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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料教案及反思
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料教案及反思，共44页。
第三节 无机非金属材料
1.了解几种重要硅酸盐材料：水泥、陶瓷、玻璃的生产简单原理及用途。
2.能知道硅的制备过程及硅、二氧化硅的用途。
3.能对新型无机非金属材料有大致印象，知道它们在现代社会、现代科技中的重要作用。
新知探究(一) 硅酸盐材料[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．硅酸盐的结构、性质、用途
(1)结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为个四面体所共有。
(2)性质：结构决定性质，硅酸盐的特殊结构决定了多数硅酸盐具有硬度、熔点、溶于水、化学性质稳定、腐蚀等特点。
(3)用途：性质决定用途，硅酸盐的性质决定了硅酸盐作为一类优良的材料得到广泛应用。作为传统无机非金属材料主角的三大硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷。
2．三种常见的硅酸盐材料比较
产品
原料
主要设备
主要成分
陶瓷
黏土
—
—
玻璃
纯碱、石灰石、石英砂
玻璃窑
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
水泥
黏土、石灰石
水泥回转窑
—
[落实新知能]
1．玻璃、水泥、陶瓷等均为混合物。
2．生产水泥与陶瓷的共同原料是黏土，生产水泥与玻璃的共同原料是石灰石。
3．生产玻璃涉及的两个主要化学反应：
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
[演练新学考]
1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是( )
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
解析：选C 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
2．含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应
C．普通水泥的主要成分是硅酸盐
D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂
解析：选B 烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化，B项错误。
新知探究(二) 硅与二氧化硅[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．存在
硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
2．用途
(1)硅：其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。
(2)二氧化硅：可用来生产光导纤维。
3．粗硅的制备
自然界中没有游离态的硅单质，可由硅的氧化物与焦炭反应制备粗硅，反应的化学方程式为：
SiO2＋2CSi＋2CO↑，粗硅经过化学方法进一步提纯即可获得高纯硅。
[落实新知能]
1．注意区分硅和二氧化硅的用途
(1)硅作半导体材料，利用的是其导电性，其传导的是电。
(2)二氧化硅作光导纤维，利用的是其传导信号几乎不减弱的优异性能，其传导的是光或信号。
2．高纯硅的制备原理
其中涉及的主要化学反应：
SiO2＋2CSi＋2CO↑
Si＋3HClSiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
[注意] 碳和二氧化硅反应时，碳被氧化只能生成一氧化碳。
3．二氧化硅的化学性质
(1)具有酸性氧化物的通性，能与碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的硅酸钠是一种矿物胶，所以不能用带磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放碱液。
(2)能被氢氟酸腐蚀，用于雕刻玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(3)高温下能与碳酸钠、碳酸钙反应生产玻璃。
[注意] 二氧化硅不溶于水，也不与水反应。
[演练新学考]
1．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
答案：C
2．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为
①SiO2＋2CSi＋2CO↑
②Si＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si＋4HCl
下列对上述三个反应的叙述中，错误的是( )
A．①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③均为氧化还原反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：选D 反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D错误。
3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O( )
(2)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑( )
(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑( )
(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )
A．常应用于刻蚀玻璃
B．氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性酸酐从其盐中置换出来
答案：(1)C (2)D (3)B (4)A
新知探究(三) 新型陶瓷和碳纳米材料[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．新型陶瓷
(1)主要特性：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
(2)举例：如碳化硅陶瓷，硬度大，可用作砂纸和砂轮的磨料，具有优异的高温抗氧化性能，用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
2．碳纳米材料
(1)富勒烯
①主要特性
由碳原子构成的笼形分子的总称，性质稳定。
②用途
为纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的“纳米汽车”。
(2)碳纳米管
①主要特性
比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。
②用途
生产复合材料、电池和传感器等。
(3)石墨烯
①主要特性
电阻率低、热导率高、强度高。
②用途
广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。
[演练新学考]
1．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：选D 石墨烯是从石墨中分离出来的，是良好的导体材料，A正确；三者均为单质且由同种元素组成的，互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可容纳H2分子，可作H2的提纯薄膜，C正确；碳与浓硫酸反应产物为CO2和SO2，故其产物相同，D错误。
2．我国已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐热且不易传热的材料来制造的，这种材料是( )
A．普通硅酸盐陶瓷 B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维 D．玻璃钢
解析：选B A项，普通硅酸盐陶瓷能导热，不能用于制陶瓷柴油机，错误；B项，无冷却式陶瓷发动机选用的材料是氮化硅陶瓷，正确；C项，光导纤维用于传输信息，不能用于制陶瓷柴油机，错误；D项，玻璃钢是一种复合材料，常用于汽车车身等，错误。
学业水平考试达标练
1．化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是( )
A.用作涂料
B.化学能转化为电能
C.无机非金属材料
D.有电热转化性能
解析：选B 氧化铁为红色，俗称为铁红，难溶于水，常用作红色油漆和涂料，A正确；钙钛矿太阳能电池是把吸收的光能转化为电能，B错误；SiO2属于无机非金属材料，可以制取超分子纳米管，C正确；石墨烯发热服有电热转化性能，D正确。
2．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是( )
A．氮 B．硫
C．硅 D．氯
解析：选C 玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。
3．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”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、石灰石和石英砂
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
解析：选B 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，D正确。
4．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(通“黏”)土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A 沙子的主要成分为SiO2，是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误；“燃薪举火”是使成型的黏土器皿发生复杂的物理化学变化而制成陶器，B项正确；烧制过程中铁的化合物被氧化为氧化铁，得到红瓦，若浇水则发生氧化还原反应得到氧化亚铁而成为青瓦，C项正确；制作砖瓦和陶瓷的主要原料是黏土，D项正确。
5．具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白，下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它提炼工艺复杂，价值昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
解析：选A A项，晶体硅和金刚石的熔点高、硬度大，具有相似的物理性质；B项，在自然界中没有游离态硅存在；C项，晶体硅的价格已不昂贵，已经广泛应用于电子器件及电脑配件；D项，晶体硅属于无机非金属材料。
6．人们的生活、生产与化学息息相关，下列说法正确的是( )
A．复旦大学研究的能导电、存储的二维材料二硫化钼是一种新型有机功能材料
B．中国天眼用到碳化硅、芯片用到高纯硅、石英玻璃用到硅酸盐
C．中国歼－20上用到的氮化镓材料是当作金属合金材料使用的
D．石墨烯弹性气凝胶制成的碳海绵可用作处理原油泄漏的吸油材料
解析：选D A项，二硫化钼属于无机物，不属于新型有机功能材料，错误；B项，石英玻璃的成分为二氧化硅，是氧化物，不属于硅酸盐，错误；C项，氮化镓是化合物，不是合金，错误；D项，气凝胶制成的轻质“碳海绵”，具有吸附性，则可用作处理海上原油泄漏的吸油材料，正确。
7．下列关于某博物院使用材料相关说法正确的是( )
A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品
C．商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于硅酸盐制品
D．展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸
解析：选B 钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；后(司)母戊鼎是青铜器，属于铜合金制品，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。
8．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
解析：选B 二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水，A项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，B项正确，C项错误；沙子的主要成分是二氧化硅，D项错误。
9．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是( )
A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料
B．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机非金属材料
C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料
D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
解析：选C A项，“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于金属材料；B项，增强聚四氟乙烯板属于有机高分子材料；C项，新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，可适用于不同的要求。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等都属于新型无机非金属材料；D项，硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换为电能，二氧化硅为光导纤维的成分。
10．近年来科研人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。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
解析：选B Si24是硅单质的一种同素异形体，属于单质，A项错误，B项正确。同素异形体的物理性质有差异，但化学性质相似，所以Si24不与稀硫酸反应，C项错误。太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能，原电池是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，二者原理不同，D项错误。
11．高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是( )
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．①③是置换反应，②是化合反应
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
解析：选D 工业制粗硅是二氧化硅与焦炭在高温下反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，A项正确；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢：SiCl4＋2H2Si＋4HCl，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅：Si＋2Cl2SiCl4，是化合反应，B项正确；在制备流程中硅元素的价态在0和＋4价转变，所以任一反应中，每消耗或生成28 g硅，都转移4 mol电子，C项正确；在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，D项错误。
12．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
选项
材料
主要化学成分
A
水晶饰物
二氧化硅
B
半导体材料
硅
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
硅
解析：选D 水晶饰物的主要成分为二氧化硅，A正确；半导体材料可以是硅晶体，B正确；水泥的成分为硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙，普通玻璃的主要成分为二氧化硅、硅酸钙和硅酸钠，C正确；沙子、石英的主要成分为二氧化硅，不是硅，D错误。
13．中华传统文化博大精深，其中涉及很多的化学知识。下列有关说法不正确的是( )
A．“滴水石穿、绳锯木断”不包含化学变化
B．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料
C．“落汤螃蟹着红袍”肯定发生了化学变化
D．中国蓝是古代人工合成的蓝色化合物，其化学式为BaCuSi4O10，其中硅的化合价为＋4价
解析：选A 石头大多为大理石(即碳酸钙)，其能与水、二氧化碳反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2是可溶性物质，属于化学变化，A错误；制玻璃的原料：石英、石灰石、纯碱等；制水泥的原料：石灰石和黏土；制漂白粉的原料：用石灰石可以制得氧化钙进而得到消石灰，用氯气与消石灰反应得到漂白粉，因此工业上生产玻璃、水泥、漂白粉均需要用石灰石为原料，B正确；龙虾和螃蟹被煮熟时，它们壳里面的一种蛋白质——甲壳蛋白会受热扭曲分解，释放出一种类似于胡萝卜素的色素物质，有新物质生成，属于化学变化，C正确；根据化合价的代数和为零可知硅的化合价为＋4价，D正确。
14．下列有关硅酸盐的说法错误的是( )
A．硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成
B．硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体
C．硅酸钠溶液长期暴露在空气中会变质，这是因为硅酸钠溶液主要发生了氧化还原反应
D．传统无机非金属材料的优缺点：抗腐蚀、耐高温，质脆、经不起冲击
解析：选C 硅酸钠溶液长期暴露在空气中会变质，这是因为空气中的二氧化碳与硅酸钠溶液发生了复分解反应。
15．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维
C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
解析：选C 图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
16．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是( )
A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4
D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
解析：选D 传统的无机非金属材料，缺点为质地较脆，经不起热冲击，新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，能承受高温，强度较高，具有电学特性、光学特性等，A项正确；碳化硅的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，B项正确；氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4，C项正确；光导纤维属于新型无机非金属材料，但合成纤维属于有机高分子材料，D项错误。
17．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”)，实验室中不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放KOH溶液，原因是________________________(用离子方程式表示)。
(2)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
①1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是___________________________________________________。
②玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_______________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_______________________________________________。
解析：(1)石英为二氧化硅，二氧化硅与强碱反应生成硅酸盐和水。
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，可能得到含有硅、碳的铁合金。
②制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂，在玻璃窑中加强热时主要发生反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
答案：(1)SiO2 酸性氧化物
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(2)①含有硅、碳的铁合金
②纯碱、石英砂、石灰石 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
18．晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：
Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCl SiHCl3＋H2)；
Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。
(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是____________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________________________________________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧杯需要加热，目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________________________________________________________。
解析：(1)焦炭与石英砂制取粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，SiO2得电子，价态降低，为氧化剂，C失电子，价态升高，为还原剂。
(2)SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。
(3)①SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸；常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。②H2和汽化后的SiHCl3在装置D中发生反应：SiHCl3 ＋H2Si＋3HCl，故D中观察到的现象是有固体生成，在此反应温度下，普通玻璃会软化，故不能采用普通玻璃管。③制备流程包含高温下加热氢气，氢气和氧气混合在高温条件下易发生爆炸，因此必须排尽装置内的空气。
答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑ SiO2 C
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3 ＋H2Si＋3HCl ③排尽装置内的空气
素养提升课 实验活动与科学探究
实验活动4——用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子
实验目的
1.用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2＋、Mg2＋和SO。
2.熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作，认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。
实验用品
实验仪器
托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸、蒸发皿、坩埚钳、铁架台(带铁圈)、石棉网(或陶土网)、酒精灯、火柴
实验试剂
粗盐、蒸馏水、0.1 mol·L－1 BaCl2溶液、20%NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、6 mol·L－1盐酸、pH试纸
[实验步骤]
第一步 将粗盐溶解
实验装置
实验操作
实验现象
称取5 g粗盐，放入100 mL烧杯中，然后加入20 mL水，用玻璃棒搅拌，使粗盐全部溶解
粗盐因逐渐溶解而减少，粗盐水略显浑浊
第二步 将杂质离子生成沉淀
沉淀对象
实验操作、现象、结论或解释
注意问题
SO
向粗盐水中滴加过量的BaCl2溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴BaCl2溶液，无浑浊，证明已沉淀完全
此步操作，引入新的杂质离子Ba2＋
Mg2＋
继续向粗盐水中滴加过量的NaOH溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴NaOH溶液，无浑浊，证明Mg2＋已沉淀完全
—
Ca2＋、
Ba2＋
然后再向上述溶液中滴加过量的饱和Na2CO3溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴Na2CO3溶液无浑浊，证明Ca2＋、Ba2＋已沉淀完全
此步操作，将前面引入的Ba2＋除去，但同时又引入新的杂质离子CO
第三步 过滤除去沉淀
实验装置
实验操作
注意问题
将烧杯中的液体沿玻璃棒倒入漏斗中，过滤。(注意 “一贴二低三靠”的规范操作)
此步操作把前面生成的沉淀和不溶性的杂质一起过滤除去
第四步 调节溶液pH，除去前面加入的过量CO
操作方法：向滤液中滴加盐酸，不断用玻璃棒搅拌直到没有气泡冒出，并用pH试纸检验，使滤液显中性或弱酸性。
第五步 蒸发结晶
实验装置
实验操作
注意问题
将调好pH的滤液倒入蒸发皿中，然后用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，待出现较多固体时停止加热，靠余热蒸干，便得到精盐
实验结束后要用坩埚钳夹持蒸发皿，并且要放到石棉网(或陶土网)上冷却
[问题设计]
1．除杂试剂的加入顺序是否唯一，还有没有其他合理顺序？
提示：为使杂质离子完全除去，要加入过量的试剂。后续试剂要能够将前面所加过量的试剂除去，由此可知Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后加入，通常加入试剂的几种顺序有：
(1)BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→盐酸；
(2)NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→盐酸；
(3)BaCl2溶液→Na2CO3溶液→NaOH溶液→盐酸。
2．除去氯化钠中的碳酸钠能否用稀硝酸？
提示：不能。若用稀硝酸，会引入新的杂质离子NO。
3．能否在过滤之前先滴加盐酸？为什么？
提示：不能，因为沉淀中的氢氧化镁、碳酸钙、碳酸钡都能和盐酸反应。
4．蒸发时，待溶液蒸干再停止加热，对吗？为什么？
提示：不对。溶液蒸干再停止加热会造成晶体飞溅，应待溶液中出现大量晶体或有少量水分时停止加热，利用余热蒸干。
实验活动5——不同价态含硫物质的转化
实验目的
1.通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。
2.应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。
实验用品
实验仪器
试管、托盘天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、石棉网(或陶土网)、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴
实验试剂
浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、H2SO3溶液、品红溶液
[实验步骤]
实验(一) －2价、＋4价硫转化为0价的硫及－2价硫转化为＋6价的硫
实验操作
实验现象
注意事项
将适量的Na2S溶液放入试管中，并向其中加入亚硫酸溶液
溶液中产生浅黄色沉淀
滴加亚硫酸溶液时，边振荡边滴加，并用浸NaOH溶液的棉团塞住试管口
将适量的Na2S溶液放入试管中，并向其中滴加酸性高锰酸钾溶液
酸性高锰酸钾溶液褪色
滴加酸性KMnO4溶液时，边振荡边滴加，并用浸NaOH溶液的棉团塞住试管口
实验(二) ＋6价的硫转化为＋4价硫
实验操作
实验现象
加热有气泡生成
品红溶液逐渐变为无色
实验结论
浓硫酸和Cu反应的化学方程式为：
2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O
实验(三) 0价的硫转化为－2价的硫
实验操作
实验现象
注意问题
将0.5 g硫粉和1.0 g铁粉均匀混合，放在石棉网上堆成条状，用灼热的玻璃棒触及混合粉末的一端，当混合物呈红热状态时，移开玻璃棒
放出大量的热，生成黑色物质
①铁粉过量；
②将玻璃棒烧至红热状态
[问题设计]
1．若试管内壁附着有单质硫时，可加入NaOH溶液加热，然后洗涤，即可除去，试分析反应的原理并写出相关反应的化学方程式。
提示：单质硫的化合价为0价，既可升高也可降低，当与NaOH溶液反应时，硫发生歧化反应生成易溶于水的Na2S和Na2SO3，反应的化学方程式为3S＋6NaOH===2Na2S＋Na2SO3＋3H2O。
2．SO2具有还原性，浓硫酸具有强氧化性，能否用浓硫酸干燥SO2气体？
提示：能。SO2中硫元素显＋4价，硫酸中的硫元素显＋6价，但硫元素的化合价在＋4、＋6价之间不存在中间价
态，因此SO2虽具有较强的还原性，但不能被浓硫酸氧化，因此可以用浓硫酸干燥SO2气体。
3．铁粉和硫粉在空气中混合燃烧时，可能发生哪些化学反应？
提示：①Fe与S，②S与O2，③Fe与O2等。
微项目——论证重污染天气“汽车限行”的合理性(探讨社会性科学议题)
1．能够综合应用氮及其化合物的性质及转化关系探讨相关的社会性科学议题。
2．在寻求证据支持观点的过程中，能够综合运用信息查找、问卷调查、访谈等多种方法获得必要资料；能够对资料进行加工分析，依据观点、证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的阐述。
3．能够从科学、环境、经济、社会等多个方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策。
一、社会性科学议题的概念及议题分析框架
1．社会性科学议题的含义
指由利用当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理道德、经济发展及自然生态环境等紧密相关的社会性问题。例如，为了应对重污染天气，把空气污染指数控制在合理范围内，北京、广州等多个城市采取了汽车限行措施，以期降低机动车尾气排放量。部分市民对这样的举措不满，认为汽车尾气不是导致城市空气质量问题(雾霾)的主要原因；也有人认为，这样的措施给人们的出行带来了诸多不便。由此，引发了关于“汽车限行”的争议性的社会性议题。
2．社会性科学议题的分析框架
二、科学认识社会性科学议题，寻找利与弊
1．氮及其化合物的转化关系
①N2＋3H22NH3
②4NH3＋5O24NO＋6H2O
③N2＋O22NO
④2NO＋O2===2NO2
⑤3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
⑥HNO3＋NH3===NH4NO3
⑦3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
⑧Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
2．氮氧化物催化转化方法
在汽车排气管上安装催化转化器，使汽车尾气中的NOx(NO或NO2)与CO反应转化成无毒的物质，反应原理为2NO＋2CON2＋2CO2,2NO2＋4CON2＋4CO2。
[问题设计]
1．汽车尾气有什么危害？
提示：汽车尾气中的NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾——光化学烟雾，光化学烟雾中含甲醛、乙醛等刺激性有毒物质，会刺激人的呼吸道。
2．如何治理汽车尾气？
提示：NOx尾气处理方法
①碱液吸收法：
2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH === 2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法：
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体N2；NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体N2和CO2(一般适用于汽车尾气的处理)。
3．分别从环境、经济、社会等不同的视角全面思考汽车限行的“利”与“弊”有哪些？
提示：
分析视角
利
弊
环境
减少有害气体排放，减轻空气污染和温室效应
—
经济
促使人们购买第二辆汽车，汽车销量增加，促进经济发展
导致汽车保有量增加
社会
缓解道路交通压力
增加公共交通压力，导致人们出行不便
三、学习科学论证，论证利与弊
1．对于社会性科学议题涉及的各种利与弊的观点，经过论证才能明确是否成立。为了论证观点，需要依据观点充分收集相关资料，并对资料进行推理分析，使资料成为支持或者否定某种观点的证据，并且考虑是否存在对资料或者推理过程的反驳。经过充分的科学论证，形成可靠的观点，才有助于作出合理的决策。
2．科学论证的水平及示例 (以汽车限行利弊分析为例分析如下)
水平
示例
水平1：有观点，缺少必要的资料
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
水平2：有观点和资料，缺少从资料到观点的推理过程或者推理过程不合理，或者资料不充分
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物
水平3：有观点、资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物；大量汽车行驶会产生较多的氮氧化物；氮氧化物进入大气，会导致光化学烟雾，还会转化为硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题，污染大气
推理过程：汽车行驶过程中会产生氮氧化物→汽车尾气中有氮氧化物→氮氧化物进入大气(超过排放标准)→大气中的氮氧化物会导致光化学烟雾，也会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题
水平4：有观点、资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理；考虑了可能的反驳及其证据
观点：采用“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物；大量汽车行驶会产生较多的氮氧化物；氮氧化物进入大气，会导致光化学烟雾，还会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题，污染大气
推理过程：汽车行驶过程中会产生氮氧化物→汽车尾气中有氮氧化物→氮氧化物进入大气(超过排放标准)→大气中的氮氧化物会导致光化学烟雾，也会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题
反驳及其证据：汽车中装有净化装置，会将氮氧化物转化成氮气后再排放
进一步推理：虽然有净化装置，但装置中的催化剂很容易中毒；一旦催化剂中毒，就不能有效吸收氮氧化物了。全国的汽车更换净化装置的比率很低
四、权衡利弊，作出决策
1．汽车限行的“利”与“弊”
2．权衡利弊，准确评价，对汽车限行作出正确决策
汽车限行措施能够减轻空气污染、减少二氧化碳的排放量，这有利于社会的可持续发展，有利于未来人类的生存和发展。出行不便，是个人问题。汽车保有量是局部问题，可以逐渐达到新形态的平衡。增加公共交通压力，恰恰可以促进政府不断改善公共设施。因此，应该支持为应对重污染天气而采取的汽车限行措施。
3．正确评价的要素及评价等级
评价要素
评价等级
A
B
C
D
知识的应用
不仅能充分、科学、合理地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析，还能应用相关的新知识
能充分、科学、合理地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析
能比较充分、科学地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析
应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析时不够全面或出现错误
科学论证
有针对议题的明确观点，资料充分，从资料到观点的推理过程合理，考虑了反驳及其证据
有针对议题的明确观点，资料充分，从资料到观点的推理过程合理
有针对议题的明确观点，资料比较充分，从资料到观点的推理过程有瑕疵但基本合理
有针对议题的明确观点，资料基本充分，但缺少从资料到观点的推理过程
科学态度与社会责任素养
能根据实际情况，自主依据绿色化学思想和可持续发展观念对社会性科学议题进行综合分析
能根据实际情况，从科学、环境、经济、社会等方面对社会性科学议题进行具体分析
能分析社会性科学议题可能给环境、社会发展、人类健康等带来的双重影响，但不够充分、具体
仅关注对个体的影响，缺乏对环境、社会发展、人类健康等社会性影响的关注
A卷—学业水平达标验收
1．硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )
解析：选C 玛瑙、光导纤维、水晶的主要成分都是二氧化硅，A、B、D错误；太阳能电池板的主要成分是硅单质，C正确。
2．检验SO2气体中是否混有CO2气体，可采用的方法是( )
A．通过品红溶液
B．通过澄清石灰水
C．先通过足量酸性KMnO4溶液，再通过澄清石灰水
D．先通过NaOH溶液，再通过澄清石灰水
解析：选C 二氧化硫和二氧化碳都能和澄清石灰水反应生成不溶性白色固体，但二氧化硫具有漂白性、还原性，二氧化碳没有漂白性和还原性，所以检验二氧化硫中是否含有二氧化碳的方法是：先通过酸性高锰酸钾溶液，使二氧化硫充分被吸收，二氧化碳不反应，然后再通入澄清石灰水，如果澄清石灰水变浑浊，则含有二氧化碳，否则不含二氧化碳。
3．下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
解析：选B A项，铜片和稀硫酸不反应，无法制取SO2；B项，SO2能使品红溶液褪色，因此可以验证SO2的漂白性；C项，SO2密度比空气大，用排空气法收集SO2时，导气管应“长进短出”；D项，SO2与饱和NaHSO3溶液不反应，因此NaHSO3溶液不能作为吸收液，可用NaOH溶液。
4．化学反应中，有时存在“一种物质过量，另一种物质仍不能完全反应”的特殊情况。下列反应中不属于这种情况的是( )
A．过量的稀硝酸和铁反应
B．常温下过量浓硝酸与铝块
C．过量的二氧化锰与浓盐酸
D．常温下过量的铜与浓硫酸
解析：选A 稀硝酸过量，铁全部溶解，A正确；常温下，铝遇浓硝酸发生钝化，铝块不会溶解，B错误；随着反应进行，浓盐酸变稀，稀盐酸不与二氧化锰反应，C错误；常温下，铜与浓硫酸反应很缓慢，需要加热来加快反应，并且随反应的进行，浓硫酸变稀，稀硫酸与铜不反应，硫酸不能完全反应，D错误。
5．下列离子方程式正确的是( )
A．铁屑与稀硫酸反应：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
B．FeCl3溶液腐蚀铜板：Fe3＋＋Cu===Fe2＋＋Cu2＋
C．FeO与稀硝酸反应：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
D．Fe3O4与稀硝酸反应：3Fe3O4＋28H＋＋NO===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O
解析：选D 稀硫酸的氧化性比较弱，只能把Fe氧化为Fe2＋，离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A错误。该离子方程式不符合电荷守恒规律，应该为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，B错误。硝酸具有强氧化性，与FeO发生氧化还原反应，离子方程式为3FeO＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O，C错误。该反应是氧化还原反应，离子方程式符合反应事实，D正确。
6．下列关于SO2和NO2的叙述中正确的是( )
A．SO2可使紫色石蕊溶液褪色
B．SO2与水作用生成H2SO4
C．可用排水法收集NO2
D．实验室可用NaOH溶液处理NO2和SO2废气
解析：选D SO2的漂白性是有限的，不能使紫色石蕊溶液褪色，A错误；SO2与水作用生成H2SO3，B错误；NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，C错误。
7．下列有关说法正确的是( )
A．S与H2、O2、Fe反应过程中S表现氧化性
B．硫、碳在空气中完全燃烧产物分别为SO3、CO2
C．1 mol SO2通入足量的水中，H2SO3、HSO、SO的物质的量之和为1 mol
D．SO2与O2充分反应的混合物中含有SO2、O2和SO3
解析：选D A项，S与O2反应，S表现还原性；B项，S的燃烧产物为SO2；C项，SO2与H2O反应为可逆反应，还有SO2存在；D项，SO2与O2反应为可逆反应。
8．某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是( )
A．室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
解析：选A A项，pH越大，碱性越强；B项，Al(OH)3不溶于氨水；C项，浓硫酸稳定，不能形成白烟；D项，NH4Cl加热也分解，且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。
9．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法中不正确的是( )
A．X是N2O5
B．可用排空气法收集NO气体
C．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸
D．从原理上看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化
解析：选B NO遇空气中的氧气被氧化为NO2，不可用排空气法收集NO气体，故B错误。
10．下列有关浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸的认识正确的是( )
A．浓硫酸、浓硝酸与金属反应时，主要是S或N得电子
B．如图，①中为三种酸的一种，②中为浓氨水，则大烧杯中均观察到白烟
C．浓盐酸、浓硫酸都可用来干燥氧气
D．常温下，浓硫酸或浓硝酸中投入Fe片，均会产生大量的气体
解析：选A 浓硫酸、浓硝酸均有强氧化性，与金属反应时，主要是S或N得电子，A正确；浓硫酸是难挥发性酸，B错误；浓盐酸没有吸水性，C错误；常温下，Fe在浓硫酸、浓硝酸中钝化，D错误。
11．某同学设计的微型实验装置验证SO2的性质，通过分析实验，下列结论表达正确的是( )
A．a棉球褪色，验证SO2具有氧化性
B．b棉球褪色，验证SO2具有还原性
C．c棉球蓝色褪去，验证SO2具有酸性氧化物的性质
D．可以使用高锰酸钾溶液或烧碱溶液吸收尾气
解析：选D a棉球中品红褪色，验证SO2具有漂白性，A错误；b棉球褪色，SO2与碱液反应，碱性减弱，溶液褪色，验证SO2具有酸性氧化物的性质，B错误；碘与SO2和水反应生成氢碘酸和硫酸，碘单质反应完全，c棉球蓝色褪去，验证SO2的还原性，C错误；SO2具有强的还原性，能够被高锰酸钾溶液氧化成硫酸；SO2具有酸性氧化物的性质，可以被碱液吸收，D正确。
12.如图所示是验证气体性质的实验装置，下列有关说法不正确的是( )
A．若水槽中是水，试管中是NO2，可观察到试管中液面上升，若再充入适量的O2可使液体充满整个试管
B．若水槽中是NaOH溶液，试管中是Cl2，可观察到试管中液面上升
C．若水槽中是水并滴有几滴紫色石蕊溶液，试管中是SO2，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈无色
D．若水槽中是水并滴有几滴酚酞溶液，试管中是NH3，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色
解析：选C 二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，NO不溶于水，则可观察到试管中液面上升，若再充入适量的O2，会发生反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当NO与O2的体积比为4∶3时，可使液体充满整个试管，A项正确；氯气与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和H2O，则可观察到试管中液面上升，B项正确；二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸能使紫色石蕊溶液变红，则可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色，C项错误；氨气易溶于水，溶液显碱性，能使酚酞溶液变红，则可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色，D项正确。
13．在如图所示的装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体d呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和b分别是( )
选项
a(干燥气体)
b(液体)
A
NO2
水
B
CO2
饱和NaHCO3溶液
C
Cl2
饱和NaCl溶液
D
NH3
1 mol·L－1盐酸
解析：选D NO2溶于水反应生成不溶于水的NO，不能充满烧瓶，A项错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中、Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度均很小，不产生喷泉，B、C项错误；NH3易溶于酸中，D项正确。
14.某学生课外活动小组利用如图装置做如下实验：在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液颜色变为红色，冷却后恢复无色，则( )
A．溶有SO2的品红溶液
B．溶有NH3的酚酞溶液
C．溶有SO2的酚酞溶液
D．溶有Cl2的品红溶液
解析：选A 二氧化硫和有色物质反应生成无色物质，但二氧化硫的漂白性不稳定，加热时溶液又恢复原来的颜色，所以溶有二氧化硫的品红溶液符合题意，A正确；氨气和水反应生成一水合氨，一水合氨电离出OH－而使溶液呈碱性，酚酞遇碱变红色，加热条件下，一水合氨易分解生成氨气而使溶液褪色，B错误；二氧化硫和水反应生成亚硫酸，酚酞在酸性溶液中为无色，二氧化硫不能使酸碱指示剂褪色，C错误；氯气和水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性而使品红溶液褪色，且次氯酸的漂白性具有不可逆性，D错误。
15．实验室可以用如图所示装置制备、干燥、收集气体的是( )
A．以MnO2、浓盐酸为原料，制备Cl2
B．以Na2SO3固体、质量分数为70%的浓硫酸为原料，制备SO2
C．以浓氨水、生石灰为原料，制备NH3
D．以Cu、稀硝酸为原料，制备NO
解析：选B A项，MnO2和浓盐酸反应，需要加热，此装置图中缺少加热装置，错误；B项，Na2SO3与70%的浓硫酸反应产生SO2，通过浓硫酸进行干燥，因为SO2的密度大于空气，用向上排空气法收集，SO2有毒，必须进行尾气处理，正确；C项，NH3能与浓硫酸反应，不能用浓硫酸进行干燥，因为NH3的密度小于空气，应用向下排空气法收集，错误；D项，NO能与空气中的氧气反应，因此应用排水法收集，错误。
16．非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D，已知D为强酸，请回答下列问题：
(1)若A在常温下为固体，B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。
①D的化学式是______________。
②在工业生产中，大量排放的B气体被雨水吸收后形成了__________而污染环境。
(2)若A在常温下为气体，C是红棕色气体。
①A、C的化学式分别是：________、__________。
②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体，请写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
________________________该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。
解析：(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，会形成酸雨。(2)若C是红棕色气体，则C为NO2，B为NO，A为N2，D为HNO3，浓硝酸可与Cu反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。此反应中有元素化合价的升降属于氧化还原反应。
答案：(1)①H2SO4 ②酸雨
(2)①N2 NO2 ②4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 属于
17．我国考古学家对“南澳一号”沉船进行了考古探索，从沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5(OH)x]，可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 ℃左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。
(1)下列说法正确的是________(填字母)。
A．高岭土分子中x＝2
B．钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液
C．烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化
D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
(2)在“南澳一号”考古直播过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。
①洗涤石英砂的目的是__________________。
②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是________________________________________________________________________。
④工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。下列说法正确的是________(填字母)。
A．制造粗硅时的反应为2SiO2＋5CSi＋SiC＋4CO↑
B．在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的
C．纯净的SiO2只能用于制造光导纤维
解析：(1)A项，根据化合物中元素化合价代数和等于零的原则，可得：6＋8－10－x＝0，解得x＝4；B项，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液；C项，根据陶瓷制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化；D项，青花瓷、玻璃、水泥符合硅酸盐产品的特点，是硅酸盐产品。
(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。
②SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。
③将纯净的石英砂研磨后能增大物质的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。
④A项，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据原子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋5C===Si＋SiC＋4CO↑；B项，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离；C项，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。
答案：(1)CD (2)①除去石英砂中的NaCl杂质
②SiO2＋2OH－===SiO＋H2O ③增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率 ④A
18．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：
(1)设计装置A的目的是______________________________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中的铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是___________________________________________________________；
B中反应的离子方程式为____________________________________________________。
(3)装置E和F的作用是___________________________________________________；
为实现此作用，其操作方法是________________________________________________。
(4)装置D的作用是_____________________________________________________。
解析：(1)因烧瓶中有空气，则生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用A装置反应生成的二氧化碳气体赶走装置中的空气避免对一氧化氮气体检验产生干扰。
(2)因铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，现象是Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝，其离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
(3)NO与氧气能迅速反应生成二氧化氮，故用空气验证NO的生成，将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO。
(4)NO、NO2都有毒，能污染环境，氮的氧化物可用NaOH溶液吸收。
答案：(1)产生CO2赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO
(4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸
B卷—选考等级考试检测
1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是( )
A．汽车的排气管上装有“催化转化器”，使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2
B．向煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO3，可减少对大气的污染
C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
D．大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2，从而使雨水的pH＝5.6 即形成酸雨
解析：选A 煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2转化为CaSO3，再氧化生成CaSO4，B错误；制作光导纤维的是二氧化硅，C错误；雨水的pH<5.6才形成酸雨，D错误。
2．2019年世界环境日中国主题为“蓝天保卫站，我是行动者”，旨在引导社会各界自觉践行绿色生活，共建美丽中国。下列现象与污染源对应不正确的是( )
A．酸雨——硫的氧化物、氮的氧化物
B．光化学烟雾——碳氢化合物、氮的氧化物
C．臭氧空洞——氟氯烃(如氟利昂)
D．温室效应——SO2
解析：选D 酸雨与人们排放的SO2、NOx等有关；光化学烟雾与碳氢化合物和氮的氧化物有关；臭氧空洞与氟氯烃(如氟利昂)有关；温室效应与大气中CO2浓度不断上升有关。
3．下列事实可以用同一原理解释的是( )
A．SO2、Cl2均能使品红溶液褪色
B．NH4HCO3晶体、固体碘受热均能变成气体
C．S与铁、铜反应均生成低价硫化物
D．ClO－与S2－、H＋均不能在溶液中大量共存
解析：选C A项，SO2能使品红溶液褪色是因为SO2与品红结合为无色物质，Cl2使品红溶液褪色是因为Cl2与水反应的生成物HClO氧化漂白品红，故不符合题意；B项，NH4HCO3晶体受热分解变成气体，固体碘受热升华变成气体，故不符合题意；C项，S与铁、铜反应均生成低价硫化物，是因为S的氧化性较弱，故符合题意；D项，ClO－与S2－发生氧化还原反应，ClO－与H＋结合生成弱电解质HClO，故不符合题意。
4．物质氧化性、还原性的强弱，不仅与物质的结构有关，还与物质的浓度和反应温度有关。下列各组物质：
①Cu与HNO3溶液 ②Cu与FeCl3溶液 ③Zn与H2SO4溶液 ④Fe与HCl溶液，其中由于浓度不同而能发生不同氧化还原反应的是( )
A．①③ B．③④
C．①② D．①③④
解析：选A 一般而言，同种氧化剂：浓度大者氧化性强。Cu与稀HNO3反应，还原产物是NO，Cu与浓HNO3反应，还原产物是NO2；Zn与稀H2SO4反应，还原产物是H2，Zn与浓H2SO4反应，还原产物是SO2。
5．下列操作能够达到实验目的的是( )
解析：选D Cl2、SO2等都能使品红褪色，要将褪色后溶液加热，看是否重新变成红色，才能验证是否生成SO2，A错误。NO不稳定，遇到空气会被氧化为NO2，不能用排空气法收集NO，B错误。干燥的氨气不能使干燥的石蕊试纸变蓝，要用蒸馏水润湿石蕊试纸再检验，C错误。因为氨气极易溶于水，所以采用防倒吸装置，D正确。
6．下列关于物质或离子检验的叙述正确的是( )
A．往品红溶液中通入气体，红色褪去，证明气体一定是二氧化硫
B．气体通过无水硫酸铜，粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气
C．加入氯化钡溶液生成沉淀，再加入盐酸沉淀不溶解证明一定含有硫酸根
D．将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO2
解析：选B A项，能使品红溶液褪色的气体有二氧化硫、氯气、臭氧等，错误；B项，无水硫酸铜会与水结合生成五水硫酸铜而变成蓝色，所以可以证明原气体中含有水蒸气，正确；C项，如果溶液为硝酸银也有该现象，错误；D项，二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，错误。
7．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是( )
A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B．探究NO和N2O可能化合生成NO2
C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3
D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用
解析：选B NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。
8．下列实验设计正确的是( )
A．将SO2通入溴水中证明SO2具有漂白性
B．将亚硫酸钠与硫酸反应产生的气体通入品红溶液，品红褪色证明SO2具有还原性
C．SO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4
D．二氧化硫能使溴水褪色，说明二氧化硫具有还原性
解析：选D A项，SO2使溴水褪色，证明SO2具有还原性，错误；B项，SO2使品红溶液褪色体现的是SO2的漂白性，错误；C项，SO2在酸性环境中能与Ba(NO3)2反应生成硫酸钡，则SO2和SO3的混合气体通入Ba(NO3)2溶液中只得到BaSO4白色沉淀，错误；D项，二氧化硫能使溴水褪色，是因为发生反应Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，二氧化硫中S元素的化合价升高，失去电子，表现为还原性，正确。
9．为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含NH废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程：
下列说法不正确的是( )
A．固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3
B．X可以是空气，且需过量
C．捕获剂所捕获的气体主要是CO
D．处理含NH废水时，发生反应的离子方程式为NH＋NO===N2↑＋2H2O
解析：选B 工业废气中的CO2、SO2与石灰乳反应生成难溶的CaCO3和CaSO3，石灰乳微溶于水，A项正确；气体1中含有NO、CO和N2，若用过量空气，则NO被全部氧化为NO2，NO2与NaOH反应生成NaNO3和NaNO2，与流程图中NaNO2不符，故通入的空气不能过量，NO2与NO气体按照1∶1混合与NaOH完全反应生成NaNO2，B项错误；气体2中含有N2和CO，N2无毒，故捕获剂捕获的气体主要为CO，C项正确；NaNO2具有氧化性，NH具有还原性，二者发生氧化还原反应生成无污染的N2，D项正确。
10．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
解析：选A 氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A错误。
11．把碎纸片b补充到a中，可得到一个完整的离子方程式(未配平)。下列说法正确的是( )
A．反应物微粒是S、SO、OH－
B．该反应可能在酸性条件下进行
C．氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
D．2 mol S参加反应时，转移的电子数为3NA
解析：选C 碱性条件下，S与氢氧根离子反应生成S2－和SO，反应的离子方程式为3S＋6OH－===2S2－＋SO＋3H2O，反应中部分S的化合价从0价升高到＋4价，部分S的化合价从0价降低到－2价，则反应物微粒是S、OH－，A错误；酸性条件下，不能有OH－参加或生成，B错误；化合价降低的硫作氧化剂，化合价升高的S作还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，C正确；反应中3 mol S转移4 mol电子，则2 mol S参加反应时，转移的电子为＝ mol，D错误。
12．14 g铜、银合金与一定量某浓度的硝酸溶液完全反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量是( )
A．9.6 g B．6.4 g
C．4.8 g D．3.2 g
解析：选D Cu、Ag合金与HNO3反应过程如下：
0．05 mol O2得电子物质的量为0.05 mol×4＝0.2 mol。根据得失电子守恒，设Cu为x mol、Ag为y mol，则有解之得所以铜的质量为m(Cu)＝0.05 mol×64 g·mol－1＝3.2 g。
13．如图是检验气体性质的实验装置。向装置中缓慢通入气体X，若关闭活塞K，品红溶液无变化、澄清石灰水变浑浊；若打开活塞K，品红溶液褪色。据此判断，气体X和液体Y可能是( )
选项
物质
A
B
C
D
X
H2S
SO2
CO2
Cl2
Y
浓硫酸
NaHCO3饱和溶液
Na2SO3溶液
NaHSO3溶液
解析：选B H2S不能使品红溶液褪色，A错误。SO2可与NaHCO3饱和溶液反应生成二氧化碳，若关闭活塞K，则品红溶液无变化，生成的二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊；若打开活塞K，则品红溶液褪色，B正确。二氧化碳不能使品红溶液褪色，所以打开活塞K，品红溶液不会褪色，C错误。关闭活塞K，Cl2与NaHSO3反应，将其氧化，澄清石灰水不变浑浊，D错误。
14．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
选项
实验操作
现象
解释或结论
A
过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
B
左边棉球变为橙色，右边棉球变为蓝色
氧化性：Cl2>Br2>I2
C
用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓氨水呈碱性
D
浓HNO3加热
有红棕色气体产生
HNO3有强氧化性
解析：选C 过量的Fe与稀HNO3反应生成Fe2＋，A错误；该实验能证明氧化性：Cl2>Br2、Cl2>I2，无法证明Br2>I2，B错误；浓HNO3受热分解，说明HNO3不稳定，D错误。
15.向50 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是( )
A．开始时产生的气体为H2
B．AB段发生的反应为置换反应
C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 mol·L－1
D．参加反应铁粉的总质量m2＝5.6 g
解析：选D 向混合溶液中逐渐加入铁粉，铁首先和H＋、NO反应生成Fe3＋和NO；当溶液中NO完全被消耗之后，过量的铁能和Fe3＋反应生成Fe2＋；当Fe3＋完全反应之后，过量的铁和稀硫酸反应生成FeSO4和H2。由以上分析可知，开始生成的气体是NO，A错误；AB段的反应是铁和Fe3＋的反应，不是置换反应，B错误；A点对应的气体是NO，物质的量是0.05 mol，根据氮原子守恒可知，稀硝酸的物质的量浓度是＝1.0 mol·L－1，C错误；生成氢气的体积是0.56 L，物质的量为0.025 mol，所以反应中共转移电子0.05 mol×3＋0.025 mol×2＝0.2 mol，参加反应的铁最终在溶液中以Fe2＋的形式存在，因此根据电子得失守恒可知，消耗铁的物质的量是0.1 mol，质量是5.6 g，D正确。
16．一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。
回答下列问题：
(1)氮的原子结构示意图为________________。
(2)图中属于“氮的固定”的是__________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是______________________________________________________________________。
(3)若“反应h”是在NO2和H2O的作用下实现，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_________________________________________________________________。
(4)若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现，则该反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)N位于第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为。
(2)氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的化合物，根据循环图可知，属于氮的固定的是k和c；发生非氧化还原反应，说明反应前后各元素化合价没有发生变化，则属于非氧化还原反应的是a和l。
(3)反应h的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3是氧化产物，NO是还原产物，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。
(4)根据信息，Zn＋H＋＋NO―→Zn2＋＋N2O↑＋H2O，根据电荷守恒、得失电子守恒以及原子守恒得离子方程式为4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O。
答案：(1) (2)k和c a和l (3)2∶1
(4)4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O
17．已知SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI，某化学兴趣小组选用下列实验装置，测定工业原料气(含SO2、N2、O2)中SO2的含量。
(1)若原料气从左向右流向时，上述装置组装连接的顺序：原料气→________(填“a”“b”“c”“d”“e”)。
(2)装置Ⅱ中发生反应的离子方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________；
当装置Ⅱ中出现________现象时，立即停止通气。
(3)若碘溶液的浓度为0.05 mol·L－1、体积为20 mL，收集到的N2与O2的体积为297.6 mL(已折算为标准状况下的体积)，SO2的体积分数为________。
解析：(1)原料气先通过Ⅱ装置除去工业原料气中的SO2后再利用Ⅰ、Ⅲ装置测量剩余气体的体积，故气体的流向为c→d→b→a→e。(2)依据题目提供的I2与SO2发生反应的化学方程式可知其离子方程式为I2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－，当溶液中蓝色褪去时，表明I2与SO2恰好完全反应。(3)由反应方程式可知：
SO2 ～ I2
22 400 mL 1 mol
V 0.05 mol·L－1×0.020 L
V＝22.4 mL
则SO2的体积分数为×100%＝7%。
答案：(1)c→d→b→a→e (2)SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－ 蓝色褪去 (3)7%
18．长期存放的亚硫酸钠可能会被空气中的氧气氧化。某化学兴趣小组通过实验来测定某无水亚硫酸钠试剂的质量分数，设计了如图所示实验装置：
请回答下面的问题：
(1)若将虚线框内的分液漏斗换成长颈漏斗，则应该怎样检查虚线框内装置的气密性？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)D装置中反应的化学方程式为______________________________________。B装置中反应的离子方程式为__________________________________________________________。
(3)称量a g Na2SO3样品放入锥形瓶中，向B装置反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，得白色沉淀b g，原样品中Na2SO3的质量分数为________。
(4)C装置中反应的离子方程式为_____________________________________________。
(5)现有以下试剂：蒸馏水、稀盐酸、稀硝酸、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液，请从中选择合适试剂，设计一种不同的实验方法测定试样中无水亚硫酸钠质量分数：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(3)b g白色沉淀为BaSO4，其物质的量为 mol，则原样品a g中含Na2SO3也为 mol，样品中Na2SO3的质量分数为×100%。
答案：(1)关闭弹簧夹(或止水夹)a，由长颈漏斗向锥形瓶内加水至漏斗内液面高于锥形瓶内液面，过一段时间观察液面是否变化，若不变，说明气密性良好，否则，说明装置漏气
(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
Cl2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SO
(3)×100%
(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)称取一定质量的样品置于烧杯中，加水溶解，依次加入足量盐酸和BaCl2溶液，过滤，洗涤，干燥，称量沉淀物的质量，计算即可(其他合理答案也可以)
第三节 无机非金属材料
1.了解几种重要硅酸盐材料：水泥、陶瓷、玻璃的生产简单原理及用途。
2.能知道硅的制备过程及硅、二氧化硅的用途。
3.能对新型无机非金属材料有大致印象，知道它们在现代社会、现代科技中的重要作用。
新知探究(一) 硅酸盐材料[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．硅酸盐的结构、性质、用途
(1)结构：在硅酸盐中硅原子和氧原子构成了硅氧四面体，如图所示，四面体通过顶角的氧彼此相连，每个氧原子为个四面体所共有。
(2)性质：结构决定性质，硅酸盐的特殊结构决定了多数硅酸盐具有硬度、熔点、溶于水、化学性质稳定、腐蚀等特点。
(3)用途：性质决定用途，硅酸盐的性质决定了硅酸盐作为一类优良的材料得到广泛应用。作为传统无机非金属材料主角的三大硅酸盐材料：水泥、玻璃、陶瓷。
2．三种常见的硅酸盐材料比较
产品
原料
主要设备
主要成分
陶瓷
黏土
—
—
玻璃
纯碱、石灰石、石英砂
玻璃窑
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
水泥
黏土、石灰石
水泥回转窑
—
[落实新知能]
1．玻璃、水泥、陶瓷等均为混合物。
2．生产水泥与陶瓷的共同原料是黏土，生产水泥与玻璃的共同原料是石灰石。
3．生产玻璃涉及的两个主要化学反应：
Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、
CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
[演练新学考]
1．“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法中正确的是( )
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英砂
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
解析：选C 陶瓷是人类最早使用的硅酸盐制品，A项错误；纯碱、石灰石和石英砂是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B项错误；硅酸盐制品性质稳定、熔点高，C项正确；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸盐，D项错误。
2．含硅物质在生产生活中应用广泛，下列有关硅酸盐材料的叙述不正确的是( )
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．烧结黏土制陶瓷，不涉及化学反应
C．普通水泥的主要成分是硅酸盐
D．制普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石、石英砂
解析：选B 烧结黏土制陶瓷的过程包含复杂的物理、化学变化，B项错误。
新知探究(二) 硅与二氧化硅[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．存在
硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
2．用途
(1)硅：其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料，可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。
(2)二氧化硅：可用来生产光导纤维。
3．粗硅的制备
自然界中没有游离态的硅单质，可由硅的氧化物与焦炭反应制备粗硅，反应的化学方程式为：
SiO2＋2CSi＋2CO↑，粗硅经过化学方法进一步提纯即可获得高纯硅。
[落实新知能]
1．注意区分硅和二氧化硅的用途
(1)硅作半导体材料，利用的是其导电性，其传导的是电。
(2)二氧化硅作光导纤维，利用的是其传导信号几乎不减弱的优异性能，其传导的是光或信号。
2．高纯硅的制备原理
其中涉及的主要化学反应：
SiO2＋2CSi＋2CO↑
Si＋3HClSiHCl3＋H2
SiHCl3＋H2Si＋3HCl
[注意] 碳和二氧化硅反应时，碳被氧化只能生成一氧化碳。
3．二氧化硅的化学性质
(1)具有酸性氧化物的通性，能与碱反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的硅酸钠是一种矿物胶，所以不能用带磨砂玻璃塞的玻璃瓶盛放碱液。
(2)能被氢氟酸腐蚀，用于雕刻玻璃：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
(3)高温下能与碳酸钠、碳酸钙反应生产玻璃。
[注意] 二氧化硅不溶于水，也不与水反应。
[演练新学考]
1．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( )
A．陶瓷餐具 B．石英钟表
C．计算机芯片 D．光导纤维
答案：C
2．单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为
①SiO2＋2CSi＋2CO↑
②Si＋2Cl2SiCl4
③SiCl4＋2H2Si＋4HCl
下列对上述三个反应的叙述中，错误的是( )
A．①③为置换反应
B．②为化合反应
C．①②③均为氧化还原反应
D．三个反应的反应物中硅元素均被还原
解析：选D 反应①③中硅元素被还原，反应②中硅元素被氧化，D错误。
3．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。
(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O( )
(2)Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑( )
(3)SiO2＋2CSi＋2CO↑( )
(4)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O( )
A．常应用于刻蚀玻璃
B．氧化性
C．酸性氧化物的通性
D．将挥发性酸酐从其盐中置换出来
答案：(1)C (2)D (3)B (4)A
新知探究(三) 新型陶瓷和碳纳米材料[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．新型陶瓷
(1)主要特性：在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。
(2)举例：如碳化硅陶瓷，硬度大，可用作砂纸和砂轮的磨料，具有优异的高温抗氧化性能，用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。
2．碳纳米材料
(1)富勒烯
①主要特性
由碳原子构成的笼形分子的总称，性质稳定。
②用途
为纳米科学提供重要的研究对象，用C60作车轮的“纳米汽车”。
(2)碳纳米管
①主要特性
比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能。
②用途
生产复合材料、电池和传感器等。
(3)石墨烯
①主要特性
电阻率低、热导率高、强度高。
②用途
广泛应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等。
[演练新学考]
1．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是( )
石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料
石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性
碳纳米管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料
A．石墨烯具有良好的导电性
B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体
C．石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜
D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同
解析：选D 石墨烯是从石墨中分离出来的，是良好的导体材料，A正确；三者均为单质且由同种元素组成的，互为同素异形体，B正确；碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可容纳H2分子，可作H2的提纯薄膜，C正确；碳与浓硫酸反应产物为CO2和SO2，故其产物相同，D错误。
2．我国已研制出了一种陶瓷柴油机，这种柴油机的发动机部件的受热面是用一种耐热且不易传热的材料来制造的，这种材料是( )
A．普通硅酸盐陶瓷 B．氮化硅陶瓷
C．光导纤维 D．玻璃钢
解析：选B A项，普通硅酸盐陶瓷能导热，不能用于制陶瓷柴油机，错误；B项，无冷却式陶瓷发动机选用的材料是氮化硅陶瓷，正确；C项，光导纤维用于传输信息，不能用于制陶瓷柴油机，错误；D项，玻璃钢是一种复合材料，常用于汽车车身等，错误。
学业水平考试达标练
1．化学与人类社会的生产、生活有着密切联系。下列叙述中不正确的是( )
A.用作涂料
B.化学能转化为电能
C.无机非金属材料
D.有电热转化性能
解析：选B 氧化铁为红色，俗称为铁红，难溶于水，常用作红色油漆和涂料，A正确；钙钛矿太阳能电池是把吸收的光能转化为电能，B错误；SiO2属于无机非金属材料，可以制取超分子纳米管，C正确；石墨烯发热服有电热转化性能，D正确。
2．玻璃、陶瓷和水泥是重要的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有的元素是( )
A．氮 B．硫
C．硅 D．氯
解析：选C 玻璃、陶瓷、水泥属于传统的无机非金属材料，它们的主要成分中都含有硅元素和氧元素，故选项C正确。
3．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”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、石灰石和石英砂
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
解析：选B 普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确；玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误；普通玻璃的大致组成为硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，C正确；二氧化硅易与烧碱溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱性溶液的试剂瓶不能使用玻璃塞，D正确。
4．《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无沙粘(通“黏”)土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窑中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是( )
A．沙子和黏土的主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使黏土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．黏土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
解析：选A 沙子的主要成分为SiO2，是氧化物，不属于硅酸盐，A项错误；“燃薪举火”是使成型的黏土器皿发生复杂的物理化学变化而制成陶器，B项正确；烧制过程中铁的化合物被氧化为氧化铁，得到红瓦，若浇水则发生氧化还原反应得到氧化亚铁而成为青瓦，C项正确；制作砖瓦和陶瓷的主要原料是黏土，D项正确。
5．具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白，下列对晶体硅的叙述中正确的是( )
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它提炼工艺复杂，价值昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
解析：选A A项，晶体硅和金刚石的熔点高、硬度大，具有相似的物理性质；B项，在自然界中没有游离态硅存在；C项，晶体硅的价格已不昂贵，已经广泛应用于电子器件及电脑配件；D项，晶体硅属于无机非金属材料。
6．人们的生活、生产与化学息息相关，下列说法正确的是( )
A．复旦大学研究的能导电、存储的二维材料二硫化钼是一种新型有机功能材料
B．中国天眼用到碳化硅、芯片用到高纯硅、石英玻璃用到硅酸盐
C．中国歼－20上用到的氮化镓材料是当作金属合金材料使用的
D．石墨烯弹性气凝胶制成的碳海绵可用作处理原油泄漏的吸油材料
解析：选D A项，二硫化钼属于无机物，不属于新型有机功能材料，错误；B项，石英玻璃的成分为二氧化硅，是氧化物，不属于硅酸盐，错误；C项，氮化镓是化合物，不是合金，错误；D项，气凝胶制成的轻质“碳海绵”，具有吸附性，则可用作处理海上原油泄漏的吸油材料，正确。
7．下列关于某博物院使用材料相关说法正确的是( )
A．展柜使用的钢化玻璃，其主要成分只有SiO2
B．墙体使用的砖瓦、水泥是硅酸盐制品
C．商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎，该鼎属于硅酸盐制品
D．展示的青铜器上有一层绿色物质可能是碱式碳酸铜，此绿色物质不溶于盐酸
解析：选B 钢化玻璃与普通玻璃的主要成分相同(只是制造的工艺不同)，主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，A项错误；砖瓦和水泥都是硅酸盐制品，B项正确；后(司)母戊鼎是青铜器，属于铜合金制品，C项错误；铜绿是碱式碳酸铜，该物质可以与盐酸反应生成氯化铜而溶解，D项错误。
8．据报道，科学家通过对稻壳进行控制性热解，可从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A．二氧化硅溶于水生成硅酸，所以二氧化硅属于酸性氧化物
B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸酸性比碳酸强
D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐
解析：选B 二氧化硅为酸性氧化物，但其不溶于水，A项错误；硅酸的酸性比碳酸弱，B项正确，C项错误；沙子的主要成分是二氧化硅，D项错误。
9．《厉害了，我的国》“中国名片”中航天、军事天文等领域的发展受到世界瞩目。它们与化学有着密切联系。下列说法正确的是( )
A．“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于新型无机非金属材料
B．“复兴号”车厢连接处关键部位使用的增强聚四氟乙烯板属于无机非金属材料
C．“神舟十一号”宇宙飞船返回舱外表面使用的高温结构陶瓷是新型无机非金属材料
D．“天宫二号”空间实验室的太阳能电池板的主要材料是二氧化硅
解析：选C A项，“中国天眼”的“眼眶”是钢铁结成的圈梁，属于金属材料；B项，增强聚四氟乙烯板属于有机高分子材料；C项，新型无机非金属材料在性能上比传统无机非金属材料有了很大的提高，可适用于不同的要求。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等都属于新型无机非金属材料；D项，硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，利用高纯硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能直接转换为电能，二氧化硅为光导纤维的成分。
10．近年来科研人员合成了光伏电池新型硅材料——Si24。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
解析：选B Si24是硅单质的一种同素异形体，属于单质，A项错误，B项正确。同素异形体的物理性质有差异，但化学性质相似，所以Si24不与稀硫酸反应，C项错误。太阳能电池是利用光电效应将太阳能转化为电能，原电池是通过氧化还原反应将化学能转化为电能，二者原理不同，D项错误。
11．高纯度硅是典型的“半导体”材料，在半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO2制取Si。工业上可按如下生产流程制取高纯度硅，下列有关这一工业流程的说法不正确的是( )
A．步骤①的化学方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑
B．①③是置换反应，②是化合反应
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
解析：选D 工业制粗硅是二氧化硅与焦炭在高温下反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，A项正确；二氧化硅与碳反应生成硅和一氧化碳，四氯化硅与氢气反应生成硅和氯化氢：SiCl4＋2H2Si＋4HCl，都是置换反应，硅和氯气反应生成四氯化硅：Si＋2Cl2SiCl4，是化合反应，B项正确；在制备流程中硅元素的价态在0和＋4价转变，所以任一反应中，每消耗或生成28 g硅，都转移4 mol电子，C项正确；在高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合，则石英砂与焦炭反应，氯气与氢气反应，就不再按照题干的流程进行，不会得到高纯硅，D项错误。
12．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是( )
选项
材料
主要化学成分
A
水晶饰物
二氧化硅
B
半导体材料
硅
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
硅
解析：选D 水晶饰物的主要成分为二氧化硅，A正确；半导体材料可以是硅晶体，B正确；水泥的成分为硅酸二钙、硅酸三钙和铝酸三钙，普通玻璃的主要成分为二氧化硅、硅酸钙和硅酸钠，C正确；沙子、石英的主要成分为二氧化硅，不是硅，D错误。
13．中华传统文化博大精深，其中涉及很多的化学知识。下列有关说法不正确的是( )
A．“滴水石穿、绳锯木断”不包含化学变化
B．工业生产玻璃、水泥、漂白粉，均需要用石灰石为原料
C．“落汤螃蟹着红袍”肯定发生了化学变化
D．中国蓝是古代人工合成的蓝色化合物，其化学式为BaCuSi4O10，其中硅的化合价为＋4价
解析：选A 石头大多为大理石(即碳酸钙)，其能与水、二氧化碳反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2是可溶性物质，属于化学变化，A错误；制玻璃的原料：石英、石灰石、纯碱等；制水泥的原料：石灰石和黏土；制漂白粉的原料：用石灰石可以制得氧化钙进而得到消石灰，用氯气与消石灰反应得到漂白粉，因此工业上生产玻璃、水泥、漂白粉均需要用石灰石为原料，B正确；龙虾和螃蟹被煮熟时，它们壳里面的一种蛋白质——甲壳蛋白会受热扭曲分解，释放出一种类似于胡萝卜素的色素物质，有新物质生成，属于化学变化，C正确；根据化合价的代数和为零可知硅的化合价为＋4价，D正确。
14．下列有关硅酸盐的说法错误的是( )
A．硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成
B．硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体
C．硅酸钠溶液长期暴露在空气中会变质，这是因为硅酸钠溶液主要发生了氧化还原反应
D．传统无机非金属材料的优缺点：抗腐蚀、耐高温，质脆、经不起冲击
解析：选C 硅酸钠溶液长期暴露在空气中会变质，这是因为空气中的二氧化碳与硅酸钠溶液发生了复分解反应。
15．SiO2是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )
A．图中所有反应都不属于氧化还原反应
B．硅酸盐的化学性质稳定，常用于制作光导纤维
C．可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙
D．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英制成的，其熔点很高
解析：选C 图中SiO2与CaO、CaCO3、Na2CO3的反应不属于氧化还原反应，SiO2与C、Si与Cl2、SiCl4与H2的反应属于氧化还原反应，A错误；光导纤维的主要成分是SiO2而不是硅酸盐，B错误；玻璃没有固定的熔点，D错误。
16．近年来，具有特殊性质的新型无机非金属材料迅速发展，下列有关新型无机非金属材料的叙述不正确的是( )
A．新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的许多缺点
B．碳化硅的硬度大、熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承
C．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4
D．合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料
解析：选D 传统的无机非金属材料，缺点为质地较脆，经不起热冲击，新型无机非金属材料克服了传统无机非金属材料的缺点，能承受高温，强度较高，具有电学特性、光学特性等，A项正确；碳化硅的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承，B项正确；氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，可用于制造发动机，其化学式为Si3N4，C项正确；光导纤维属于新型无机非金属材料，但合成纤维属于有机高分子材料，D项错误。
17．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”)，实验室中不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放KOH溶液，原因是________________________(用离子方程式表示)。
(2)硅在地壳中的含量较高，硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。
①1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”，这种“金属”可能是___________________________________________________。
②玻璃是常用的硅酸盐材料，生产普通玻璃的主要材料有_______________，其制备过程中涉及的主要化学方程式为_______________________________________________。
解析：(1)石英为二氧化硅，二氧化硅与强碱反应生成硅酸盐和水。
(2)①石英砂的主要成分是二氧化硅，加热石英砂、木炭和铁时，发生反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑，所以在加热石英砂、木炭和铁时，可能得到含有硅、碳的铁合金。
②制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英砂，在玻璃窑中加强热时主要发生反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。
答案：(1)SiO2 酸性氧化物
SiO2＋2OH－===SiO＋H2O
(2)①含有硅、碳的铁合金
②纯碱、石英砂、石灰石 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3 ＋CO2↑、CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
18．晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅的过程如下：
Ⅰ.高温下用过量的碳还原二氧化硅制得粗硅；
Ⅱ.粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3(Si＋3HCl SiHCl3＋H2)；
Ⅲ.SiHCl3与过量的H2在1 100～1 200 ℃的温度下反应制得纯硅，已知SiHCl3能与水剧烈反应。
(1)第一步用焦炭与石英砂制取粗硅，其反应的化学方程式为___________________________；上述反应中的氧化剂是________，还原剂是____________。
(2)粗硅与HCl气体反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点－84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为________________________________________________________________________。
(3)实验室用SiHCl3与过量的H2反应制取纯硅装置如图所示(加热和夹持装置略去)：
①装置B中的试剂是__________，装置C中的烧杯需要加热，目的是________________________________________________________________________。
②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是________________________，装置D不能采用普通玻璃管的原因是____________________________________________，装置D中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。
③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_________________________________________________________。
解析：(1)焦炭与石英砂制取粗硅：SiO2＋2CSi＋2CO↑，SiO2得电子，价态降低，为氧化剂，C失电子，价态升高，为还原剂。
(2)SiHCl3的沸点和所含杂质的沸点相差较大，故可以采用分馏(或蒸馏)的方法。
(3)①SiHCl3能与水剧烈反应，应将制得的H2中的水蒸气除去，故装置B中的试剂是浓硫酸；常温下SiHCl3为液体，反应时应使其汽化后再在D处与H2反应，故装置C的烧瓶需加热。②H2和汽化后的SiHCl3在装置D中发生反应：SiHCl3 ＋H2Si＋3HCl，故D中观察到的现象是有固体生成，在此反应温度下，普通玻璃会软化，故不能采用普通玻璃管。③制备流程包含高温下加热氢气，氢气和氧气混合在高温条件下易发生爆炸，因此必须排尽装置内的空气。
答案：(1)SiO2＋2CSi＋2CO↑ SiO2 C
(2)分馏(或蒸馏)
(3)①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化 ②有固体生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl3 ＋H2Si＋3HCl ③排尽装置内的空气
素养提升课 实验活动与科学探究
实验活动4——用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子
实验目的
1.用化学沉淀法去除粗盐中的Ca2＋、Mg2＋和SO。
2.熟练掌握溶解、过滤、蒸发等操作，认识化学方法在物质分离和提纯中的重要作用。
实验用品
实验仪器
托盘天平、药匙、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸、蒸发皿、坩埚钳、铁架台(带铁圈)、石棉网(或陶土网)、酒精灯、火柴
实验试剂
粗盐、蒸馏水、0.1 mol·L－1 BaCl2溶液、20%NaOH溶液、饱和Na2CO3溶液、6 mol·L－1盐酸、pH试纸
[实验步骤]
第一步 将粗盐溶解
实验装置
实验操作
实验现象
称取5 g粗盐，放入100 mL烧杯中，然后加入20 mL水，用玻璃棒搅拌，使粗盐全部溶解
粗盐因逐渐溶解而减少，粗盐水略显浑浊
第二步 将杂质离子生成沉淀
沉淀对象
实验操作、现象、结论或解释
注意问题
SO
向粗盐水中滴加过量的BaCl2溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴BaCl2溶液，无浑浊，证明已沉淀完全
此步操作，引入新的杂质离子Ba2＋
Mg2＋
继续向粗盐水中滴加过量的NaOH溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴NaOH溶液，无浑浊，证明Mg2＋已沉淀完全
—
Ca2＋、
Ba2＋
然后再向上述溶液中滴加过量的饱和Na2CO3溶液，产生白色沉淀，静置，再向上层清液中滴加2～3滴Na2CO3溶液无浑浊，证明Ca2＋、Ba2＋已沉淀完全
此步操作，将前面引入的Ba2＋除去，但同时又引入新的杂质离子CO
第三步 过滤除去沉淀
实验装置
实验操作
注意问题
将烧杯中的液体沿玻璃棒倒入漏斗中，过滤。(注意 “一贴二低三靠”的规范操作)
此步操作把前面生成的沉淀和不溶性的杂质一起过滤除去
第四步 调节溶液pH，除去前面加入的过量CO
操作方法：向滤液中滴加盐酸，不断用玻璃棒搅拌直到没有气泡冒出，并用pH试纸检验，使滤液显中性或弱酸性。
第五步 蒸发结晶
实验装置
实验操作
注意问题
将调好pH的滤液倒入蒸发皿中，然后用酒精灯加热，同时用玻璃棒不断搅拌，待出现较多固体时停止加热，靠余热蒸干，便得到精盐
实验结束后要用坩埚钳夹持蒸发皿，并且要放到石棉网(或陶土网)上冷却
[问题设计]
1．除杂试剂的加入顺序是否唯一，还有没有其他合理顺序？
提示：为使杂质离子完全除去，要加入过量的试剂。后续试剂要能够将前面所加过量的试剂除去，由此可知Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后加入，通常加入试剂的几种顺序有：
(1)BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→盐酸；
(2)NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→盐酸；
(3)BaCl2溶液→Na2CO3溶液→NaOH溶液→盐酸。
2．除去氯化钠中的碳酸钠能否用稀硝酸？
提示：不能。若用稀硝酸，会引入新的杂质离子NO。
3．能否在过滤之前先滴加盐酸？为什么？
提示：不能，因为沉淀中的氢氧化镁、碳酸钙、碳酸钡都能和盐酸反应。
4．蒸发时，待溶液蒸干再停止加热，对吗？为什么？
提示：不对。溶液蒸干再停止加热会造成晶体飞溅，应待溶液中出现大量晶体或有少量水分时停止加热，利用余热蒸干。
实验活动5——不同价态含硫物质的转化
实验目的
1.通过实验加深对硫及其化合物性质的认识。
2.应用氧化还原反应原理实现不同价态含硫物质的转化。
实验用品
实验仪器
试管、托盘天平、量筒、酒精灯、铁架台、试管架、橡胶塞、乳胶管、胶头滴管、玻璃导管、石棉网(或陶土网)、玻璃棒、药匙、棉花、镊子、火柴
实验试剂
浓硫酸、铜片、硫粉、铁粉、Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液、H2SO3溶液、品红溶液
[实验步骤]
实验(一) －2价、＋4价硫转化为0价的硫及－2价硫转化为＋6价的硫
实验操作
实验现象
注意事项
将适量的Na2S溶液放入试管中，并向其中加入亚硫酸溶液
溶液中产生浅黄色沉淀
滴加亚硫酸溶液时，边振荡边滴加，并用浸NaOH溶液的棉团塞住试管口
将适量的Na2S溶液放入试管中，并向其中滴加酸性高锰酸钾溶液
酸性高锰酸钾溶液褪色
滴加酸性KMnO4溶液时，边振荡边滴加，并用浸NaOH溶液的棉团塞住试管口
实验(二) ＋6价的硫转化为＋4价硫
实验操作
实验现象
加热有气泡生成
品红溶液逐渐变为无色
实验结论
浓硫酸和Cu反应的化学方程式为：
2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O
实验(三) 0价的硫转化为－2价的硫
实验操作
实验现象
注意问题
将0.5 g硫粉和1.0 g铁粉均匀混合，放在石棉网上堆成条状，用灼热的玻璃棒触及混合粉末的一端，当混合物呈红热状态时，移开玻璃棒
放出大量的热，生成黑色物质
①铁粉过量；
②将玻璃棒烧至红热状态
[问题设计]
1．若试管内壁附着有单质硫时，可加入NaOH溶液加热，然后洗涤，即可除去，试分析反应的原理并写出相关反应的化学方程式。
提示：单质硫的化合价为0价，既可升高也可降低，当与NaOH溶液反应时，硫发生歧化反应生成易溶于水的Na2S和Na2SO3，反应的化学方程式为3S＋6NaOH===2Na2S＋Na2SO3＋3H2O。
2．SO2具有还原性，浓硫酸具有强氧化性，能否用浓硫酸干燥SO2气体？
提示：能。SO2中硫元素显＋4价，硫酸中的硫元素显＋6价，但硫元素的化合价在＋4、＋6价之间不存在中间价
态，因此SO2虽具有较强的还原性，但不能被浓硫酸氧化，因此可以用浓硫酸干燥SO2气体。
3．铁粉和硫粉在空气中混合燃烧时，可能发生哪些化学反应？
提示：①Fe与S，②S与O2，③Fe与O2等。
微项目——论证重污染天气“汽车限行”的合理性(探讨社会性科学议题)
1．能够综合应用氮及其化合物的性质及转化关系探讨相关的社会性科学议题。
2．在寻求证据支持观点的过程中，能够综合运用信息查找、问卷调查、访谈等多种方法获得必要资料；能够对资料进行加工分析，依据观点、证据和结论之间的逻辑关系进行有条理的阐述。
3．能够从科学、环境、经济、社会等多个方面，权衡不同观点的利与弊，有依据地作出决策。
一、社会性科学议题的概念及议题分析框架
1．社会性科学议题的含义
指由利用当代科学技术研究开发所引起的一系列与社会伦理道德、经济发展及自然生态环境等紧密相关的社会性问题。例如，为了应对重污染天气，把空气污染指数控制在合理范围内，北京、广州等多个城市采取了汽车限行措施，以期降低机动车尾气排放量。部分市民对这样的举措不满，认为汽车尾气不是导致城市空气质量问题(雾霾)的主要原因；也有人认为，这样的措施给人们的出行带来了诸多不便。由此，引发了关于“汽车限行”的争议性的社会性议题。
2．社会性科学议题的分析框架
二、科学认识社会性科学议题，寻找利与弊
1．氮及其化合物的转化关系
①N2＋3H22NH3
②4NH3＋5O24NO＋6H2O
③N2＋O22NO
④2NO＋O2===2NO2
⑤3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
⑥HNO3＋NH3===NH4NO3
⑦3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
⑧Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
2．氮氧化物催化转化方法
在汽车排气管上安装催化转化器，使汽车尾气中的NOx(NO或NO2)与CO反应转化成无毒的物质，反应原理为2NO＋2CON2＋2CO2,2NO2＋4CON2＋4CO2。
[问题设计]
1．汽车尾气有什么危害？
提示：汽车尾气中的NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾——光化学烟雾，光化学烟雾中含甲醛、乙醛等刺激性有毒物质，会刺激人的呼吸道。
2．如何治理汽车尾气？
提示：NOx尾气处理方法
①碱液吸收法：
2NO2＋2NaOH === NaNO3＋NaNO2＋H2O
NO2＋NO＋2NaOH === 2NaNO2＋H2O
NO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是n(NO2)≥n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。
②催化转化法：
在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体N2；NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体N2和CO2(一般适用于汽车尾气的处理)。
3．分别从环境、经济、社会等不同的视角全面思考汽车限行的“利”与“弊”有哪些？
提示：
分析视角
利
弊
环境
减少有害气体排放，减轻空气污染和温室效应
—
经济
促使人们购买第二辆汽车，汽车销量增加，促进经济发展
导致汽车保有量增加
社会
缓解道路交通压力
增加公共交通压力，导致人们出行不便
三、学习科学论证，论证利与弊
1．对于社会性科学议题涉及的各种利与弊的观点，经过论证才能明确是否成立。为了论证观点，需要依据观点充分收集相关资料，并对资料进行推理分析，使资料成为支持或者否定某种观点的证据，并且考虑是否存在对资料或者推理过程的反驳。经过充分的科学论证，形成可靠的观点，才有助于作出合理的决策。
2．科学论证的水平及示例 (以汽车限行利弊分析为例分析如下)
水平
示例
水平1：有观点，缺少必要的资料
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
水平2：有观点和资料，缺少从资料到观点的推理过程或者推理过程不合理，或者资料不充分
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物
水平3：有观点、资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理
观点：采取“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物；大量汽车行驶会产生较多的氮氧化物；氮氧化物进入大气，会导致光化学烟雾，还会转化为硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题，污染大气
推理过程：汽车行驶过程中会产生氮氧化物→汽车尾气中有氮氧化物→氮氧化物进入大气(超过排放标准)→大气中的氮氧化物会导致光化学烟雾，也会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题
水平4：有观点、资料以及从资料到观点的推理过程；资料充分，推理过程合理；考虑了可能的反驳及其证据
观点：采用“汽车限行”措施能够减轻空气污染
资料：汽车行驶过程中会产生氮氧化物；大量汽车行驶会产生较多的氮氧化物；氮氧化物进入大气，会导致光化学烟雾，还会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题，污染大气
推理过程：汽车行驶过程中会产生氮氧化物→汽车尾气中有氮氧化物→氮氧化物进入大气(超过排放标准)→大气中的氮氧化物会导致光化学烟雾，也会转化成硝酸及其盐类物质导致酸雨、雾霾等环境问题
反驳及其证据：汽车中装有净化装置，会将氮氧化物转化成氮气后再排放
进一步推理：虽然有净化装置，但装置中的催化剂很容易中毒；一旦催化剂中毒，就不能有效吸收氮氧化物了。全国的汽车更换净化装置的比率很低
四、权衡利弊，作出决策
1．汽车限行的“利”与“弊”
2．权衡利弊，准确评价，对汽车限行作出正确决策
汽车限行措施能够减轻空气污染、减少二氧化碳的排放量，这有利于社会的可持续发展，有利于未来人类的生存和发展。出行不便，是个人问题。汽车保有量是局部问题，可以逐渐达到新形态的平衡。增加公共交通压力，恰恰可以促进政府不断改善公共设施。因此，应该支持为应对重污染天气而采取的汽车限行措施。
3．正确评价的要素及评价等级
评价要素
评价等级
A
B
C
D
知识的应用
不仅能充分、科学、合理地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析，还能应用相关的新知识
能充分、科学、合理地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析
能比较充分、科学地应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析
应用有关元素及其化合物的知识进行阐述分析时不够全面或出现错误
科学论证
有针对议题的明确观点，资料充分，从资料到观点的推理过程合理，考虑了反驳及其证据
有针对议题的明确观点，资料充分，从资料到观点的推理过程合理
有针对议题的明确观点，资料比较充分，从资料到观点的推理过程有瑕疵但基本合理
有针对议题的明确观点，资料基本充分，但缺少从资料到观点的推理过程
科学态度与社会责任素养
能根据实际情况，自主依据绿色化学思想和可持续发展观念对社会性科学议题进行综合分析
能根据实际情况，从科学、环境、经济、社会等方面对社会性科学议题进行具体分析
能分析社会性科学议题可能给环境、社会发展、人类健康等带来的双重影响，但不够充分、具体
仅关注对个体的影响，缺乏对环境、社会发展、人类健康等社会性影响的关注
A卷—学业水平达标验收
1．硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是( )
解析：选C 玛瑙、光导纤维、水晶的主要成分都是二氧化硅，A、B、D错误；太阳能电池板的主要成分是硅单质，C正确。
2．检验SO2气体中是否混有CO2气体，可采用的方法是( )
A．通过品红溶液
B．通过澄清石灰水
C．先通过足量酸性KMnO4溶液，再通过澄清石灰水
D．先通过NaOH溶液，再通过澄清石灰水
解析：选C 二氧化硫和二氧化碳都能和澄清石灰水反应生成不溶性白色固体，但二氧化硫具有漂白性、还原性，二氧化碳没有漂白性和还原性，所以检验二氧化硫中是否含有二氧化碳的方法是：先通过酸性高锰酸钾溶液，使二氧化硫充分被吸收，二氧化碳不反应，然后再通入澄清石灰水，如果澄清石灰水变浑浊，则含有二氧化碳，否则不含二氧化碳。
3．下列制取SO2、验证其漂白性、收集并进行尾气处理的装置和原理能达到实验目的的是( )
解析：选B A项，铜片和稀硫酸不反应，无法制取SO2；B项，SO2能使品红溶液褪色，因此可以验证SO2的漂白性；C项，SO2密度比空气大，用排空气法收集SO2时，导气管应“长进短出”；D项，SO2与饱和NaHSO3溶液不反应，因此NaHSO3溶液不能作为吸收液，可用NaOH溶液。
4．化学反应中，有时存在“一种物质过量，另一种物质仍不能完全反应”的特殊情况。下列反应中不属于这种情况的是( )
A．过量的稀硝酸和铁反应
B．常温下过量浓硝酸与铝块
C．过量的二氧化锰与浓盐酸
D．常温下过量的铜与浓硫酸
解析：选A 稀硝酸过量，铁全部溶解，A正确；常温下，铝遇浓硝酸发生钝化，铝块不会溶解，B错误；随着反应进行，浓盐酸变稀，稀盐酸不与二氧化锰反应，C错误；常温下，铜与浓硫酸反应很缓慢，需要加热来加快反应，并且随反应的进行，浓硫酸变稀，稀硫酸与铜不反应，硫酸不能完全反应，D错误。
5．下列离子方程式正确的是( )
A．铁屑与稀硫酸反应：2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑
B．FeCl3溶液腐蚀铜板：Fe3＋＋Cu===Fe2＋＋Cu2＋
C．FeO与稀硝酸反应：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
D．Fe3O4与稀硝酸反应：3Fe3O4＋28H＋＋NO===9Fe3＋＋NO↑＋14H2O
解析：选D 稀硫酸的氧化性比较弱，只能把Fe氧化为Fe2＋，离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，A错误。该离子方程式不符合电荷守恒规律，应该为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，B错误。硝酸具有强氧化性，与FeO发生氧化还原反应，离子方程式为3FeO＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋5H2O，C错误。该反应是氧化还原反应，离子方程式符合反应事实，D正确。
6．下列关于SO2和NO2的叙述中正确的是( )
A．SO2可使紫色石蕊溶液褪色
B．SO2与水作用生成H2SO4
C．可用排水法收集NO2
D．实验室可用NaOH溶液处理NO2和SO2废气
解析：选D SO2的漂白性是有限的，不能使紫色石蕊溶液褪色，A错误；SO2与水作用生成H2SO3，B错误；NO2与水反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，C错误。
7．下列有关说法正确的是( )
A．S与H2、O2、Fe反应过程中S表现氧化性
B．硫、碳在空气中完全燃烧产物分别为SO3、CO2
C．1 mol SO2通入足量的水中，H2SO3、HSO、SO的物质的量之和为1 mol
D．SO2与O2充分反应的混合物中含有SO2、O2和SO3
解析：选D A项，S与O2反应，S表现还原性；B项，S的燃烧产物为SO2；C项，SO2与H2O反应为可逆反应，还有SO2存在；D项，SO2与O2反应为可逆反应。
8．某同学探究氨和铵盐的性质，对相关实验操作及现象描述正确的是( )
A．室温下测定等浓度氨水和NaOH溶液的pH，比较氨水和NaOH碱性强弱
B．将氨水缓慢滴入AlCl3溶液中，研究Al(OH)3的两性
C．将蘸有浓氨水和浓硫酸的玻璃棒靠近，观察到白烟
D．加热除去NH4Cl中的少量NaHCO3
解析：选A A项，pH越大，碱性越强；B项，Al(OH)3不溶于氨水；C项，浓硫酸稳定，不能形成白烟；D项，NH4Cl加热也分解，且NaHCO3加热后生成的Na2CO3不易除去。
9．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法中不正确的是( )
A．X是N2O5
B．可用排空气法收集NO气体
C．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸
D．从原理上看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化
解析：选B NO遇空气中的氧气被氧化为NO2，不可用排空气法收集NO气体，故B错误。
10．下列有关浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸的认识正确的是( )
A．浓硫酸、浓硝酸与金属反应时，主要是S或N得电子
B．如图，①中为三种酸的一种，②中为浓氨水，则大烧杯中均观察到白烟
C．浓盐酸、浓硫酸都可用来干燥氧气
D．常温下，浓硫酸或浓硝酸中投入Fe片，均会产生大量的气体
解析：选A 浓硫酸、浓硝酸均有强氧化性，与金属反应时，主要是S或N得电子，A正确；浓硫酸是难挥发性酸，B错误；浓盐酸没有吸水性，C错误；常温下，Fe在浓硫酸、浓硝酸中钝化，D错误。
11．某同学设计的微型实验装置验证SO2的性质，通过分析实验，下列结论表达正确的是( )
A．a棉球褪色，验证SO2具有氧化性
B．b棉球褪色，验证SO2具有还原性
C．c棉球蓝色褪去，验证SO2具有酸性氧化物的性质
D．可以使用高锰酸钾溶液或烧碱溶液吸收尾气
解析：选D a棉球中品红褪色，验证SO2具有漂白性，A错误；b棉球褪色，SO2与碱液反应，碱性减弱，溶液褪色，验证SO2具有酸性氧化物的性质，B错误；碘与SO2和水反应生成氢碘酸和硫酸，碘单质反应完全，c棉球蓝色褪去，验证SO2的还原性，C错误；SO2具有强的还原性，能够被高锰酸钾溶液氧化成硫酸；SO2具有酸性氧化物的性质，可以被碱液吸收，D正确。
12.如图所示是验证气体性质的实验装置，下列有关说法不正确的是( )
A．若水槽中是水，试管中是NO2，可观察到试管中液面上升，若再充入适量的O2可使液体充满整个试管
B．若水槽中是NaOH溶液，试管中是Cl2，可观察到试管中液面上升
C．若水槽中是水并滴有几滴紫色石蕊溶液，试管中是SO2，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈无色
D．若水槽中是水并滴有几滴酚酞溶液，试管中是NH3，可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色
解析：选C 二氧化氮与水反应生成硝酸和NO，NO不溶于水，则可观察到试管中液面上升，若再充入适量的O2，会发生反应4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，当NO与O2的体积比为4∶3时，可使液体充满整个试管，A项正确；氯气与NaOH溶液反应生成NaCl、NaClO和H2O，则可观察到试管中液面上升，B项正确；二氧化硫与水反应生成亚硫酸，亚硫酸能使紫色石蕊溶液变红，则可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色，C项错误；氨气易溶于水，溶液显碱性，能使酚酞溶液变红，则可观察到试管中液面上升，试管中溶液呈红色，D项正确。
13．在如图所示的装置中，烧瓶中充满干燥气体a，将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体d呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和b分别是( )
选项
a(干燥气体)
b(液体)
A
NO2
水
B
CO2
饱和NaHCO3溶液
C
Cl2
饱和NaCl溶液
D
NH3
1 mol·L－1盐酸
解析：选D NO2溶于水反应生成不溶于水的NO，不能充满烧瓶，A项错误；CO2在饱和NaHCO3溶液中、Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度均很小，不产生喷泉，B、C项错误；NH3易溶于酸中，D项正确。
14.某学生课外活动小组利用如图装置做如下实验：在试管中注入某无色溶液，加热试管，溶液颜色变为红色，冷却后恢复无色，则( )
A．溶有SO2的品红溶液
B．溶有NH3的酚酞溶液
C．溶有SO2的酚酞溶液
D．溶有Cl2的品红溶液
解析：选A 二氧化硫和有色物质反应生成无色物质，但二氧化硫的漂白性不稳定，加热时溶液又恢复原来的颜色，所以溶有二氧化硫的品红溶液符合题意，A正确；氨气和水反应生成一水合氨，一水合氨电离出OH－而使溶液呈碱性，酚酞遇碱变红色，加热条件下，一水合氨易分解生成氨气而使溶液褪色，B错误；二氧化硫和水反应生成亚硫酸，酚酞在酸性溶液中为无色，二氧化硫不能使酸碱指示剂褪色，C错误；氯气和水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性而使品红溶液褪色，且次氯酸的漂白性具有不可逆性，D错误。
15．实验室可以用如图所示装置制备、干燥、收集气体的是( )
A．以MnO2、浓盐酸为原料，制备Cl2
B．以Na2SO3固体、质量分数为70%的浓硫酸为原料，制备SO2
C．以浓氨水、生石灰为原料，制备NH3
D．以Cu、稀硝酸为原料，制备NO
解析：选B A项，MnO2和浓盐酸反应，需要加热，此装置图中缺少加热装置，错误；B项，Na2SO3与70%的浓硫酸反应产生SO2，通过浓硫酸进行干燥，因为SO2的密度大于空气，用向上排空气法收集，SO2有毒，必须进行尾气处理，正确；C项，NH3能与浓硫酸反应，不能用浓硫酸进行干燥，因为NH3的密度小于空气，应用向下排空气法收集，错误；D项，NO能与空气中的氧气反应，因此应用排水法收集，错误。
16．非金属单质A经如图所示的过程转化为含氧酸D，已知D为强酸，请回答下列问题：
(1)若A在常温下为固体，B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体。
①D的化学式是______________。
②在工业生产中，大量排放的B气体被雨水吸收后形成了__________而污染环境。
(2)若A在常温下为气体，C是红棕色气体。
①A、C的化学式分别是：________、__________。
②D的浓溶液在常温下可与铜反应并生成C气体，请写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
________________________该反应________(填“属于”或“不属于”)氧化还原反应。
解析：(1)若B是能使品红溶液褪色的有刺激性气味的无色气体，则B是SO2，C是SO3，D是H2SO4；若大量排放SO2，会形成酸雨。(2)若C是红棕色气体，则C为NO2，B为NO，A为N2，D为HNO3，浓硝酸可与Cu反应：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。此反应中有元素化合价的升降属于氧化还原反应。
答案：(1)①H2SO4 ②酸雨
(2)①N2 NO2 ②4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 属于
17．我国考古学家对“南澳一号”沉船进行了考古探索，从沉船中发现了大量宋代精美瓷器，体现了灿烂的中华文明。青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5(OH)x]，可掺进瓷石制胎，青花瓷釉料的成分主要是钾长石(KAlSi3O8)，在1 300 ℃左右一次烧成的釉可形成精美的青花瓷。
(1)下列说法正确的是________(填字母)。
A．高岭土分子中x＝2
B．钾长石能完全溶解在盐酸中形成澄清的溶液
C．烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化
D．青花瓷、玻璃、水泥都属于硅酸盐产品
(2)在“南澳一号”考古直播过程中，需用高纯度SiO2制造的光纤。下图是用海边的石英砂(含氯化钠、氧化铝等杂质)制备二氧化硅粗产品的工艺流程。
①洗涤石英砂的目的是__________________。
②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应的离子方程式是______________________________
________________________________________________________________________。
③在以上流程中，要将洗净的石英砂研磨成粉末，目的是________________________________________________________________________。
④工业上常用纯净石英砂与C在高温下发生反应制造粗硅，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1。下列说法正确的是________(填字母)。
A．制造粗硅时的反应为2SiO2＋5CSi＋SiC＋4CO↑
B．在以上流程中，将盐酸改为NaOH溶液，也可达到目的
C．纯净的SiO2只能用于制造光导纤维
解析：(1)A项，根据化合物中元素化合价代数和等于零的原则，可得：6＋8－10－x＝0，解得x＝4；B项，钾长石与盐酸反应后不能形成澄清的溶液；C项，根据陶瓷制造过程可推测出烧制青花瓷过程中发生了复杂的物理变化和化学变化；D项，青花瓷、玻璃、水泥符合硅酸盐产品的特点，是硅酸盐产品。
(2)①石英砂中含有易溶于水的NaCl杂质，洗涤石英砂可使NaCl与SiO2分离。
②SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和H2O，据此可写出相应的离子方程式。
③将纯净的石英砂研磨后能增大物质的表面积，从而增大反应物与盐酸的接触面积，增大反应速率，提高生产效率。
④A项，粗硅中含有SiC，其中Si和SiC的物质的量之比为1∶1，根据原子守恒，可将题述信息转化为如下反应：2SiO2＋5C===Si＋SiC＋4CO↑；B项，因SiO2、Al2O3都能溶解在NaOH溶液中，无法实现二者的分离；C项，纯净的SiO2还可用于制造光学玻璃等。
答案：(1)CD (2)①除去石英砂中的NaCl杂质
②SiO2＋2OH－===SiO＋H2O ③增大反应物之间的接触面积，增大反应速率，提高生产效率 ④A
18．某校课外活动小组为了探究铜与稀硝酸反应产生的气体主要是NO而设计了下列实验，装置如图所示(加热装置和固定装置均已略去)。图中K为止水夹(处于关闭状态)，F是一半空的注射器。请回答有关问题：
(1)设计装置A的目的是______________________________________________________。
(2)在完成(1)中的“操作”后，将装置B中的铜丝插入稀硝酸，并微热之，观察到装置B中的现象是___________________________________________________________；
B中反应的离子方程式为____________________________________________________。
(3)装置E和F的作用是___________________________________________________；
为实现此作用，其操作方法是________________________________________________。
(4)装置D的作用是_____________________________________________________。
解析：(1)因烧瓶中有空气，则生成的NO能与氧气反应生成二氧化氮，利用A装置反应生成的二氧化碳气体赶走装置中的空气避免对一氧化氮气体检验产生干扰。
(2)因铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水，现象是Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝，其离子方程式为3Cu＋2NO＋8H＋===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。
(3)NO与氧气能迅速反应生成二氧化氮，故用空气验证NO的生成，将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO。
(4)NO、NO2都有毒，能污染环境，氮的氧化物可用NaOH溶液吸收。
答案：(1)产生CO2赶走装置中的空气，防止因NO与O2反应生成NO2而产生干扰
(2)Cu丝表面产生气泡，稀硝酸液面上方仍为无色，溶液变蓝 3Cu＋8H＋＋2NO===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O
(3)验证NO的生成 将注射器中的空气推入E中，若气体变为红棕色则说明生成了NO
(4)吸收多余的氮氧化物，防止污染空气；防止倒吸
B卷—选考等级考试检测
1．化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法正确的是( )
A．汽车的排气管上装有“催化转化器”，使有毒的CO和NO反应生成N2和CO2
B．向煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2最终生成CaSO3，可减少对大气的污染
C．高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
D．大量燃烧化石燃料排放的废气中含CO2、SO2，从而使雨水的pH＝5.6 即形成酸雨
解析：选A 煤中加入适量石灰石，使煤燃烧产生的SO2转化为CaSO3，再氧化生成CaSO4，B错误；制作光导纤维的是二氧化硅，C错误；雨水的pH<5.6才形成酸雨，D错误。
2．2019年世界环境日中国主题为“蓝天保卫站，我是行动者”，旨在引导社会各界自觉践行绿色生活，共建美丽中国。下列现象与污染源对应不正确的是( )
A．酸雨——硫的氧化物、氮的氧化物
B．光化学烟雾——碳氢化合物、氮的氧化物
C．臭氧空洞——氟氯烃(如氟利昂)
D．温室效应——SO2
解析：选D 酸雨与人们排放的SO2、NOx等有关；光化学烟雾与碳氢化合物和氮的氧化物有关；臭氧空洞与氟氯烃(如氟利昂)有关；温室效应与大气中CO2浓度不断上升有关。
3．下列事实可以用同一原理解释的是( )
A．SO2、Cl2均能使品红溶液褪色
B．NH4HCO3晶体、固体碘受热均能变成气体
C．S与铁、铜反应均生成低价硫化物
D．ClO－与S2－、H＋均不能在溶液中大量共存
解析：选C A项，SO2能使品红溶液褪色是因为SO2与品红结合为无色物质，Cl2使品红溶液褪色是因为Cl2与水反应的生成物HClO氧化漂白品红，故不符合题意；B项，NH4HCO3晶体受热分解变成气体，固体碘受热升华变成气体，故不符合题意；C项，S与铁、铜反应均生成低价硫化物，是因为S的氧化性较弱，故符合题意；D项，ClO－与S2－发生氧化还原反应，ClO－与H＋结合生成弱电解质HClO，故不符合题意。
4．物质氧化性、还原性的强弱，不仅与物质的结构有关，还与物质的浓度和反应温度有关。下列各组物质：
①Cu与HNO3溶液 ②Cu与FeCl3溶液 ③Zn与H2SO4溶液 ④Fe与HCl溶液，其中由于浓度不同而能发生不同氧化还原反应的是( )
A．①③ B．③④
C．①② D．①③④
解析：选A 一般而言，同种氧化剂：浓度大者氧化性强。Cu与稀HNO3反应，还原产物是NO，Cu与浓HNO3反应，还原产物是NO2；Zn与稀H2SO4反应，还原产物是H2，Zn与浓H2SO4反应，还原产物是SO2。
5．下列操作能够达到实验目的的是( )
解析：选D Cl2、SO2等都能使品红褪色，要将褪色后溶液加热，看是否重新变成红色，才能验证是否生成SO2，A错误。NO不稳定，遇到空气会被氧化为NO2，不能用排空气法收集NO，B错误。干燥的氨气不能使干燥的石蕊试纸变蓝，要用蒸馏水润湿石蕊试纸再检验，C错误。因为氨气极易溶于水，所以采用防倒吸装置，D正确。
6．下列关于物质或离子检验的叙述正确的是( )
A．往品红溶液中通入气体，红色褪去，证明气体一定是二氧化硫
B．气体通过无水硫酸铜，粉末变蓝，证明原气体中含有水蒸气
C．加入氯化钡溶液生成沉淀，再加入盐酸沉淀不溶解证明一定含有硫酸根
D．将气体通入澄清石灰水，溶液变浑浊，证明原气体是CO2
解析：选B A项，能使品红溶液褪色的气体有二氧化硫、氯气、臭氧等，错误；B项，无水硫酸铜会与水结合生成五水硫酸铜而变成蓝色，所以可以证明原气体中含有水蒸气，正确；C项，如果溶液为硝酸银也有该现象，错误；D项，二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊，错误。
7．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。在下列假设或猜想引导下的探究肯定没有意义的是( )
A．探究SO2和Na2O2反应可能有Na2SO4生成
B．探究NO和N2O可能化合生成NO2
C．探究NO2可能被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2和NaNO3
D．探究向滴有酚酞溶液的NaOH溶液中通入Cl2，酚酞红色褪去的原因是溶液的酸碱性改变还是HClO的漂白作用
解析：选B NO和N2O反应不可能生成NO2，因为氮元素的化合价均升高，没有元素化合价的降低。
8．下列实验设计正确的是( )
A．将SO2通入溴水中证明SO2具有漂白性
B．将亚硫酸钠与硫酸反应产生的气体通入品红溶液，品红褪色证明SO2具有还原性
C．SO2和SO3混合气体通入Ba(NO3)2溶液可得到BaSO3和BaSO4
D．二氧化硫能使溴水褪色，说明二氧化硫具有还原性
解析：选D A项，SO2使溴水褪色，证明SO2具有还原性，错误；B项，SO2使品红溶液褪色体现的是SO2的漂白性，错误；C项，SO2在酸性环境中能与Ba(NO3)2反应生成硫酸钡，则SO2和SO3的混合气体通入Ba(NO3)2溶液中只得到BaSO4白色沉淀，错误；D项，二氧化硫能使溴水褪色，是因为发生反应Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，二氧化硫中S元素的化合价升高，失去电子，表现为还原性，正确。
9．为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含NH废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程：
下列说法不正确的是( )
A．固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3
B．X可以是空气，且需过量
C．捕获剂所捕获的气体主要是CO
D．处理含NH废水时，发生反应的离子方程式为NH＋NO===N2↑＋2H2O
解析：选B 工业废气中的CO2、SO2与石灰乳反应生成难溶的CaCO3和CaSO3，石灰乳微溶于水，A项正确；气体1中含有NO、CO和N2，若用过量空气，则NO被全部氧化为NO2，NO2与NaOH反应生成NaNO3和NaNO2，与流程图中NaNO2不符，故通入的空气不能过量，NO2与NO气体按照1∶1混合与NaOH完全反应生成NaNO2，B项错误；气体2中含有N2和CO，N2无毒，故捕获剂捕获的气体主要为CO，C项正确；NaNO2具有氧化性，NH具有还原性，二者发生氧化还原反应生成无污染的N2，D项正确。
10．陶瓷是火与土的结晶，是中华文明的象征之一，其形成、性质与化学有着密切的关系。下列说法错误的是( )
A．“雨过天晴云破处”所描述的瓷器青色，来自氧化铁
B．闻名世界的秦兵马俑是陶制品，由黏土经高温烧结而成
C．陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐
D．陶瓷化学性质稳定，具有耐酸碱侵蚀、抗氧化等优点
解析：选A 氧化铁为红棕色固体，瓷器的青色不可能来自氧化铁，A错误。
11．把碎纸片b补充到a中，可得到一个完整的离子方程式(未配平)。下列说法正确的是( )
A．反应物微粒是S、SO、OH－
B．该反应可能在酸性条件下进行
C．氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1
D．2 mol S参加反应时，转移的电子数为3NA
解析：选C 碱性条件下，S与氢氧根离子反应生成S2－和SO，反应的离子方程式为3S＋6OH－===2S2－＋SO＋3H2O，反应中部分S的化合价从0价升高到＋4价，部分S的化合价从0价降低到－2价，则反应物微粒是S、OH－，A错误；酸性条件下，不能有OH－参加或生成，B错误；化合价降低的硫作氧化剂，化合价升高的S作还原剂，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1，C正确；反应中3 mol S转移4 mol电子，则2 mol S参加反应时，转移的电子为＝ mol，D错误。
12．14 g铜、银合金与一定量某浓度的硝酸溶液完全反应，将放出的气体与1.12 L(标准状况下)氧气混合通入水中，恰好全部被水吸收，则合金中铜的质量是( )
A．9.6 g B．6.4 g
C．4.8 g D．3.2 g
解析：选D Cu、Ag合金与HNO3反应过程如下：
0．05 mol O2得电子物质的量为0.05 mol×4＝0.2 mol。根据得失电子守恒，设Cu为x mol、Ag为y mol，则有解之得所以铜的质量为m(Cu)＝0.05 mol×64 g·mol－1＝3.2 g。
13．如图是检验气体性质的实验装置。向装置中缓慢通入气体X，若关闭活塞K，品红溶液无变化、澄清石灰水变浑浊；若打开活塞K，品红溶液褪色。据此判断，气体X和液体Y可能是( )
选项
物质
A
B
C
D
X
H2S
SO2
CO2
Cl2
Y
浓硫酸
NaHCO3饱和溶液
Na2SO3溶液
NaHSO3溶液
解析：选B H2S不能使品红溶液褪色，A错误。SO2可与NaHCO3饱和溶液反应生成二氧化碳，若关闭活塞K，则品红溶液无变化，生成的二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊；若打开活塞K，则品红溶液褪色，B正确。二氧化碳不能使品红溶液褪色，所以打开活塞K，品红溶液不会褪色，C错误。关闭活塞K，Cl2与NaHSO3反应，将其氧化，澄清石灰水不变浑浊，D错误。
14．下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是( )
选项
实验操作
现象
解释或结论
A
过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液
溶液呈红色
稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋
B
左边棉球变为橙色，右边棉球变为蓝色
氧化性：Cl2>Br2>I2
C
用玻璃棒蘸取浓氨水点到红色石蕊试纸上
试纸变蓝色
浓氨水呈碱性
D
浓HNO3加热
有红棕色气体产生
HNO3有强氧化性
解析：选C 过量的Fe与稀HNO3反应生成Fe2＋，A错误；该实验能证明氧化性：Cl2>Br2、Cl2>I2，无法证明Br2>I2，B错误；浓HNO3受热分解，说明HNO3不稳定，D错误。
15.向50 mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积(标准状况)之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。下列说法正确的是( )
A．开始时产生的气体为H2
B．AB段发生的反应为置换反应
C．所用混合溶液中c(HNO3)＝0.5 mol·L－1
D．参加反应铁粉的总质量m2＝5.6 g
解析：选D 向混合溶液中逐渐加入铁粉，铁首先和H＋、NO反应生成Fe3＋和NO；当溶液中NO完全被消耗之后，过量的铁能和Fe3＋反应生成Fe2＋；当Fe3＋完全反应之后，过量的铁和稀硫酸反应生成FeSO4和H2。由以上分析可知，开始生成的气体是NO，A错误；AB段的反应是铁和Fe3＋的反应，不是置换反应，B错误；A点对应的气体是NO，物质的量是0.05 mol，根据氮原子守恒可知，稀硝酸的物质的量浓度是＝1.0 mol·L－1，C错误；生成氢气的体积是0.56 L，物质的量为0.025 mol，所以反应中共转移电子0.05 mol×3＋0.025 mol×2＝0.2 mol，参加反应的铁最终在溶液中以Fe2＋的形式存在，因此根据电子得失守恒可知，消耗铁的物质的量是0.1 mol，质量是5.6 g，D正确。
16．一定条件下，含氮元素的物质可发生如图所示的循环转化。
回答下列问题：
(1)氮的原子结构示意图为________________。
(2)图中属于“氮的固定”的是__________(填字母，下同)；转化过程中发生非氧化还原反应的是______________________________________________________________________。
(3)若“反应h”是在NO2和H2O的作用下实现，则该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为_________________________________________________________________。
(4)若“反应i”是在酸性条件下由NO与Zn的作用实现，则该反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)N位于第二周期ⅤA族，其原子结构示意图为。
(2)氮的固定是游离态的氮转化为化合态的氮的化合物，根据循环图可知，属于氮的固定的是k和c；发生非氧化还原反应，说明反应前后各元素化合价没有发生变化，则属于非氧化还原反应的是a和l。
(3)反应h的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，HNO3是氧化产物，NO是还原产物，因此氧化产物和还原产物的物质的量之比为2∶1。
(4)根据信息，Zn＋H＋＋NO―→Zn2＋＋N2O↑＋H2O，根据电荷守恒、得失电子守恒以及原子守恒得离子方程式为4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O。
答案：(1) (2)k和c a和l (3)2∶1
(4)4Zn＋2NO＋10H＋===4Zn2＋＋N2O↑＋5H2O
17．已知SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI，某化学兴趣小组选用下列实验装置，测定工业原料气(含SO2、N2、O2)中SO2的含量。
(1)若原料气从左向右流向时，上述装置组装连接的顺序：原料气→________(填“a”“b”“c”“d”“e”)。
(2)装置Ⅱ中发生反应的离子方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________；
当装置Ⅱ中出现________现象时，立即停止通气。
(3)若碘溶液的浓度为0.05 mol·L－1、体积为20 mL，收集到的N2与O2的体积为297.6 mL(已折算为标准状况下的体积)，SO2的体积分数为________。
解析：(1)原料气先通过Ⅱ装置除去工业原料气中的SO2后再利用Ⅰ、Ⅲ装置测量剩余气体的体积，故气体的流向为c→d→b→a→e。(2)依据题目提供的I2与SO2发生反应的化学方程式可知其离子方程式为I2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－，当溶液中蓝色褪去时，表明I2与SO2恰好完全反应。(3)由反应方程式可知：
SO2 ～ I2
22 400 mL 1 mol
V 0.05 mol·L－1×0.020 L
V＝22.4 mL
则SO2的体积分数为×100%＝7%。
答案：(1)c→d→b→a→e (2)SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO＋2I－ 蓝色褪去 (3)7%
18．长期存放的亚硫酸钠可能会被空气中的氧气氧化。某化学兴趣小组通过实验来测定某无水亚硫酸钠试剂的质量分数，设计了如图所示实验装置：
请回答下面的问题：
(1)若将虚线框内的分液漏斗换成长颈漏斗，则应该怎样检查虚线框内装置的气密性？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)D装置中反应的化学方程式为______________________________________。B装置中反应的离子方程式为__________________________________________________________。
(3)称量a g Na2SO3样品放入锥形瓶中，向B装置反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，得白色沉淀b g，原样品中Na2SO3的质量分数为________。
(4)C装置中反应的离子方程式为_____________________________________________。
(5)现有以下试剂：蒸馏水、稀盐酸、稀硝酸、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液，请从中选择合适试剂，设计一种不同的实验方法测定试样中无水亚硫酸钠质量分数：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(3)b g白色沉淀为BaSO4，其物质的量为 mol，则原样品a g中含Na2SO3也为 mol，样品中Na2SO3的质量分数为×100%。
答案：(1)关闭弹簧夹(或止水夹)a，由长颈漏斗向锥形瓶内加水至漏斗内液面高于锥形瓶内液面，过一段时间观察液面是否变化，若不变，说明气密性良好，否则，说明装置漏气
(2)MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
Cl2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Cl－＋SO
(3)×100%
(4)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(5)称取一定质量的样品置于烧杯中，加水溶解，依次加入足量盐酸和BaCl2溶液，过滤，洗涤，干燥，称量沉淀物的质量，计算即可(其他合理答案也可以)
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