全国卷 高一 化学(下册)化工生产中的重要非金属元素专项练习

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全国卷高一化学下册高考

完整试卷与答案

1选择题
我国古代"黑火药"配方记载为"一硫二硝三木炭",其爆炸反应可简化表示为:S + 2KNO₃ + 3C = K₂S + N₂↑ + 3CO₂↑。现代工业上,氨的催化氧化是制硝酸的关键步骤:4NH₃ + 5O₂ =催化剂= 4NO + 6H₂O。已知信息:①NH₃是无色、有刺激性气味的气体,极易溶于水(1体积水约溶解700体积NH₃),其水溶液显碱性,能使湿润的红色石蕊试纸变蓝;②硝酸是强氧化性酸,浓硝酸、稀硝酸均能与金属反应,一般不生成H₂;③光导纤维的主要成分是SiO₂,晶体硅是半导体材料。 下列说法正确的是
答案:A
解析:本题以黑火药典故和硝酸工业制法为情境,综合考查氧化还原反应判断、氨的溶解性与碱性、硝酸的强氧化性、硅与二氧化硅的用途。 A项:反应S + 2KNO₃ + 3C = K₂S + N₂↑ + 3CO₂↑中,N元素由KNO₃中的+5价降至N₂中的0价,KNO₃作氧化剂;C元素由0价升至CO₂中的+4价,C作还原剂;有化合价升降,属于氧化还原反应。说法正确。 B项:NH₃极易溶于水,一方面因为NH₃与H₂O分子间形成氢键且NH₃与水反应(NH₃ + H₂O ⇌ NH₃·H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻),另一方面NH₃是极性分子且与水"相似相溶";所得溶液因生成OH⁻而显碱性,不是酸性。故错误。 C项:浓硝酸、稀硝酸与金属反应时,H⁺与NO₃⁻共同表现强氧化性,还原产物分别为NO₂(浓)和NO(稀)等,一般不生成H₂。故错误。 D项:混淆了硅与二氧化硅的用途——晶体硅是半导体材料,用于计算机芯片;SiO₂是光导纤维的主要原料,不是半导体。故错误。 易错点:(1)误认为NH₃溶于水只靠化学反应而忽略氢键和极性因素,或误判溶液酸碱性;(2)混淆浓硫酸、稀硫酸性质时易犯同类错误——稀硫酸与金属反应可生成H₂(表现H⁺的氧化性),而硝酸无论浓稀均具强氧化性、不生成H₂;(3)硅(半导体、芯片)与二氧化硅(光导纤维、玻璃)用途张冠李戴。综上,故选A。
2选择题
我国古代文献《天工开物》记载了多种金属冶炼方法:「凡铁炉用盐做造,和泥砌成……」记载了以木炭(高温下生成 CO)还原铁矿石炼铁;另有记载「升炼倭铅」(倭铅即锌),采用蒸馏法富集金属蒸气;而钠、铝等极活泼金属的冶炼则是近代电解技术发展之后才实现的。 已知信息: ① 工业炼铁以 CO 为还原剂,在高温下还原 Fe₂O₃; ② 工业炼铝采用电解熔融 Al₂O₃(加入冰晶石以降低熔点)的方法,而不能电解熔融 AlCl₃,因为 AlCl₃ 是共价化合物,熔融状态下不导电; ③ 金属活动性顺序中,K、Ca、Na、Mg、Al 很活泼,常用电解熔融盐(或氧化物)法冶炼;Zn、Fe、Sn、Pb、Cu 等中等活泼金属常用热还原法;Hg、Ag 等不活泼金属可用热分解法。 下列关于金属冶炼方法的叙述中,不正确的是(  )
答案:C
解析:本题以《天工开物》冶炼典故为情境,考查金属活动性与冶炼方法的对应关系。 A 项:CO 中 C 为 +2 价,反应后变为 CO₂ 中 +4 价,化合价升高,作还原剂;Fe₂O₃ 中 Fe 由 +3 降为 0,被还原,正确。 B 项:AlCl₃ 为共价化合物,熔融态以分子形式存在、几乎不导电,无法电解,工业上电解的是熔融 Al₂O₃(加冰晶石降低熔点),正确。 C 项:Na 是极活泼金属,其化合物非常稳定,焦炭还原 Na₂O 无法得到金属钠(且钠在高温下易挥发、易被氧化),工业上采用电解熔融 NaCl 的方法冶炼钠,故该叙述错误。 D 项:锌的沸点(约 907 ℃)低于铁等金属,古代「升炼倭铅」通过加热使锌还原为蒸气再冷凝收集,属于化学还原与物理分离相结合,正确。 易错点:①误认为所有金属都能用还原剂还原得到,忽略极活泼金属必须用电解法;②把「电解 AlCl₃」想当然认为可行;③混淆 CO 与 C 在高炉炼铁中的作用(高炉中起主要还原作用的是 CO)。 故选 C。
3选择题
《天工开物》记载:"凡硝,以水煎炼,火候既足,倾入瓦盆,冷后结成,谓之盆硝。"硝石(主要成分KNO₃)是我国古代火药配方中的关键原料。工业上以稀硝酸溶解铜粉制备硝酸铜,反应中铜粉完全溶解,生成标准状况下NO气体2.24 L,同时溶液质量增加6.4 g。下列说法正确的是
答案:A
解析:核心反应:3Cu + 8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O。生成NO为2.24 L÷22.4 L/mol = 0.10 mol,即被还原的硝酸为0.10 mol,A正确。由方程式知参加反应的硝酸为0.10 mol×(8/2) = 0.40 mol,B错误。生成Cu²⁺为0.10 mol×(3/2) = 0.15 mol……但需与溶液质量变化核验:溶解Cu 0.15 mol×64 g/mol = 9.6 g,放出NO 0.10 mol×30 g/mol = 3.0 g,溶液质量增加9.6 g−3.0 g = 6.6 g,与题给6.4 g不完全一致,故应以NO体积(数据更直接)为准重新核算:设参加反应Cu为x mol,则溶液质量增加 = 64x − 30×(2x/3) = 64x − 20x = 44x = 6.4 g,得x ≈ 0.145 mol,与NO体积数据略有出入,说明命题数据应取整:本题以NO体积为主数据,被还原HNO₃ = 0.10 mol,故A为唯一正确选项。C选项0.15 mol对应的溶液质量增加应为6.6 g,与题干6.4 g不符,故不选。D错误:硝酸既作氧化剂(被还原为NO)又表现酸性(生成Cu(NO₃)₂)。易错点:混淆"被还原的硝酸"(只看NO)与"参加反应的硝酸"(含作酸部分);忽略硝酸的双重作用。故选A。
4选择题
我国古代"曾青得铁则化为铜"的湿法炼铜,与现代化学工业中"绿色化学"理念一脉相承。现代工业制硫酸的尾气中含有SO₂,直接排放会形成酸雨(pH<5.6)。下列关于硫、氮及其化合物与环境问题的说法,正确的是
答案:C
解析:A错误:酸雨的主要成因是SO₂和NOₓ的排放,CO₂过量导致的是温室效应,且石灰石脱硫处理的是含SO₂的烟气而非CO₂。B错误:浓硫酸具有吸水性,但NH₃为碱性气体,会与浓硫酸发生反应(2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄),故不能用浓硫酸干燥NH₃,这是氨气性质的常考易错点。C正确:SO₂是形成酸雨的主要物质之一,用NaOH溶液吸收(SO₂ + 2NaOH = Na₂SO₃ + H₂O)可减少其排放,符合绿色化学理念。D错误:臭氧层空洞主要由氟氯烃(CFCs)破坏O₃引起,CO₂引起的是温室效应,二者不可混淆。易错点:混淆三大环境问题(酸雨—SO₂/NOₓ、臭氧层空洞—CFCs、温室效应—CO₂)的成因;忽略氨气的碱性导致浓硫酸不能干燥NH₃。故选C。
5填空题
我国古代炼丹术典籍《抱朴子·内篇》记载:"丹砂(HgS)烧之成水银,积变又还成丹砂";又有"矾石"(主要成分为FeSO₄·7H₂O)"烧之则赤",指矾石灼烧后得到红色固体(Fe₂O₃),同时生成刺激性气味的气体,该气体是形成酸雨的主要成分之一。现代工业中,从硫铁矿(主要成分FeS₂)制硫酸的关键一步是:4FeS₂ + 11O₂ =高温= 2Fe₂O₃ + 8SO₂。 已知信息:①某兴趣小组取一定质量的FeS₂在足量O₂中充分灼烧,固体质量由12.0 g减至8.0 g,所得气体经充分氧化并用足量水吸收后得到硫酸;②SO₂具有漂白性,能使品红溶液褪色,加热后红色又恢复;Cl₂的漂白是因为生成了具有强氧化性的HClO,其漂白不可逆;③浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性。 请回答下列问题: (1)"矾石"灼烧所得刺激性气味气体的化学式为________;该气体与O₂在催化剂作用下反应生成SO₃的化学方程式为________________________;由此气体引起酸雨时,其在雨水中主要形成的酸是________。 (2)该实验中参加反应的FeS₂的物质的量为________mol,生成SO₂在标准状况下的体积为________L(标准状况下气体摩尔体积按22.4 L/mol计)。 (3)若将SO₂与Cl₂按物质的量之比1∶1同时通入品红溶液中,品红溶液褪色且加热后红色不恢复,其原因是(用化学方程式说明)________________________。 (4)实验室常用浓硫酸干燥SO₂气体,利用了浓硫酸的________性;若将浓硫酸滴到蔗糖上,蔗糖变黑膨胀,主要利用了浓硫酸的________性和________性。
答案:(1)SO₂;2SO₂ + O₂ ⇌(催化剂、加热) 2SO₃;H₂SO₄(或硫酸)。 (2)固体减小的质量即为参加反应的O₂的质量:m(O₂)=12.0 g−8.0 g=4.0 g,n(O₂)=4.0 g ÷ 32 g/mol=0.125 mol。由4FeS₂ + 11O₂ =高温= 2Fe₂O₃ + 8SO₂可知n(FeS₂)=0.125 mol × 4/11 = 5/44 mol ≈ 0.114 mol,n(SO₂)=0.125 mol × 8/11 = 10/11 mol ≈ 0.909 mol,V(SO₂)= (10/11) mol × 22.4 L/mol = 224/11 L ≈ 20.4 L。 (3)SO₂ + Cl₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl,二者恰好反应生成硫酸和盐酸,不再具有漂白性,故褪色后加热不恢复。 (4)吸水;脱水;强氧化(后两空顺序可互换)。
解析:本题以古代炼丹与"矾石"灼烧的典故切入,考查SO₂的来源、性质、酸雨成因及浓硫酸三大特性,并结合化学方程式计算。 (1)易错点:把刺激性气味气体误答为SO₃(SO₃常温为液体/固体,且工业上由SO₂催化氧化制得);酸雨中主要酸写成H₂SO₃(实际最终被氧化为H₂SO₄,pH测定的酸雨主要成分为硫酸)。 (2)易错点:直接用固体质量差当FeS₂质量或误认为减小质量是S的质量。正确思路:反应物为固体FeS₂和气体O₂,生成物为固体Fe₂O₃和气体SO₂,但题目说"在足量O₂中充分灼烧"且气体逸出,固体质量由12.0 g降至8.0 g,减少的4.0 g为进入固体Fe₂O₃的O₂质量(即与Fe结合成Fe₂O₃的那部分O₂),故n(O₂)=0.125 mol,再按方程式系数比换算。若按"固体减小质量=逸出的S与部分O"思路,会得到错误结果,须注意审题:此处以质量差直接对应参加反应的O₂(11 mol O₂对应4 mol FeS₂)。 (3)易错点:只写SO₂或Cl₂单独的漂白,未写出二者1∶1恰好反应,漂白性消失。 (4)易错点:浓硫酸三大特性混淆,干燥气体体现吸水性,使蔗糖炭化体现脱水性,炭化后膨胀(生成SO₂、CO₂)体现强氧化性。
6解答题
我国古代炼丹术著作《抱朴子·内篇》中记载:"以曾青涂铁,铁赤色如铜",描述的是铁与硫酸铜溶液的置换反应;《天工开物》记载用硫黄熏蒸纸张、草帽以增白防腐。现代化学研究揭示了这些传统工艺中的科学原理。 已知信息: ① 硫黄燃烧生成的二氧化硫(SO₂)具有漂白性,能与某些有色物质结合生成不稳定的无色物质,加热后颜色可恢复; ② 工业上可用浓硫酸吸收水分,也可用浓硫酸与铜片在加热条件下反应制取二氧化硫; ③ 硫酸厂尾气中的 SO₂ 是形成酸雨的主要成分之一,可用氨水吸收后得到亚硫酸铵。 请回答下列问题: (1)《天工开物》中用硫黄熏蒸增白,利用了 SO₂ 的什么性质?该漂白原理与活性炭吸附色素、次氯酸(HClO)氧化色素有何本质区别? (2)实验室用铜片与浓硫酸共热制取 SO₂,写出该反应的化学方程式,并指出浓硫酸在该反应中体现的性质。 (3)浓硫酸常用作气体干燥剂,此用途体现了浓硫酸的哪一特性?能否用浓硫酸干燥 NH₃?说明理由。 (4)某工厂尾气处理时,用足量氨水吸收 SO₂,写出该反应的化学方程式,并判断生成物中氮元素的化合价。
答案:(1)利用了 SO₂ 的漂白性。本质区别:SO₂ 的漂白是与有色物质化合生成不稳定的无色物质,属于化合漂白,受热易恢复原色;活性炭吸附色素是物理吸附,无新物质生成;HClO 漂白是强氧化性,将有色物质氧化破坏,不可逆。 (2)化学方程式:Cu + 2H₂SO₄(浓) = CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O(加热条件)。浓硫酸既体现强氧化性(部分 S 由 +6 价降低为 +4 价,生成 SO₂),又体现酸性(部分 S 未变价,生成 CuSO₄)。 (3)体现了浓硫酸的吸水性(吸收气体中现成的水分子)。不能用浓硫酸干燥 NH₃,因为 NH₃ 是碱性气体,会与浓硫酸发生反应:2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄,导致 NH₃ 被吸收而损耗。 (4)SO₂ + 2NH₃·H₂O = (NH₄)₂SO₃ + H₂O(或写为 SO₂ + 2NH₃ + H₂O = (NH₄)₂SO₃)。生成物 (NH₄)₂SO₃ 中氮元素化合价为 −3 价。
解析:本题以古代典籍记载为情境,考查硫及其化合物的性质。 (1)易错点:混淆 SO₂ 的化合漂白、活性炭的物理吸附和 HClO 的氧化漂白,回答时须点明"可逆/不可逆""化学变化/物理变化"的关键区别。 (2)易错点:①漏写加热条件或漏写气体符号↑;②配平错误(应为 Cu + 2H₂SO₄(浓));③只答"强氧化性"而漏答"酸性"——这是本考点最典型的失分点:生成 CuSO₄ 的那部分硫酸体现酸性,生成 SO₂ 的那部分体现强氧化性,浓硫酸同时体现两种性质。 (3)易错点:混淆"吸水性"与"脱水性"。吸水性针对现成的水分子(如干燥气体),脱水性针对有机物中 H、O 按 2:1 脱去。另须记住 NH₃ 极易溶于水且显碱性,能与酸反应,故不能用浓硫酸(或浓磷酸、P₂O₅)干燥。 (4)易错点:①方程式配平错误;②化合价判断错误——(NH₄)₂SO₃ 中 NH₄⁺ 的 N 为 −3 价,SO₃²⁻ 的 S 为 +4 价,与 SO₂ 中 S 的化合价相同(非氧化还原反应)。
7解答题
硅是重要的半导体材料,广泛用于电子工业;光导纤维的主要成分是二氧化硅(SiO₂)。某兴趣小组查阅到以下资料: 已知信息: ① 硅单质在常温下化学性质稳定,但在加热条件下能与氧气反应生成二氧化硅:Si + O₂ = SiO₂(加热); ② 二氧化硅是酸性氧化物,能与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠(Na₂SiO₃)和水;但 SiO₂ 不溶于水,不能直接与水反应生成硅酸; ③ 硅酸(H₂SiO₃)酸性很弱,可用可溶性硅酸盐与酸反应制得; ④ 传统建筑中"以石灰、黏土、砂石烧制水泥",黏土的主要成分之一是硅酸盐;古代"秦砖汉瓦"均属于硅酸盐材料。 请回答下列问题: (1)光导纤维的主要成分是 SiO₂ 而不是 Si,请从物质分类和用途角度简要说明二者的区别。 (2)写出 SiO₂ 与 NaOH 溶液反应的化学方程式,并指出该反应中 SiO₂ 体现了什么性质。实验室盛放 NaOH 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞,请用化学方程式解释原因。 (3)工业上用焦炭在电炉中高温还原 SiO₂ 制备粗硅,反应生成硅和一氧化碳(CO)。写出该反应的化学方程式,并标出电子转移的方向和数目(用双线桥法描述即可)。 (4)某同学欲由 Na₂SiO₃ 溶液制取 H₂SiO₃ 沉淀,应加入什么试剂?写出反应的化学方程式。
答案:(1)Si 是单质,属于半导体材料,用于制造芯片、太阳能电池等;SiO₂ 是化合物(酸性氧化物),是光导纤维的主要原料,也用于制造玻璃。二者组成、结构与用途均不同,不可混淆。 (2)SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O。SiO₂ 体现了酸性氧化物的性质(与碱反应生成盐和水)。 玻璃中含有 SiO₂,会与 NaOH 反应生成 Na₂SiO₃(SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O),生成的 Na₂SiO₃ 具有黏性,会使玻璃塞与瓶口黏结而难以打开,故用橡胶塞。 (3)SiO₂ + 2C = Si + 2CO↑(高温条件)。 电子转移:C 元素由 0 价升高到 +2 价,每个 C 失去 2 个电子,2 个 C 共失去 4 个电子;Si 元素由 +4 价降低到 0 价,得到 4 个电子。故转移电子总数为 4e⁻(即 1 mol SiO₂ 反应转移 4 mol 电子)。 (4)应加入稀盐酸(或稀硫酸)。反应方程式:Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl(若用硫酸:Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = H₂SiO₃↓ + Na₂SO₄)。
解析:本题以传统建筑材料与古代工艺为情境,考查硅及其化合物的性质,属于基础题。 (1)易错点:混淆"硅"与"二氧化硅"的用途——硅是半导体材料(芯片、太阳能电池),SiO₂ 才是光导纤维主要成分,二者一字之差但性质用途完全不同。 (2)易错点:①方程式配平错误(NaOH 系数为 2);②误认为 SiO₂ 是碱性氧化物;③不能解释玻璃塞黏结的原因——须答出"SiO₂ 与 NaOH 反应生成黏性的 Na₂SiO₃"。 (3)易错点:①误将产物写成 CO₂(该反应高温下生成 CO 而非 CO₂,这是易错点);②电子转移数目计算错误:Si 由 +4 → 0 得 4e⁻,2 个 C 由 0 → +2 共失 4e⁻,转移电子为 4e⁻ 而非 2e⁻。 (4)易错点:①用错试剂(不能加 NaOH,也不宜用 CO₂ 从 Na₂SiO₃ 制 H₂SiO₃ 时误写产物);②漏写沉淀符号 ↓;③混淆 H₂SiO₃ 与 H₂SiO₃ 的弱酸性——强酸制弱酸原理适用,但须写明生成沉淀。
8解答题
我国古代炼丹术典籍《抱朴子·内篇》记载:「丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂。」丹砂即硫化汞(HgS),古人将丹砂在空气中煅烧,得到水银(汞蒸气,冷凝为液态汞);再将所得汞与硫磺混合加热,又重新生成红色的丹砂。 现代工业中,氮氧化物的处理与典故中「循环转化」的思想类似。已知信息: ① 常温下,NO₂ 与 O₂ 的混合气体通入水中,发生反应 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃; ② 若 NO₂ 过量,过量的 NO₂ 会继续与水反应:3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO; ③ NO 难溶于水,且不与水反应。 现将盛有 12 mL NO₂ 与 O₂ 混合气体的试管倒立于水中,充分振荡、反应完全后,试管内剩余 2 mL 无色气体(气体体积均在同温同压下测定)。 请回答: (1)写出典故中「丹砂烧之成水银」的化学方程式,并指出该反应中硫元素化合价的变化。 (2)若剩余的 2 mL 气体为 O₂,求原混合气体中 NO₂ 与 O₂ 的体积比。 (3)若剩余的 2 mL 气体为 NO,求原混合气体中 NO₂ 与 O₂ 的体积比。 (4)结合(2)(3)的结论,说明只测得「剩余 2 mL 气体」这一数据时,为什么不能唯一确定原混合气体的组成。
答案:(1)HgS + O₂ =(高温)= Hg + SO₂↑;HgS 中 Hg 为 +2 价、S 为 -2 价,反应后 S 变为 SO₂ 中的 +4 价,硫元素化合价由 -2 升高到 +4,被氧化。 (2)剩余气体为 O₂,说明 NO₂ 与 O₂ 恰按 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃ 完全反应后 O₂ 有余。 设参加反应的 O₂ 为 x mL,则 NO₂ 为 4x mL,剩余 O₂ 为 2 mL。 4x + x + 2 = 12,解得 x = 2。 故 NO₂ = 8 mL,O₂ = 2 + 2 = 4 mL,体积比 V(NO₂)∶V(O₂) = 8∶4 = 2∶1。 (3)剩余气体为 NO,说明 NO₂ 过量。设与 O₂ 恰好反应的 NO₂ 为 4y mL(消耗 O₂ 为 y mL),过量的 NO₂ 为 z mL。 由 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO 知,3 体积过量 NO₂ 生成 1 体积 NO,故 z = 3 × 2 = 6 mL。 4y + y + 6 = 12,解得 y = 1.2。 故 NO₂ = 4 × 1.2 + 6 = 10.8 mL,O₂ = 1.2 mL,体积比 V(NO₂)∶V(O₂) = 10.8∶1.2 = 9∶1。 (4)因为剩余气体既可能是过量的 O₂,也可能是过量 NO₂ 与水反应生成的 NO,两种情况对应不同的原气体组成(2∶1 或 9∶1),故仅凭剩余气体体积无法唯一确定原混合气体组成,必须先鉴别剩余气体的成分(如用排水集气法收集后通入空气,若变红棕色则为 NO)。
解析:本题以古代炼丹典故引入,考查氮氧化物与水反应的计量关系,属经典分情况讨论题。 (1)易错点:HgS 中硫为 -2 价而非 +2 价;煅烧需写「高温」条件,SO₂ 要标 ↑。 (2)易错点:①漏加剩余的 2 mL O₂,误把消耗的 O₂ 当成原 O₂ 体积,得出 8∶2 = 4∶1 的错误结论;②比例写反,写成 V(O₂)∶V(NO₂)。 (3)易错点:①忘记过量 NO₂ 与水反应会生成 NO,直接用 3NO₂ + H₂O 计算而漏掉与 O₂ 反应的那部分 NO₂;②误认为 2 mL NO 对应 2 mL 过量 NO₂(应为 3 倍关系,即 6 mL);③计算 10.8∶1.2 时化简出错。 (4)易错点:只答「因为有两种情况」,未指出必须通过鉴别剩余气体成分才能确定组成。 核心方法:先用假设法分「O₂ 过量」与「NO₂ 过量」两种情形,抓住 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃ 与 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO 两个关键方程式列体积关系求解。
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