浙江4月卷，20)在温热气候条件下，浅海地区有厚层的石灰石沉积，而深海地区却很少。下列解析不正确的是()A．与深海地区相比，浅海地区水温较高，有利于游离的CO2增多、石灰石沉积B．与浅海地区相比，深海地区压强大，石灰石岩层易被CO2溶解，沉积少C．深海地区石灰石岩层的溶解反应为：CaCO3(s)＋H2O(l)＋CO2(aq)Ca(HCO3)2(aq)D．海水呈弱酸性，大气中CO2浓度增加，会导致海水中CO浓度增大【答案】D【解析】石灰岩的形成是CaCO3的沉积结果，海水中溶解一定量的CO2，因此CaCO3与CO2，H2O之间存在着下列平衡：CaCO3(s)+CO2(g)+H2O(l)⇌Ca(HCO3)2(aq)。A项，海水中CO2的溶解度随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，在浅海地区，海水层压力较小，同时水温比较高，因而CO2的浓度较小，即游离的CO2增多，根据平衡移动原理，上述平衡向生成CaCO3方向移动，产生石灰石沉积，A项正确；B项，与A恰恰相反，石灰石岩层易被CO2溶解，沉积少，B项正确；C项，在深海地区中，上述平衡向右移动，且倾向很大，故溶解反应为CaCO3(s)＋H2O(l)＋CO2(aq)=Ca(HCO3)2(aq)，C项正确；D项，海水温度一定时，大气中CO2浓度增加，海水中溶解的CO2随之增大，导致CO32-转化为HCO3-，CO32-浓度降低，D项错误。故选D。2．(2018•江苏卷，3)下列有关物质性质与用途具有对应关系的是()A．NaHCO3受热易分解，可用于制胃酸中和剂B．SiO2熔点高硬度大，可用于制光导纤维C．Al2O3是两性氧化物，可用作耐高温材料D．CaO能与水反应，可用作食品干燥剂【答案】D【解析】A项，冐酸的主要成分是盐酸，NaHCO3能与HCl反应，故NaHCO3可用于制胃酸中和剂，NaHCO3用于制胃酸中和剂与NaHCO3受热易分解没有对应关系；B项，SiO2传导光的能力非常强，用于制光导纤维，SiO2用于制光导纤维与SiO2熔点高硬度大没有对应关系；C项，Al2O3的熔点很高，用作耐高温材料，Al2O3用作耐高温材料与Al2O3是两性氧化物没有对应关系；D项，CaO能与水反应，用于食品干燥剂，CaO用于食品干燥剂与CaO与水反应有对应关系；故选D。3．(2016·上海卷，25)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。完成下列填空：(1)半水煤气含有少量硫化氢。将半水煤气样品通入____溶液中(填写试剂名称)，出现_______，可以证明有硫化氢存在。(2)半水煤气在铜催化下实现CO变换：CO+H2OCO2+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)=____________。(3)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)2.08.0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。_______________________(4)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、Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ方框中。②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。【答案】(1)硝酸铅(或硫酸铜)；黑色沉淀(2)3：1(3)价廉；吸收CO2能力差碱液循环使用；2KHCO3→K2CO3+CO2↑+H2O(4)①②除去半水煤气中的CO2(包括H2S)和H2O③=4\*ROMANIV【解析】(1)硫化氢能与重金属生成沉淀，所以将半水煤气样品通入硝酸铅(或硫酸铜)溶液中，出现黑色沉淀可以证明有硫化氢存在。(2)若半水煤气中V(H2)：V(CO)：V(N2)=38：28：22，经CO变换后CO转化为氢气，则根据方程式可知所得的气体中：V(H2)：V(N2)=(38+28)：22＝3：1。(3)根据表中数据可知若选择Na2CO3碱液作吸收液，其优点是价廉，而缺点是吸收CO2能力差。由于生成的碳酸氢钾受热易分解产生碳酸钾，所以使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；(4)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，利用浓硫酸稀释产生的水蒸气，利用碱液吸收产生的二氧化碳，进而计算体积分数。所以流程为。②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。4．(2016·上海卷，28)CO2是重要的化工原料，也是应用广发的化工产品。CO2与过氧化钠或超氧化钾反应可产生氧气。完成下列计算：(1)CO2通入氨水生成NH4HCO3，NH4HCO3很容易分解。2.00molNH4HCO3完全分解，分解产物经干燥后的体积为_________L(标准状况)。(2)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_______。(3)CO2和KO2有下列反应：4KO2+2CO2→2K2CO3+3O24KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O2若9molCO2在密封舱内和KO2反应后生成9molO2，则反应前密封舱内H2O的量应该是多少？列式计算。(4)甲烷和水蒸气反应的产物是合成甲醇的原料：CH4+H2OCO+3H2已知：CO+2H2CH3OHCO2+3H2CH3OH+H2O300molCH4完全反应后的产物中，加入100molCO2后合成甲醇。若获得甲醇350mol，残留氢气120mol，计算CO2的转化率。【答案】(1)89.6(2)2.4mol/L≥c≥1.2mol/L(3)8KO2+6CO2+2H2O→2K2CO3+4KHCO3+6O2n(H2O)=(9/6)×2=3(mol)(4)300molCH4完全反应产生H2900mol设CO2转化率为α，CO转化率为β300β+100α=350600β+300α=900-120α=80%或设CO2转化率为α900−350×2−100α=120α=80/100=80%【解析】(1)碳酸氢铵分解的化学方程式为：NH4HCO3H2O+NH3↑+CO2↑，从方程式可以看出，分解产物经干燥后，所得气体为NH3和CO2，且n(NH3)+n(CO2)=2n(NH4HCO3)=2×2.00mol=4.00mol，则V(混合气体)=4.00mol×22.4L/mol=89.6L，即分解产物经干燥后的体积为89.6L。(2)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：①CO2+NaOH=NaHCO3，n(NaOH)=n(CO2)=2.40mol，则c(NaOH)==1.20mol/L；②CO2+2NaOH=Na2CO3，n(NaOH)=2n(CO2)=4.80mol，则c(NaOH)==2.40mol/L；综合①、②可知，NaOH溶液的浓度应该1.20mol/L≤c(NaOH)≤2.40mol/L。(3)方法一：依题意，9molCO2在密封舱内和KO2反应后生成9molO2，即n(CO2)∶n(O2)=1∶1，通过观察题给两个方程式可知，当把两个方程式相加时正好符合题目要求：8KO2+6CO2+2H2O→2K2CO3+4KHCO3+6O2，所以有n(H2O)=n(CO2)=×9mol=3mol，即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol。方法二：设反应前密封舱内H2O的物质的量为n4KO2+4CO2+2H2O→4KHCO3+3O22nn1.5n4KO2+2CO2→2K2CO3+3O29-2n1.5(9-2n)根据题意生成氧气9mol，所以有1.5n+1.5(9-2n)=9mol，解得n=3mol，即反应前密封舱内H2O的物质的量为3mol。(4)方法一：CH4+H2O→CO+3H2300mol300mol900mol设CO2的转化率为α，CO的转化率为βCO+2H2→CH3OHCO2+3H2→CH3OH+H2O300βmol600βmol300βmol100αmol300αmol100αmol根据题意，共生成350mol甲醇，所以有300βmol+100αmol=350mol①式根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为900mol-350mol，所以有600βmol+300αmol=900mol-350mol②式由①②式可得α=0.8，即设CO2的转化率为80%。方法二：在合成甲醇的反应中，氢元素在生成物中有两种存在形式，一是存在于甲醇中，二是存在于水中，设CO2的转化率为αCH4+H2O→CO+3H2300mol900molCO2+3H2→CH3OH+H2O100αmol100αmol根据题意，反应后残留氢气120mol，则实际参加反应的氢气为900mol-350mol，根据反应中氢元素的守恒可有：900mol-120mol=350mol×2+100αmol，解得α=0.8，即设CO2的转化率为80%。5．(2015·北京卷，27)研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3-占95%，写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式：(2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。①写出钙化作用的离子方程式：。②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O，用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：+

(CH2O)x+x18O2+xH2O(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机碳，可采用如下方法：①气提、吸收CO2，用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)，将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol·L-1HCl溶液滴定，消耗ymLHCl溶液，海水中溶解无机碳的浓度=mol·L-1。(4)利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。①结合方程式简述提取CO2的原理：。②用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是。【答案】(1)CO2+H2OH2CO3，H2CO3HCO3-+H+(2)①Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O②xCO22xH218O(3)①②xy/z(4)①a室发生的反应：2H2O-4e-=O2↑+4H+，H+通过阳离子交换膜从a室进入b室，发生反应：HCO3-+H+=CO2↑+H2O②c室发生的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH【解析】(1)二氧化碳溶于水生成碳酸，然后碳酸电离。即CO2+H2OH2CO3，H2CO3HCO3-+H+。(2)①根据反应物是HCO3-，生成物是CaCO3和CO2，易知本题的离子方程式为Ca2++2HCO3-=CaCO3↓+CO2↑+H2O。②由O2只来自H2O及示踪原子的标记可知水分子含18O，而且分子个数是2x，根据元素守恒法可知方程式中的缺项物质为xCO2、2xH218O。(3)①注意酸化的试剂要用硫酸，一定不能用盐酸，HCl会挥发出来影响后续的滴定，如图。②该滴定过程转化的关系式为CO2～HCO3-～HCl1 1n(CO2)xmol·L-1×y×10-3L解得：n(CO2)=xy×10-3mol，所以：c(无机碳)=xy/zmol·L-1。(4)①a室是阳极室，发生氧化反应：2H2O-4e-=O2↑+4H+，出去的海水pH<6，显酸性，表明反应后溶液由碱性变为酸性，a室中的H+通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：HCO3-+H+=CO2↑+H2O。②c室是阴极室，发生还原反应：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，即c室生成碱，然后用碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH。考点2硅及其化合物1．(2022•河北省选择性卷，1)定窑是宋代五大名窑之一，其生产的白瓷闻名于世。下列说法正确的是()A．传统陶瓷是典型的绝缘材料 B．陶瓷主要成分为SiO2和MgOC．陶瓷烧制的过程为物理变化 D．白瓷的白色是因铁含量较高【答案】A【解析】A项，陶瓷是良好的绝缘体，传统陶瓷是典型的绝缘材料，常用于高压变压器的开关外包装和器件，A正确；B项，陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是SiO2和MgO，C错误；C项，陶瓷烧制过程发生复杂的化学反应，由新物质生成，属于化学变化，C错误；D项，由于Fe2+、Fe3+和铁的氧化物均有颜色，故陶瓷中含铁量越多，陶瓷的颜色越深，白瓷的白色是因为铁含量较低甚至几乎不含，D错误；故选A。2．(2022·浙江省6月卷，8)下列说法不正确的是()A．晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于制造光导纤维B．高压钠灯发出的黄光透雾能力强、射程远，可用于道路照明C．氧化铝熔点高，常用于制造耐高温材料D．用石灰石-石膏法对燃煤烟气进行脱硫，同时可得到石膏【答案】A【解析】A项，晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，可用于制造晶体管、集成电路等，而二氧化硅常用于制造光导纤维，A错误；B项，钠的焰色反应为黄色，可用作透雾能力强的高压钠灯，B正确；C项，耐高温材料应具有高熔点的性质，氧化铝熔点高，可用作耐高温材料，C正确；D项，石灰石的主要成分为碳酸钙，石灰石-石膏法脱硫过程中发生反应：CaCO3CaO+CO2↑，SO2+CaCO3=CaSO3+CO2，2CaSO3+O2=2CaSO4，得到了石膏，D正确；故选A。3．(2021•浙江1月卷，9)下列说法不正确的是()A．某些胶态金属氧化物分散于玻璃中可制造有色玻璃B．通常以海水提取粗食盐后的母液为原料制取溴C．生物炼铜中通常利用某些细菌把不溶性的硫化铜转化为可溶性铜盐D．工业制备硝酸的主要设备为沸腾炉、接触室和吸收塔【答案】D【解析】A项，某些胶态金属氧化物分散于玻璃中可制造有色玻璃，如氧化亚铜分散在玻璃中可以得到红色的玻璃，三氧化二钴分散在玻璃中可以得到蓝色的玻璃，A说法正确；B项，溴虽然被称为“海洋元素”，但是其在海水中的浓度太小，直接以海水为原料提取溴的成本太高，而海水提取粗食盐后的母液属于浓缩的海水，其中溴化物的浓度较高，因此，通常以海水提取粗食盐后的母液为原料制取溴，B说法正确；C项，某种能耐受铜盐毒性的细菌能利用空气中的氧气氧化硫化铜矿石，从而把不溶性的硫化铜转化为可溶性的铜盐，因此，其可用于生物炼铜，C说法正确；D项，工业制备硝酸的主要设备为氧化炉(转化器)、热交换器和吸收塔，工业制备硫酸的主要设备为沸腾炉、接触室和吸收塔，D说法不正确。故选D。4．(2021•浙江1月卷，21)铝硅酸盐型分子筛中有许多笼状空穴和通道(如图)，其骨架的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，化学组成可表示为Ma[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O(M代表金属离子)。下列推测不正确的是()A．常采用水玻璃、偏铝酸钠在强酸溶液中反应后结晶制得分子筛B．若a=x/2，则M为二价阳离子C．调节y/x(硅铝比)的值，可以改变分子筛骨架的热稳定性D．分子筛中的笼状空穴和通道，可用于筛分分子【答案】A【解析】A项，偏铝酸钠在强酸性溶液中不能稳定存在容易形成Al3+，不可以利用偏铝酸钠在强酸性溶液中制备分子筛，A错误；B项，设M的化合价为m，则根据正负化合价代数和为0计算，m×+x×(-1)=0，解得m=+2，B正确；C项，调节硅铝比可以改变分子筛的空间结构，从而改变分子筛的稳定性，C正确；D项，调节硅铝比可以调节分子筛的孔径，根据分子筛孔径的大小可以筛分不同大小的分子，D正确；故选A。5．(2020•浙江1月卷，8)下列说法不正确的是()A．二氧化硅导电能力强，可用于制造光导纤维B．石灰石在高温下可用于消除燃煤烟气中的SO2C．钠着火不能用泡沫灭火器灭火D．利用催化剂可减少汽车尾气中有害气体的排放【答案】A【解析】A项，二氧化硅为共价化合物不导电，故A错误；B项，向燃煤中加入适量石灰石，高温时将SO2转化为CaSO4，同时生成二氧化碳，故B正确；C项，钠与氧气反应生成过氧化钠，因过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气，不能够用泡沫灭火器灭火，可以用沙土灭火，故C正确；D项，在排气管中安装高效催化剂，将