硅 课件-2027届高三化学一轮复习

该高中化学高考复习课件聚焦碳族元素及硅及其化合物、无机非金属材料、化学与可持续发展等核心考点，依据高考评价体系明确硅的性质与制备、硅酸盐材料分类、化工流程分析等高频考查维度，通过近五年真题统计，硅的制备流程占30%、材料性质应用占25%，归纳出选择、流程题等常考题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题精析+素养导向”的复习策略，如以2023湖北卷硅制备真题为例，运用科学思维中的证据推理，解析Si-Si键数目计算及流程中物质循环，培养学生模型建构能力。特设“易错点警示”（如SiO₂与HF反应特殊性）和“答题模板”，助力学生掌握流程题突破方法，教师可据此高效组织专题复习，提升学生高考冲刺得分率。

碳族元素　硅及其化合物 一.碳族元素概述 碳、硅、锗、锡、铅均为第ⅣA族元素,又称碳族元素,其原子价层电子排布式为 ,常见价态为0、+2、+4。自然界中硅元素仅有 ,在地壳中含量仅次于 ,主要以 和 的形式存在。 物质 金刚石 石墨 C60 晶体 类型 共价晶体 混合型晶体 分子晶体 结构 空间网状结构 平面 层状结构 60个碳原子构成的足球状分子 2.碳单质 ns2np2 化合态 氧 氧化物 硅酸盐 正四面体形 正六边形 物理 性质 熔点 ,硬度 , 导电 熔点 ,硬度 , 导电 熔点 , 导电 主要 用途 制作钻石,作切割工具,作钻探机的钻头 作电极、润滑剂、铅笔芯 应用于超导、医学 领域 高 大 不 高 小 能 低 不 化学 性质 常温下不活泼,在反应中一般作还原剂。 ①与O2反应: (过量O2); (少量O2)。 ②与氧化物反应: ; 。 ③与强氧化性酸反应: ; 三.单质硅 计算机芯片 第 ____ 周期 第 ____ 族 IVA 三 单质的导电性： 介于导体与绝缘体之间 应用最广泛的半导体材料 处于金属与非金属的过度位置 元素的存在与结构 三.硅单质 硅在自然界主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。 1.硅的存在形式 存在形式 硅 硅酸盐： 地壳中大多数矿物 氧化物： 水晶、玛瑙 等 ——有亲氧性，以化合态存在 2.硅的性质。 高 大 Na2SiO3 单晶硅 反应①: ; 反应②: ; 反应③: 。 3.硅的制备。 工业上可用以下流程制取高纯硅: 原理：用焦炭还原石英砂，得到含少量杂质的粗硅，然后转化为三氯硅烷，再经氢气还原。 4.高纯硅的用途 高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等贵台阳能电池。 硅晶片是生产 芯片的基础材料 　　　 硅太阳能电池 光伏电站 硅太阳能电池 四.二氧化硅 1、存在：岩石、沙土 有结晶形和无定形两大类，通称硅石。 硅藻土 玛瑙 水晶 石英 2、应用：制玻璃、光导纤维等 SiO2晶体结构示意图 四面体结构 SiO2是由Si和O按1：2的比例组成的立体空间网状结构，没有SiO2 分子存在，只存在硅氧原子。立体网状结构决定了SiO2具有优良的物理和化学性质。 3.结构 二氧化硅的化学性质 ①酸性氧化物的通性（但SiO2不溶于水，不与水反应） SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O ②氧化性（工业制粗硅） SiO2+CaO CaSiO3 高温 SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O ③特性：与HF（雕刻玻璃） 唯一能与SiO2反应的酸 保存氢氟酸使用塑料瓶 SiO2 → Na2SiO3 → 制H2SiO3 盐酸 很不活泼 SiO2+2C Si+2CO↑ 高温 用胶塞或软木塞 物理性质：不溶于水、熔点 、硬度 。 高 大 4.性质 五.硅酸 用途:硅胶可作催化剂载体和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。 难 弱 H2SiO3↓+Na2CO3 硅酸 聚合 硅酸凝胶 干燥脱水 硅酸干凝胶 “硅胶” 课堂总结 硅酸盐材料： 新型无机非金属材料 硅和二氧化硅的用途： ①高纯硅：半导体材料 ②SiO2：光导纤维 高纯硅的制备 SiO2＋4HF = SiF4↑＋2H2O HF雕刻玻璃 盛NaOH试剂瓶不用磨口玻璃塞 SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷 新型陶瓷 碳纳米材料 富勒烯、碳纳米管、石墨烯 陶瓷、玻璃、水泥 考向一　硅及其化合物的性质 [例题1] (2024·广东广州月考)从物质类别、元素化合价、物质所含元素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。下列说法正确的是(　　) [A] 硅在元素周期表中处于金属元素与非金属元素的分界线附近,硅单质具有半导体性质 A [变式1] 硅是构成无机非金属材料的一种主要元素,下列有关硅及其化合物的叙述正确的是(　　) [A] 硅晶体是良好的半导体,可用于制造光导纤维 [B] 高温下SiO2能与Na2CO3固体反应生成Na2SiO3和CO2,说明硅酸酸性强于碳酸 [C] 碱液能用玻璃瓶盛放,但不能用玻璃塞 [D] 硅酸盐中硅、氧原子之间以离子键形成硅氧四面体结构 C 【解析】 光导纤维的主要成分是二氧化硅,A错误;碳酸的酸性比硅酸强, B错误;玻璃中含有SiO2,能与碱液反应生成具有黏性的硅酸钠粘住瓶口,故不能用玻璃塞,C正确;硅酸盐中硅、氧原子之间以共价键形成硅氧四面体结构,D错误。 考向二　硅的制备与提纯 [例题2] (2024·四川期中)硅被誉为信息革命的“催化剂”。高纯硅的制备简易流程如图: 已知:SiHCl3中H显-1价,SiHCl3化学性质不稳定,遇水会迅速反应,在空气中易燃,能自燃。 D 下列叙述错误的是(　　) [A] 反应①中的生成物有CO和Si [B] 反复循环进行反应②和③可提高硅单质的纯度 [C] 整个制备过程必须控制无水无氧气 [D] 制备流程中循环利用的物质是焦炭和HCl [变式2] (2024·陕西安康教育联盟期末)高纯度晶体硅是典型的无机非金属材料,它的发现和使用曾引起计算机芯片上的一场伟大“革命”。工业上可以按下列方法制备: C 下列说法正确的是(　　) [B] 步骤②和步骤③的反应互为可逆反应 [C] 可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙 [D] 晶体硅和无定形硅是硅元素的同素异形体,二者化学性质完全不同 1.下列说法或离子方程式正确的是(　　) [A] (2024·新课标卷)大理石可用于制砚台,主要成分为硅酸盐 [B] (2024·河北卷)透雕白玉璧主要成分是硅酸盐 [C] (2023·江苏卷)碳单质、晶体硅、SiC均为共价晶体 B 【解析】 大理石可用于制砚台,大理石主要成分为碳酸钙,不是硅酸盐,A错误;透雕白玉璧是玉石,玉石的主要成分是硅酸盐,B正确;晶体硅、SiC均为共价晶体,碳单质中金刚石为共价晶体,而石墨为混合型晶体,C60为分子晶体,C错误;HF与玻璃中的SiO2反应,且HF为弱酸,在书写离子方程式时不能拆成离子形式,D错误。 2.(2023·湖北卷,3)工业制备高纯硅的主要过程如下: 下列说法错误的是(　　) [B] 1 mol Si含Si—Si的数目约为4×6.02×1023 [C] 原料气HCl和H2应充分去除水和氧气 [D] 生成SiHCl3的反应为熵减过程 B 一、材料的分类 无机非金属材料 金属材料：包含纯金属和合金 有机高分子材料 传统无机非金属材料： 新型无机非金属材料：硅和二氧化硅、 新型陶瓷、碳纤维等 复合材料 【思考】传统无机非金属材料由什么物质组成？有什么性质？ 材 料 （硅酸盐材料）如玻璃、陶瓷、水泥 二、硅酸盐 【思考】现在家居装修以明亮，简洁，实用的风格为主流，大家能判断都用到哪些材料以及它们的类别吗？ 玻璃 传统无机非金属材料 铝合金 金属材料 木纹砖 传统无机非金属材料 陶瓷 存 在： 表示方法： 硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中 ①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3 ②用氧化物的形式表示，如Na2O•SiO2、CaO•SiO2 1.硅酸盐 只是以氧化物的形式表示，但其本身属于盐 定义：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 【注意】 ①氧化物的书写形式一般为： A活泼金属氧化物 • B较活泼金属氧化物 • CSiO2 • DH2O ②元素化合价不变、原子比例不变 ③计量数以整数书写 长石( KAlSi3O8 )用氧化物的形式如何表示？ K2O• Al2O3• 6SiO2 （1）Si 和 O 构成了硅氧四面体； （2）每个 Si 结合 4 个 O， Si 在中心，O 在四面体的 4 个顶角， 许多四面体通过顶角的O相互连接； （3）每个 O 为两个四面体所共有，与 2 个 Si 相结合。 2、结构 3、性质 大多硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等 例外：Na2SiO3 硅酸钠俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂 4. Na2SiO3——俗称泡花碱 (1).物理性质 白色固体，可溶于水，水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，有很强的黏合性。 (2).化学性质 与酸反应： Na2SiO3+2HCl === 2NaCl+H2SiO3↓ Na2SiO3+2H2O+2CO2(过量) === 2NaHCO3+H2SiO3↓ Na2SiO3+H2O+CO2(少量) === Na2CO3+H2SiO3↓ 【思考】这些反应的反应类型是什么？遵循什么反应原理？ 硅酸是高中阶段唯一不溶于水的固态酸 白色沉淀 非金属性：Cl C Si 酸性：盐酸 碳酸 硅酸 ＞ ＞ ＞ ＞ (3).用途 ①制硅酸；②黏合剂(矿物胶)；③耐火阻燃材料；④防腐剂 原料 性质 黏土 (主要成分为含水的铝硅酸盐) 抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。 生产建筑材料、绝缘材料、 日用器皿、卫生洁具等。 应用 1.陶瓷——土与火的完美结合 设备 陶瓷窑 2、玻璃 原料 原理 用途 设备 纯碱、石灰石和石英砂（主要成分SiO2） SiO2 + Na2CO3 ==== Na2SiO3 + CO2↑ SiO2 + CaCO3 ==== CaSiO3 + CO2↑ 高温 高温 生产建筑材料、光学仪器、制造玻璃纤维用于高强度复合材料等 成分 Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 没有固定的熔沸点 玻璃窑 （发生复杂的物理和化学变化） 3、水泥 原料 设备 黏土、石灰石（再加入少量石膏） 作用：调节水泥硬化速率 水泥回转窑 用途 水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程 小结 陶瓷 玻璃 水泥 主要原料 主要成分 —— Na2CO3、CaCO3、SiO2 —— 主要设备 反应原理 高温烧结而成 黏 土 黏土、石灰石 纯碱、石灰石、石英砂 （主要成分是SiO2） 玻 璃 窑 水 泥 回 转 窑 高温下发生复杂的物理和化学变化 [例题] (2024·云南开远一中开学考)硅是带来人类文明的重要元素之一,有些科学家提出硅是“21世纪的能源”。这主要是由于硅及其化合物对社会发展所起的巨大促进作用。下列关于硅及其化合物的说法错误的是(　　) [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] 高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,光导纤维遇强碱会“断路” [C] 陶瓷、玻璃、水泥容器均不能贮存氢氟酸 [D] 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分都是硅酸盐 D 【解析】 传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料,故A正确;高纯度的二氧化硅广泛用于制作光导纤维,二氧化硅能与碱反应,所以光导纤维遇强碱会“断路”,故B正确;陶瓷、玻璃、水泥中含有的二氧化硅能和氢氟酸反应,故C正确;新型无机非金属材料如高温结构陶瓷(氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷)的主要成分不是硅酸盐,故D错误。 [变式] (2025·四川高考适应性考试)化学是新材料发展的基础,下列生产或应用中所用到的主要物质不属于无机非金属材料的是(　　) [A] 芯片制造所用的硅晶片 [B] 潜艇降噪所用的橡胶消声瓦 [C] 耐高温陶瓷生产所用的碳化硅 [D] 通信信号传输所用的光导纤维 B 【解析】 芯片制造所用的硅晶片是单质硅,属于无机非金属材料,A不符合题意;橡胶是一种高分子有机化合物,B符合题意;碳化硅属于无机非金属材料,C不符合题意;光导纤维主要成分是二氧化硅,属于无机非金属材料,D不符合题意。 1.(2024·江西卷,1)景德镇青花瓷素有“国瓷”的美誉。是以黏土为原料,用含钴、铁的颜料着色,上釉后一次性高温烧制而成的青蓝色彩瓷。下列关于青花瓷说法正确的是(　　) [A] 青蓝色是由于生成了单质钴 [B] 表面的釉属于有机高分子膜 [C] 主要成分为铝硅酸盐 [D] 铁元素的存在形式只有Fe2O3 C 【解析】 青花瓷上的蓝色花纹是由于使用了含有氧化钴的“青料”绘制而成,与单质钴无直接关系,A错误;釉是一种覆盖在陶瓷表面的物质,通常由无机物质组成,如硅酸盐、氧化物等,B错误;青花瓷是一种釉面瓷,其主要成分为铝硅酸盐,C正确;青花瓷呈现青蓝色,Fe2O3呈红色,不能确定铁元素的具体存在形式,D错误。 2.(2022·河北卷,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MgO [C] 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 A 【解析】 传统陶瓷是典型的绝缘材料,A正确;陶瓷的主要成分为硅酸盐,而不是SiO2和MgO,B错误;陶瓷烧制过程有新物质生成,属于化学变化,C错误;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,D错误。 化学与可持续发展 一、环境保护与绿色化学 1.化学与环境保护 (1)“三废”污染是指工业生产中产生的废气、废水和废渣对环境的污染。 (2)大气污染物与次生污染物。 (3)污水处理。 ①污水处理常用方法:物理法、化学法和生物法等。 ②污水的“三级”处理。 (4)工业废渣与生活垃圾的处理。 遵循无害化、减量化和资源化的原则,达到减少环境污染和资源回收利用这两个重要目的。 2.绿色化学 (1)绿色化学的特征。 (3)开发和利用自然资源遵循的三原则:减量化、再利用和再循环。 (4)碳达峰和碳中和。 含义 碳达峰 是指二氧化碳排放总量在某一个时间点达到历史峰值,之后进入逐步下降阶段 碳中和 是指二氧化碳的净零排放,具体讲就是二氧化碳的排放量与二氧化碳的去除量相互抵消 二、化学品的合理使用 1.化肥的施用 (1)综合考虑因素:土壤的 ;作物营养状况;化肥本身的性质等。 (2)过量施用化肥的危害:造成浪费;造成 ,产生 等污染现象;影响土壤的 和土壤结构。 酸碱性 水体富营养化 水华 酸碱性 2.农药的施用 (1)早期的农药:除虫菊、烟草等植物和波尔多液、石灰硫黄合剂等无机物。 (2)新型农药:有机氯农药、有机磷农药、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类农药等 、 、 的有机合成农药。 高效 低毒 低残留 (3)施用农药对环境的影响。 ①破坏害虫与天敌之间的生态平衡。 ②造成土壤和作物的农药残留超标。 ③对大气、水体的污染。 3.合理用药 (1)原则:安全、有效、经济、适当。 (2)滥用药物危害。 ①滥用安眠药或镇静剂、抗生素、兴奋剂等对个人机体产生严重的影响。 ②吸食毒品对个人和社会带来极大危害。 [例题] (2024·福建厦大附中期中)中国努力争取2060年前实现“碳中和”。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2,反应过程如图所示。下列说法错误的是(　　) [A] 捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 [B] 环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 [C] 反应过程中CaO和NaOH是可循环的物质 [D] 可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 B 【解析】 NaOH溶液喷成雾状,可增大反应物接触面积,提高CO2吸收率,A正确;环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3和NaOH,需从溶液中将CaCO3过滤出来再高温煅烧,故基本操作不是蒸发结晶,B错误;NaOH和CaO在流程中既有消耗,也有生成,可循环利用,C正确;Na2CO3溶液可以和CO2反应,因此可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液,D正确。 [变式] (2025·云南高考适应性考试)科学使用化学品可提升人们生产生活质量。下列说法正确的是(　　) [A] 有机氯农药防虫害效率高,可大量使用 [B] BaCO3可用于中和过多的胃酸,缓解胃部不适 [C] 苯甲酸钠是一种常用的增味剂,能增加食品的鲜味 [D] 卤水能使豆浆中的蛋白质聚沉,是制作豆腐常用的凝固剂 D 【解析】 有机氯农药防虫害效率高,但有机氯有毒,危害人体健康,应该合理使用有机氯农药,不能大量使用,故A错误;BaCO3溶于盐酸,钡离子能使蛋白质变性,引起人体中毒,不能用BaCO3中和过多的胃酸,故B错误;苯甲酸钠是一种防腐剂,可以抑制细菌的滋生,防止食品变质,不是增味剂,不能增加食品的鲜味,故C错误;卤水中富含电解质,在豆浆中加入卤水能使蛋白质发生聚沉,从而使豆浆凝固,是制作豆腐常用的凝固剂,故D正确。 1.(2024·山东卷,2)化学品在食品工业中也有重要应用,下列说法错误的是 (　　) [A] 活性炭可用作食品脱色剂 [B] 铁粉可用作食品脱氧剂 [C] 谷氨酸钠可用作食品增味剂 [D] 五氧化二磷可用作食品干燥剂 D 【解析】 活性炭的结构疏松多孔,具有吸附性,能够吸附一些食品中的色素,故A正确;铁粉具有还原性,能与O2反应,可延长食品的保质期,常用作食品脱氧剂,故B正确;谷氨酸钠是味精的主要成分,能增加食物的鲜味,是一种常用的食品增味剂,故C正确;P2O5吸水后的产物有毒,不能用作食品干燥剂,故D错误。 2.化学与生活密切相关,下列说法错误的是(　　) [A] (2023·全国甲卷)苯甲酸钠可作为食品防腐剂是由于其具有酸性 [B] (2022·全国乙卷)碳酸氢钠可用作食品膨松剂 [C] (2022·海南卷)使用食品添加剂不应降低食品本身营养价值 [D] (2022·海南卷)木糖醇可用作运动饮料的甜味剂 A 【解析】 苯甲酸钠为强碱弱酸盐,其水溶液显碱性,因此其可作为食品防腐剂不是由于其具有酸性,A错误;碳酸氢钠不稳定,受热易分解产生二氧化碳,能使面团松软,可用作食品膨松剂,B正确;食品添加剂加到食品中的目的是改善食品的品质和色、香、味以及防腐、保鲜和加工工艺的需要,所以合理使用有助于改善食品品质、丰富食品营养成分,不应降低食品本身营养价值,C正确;木糖醇具有甜味,可用作运动饮料的甜味剂,D正确。 无机化工微流程分析 【过真题】 1.(2022·福建卷,6)用铬铁合金(含少量Ni、Co单质)生产硫酸铬的工艺流程 如图: 下列说法错误的是(　　) [A] “浸出”产生的气体含有H2 [B] “除杂”的目的是除去Ni、Co元素 [C] 流程中未产生六价铬化合物 [D] “滤渣2”的主要成分是Fe2(C2O4)3 D 【解析】 由流程可知,加入稀硫酸浸出,生成的气体为氢气,浸出液中含Ni2+、Co2+、Cr3+、Fe2+,加入Na2S除杂,滤渣1含CoS和NiS,Cr3+、Fe2+不会沉淀,再加入草酸除铁生成FeC2O4,过滤分离出硫酸铬。四种金属均与稀硫酸反应生成H2,A正确;共有四种金属,由流程可知,沉铁后分离出硫酸铬,则“除杂”的目的是除去Ni、Co元素,B正确;由上述分析可知,流程中未产生六价铬化合物,C正确;“滤渣2”的主要成分是FeC2O4,D错误。 2.(2023·福建卷,7)从炼钢粉尘(主要含Fe3O4、Fe2O3和ZnO)中提取锌的流程如下: “盐浸”过程ZnO转化为[Zn(NH3)4]2+,并有少量Fe2+和Fe3+浸出。下列说法错误的是(　　) [A] “盐浸”过程若浸液pH下降,需补充NH3 [B] “滤渣”的主要成分为Fe(OH)3 [D] 应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用 B 3.(2024·福建卷,5)从废线路板(主要成分为铜,含少量铅锡合金、铝、锌和铁)中提取铜的流程如下: C 【过模拟】 1.(2024·福建龙岩二模)工业上用石英砂(主要成分为SiO2)和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的流程如下(粗硅中含少量杂质Fe、Cu,高温氮化时杂质未参加反应)。下列说法正确的是(　　) [A] “还原”步骤中,C被还原 [B] “操作X”是为了除去N2中的O2 [C] “高温氮化”时发生了置换反应 [D] “酸洗”步骤中,可以加入稀硫酸 B 【解析】石英砂经过焦炭还原后得到粗硅,原料气中含氮气和氧气,经过操作X除去氧气,高温氮化过程中粗硅和氮气反应生成氮化硅,杂质铜和铁不反应,酸洗除去铁和铜,经过一系列操作得到氮化硅。石英砂经过焦炭还原后得到粗硅,焦炭反应后生成CO,C被氧化,A错误;由分析可知,“操作X”是为了除去N2中的O2,B正确;“高温氮化”过程中粗硅和氮气反应生成氮化 硅,为化合反应,C错误;“酸洗”步骤中,可以加入稀硝酸,除去铁和铜,铜与稀硫酸不反应,D错误。 2.(2024·福建漳州二模)α-FeOOH可用于生产软磁铁氧体,以硫铁矿(主要成分是FeS2,含少量Al2O3、SiO2和Fe3O4)为原料制备α-FeOOH的工艺流程如图所示,相关数据见下表。 金属离子 Fe3+ Fe2+ Al3+ 开始沉淀pH(25 ℃) 1.9 7.6 4.0 沉淀完全pH(25 ℃) 3.2 9.7 5.2 下列说法错误的是(　　) [B] “试剂a”可选用铁粉,主要目的是将Fe3+转化为Fe2+ [C] “试剂b”可选用氨水,应调节溶液的pH范围:5.2≤pH<7.6 [D] “滤液D”的主要成分为(NH4)2SO4,可用作氮肥 A 3.(2024·福建龙岩一模)利用CaO焙烧浸出法从炼钢粉尘(主要含ZnO和ZnFe2O4)中回收Zn的流程如下。 已知:“焙烧”主要产物为ZnO、Ca2Fe2O5;“盐浸”滤液的主要成分为[Zn(NH3)2]Cl2。 下列说法错误的是(　　) [A] 若略去“焙烧”操作,则“盐浸”过程ZnFe2O4无法浸出 [C] “盐浸”时通入适量HCl气体,可提高锌浸出率 [D] “电解”时通入适量HCl气体,有利于Zn2+放电 C 4.(2024·福建福州一模)废旧铅酸蓄电池的铅膏主要含有PbSO4、PbO2和Pb。从铅膏中回收PbO的流程如下。 已知:Pb(OH)2性质类似Al(OH)3。 下列说法错误的是(　　) [A] “脱硫”是把PbSO4转化为Na2SO4将硫除去 [C] “酸浸”中H2O2会分解,应适当过量 [D] “沉铅”时为保证铅的完全沉淀,应该加入过量氢氧化钠 D 5.(2024·福建南平一模)锌是一种浅灰色的过渡金属。在现代工业中,是电池制造上不可替代且相当重要的金属,以菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO,含有少量SiO2和Na2SiO3)制备锌单质的流程如图所示: 已知:Zn(OH)2是两性氢氧化物 下列说法错误的是(　　) [B] 滤渣的主要成分为SiO2和H2SiO3 [C] “沉淀”步骤中,消耗CO2的物质的量与消耗Na2[Zn(OH)4]的物质的量之比为1∶1 [D] “高温热还原”过程中发生了置换反应 C 6.(2024·福建泉州三模)某研究小组拟在实验室以废铁屑(含有少量C和SiO2杂质)为原料制备无水FeCl3,设计如下流程(已知SOCl2易水解): 下列说法不正确的是(　　) [A] 试剂X可选用硫酸 [C] 操作①②均需用到漏斗、烧杯、玻璃棒 [D] “脱水”时可能会产生亚铁盐 A 【解析】 废铁屑(含有少量C和SiO2杂质)加入盐酸,铁粉反应生成氯化亚铁,操作①过滤除去少量C和SiO2杂质,溶液Ⅰ(溶质主要为氯化亚铁)加入氧化剂H2O2得到溶液Ⅱ(溶质主要为氯化铁),操作②蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等得到FeCl3·6H2O,在SOCl2存在下加热脱水生成无水FeCl3。由于最终要制备无水FeCl3,若试剂X选用硫酸,则引入了硫酸根离子杂质,A错误;“氧化”时,氧化剂H2O2将氯化亚铁氧化为氯化铁,离子方程式书写正确,B正确;操作①为过滤,操作②涉及过滤操作,均需用到漏斗、烧杯、玻璃棒,C正确;“脱水”时,SOCl2易水解会生成SO2,生成的SO2可能将Fe3+还原成Fe2+,故“脱水”时可能会产生亚铁盐,D正确。 制 原料预处理及 转化条件控制 【过真题】 1.(2022·福建卷,11节选)粉煤灰是火电厂的大宗固废。以某电厂的粉煤灰为原料(主要含SiO2、Al2O3和CaO等)提铝的工艺流程如下: 提高浸出率(或增大浸出速率) 回答下列问题。 (1)“浸出”时适当升温的主要目的是　　　　　　　　　　　　　,Al2O3发生反应的离子方程式为　　　　　　 　　　　　　。  (2)“沉铝”时,体系中三种物质的溶解度曲线如图所示,加入K2SO4沉铝的目的是　　　　　　　　　　　　 　　　　,“沉铝”的最佳方案为　　　　　　　　　　　。  使更多的铝元素转化为晶体析出,同时保证晶体纯度 高温溶解再冷却结晶 【解析】 (2)由题图可知,常温下,Al2(SO4)3·18H2O溶解度最大, KAl(SO4)2·12H2O溶解度最小,更容易析出,加入K2SO4沉铝的目的是使更多的)3转化为KAl(SO4)2·12H2O,使更多的铝元素转化为晶体析出,同时保证晶体纯度;KAl(SO4)2·12H2O溶解度受温度影响较大,“沉铝”的最佳方案为高温溶解再冷却结晶。 2.(2023·福建卷,11节选)白合金是铜钴矿冶炼过程的中间产物,一种从白合金 (主要含Fe3O4、CoO、CuS、Cu2S及少量SiO2)中分离回收金属的流程如下: (1)“酸浸1”中,可以加快化学反应速率的措施有 　　　　 　 　　　(任写其中一种),CoO发生反应的离子方程式:　 。 粉碎白合金、搅拌、适当升 温、适当增大稀硫酸浓度等 (2)“焙烧1”中,晶体[Fe2(SO4)3·xH2O和CoSO4·yH2O]总质量随温度升高的变化情况如下: 温度区间/℃ 晶体总质量 <227 变小 227~566 不变 566~600 变小 600~630 不变 ①升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是　　　　　　　　　　; 566~600 ℃发生分解的物质是　　 　　(填化学式)。  失去结晶水 Fe2(SO4)3 【解析】 (2)①由图可知,升温至227 ℃过程中,晶体总质量变小的原因是两者失去结晶水;227~566 ℃晶体总质量不变,而后566~600 ℃晶体总质量再次变小,说明此时硫酸铁分解。 ②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为　 　　　℃。  600~630 【解析】 ②为有效分离铁、钴元素,“焙烧1”的温度应控制为600~630 ℃,此时硫酸铁已全部分解。 3.(2024·福建卷,11节选)锂云母的主要成分为K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(OH)xF2-x,实验室探索一种碱浸分解锂云母制备LiOH的工艺流程如下: (1)“高压浸出”中: ①“滤渣1”中卤化物Y为　　 　　(填化学式)。  CaF2 【解析】 (1)①“高压浸出”中加入的CaO溶于水生成Ca(OH)2,Ca(OH)2电离出的Ca2+与F-结合形成难溶的CaF2。 ②一定条件下,元素浸出率与CaO用量的关系如图,为提高锂浸出率,CaO最佳用量为　　 　　g。(保留小数点后一位)  4.5 【解析】 ②结合图中曲线,锂的浸出率最大时,CaO的用量约为4.5 g。 ③精矿颗粒尺寸对锂浸出率的主要影响如下: ⅰ.尺寸越小,颗粒总表面积越大,有利于反应液接触 ⅱ.尺寸越小,颗粒聚集趋势越大,不利于反应液渗入 一定条件下,颗粒尺寸与锂浸出率关系如图。区域Ⅰ中,锂浸出率随颗粒尺寸减小而降低的原因是 　　　 　　　　 　　　。 该条件下ⅱ的影响程度大于ⅰ的影响程度 【解析】 ③只考虑ⅰ的影响,颗粒尺寸越小,颗粒总表面积越大,有利于反应液接触,锂的浸出率越大,只考虑ⅱ的影响,颗粒尺寸越小,颗粒聚集趋势越大,不利于反应液渗入,锂的浸出率越小。区域Ⅰ中,锂浸出率随颗粒尺寸减小而降低,说明ⅱ的影响程度大于ⅰ的影响程度。 (2)“操作Z”为加热、趁热过滤和　　　 　;趁热过滤的主要目的是 　　　　　　　　　　。(LiOH分解温度约为1 000 ℃)  蒸发结晶 除去Ca(OH)2杂质 【解析】 (2)“滤液2”中主要含LiOH和少量Ca(OH)2,由于Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小,加热升温会析出Ca(OH)2固体,故趁热过滤的主要目的是除去杂质Ca(OH)2。除杂后的滤液主要含LiOH,需通过蒸发结晶得到LiOH固体。 C+O2CO2 2C+O22CO 3C+2Fe2O33CO2↑+4Fe 2C+SiO2Si+2CO↑ C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O SiHCl3+H2Si(纯)+3HCl SiO2+2CSi(粗)+2CO↑ Si(粗)+3HClSiHCl3+H2 H2SiO3SiO2+H2O Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl [B] SiO2中Si为+4价,有氧化性,发生反应SiO2+CSi+CO2↑制得粗硅 [C] SiO2属于两性氧化物,既能与氢氧化钠溶液反应,也能与氢氟酸反应 [D] H2SiO3属于弱酸,可由反应SiO2+H2OH2SiO3↓制得 【解析】 硅在元素周期表中处于金属元素和非金属元素的分界线附近,所以晶体硅的导电性介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料,故A正确;SiO2与C的反应为SiO2+2CSi(粗)+2CO↑,故B错误;SiO2和NaOH溶液反应生成盐和水,和HF反应生成SiF4和H2O,SiF4不属于盐,所以SiO2是酸性氧化物,不是两性氧化物,故C错误;SiO2和水不反应,所以不能用SiO2和H2O制取H2SiO3,故D错误。 石英砂粗硅SiHCl3Si 　 ①　　　　　　②　　　 　③ 【解析】 高纯硅制备的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑、Si+3HClSiHCl3+H2、SiHCl3+H2Si+3HCl, A正确;反复循环进行反应②和③,可以充分将粗硅转化为高纯硅,B正确;由题干信息可知, SiHCl3化学性质不稳定,遇水会迅速反应,在空气中易燃,能自燃,所以需要无水无氧环境,C正确;循环利用的物质为HCl和H2,D错误。 [A] 步骤①的化学方程式为SiO2+CSi+CO2↑ 【解析】 步骤①,焦炭还原SiO2生成Si和CO,化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,A不正确;步骤②和步骤③的反应,反应条件不同,二者不互为可逆反应,B不正确;盐酸能溶解碳酸钙,且与二氧化硅不反应,所以可用盐酸除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙,C正确;同素异形体的化学性质相似,D不正确。 [D] (2024·全国甲卷)用氢氟酸刻蚀玻璃:Si+4F-+6H+SiF4↑+3H2O 石英砂粗硅SiHCl3高纯硅 [A] 制备粗硅的反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑ 【解析】 SiO2和C在高温下发生反应生成Si和CO,因此,制备粗硅的反应的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,A正确;在晶体硅中,每个Si与其周围的4个Si形成共价键并形成三维骨架结构,因此,平均每个Si形成2个共价键,1 mol Si含Si—Si的数目约为2×6.02×1023,B错误;HCl易与水形成盐酸,在一定的条件下氧气可以将HCl氧化,H2在高温下遇到氧气能发生反应生成水,且其易燃易爆,其与SiHCl3在高温下反应生成硅和HCl,因此,原料气HCl和H2应充分去除水和氧气,C正确;Si+3HClSiHCl3+H2,该反应是气体分子数减少的反应,因此,生成SiHCl3的反应为熵减过程,D正确。 Lavf58.20.100 (2)原子经济性可用原子利用率衡量,原子利用率=×100%,通常加成反应和化合反应的原子利用率为100%。 [C] “沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2-ZnS↓+4NH3·H2O 【解析】 “盐浸”过程中消耗NH3,浸液pH下降,需补充NH3,A正确;根据题中信息可知,Fe2O3、Fe3O4只有少量溶解,“滤渣”的主要成分为Fe3O4和Fe2O3,只含少量的Fe(OH)3,B错误;“沉锌”过程发生反应[Zn(NH3)4]2++4H2O+S2-ZnS↓+4NH3·H2O,C正确;应合理控制(NH4)2S用量,以便滤液循环使用,D正确。 已知“滤液2”主要含Sn和HPb。下列说法正确的是(　　) [A] “机械粉碎”将铅锡合金转变为铅和锡单质 [B] “酸溶”时产生Al3+、Fe3+和Zn2+ [C] “碱溶”时存在反应:Sn+2OH-+O2Sn+H2O [D] “电解精炼”时,粗铜在阴极发生还原反应 【解析】 “机械粉碎”是将废线路板粉碎为小的颗粒,为物理变化过程,A不正确;“酸溶”时,铁与稀盐酸反应产生Fe2+,B不正确;根据流程中“碱溶”时通入O2、加入NaOH且“滤液2”主要含Sn可知,发生的化学反应中反应物为Sn、OH-和O2,生成物为Sn和H2O,C正确;“电解精炼”时,粗铜在阳极发生氧化反应Cu-2e-Cu2+,D不正确。 [A] “焙烧”时硫铁矿发生的化学反应为2FeS2+5O22FeO+4SO2 【解析】 硫铁矿焙烧时发生的主要反应为FeS2被空气中氧气氧化为氧化铁和二氧化硫,4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2,加入稀硫酸进行酸浸,将铁、铝元素转化为Al3+、Fe2+、Fe3+进入溶液,过滤得到滤渣A,主要成分为二氧化硅,试剂a为还原性铁粉,向滤液中加入试剂a主要目的为将Fe3+转化为Fe2+,以便后续步骤中除去Al3+,过滤得到滤渣B,主要成分为过量的Fe,加入试剂b,结合图表可知,调节溶液pH为5.2~7.6将Al3+完全沉淀,过滤得到滤渣C,主要成分为Al(OH)3,向滤液中加入过氧化氢和氨水,产生沉淀α-FeOOH,过滤得到滤液D,主要成分为(NH4)2SO4。 由分析可知,“焙烧”时硫铁矿发生的化学反应为4FeS2+11O22Fe2O3+ 8SO2,A错误;“试剂a”可选用还原性铁粉,主要目的是将Fe3+转化为Fe2+,以便后续步骤中除去Al3+,B正确;根据信息中各金属离子开始沉淀和完全沉淀时溶液的pH可知,调节溶液pH范围为5.2≤pH<7.6,能将Al3+完全沉淀,而Fe2+不沉淀,C正确;由分析可知,“滤液D”的主要成分为(NH4)2SO4,属于铵态氮肥,D正确。 [B] “盐浸”过程发生反应为ZnO+2NH4Cl]Cl2+H2O 【解析】 炼钢粉尘(主要含ZnO和ZnFe2O4)加CaO焙烧,生成Ca2Fe2O5和ZnO,盐浸时Ca2Fe2O5不溶于水,也不与NH4Cl溶液反应,成为滤渣,ZnO转化为[Zn(NH3)2]Cl2,再经电解得到Zn。若略去“焙烧”操作,则不能将ZnFe2O4转化为ZnO,而ZnFe2O4在“盐浸”时不能溶解,无法浸出,A正确; “盐浸”过程中ZnO发生反应转化为[Zn(NH3)2]Cl2,反应的化学方程式为ZnO+2NH4Cl[Zn(NH3)2]Cl2+H2O,B正确; “盐浸”过程中ZnO发生反应转化为[Zn(NH3)2]Cl2,若“盐浸”时通入适量HCl气体,ZnO会和HCl反应转化为ZnCl2,不能提高锌的浸出率,C错误;“电解”时[Zn(NH3)2]2++2e-Zn+2NH3,通入适量HCl气体,消耗NH3有利于Zn2+放电,D正确。 [B] “酸浸”发生的反应有PbCO3+2HAcPb(Ac)2+CO2↑+H2O 【解析】 在“脱硫”工艺中,PbSO4与Na2CO3溶液反应生成更难溶的PbCO3,同时生成Na2SO4留在滤液中将硫元素除去,A正确;“酸浸”中PbO2、Pb通过与H2O2、HAc反应转化为Pb(Ac)2,同时“脱硫”工艺中生成的PbCO3与醋酸反应也生成Pb(Ac)2,故发生的反应有PbCO3+2HAcPb(Ac)2+CO2↑+H2O,B正确;H2O2本身易分解,故“酸浸”中H2O2会分解,为保证PbO2、Pb反应彻底,H2O2应适当过量,C正确;“沉铅”时生成Pb(OH)2,由于Pb(OH)2性质类似Al(OH)3,若加入过量氢氧化钠,会导致Pb(OH)2溶 解,反而不利于“沉铅”,D错误。 [A] S具有正四面体形结构 【解析】 菱锌矿(主要成分为ZnCO3、ZnO,含有少量SiO2和Na2SiO3)与硫酸溶液反应生成硫酸锌、硅酸、硫酸钠,二氧化硅不与硫酸溶液反应,过滤,向滤液中加入过量氢氧化钠溶液,向溶液中通入二氧化碳得到氢氧化 锌,过滤,将氢氧化锌煅烧得到氧化锌,再用过量焦炭还原得到锌。S的空间结构为正四面体形,A正确;滤渣的主要成分为SiO2和H2SiO3,B正确;“沉淀”时CO2会先与未反应完的NaOH反应,因此消耗的CO2量比 Na2[Zn(OH)4] 多,C错误;2ZnO+C2Zn+CO2↑是置换反应,D正确。 [B] “氧化”时:2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O Al2O3+6H+2Al3++3H2O 【解析】 (1)温度高速率大,“浸出”时适当升温的主要目的是增大反应速率,提高浸出率;Al2O3和H2SO4发生反应生成Al2(SO4)3和H2O,离子方程式为Al2O3+6H+2Al3++3H2O。 CoO+2H+Co2++H2O 【解析】 (1)“酸浸1”中,可以加快化学反应速率的措施有粉碎白合金、搅拌、适当升温、适当增大稀硫酸浓度等;CoO发生反应的离子方程式为CoO+2H+Co2++H2O。 $