碳族元素及其化合物试题 高考化学考前专项复习（含解析）

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碳族元素及其化合物
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列有关硅及其化合物的性质和用途正确的是
①SiO2可用来制造半导体器件；②硅可用于制造光导纤维；
③高温下，SiO2与焦炭反应制取硅；④SiO2溶于水制硅酸。
A．③ B．①②③ C．③④ D．②③④
2．化学与科技、生活息息相关。下列说法错误的是
A．航天器中使用的太阳能电池板主要成分是硅
B．抗原检测盒中提取管的材料聚乙烯属于有机高分子
C．冬奥会礼服中的发热材料石墨烯与C60互为同素异形体
D．北斗卫星运载火箭采用的推进剂液氢、四氧化二氮等属于共价化合物
3．下列各组物质中，不能按（“一”表示一步完成）关系相互转化的是（ ）
a b c
A H2O O2 Fe(OH)3
B CO2 C CO
C H2SO4 C NO2
D Si SiO2 H2SiO3
A．A B．B C．C D．D
4．从下列事实所得出的相应结论正确的是
实验事实 结论
A A元素的原子半径比B元素的原子半径大 元素A位于B的下一周期
B 将CO2通入到Na2SiO3溶液中产生白色浑浊 酸性：H2CO3>H2SiO3
C 常温下，铜能与浓硝酸反应而铝遇浓硝酸钝化 还原性：Cu>Al
D 常温下白磷可自燃而氮气需在放电时才与氧气反应 非金属性：P>N
A．A B．B C．C D．D
5．下列有关物质性质与用途具有对应关系的是
A．液氨汽化时吸热，可用作制冷剂
B．SiO2硬度大，可用于制造光导纤维
C．SO2具有氧化性，可用于漂白纸浆
D．NaHCO3易分解，可用于治疗胃酸过多
6．化学与生活息息相关。下列项目与所述化学原理关联不合理的是
选项 项目 化学原理
A 传统工艺：雕刻师用氢氟酸雕刻玻璃 HF能与SiO2反应
B 社区服务：演示用泡沫灭火器灭火 盐酸与碳酸氢钠溶液快速反应产生大量CO2
C 家务劳动：用铝粉和氢氧化钠溶液疏通厨卫管道 铝粉与NaOH溶液反应放热并产生H2
D 水果电池：以锌、铜和柠檬为原料制作水果电池 锌能与柠檬中酸性物质发生氧化还原反应
A．A B．B C．C D．D
7．下列物质的用途叙述不正确的是
A．液氨常用作制冷剂 B．二氧化硅可用于生产光导纤维
C．高纯度的硅可用于制造计算机芯片 D．味精(谷氨酸钠)是一种常用的着色剂
8．下列叙述正确的是(　　)
A．酸性氧化物均与水反应生成对应的酸
B．将NaOH溶液逐滴加入FeCl3溶液可制备Fe(OH)3胶体
C．HF与SiO2反应，可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记
D．碱石灰、玻璃、生石灰、漂白粉都是混合物
9．下列陈述Ⅰ和Ⅱ均正确，并存在因果关系的是
陈述Ⅰ 陈述Ⅱ
A 漂白粉在空气中久置变质 漂白粉中的CaCl2与空气中的CO2反应生成CaCO3
B 非金属性：Cl>S 酸性：HClO>H2SO4
C H2和O2的反应是放热的氧化还原反应 H2和O2作为反应物可以设计成原电池装置
D 常温下，SiO2与氢氟酸和NaOH溶液均可反应 SiO2是两性氧化物
A．A B．B C．C D．D
10．下列有关化学试剂在实验室中的保存方法 正确的是
A．少量钠用石蜡封存 B．用塑料瓶保存氢氟酸
C．用无色透明试剂瓶保存氯水 D．用磨口玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液
二、判断题
11．单晶硅做芯片的基底材料与硅元素储量丰富、单晶硅耐腐蚀性能优异有关。(_______)
12．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐。(_____)
13．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体。( )
14．水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品。( )
15．硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定。( )
三、解答题
16．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）常用作食品漂白剂。其制备工艺流程如下：
已知：反应Ⅱ包含2NaHSO3Na2S2O5＋H2O等多步反应。
（1）实验室制取氨气的化学方程式： 。
（2）“灼烧”时发生反应的化学方程式： 。
（3）已知Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2，其离子方程式为： 。
（4）副产品X的化学式是： ；可循环利用的物质是： 。
（5）为了减少产品Na2S2O5中杂质含量，需控制反应Ⅱ中气体与固体的物质的量之比约
为 。
（6）检验产品中含有碳酸钠杂质所需试剂是 （填编号）
①酸性高锰酸钾 ②品红溶液 ③澄清石灰水 ④饱和碳酸氢钠溶液 ⑤NaOH ⑥稀硫酸
17．二氯二氢硅()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Si在250~260℃条件下反应可以制得。
(1)的电子式为 。
(2)利用浓硫酸、氯化钠为原料，选用A装置制取HCl，该反应能发生的原理是 。
(3)D装置中生成二氯二氢硅的化学方程式为 。
(4)按照气体从左到右方向，制取的装置(h处用止水夹夹好)连接次序为a→→→→→→→ (填仪器接口的字母，其中装置C用到2次)。
(5)按从左到右的顺序，前面装置C中装的药品为 ，其作用为 。
(6)氧化铜对该反应没有催化作用，仪器连接、气密性检验后应先 ，再对D处进行加热。
18．以粗硅(含铁、铝等杂质)为原料，工业上有以下两种制备高纯硅的工艺。已知：SiCl4沸点57.7℃，遇水强烈水解；SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃。
(1)写出制备粗硅的化学反应方程式为 。
(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，操作①采用的方法为 。SiCl4和SiHCl3遇水都会剧烈反应，都会生成、HCl。但SiHCl3会多生成一种物质X，写出X物质的名称 。
(3)实验室用如下装置制备SiCl4(反应温度在400℃～500℃)。
①装置F的作用是 。实验开始应先点燃 (填“A”或“D”)装置的酒精灯一段时间后再点燃另一酒精灯。
②写出A装置中的化学反应方程式 。
(4)SiHCl3与过量H2制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置已略去)。
装置B中的试剂是 (填名称)，装置C中的烧瓶加热的目的是 。实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置的理由是 ，装置D中发生反应的化学方程式为 。
参考答案：
1．A
【详解】试题分析：①晶体Si可用来制造半导体器件，错误；②SiO2可用于制造光导纤维，错误；③高温下，SiO2与焦炭反应制取硅，正确；④SiO2难溶于水，因此不能直接制硅酸，错误。
考点：考查有关硅及其化合物的性质和用途正误判断的知识。
2．D
【详解】A．太阳能电池板主要成分是晶体硅，是良好的半导体，A正确；
B．聚乙烯是乙烯的加聚产物，属于有机高分子化合物，B正确；
C．石墨烯与C60均是碳元素形成的不同结构的单质二者互为同素异形体，C正确；
D．液氢(H2) 是单质，四氧化二氮(N2O4)属于共价化合物，D错误；
故选D。
3．D
【详解】A．H2O电解得到O2，O2和H2O、Fe(OH)2反应生成Fe(OH)3，Fe(OH)3加热分解得到H2O，故A不符合题意；
B．CO2与Mg点燃反应生成C，C与SiO2高温反应生成CO和Si，CO与O2点燃反应生成CO2，故B不符合题意；
C．浓硫酸和蔗糖碳化反应生成C，C和浓硝酸反应生成NO2，NO2与H2SO3反应生成H2SO4，故C不符合题意；
D．Si与O2反应生成SiO2，SiO2不能直接生成H2SiO3，故D符合题意。
综上所述，答案为D。
4．B
【详解】A．A和B可以在同周期，A在B的前面，不一定下一周期，故A错误；B．CO2通入到Na2SiO3溶液中产生H2SiO3，实际是碳酸与碳酸钠发生反应，反应进行属于复分解反应，符合强酸制备弱酸，故B正确；C．根据浓硝酸的特性可知，常温下浓硝酸使铝钝化，生成一层致密的保护膜阻止反应进一步进行，还原性是Al＞Cu，故C错误；D．氮氮三键的键能大，氮气稳定，但非金属性N＞P，一般利用氢化物的稳定性来比较非金属性，故D错误；故选B。
5．A
【详解】A. 氨气的沸点高，液氨气化吸热，则用作制冷剂，A项正确；
B. 光导纤维的主要成分是二氧化硅，光导纤维是利用光的全反射原理，与二氧化硅的硬度大小无关，B项错误；
C. 二氧化硫具有漂白性，则可用于漂白纸浆，与其氧化性无关，C项错误；
D. 胃酸主要成分为盐酸，能和碱性物质反应，碳酸氢钠水解呈弱碱性，能和稀盐酸反应而除去稀盐酸，所以能治疗胃酸过多，与其不稳定性无关，D项错误；
答案选A。
【点睛】本题侧重考查物质的性质及用途，注重化学知识与生产、生活的联系，体现素质教育的价值。其中B选项硅及其化合物的用途是常考点，也是易混知识。硅单质常用于太阳能电池、半导体材料与计算机芯片等；二氧化硅是石英、水晶、玛瑙及光导纤维的成分；硅酸盐常用于玻璃、水泥和陶瓷等，学生要理清这些物质的用途，不可混为一谈。
6．B
【详解】A．氟化氢能和二氧化硅反应生成四氟化硅和水，故可以用氢氟酸雕刻玻璃，故A不符合题意；
B．泡沫灭火器是利用碳酸氢钠和硫酸铝双水解生成大量二氧化碳而灭火，与所述化学原理关联不合理，故B符合题意；
C．铝粉和氢氧化钠溶液生成偏铝酸钠和氢气，生成气体可以疏通管道，故C不符合题意；
D．锌为活泼金属，可以和酸发生自发的氧化还原反应构建原电池，故D不符合题意；
故选B。
7．D
【详解】A．液氨汽化吸收大量的热，常用作制冷剂，A正确；
B．二氧化硅具有良好的光学特性，可用于生产光导纤维，B正确；
C．硅为良好的半导体材料，可用于制造计算机芯片，C正确；
D．味精(谷氨酸钠)是一种常用的增味剂，D错误；
故选D。
8．C
【详解】A. 二氧化硅是酸性氧化物，与水不反应，A错误；B. 将NaOH溶液逐滴加入FeCl3溶液得到氢氧化铁红褐色沉淀，B错误；C. HF与SiO2反应生成四氟化硅和水，因此可用氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记，C正确；D. 生石灰是氧化钙，属于纯净物，D错误，答案选C。
点睛：选项B是解答的易错点，注意制备氢氧化铁胶体的方法是把新制的氯化铁饱和溶液加入沸水中，继续煮沸至溶液呈红褐色，利用的原理是铁离子水解。
9．C
【详解】A．漂白粉在空气中久置变质的原因是漂白粉中的Ca(ClO)2与空气中的H2O、CO2反应生成CaCO3，CaCl2不与CO2反应，故A错误；
B．非金属性的强弱可以通过比较最高价氧化物的水化物的酸性强弱，所以要比较Cl和S的非金属性的强弱，需要比较HClO4和H2SO4的酸性强弱，故B错误；
C．自发的氧化还原反应可以设计成原电池，H2和O2的反应是自发的放热的氧化还原反应，可以设计成燃料电池，故C正确；
D．SiO2可以和NaOH溶液反应生成盐和水，SiO2是酸性氧化物。SiO2不能和盐酸、稀硫酸等发生反应，只能和氢氟酸反应，此为SiO2的特性，不能由此得出SiO2是两性氧化物的结论，故D错误；
故选C。
10．B
【分析】钠能够与空气中氧气和水反应；氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应；依据氯水中次氯酸见光分解的性质判断；氢氧化钠呈强碱性，能和二氧化硅反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，能把玻璃塞黏住。
【详解】A、钠能够与空气中氧气和水反应，少量钠通常保存在煤油中，故A不选；
B、氢氟酸能够与玻璃中二氧化硅反应，所以不能用玻璃瓶盛放，应用塑料瓶盛放，故B选；
C、氯水中次氯酸见光分解，所以氯水用棕色瓶保存，故C不选；
D、氢氧化钠呈强碱性，能和二氧化硅反应生成硅酸钠，硅酸钠具有黏性，能把玻璃塞黏住，所以不能用磨口玻璃塞的试剂瓶保存氢氧化钠溶液，故D不选。
答案选B。
【点睛】本题考查化学试剂的保存，注意化学试剂的保存与物质的性质有关，学习中注意相关知识的积累。
11．正确
【详解】半导体“硅”已成为信息时代高科技的代名词。由于硅元素储量丰富，且单晶硅具有优异的耐高温与抗腐蚀性能，所以单晶硅成为制造大规模集成电路(俗称“芯片”)的基底材料，故答案为正确。
12．错误
【详解】沙子主要成分为二氧化硅，为氧化物，不是硅酸盐，故错误。
13．正确
【详解】硅是固体非金属元素，由于Si元素在元素周期表中处于金属与非金属交界处，因此它的单质是灰黑色有金属光泽的固体，晶体硅是良好的半导体材料，故上述说法是正确的。
14．错误
【详解】水晶、光导纤维的主要成分均是SiO2，并不是硅酸盐，故错误。
15．正确
【解析】略
16． 2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O 2CuS+3O22CuO＋2SO2 S2O52－+2H+=2SO2↑+H2O CuSO4 5H2O CO2、H2O 2∶1 ①③⑥或①②③⑥
【详解】试题分析：（1）实验室采取加热氯化铵和氢氧化钙来制取氨气，方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2 2NH3↑+CaCl2+2H2O
（2）CuS中S是-2价，有较强还原性，在空气中焙烧容易被氧化为SO2，所以发生的焙烧反应方程式为：2CuS+3O22CuO＋2SO2
（3）Na2S2O5 中S的化合价为+4价，所以加硫酸放出SO2气体的过程中没有发生氧化还原反应，所以反应方程式为：S2O52－+2H+=2SO2↑+H2O
（4）因为CuS在空气中焙烧后得到的黑色固体是CuO，所以加入硫酸后反应生成了CuSO4 ，所以结晶后可得的副产品为CuSO4 5H2O晶体。
（5）反应Ⅰ为侯氏制碱法制取NaHCO3，制得的NaHCO3又加热得到Na2CO3，所以制取产品Na2S2O5 的反应物为Na2CO3和SO2，由产物化学式Na2S2O5 可知Na:S=1:1，所以控制n(Na2CO3):n(SO2)=1:2。
（6）因为Na2S2O5 具有还原性，所以加硫酸容易产生SO2气体，也能使澄清石灰水变浑浊。所以要排除SO2的干扰应该先加强氧化剂酸性高锰酸钾，然后加硫酸，若存在杂质碳酸钠，则会产生无色气体（不能使品红溶液褪色），通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则说明有碳酸钠杂质。
考点：本题考查的是化工生产流程。
17． 利用了浓硫酸的难挥发性，即难挥发性酸制易挥发性酸原理(其他合理答案亦可) defgbcd (或无水) 干燥HCl气体，防止水蒸气进入装置D中与生成的反应(其他合理答案均可) 通入一段时间HCl气体排出空气后
【分析】根据题中图示可知，装置A为制HCl气体的装置，装置B为收集SiH2Cl2装置，装置C为干燥HCl气体装置，装置D为制取SiH2Cl2装置，据此解答。
【详解】(1)属于共价化合物，Si原子与2个H原子和2个Cl原子形成4根共价键，其电子式为；答案为；
(2)利用浓硫酸、氯化钠为原料，选用A装置制取HCl，发生的反应方程式为2NaCl+H2SO4(浓) Na2SO4+2HCl↑，这是利用了浓硫酸的难挥发性，即难挥发性酸制易挥发性酸原理(其他合理答案亦可)；答案为利用了浓硫酸的难挥发性，即难挥发性酸制易挥发性酸原理(其他合理答案亦可)。
(3)在铜催化作用下，HCl与硅在250-260℃反应可以制得SiH2Cl2，其化学方程式为；答案为；
(4)A装置制取HCl，连接C装置干燥，为a-d-e，从f进入D中反应，SiH2Cl2从g处挥发，在B装置中收集，SiH2Cl2密度比空气重，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，故顺序为defgbcd；答案为defgbcd；
(5)前面C装置的作用是干燥氯化氢气体，防止水蒸气进入装置D中与生成的反应，应选酸性P2O5或中性CaCl2干燥剂；答案为(或无水)；干燥氯化氢气体，防止水蒸气进入装置D中与生成的反应(其他合理答案均可)；
(6)由于氧化铜对该反应没有催化作用，则仪器连接、气密性检验后，装入药品，先通入一段时间HCl气体排出空气，避免催化剂Cu与空气中氧气反应生成CuO而使催化剂失效；答案为通入一段时间HCl气体排出空气后。
18．(1)
(2) 蒸馏 氢气
(3) 吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶 A
(4) 浓硫酸 使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体 让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃
【分析】石英砂和焦炭先反应制备粗硅，粗硅和氯气反应生成四氯化硅，再经氢气还原得到高纯硅；粗硅和氯化氢反应生成三氯甲硅烷和四氯化硅，三氯甲硅烷再经氢气还原得到高纯硅。以氯气为原料制备四氯化硅等，先用MnO2和浓HCl共热制得Cl2，氯气中含HCl，饱和食盐水吸收氯气中的氯化氢，经浓硫酸干燥后，氯气在加热下与硅反应生成四氯化硅、四氯化硅易水解、氯气有毒，要用碱石灰进行尾气吸收；据此分析答题。
【详解】（1）工业用二氧化硅和碳在高温下反应制备粗硅，化学反应方程式为:。
（2）SiHCl3中含有少量SiCl4和HCl，据信息:SiHCl3和SiCl4的沸点不同，所以操作①采用的方法为蒸馏。据信息：SiHCl3沸点31.5℃，且能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，则SiHCl3具有很强的还原性，因为SiHCl3中氢的化合价是-1价、+1价的氢发生归中反应，故SiHCl3与水反应生成硅酸、HCl、H2，则SiHCl3多生成的这一种物质X的名称为氢气。
（3）①SiCl4能与H2O强烈反应，氯气有毒。则实验中要防止E内进入水蒸气、进行尾气吸收。故球形干燥管的作用为：吸收尾气Cl2，并防止空气中的水蒸气进入广口瓶装；加热下Si与氧气能反应，故实验时应先点燃装置A的酒精灯让氯气将装置内空气排尽。
②A装置中MnO2和浓HCl共热制得Cl2，化学反应方程式为：。
（4）锌和稀硫酸制备的氢气中含有水蒸气，装置B中的试剂是浓硫酸；装置C中的液态SiHCl3变为气体和氢气发生反应制备纯硅，所以烧瓶加热的目的是使进入烧瓶的液态SiHCl3变为气体；根据题中信息可知SiHCl3能与H2O强烈反应，并在空气中易自燃，实验中先让稀硫酸与锌粒反应一段时间后，再加热C、D装置可以让H2排尽装置中的空气，防止SiHCl3水解和自燃；装置D中氢气和SiHCl3发生反应制备高纯硅，化学方程式为：。
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