金属元素及其化合物

金属元素及其化合物（精选11篇）

金属元素及其化合物 篇1

一、钠及其重要化合物

1. 钠及其重要化合物之间的转化

2. 钠与酸、碱、盐溶液的反应

(1) 钠与酸溶液的反应

钠与稀硫酸、盐酸等非氧化性酸反应时, 首先是钠直接跟酸反应, 过量的钠再与水反应, 而不能认为是钠先跟水反应, 生成的NaOH再与酸发生中和反应。

(2) 钠与碱溶液的反应

反应的实质是钠与碱溶液中的水反应。

(3) 钠与盐溶液的反应

钠与盐溶液反应时, 钠不能置换出盐溶液中的金属。钠与盐溶液的反应一般分为两个过程进行分析, 首先钠与水反应生成H2和NaOH, 然后NaOH再与盐发生复分解反应, 生成难溶性弱碱和相应的钠盐。

3. 氧化钠与过氧化钠的比较

4. 碳酸钠与碳酸氢钠的比较

[例1] (2013·广东五校联考) 下列对过氧化钠的叙述中, 正确的是 ()

A.将少量Na2O2投入紫色石蕊试液中, 溶液最终呈蓝色

B.1mol Na2O2与足量水完全反应, 转移2mol电子

C.充分加热等物质的量的Na2O2和NaHCO3的混合物, 剩余固体物质为Na2CO3

D.ag CO和H2的混合气体充分燃烧的产物与足量Na2O2充分反应后, 固体质量增加ag

答案:D

误区警示:分析有关过氧化钠的问题时, 要特别注意: (1) Na2O2具有强氧化性, 能与SO2、Fe2+、S2-、I-、S32-等还原性物质发生氧化还原反应; (2) Na2O2具有漂白性, 能使品红溶液褪色; (3) Na2O2具有还原性, 能使酸性KMnO4溶液褪色。

温馨提示: (1) 鉴别Na2CO3和NaHCO3的方法

(2) Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的分析

二、镁及其重要化合物

1. 镁及其重要化合物之间的转化

2.镁的化学性质

3. 氧化镁、氢氧化镁和碳酸镁

[例2] (2011·上海高考) 物质的量为0.10mol的镁条在只含有CO2和O2混合气体的容器中燃烧 (产物不含碳酸镁) , 反应后容器内固体物质的质量不可能为 ()

解析:本题采用极值法进行分析:

(1) 当气体不足量时, Mg与CO2和O2混合气体反应, 所得固体为Mg、C和MgO的混合物, 由于含有Mg和C, 其质量可能小于4.0g。

(2) 当气体足量时, 若气体全部为CO2, 反应后所得固体为MgO和C, 其质量为0.1mol×40g/mol+0.05mol×12g/mol=4.6g, 由于题给气体是CO2和O2混合气体, 故固体物质的质量应小于4.6g, 显然D项不符合题意。

答案:D

三、铝及其重要化合物

1. 铝及其重要化合物之间的转化

2. 铝的化学性质

3. 氧化铝和氢氧化铝

4. 可溶性铝盐与强碱溶液发生反应的分析

(1) 图像分析

(1) 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图1所示) ; (2) 向盐酸酸化后的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图2所示) ; (3) 向NaOH溶液中滴加AlCl3溶液, 直至过量 (如图3所示) ; (4) 向等物质的量混合的MgCl2、AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 (如图4) 。

(2) 定量关系分析

分析上述三个离子方程式, 将Al 3+、OH-的量的关系及产物中Al元素的存在形式用数轴表示为

很明显, 生成Al (OH) 3沉淀的量n[Al (OH) 3]与n (Al 3+) 、n (OH-) 之间存在如下关系:

[例3] (2013·安徽名校联考) 已知Ba (AlO2) 2易溶于水。右图表示的是向Al2 (SO4) 3溶液中逐滴加入Ba (OH) 2溶液时, 生成沉淀的物质的量y与加入Ba (OH) 2的物质的量x的关系。下列有关叙述正确的是 ()

A.a—b段沉淀的物质的量:Al (OH) 3比BaSO4多

B.d—e段溶液中离子的物质的量:Ba2+可能等于OH-

C.a—d段沉淀的物质的量:BaSO4可能小于Al (OH) 3

D.c—d段溶液中离子的物质的量:AlO2-比Ba2+少

答案:B

四、铁及其重要化合物

1. 铁及其重要化合物之间的转化

2. 铁的化学性质

(3) 与酸溶液反应:

(2) 铁与氧化性酸反应, 不产生H2。常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化。

3. 铁的重要化合物

(1) 铁的氢氧化物

(2) 铁盐及亚铁盐的性质与转化

[例4] (2013·浙江温州模拟) 铁及其化合物有重要用途, 如聚合硫酸铁[Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]m是一种新型高效的水处理混凝剂, 而高铁酸钾 (其中铁的化合价为+6) 是一种重要的杀菌消毒剂, 某课题小组设计如下方案制备上述两种产品:

请回答下列问题:

(1) 若A为H2O (g) , 可以得到Fe3O4, 写出反应的化学方程式:__________。

(2) 若B为NaClO3与稀硫酸, 写出其氧化Fe2+的离子方程式 (还原产物为Cl-) :_________。

(3) 若C为KNO3和KOH的混合物, 写出其与Fe2O3加热共融制得高铁酸钾的化学方程式并配平:

(4) 为测定溶液Ⅰ中铁元素的总含量, 实验操作:准确量取20.00mL溶液Ⅰ于带塞锥形瓶中, 加入足量H2O2, 调节pH<3, 加热除去过量H2O2;加入过量KI充分反应后, 再用0.1000mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点, 消耗标准溶液20.00mL。

(1) 写出滴定选用的指示剂________, 滴定终点观察到的现象__________。

(2) 溶液Ⅰ中铁元素的总含量为________g/L。若滴定前溶液中H2O2没有除尽, 所测定的铁元素的含量将会_______ (填“偏高”、“偏低”或“不变”) 。

(5) 设计实验方案, 检验溶液Ⅰ中的Fe2+:_______。

(4) (1) 用0.1000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定生成的I2, 应用淀粉作指示剂, 达到滴定终点时, 溶液由蓝色变成无色且半分钟内不恢复原来颜色。

(2) 由题给反应得关系式:

则有n (Fe3+) =n (S2O2-3) =0.1000mol/L×20.00×10-3L=2.0×10-3 mol, 从而可知溶液Ⅰ中铁元素的含量为 (2.0×10-3 mol×56g/mol) &#247; (20.00×10-3L) =5.6g/L。若滴定前溶液中H2O2没有除尽, 可将S2O32-氧化, 消耗Na2S2O3, 溶液的体积增大, 测定的铁元素的含量偏高。

(4) (1) 淀粉溶液由蓝色变为无色且保持半分钟不恢复原来颜色 (2) 5.6偏高

(5) 取少量溶液Ⅰ于试管中, 加入酸性KMnO4溶液, 溶液颜色由紫红色变为无色 (或几乎无色) , 则含有Fe2+ (其他合理答案均可)

五、铜及其重要化合物

1. 铜及其重要化合物之间的转化

2. 铜的化学性质

3. 铜的重要化合物

[例5]孔雀石的主要成分为Cu2 (OH) 2CO3, 还含少量铁的氧化物和硅的氧化物。以下是实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O晶体的流程图:

(1) 孔雀石研磨的目的是________。浸泡孔雀石的试剂A若选用过量的稀硫酸, 则产生的气体a是________ (填化学式) 、固体a是_______ (填化学式) 。

(2) 使用试剂B的目的是将溶液中的Fe2+转化为Fe3+, 试剂B宜选用_________ (填选项序号) 。

A.酸性KMnO4溶液B.双氧水

C.浓硝酸D.氯水

写出相应的离子方程式:_________。

(3) 试剂C的使用目的是调节溶液pH, 使Fe3+转化为沉淀予以分离。试剂C宜选用____________ (填选项序号) 。

A.稀硫酸B.NaOH溶液

C.氨水D.CuO

涉及反应的离子方程式:__________。

(4) 1mol NH3通过加热的Cu2 (OH) 2CO3可以产生1.5mol金属铜, 发生反应的化学方程式:_________。

(5) 常温下, Fe (OH) 3的Ksp=1×10-39, 若要将溶液中的Fe3+转化为Fe (OH) 3沉淀, 使溶液中c (Fe3+) 降至1×10-3 mol/L, 必须将溶液pH调节至____________。

解析: (1) Cu2 (OH) 2CO3与稀硫酸反应生成CO2, 孔雀石中SiO2不溶于稀硫酸, 从而推知固体a为SiO2。

(2) 四个选项中能将Fe2+转化为Fe3+, 且不引入新杂质的是双氧水, 符合除杂要求。

(3) 调节溶液pH, 可加入能与H+反应的物质, 如碱溶液、金属氧化物等, 考虑不能引入新杂质, 可选用CuO、Cu (OH) 2等。

(4) 1mol NH3可以产生1.5mol金属铜, 而生成1.5mol Cu时转移3mol电子, 故1mol NH3转移3mol电子, 设NH3对应氧化产物中N元素的化合价为x, 根据电子得失守恒有[x- (-3) ]×1mol=3mol, 则x=0, 即NH3的氧化产物为N2, 由此可写出化学方程式。

(5) 由题意可知, Ksp=c (Fe3+) ·c3 (OH-) =1×10-39, 若溶液中c (Fe3+) =1×10-3 mol/L, 则有c (OH-) =1×10-12 mol/L, 所以溶液的pH=2。

答案: (1) 增大固体表面积, 从而增大反应速率CO2 SiO2

金属元素及其化合物 篇2

例1 氧族元素的各种性质可归纳整理如下：

[性质元素&8O&16S&34Se&52Te&单质熔点（℃）&-218.4&113&&450&单质沸点（℃）&-183&444.6&685&1390&主要化合价&-2&-2,+4,+6&-2,+4,+6&&原子半径&逐渐增大&单质与H2反应情况&点燃时易化合&加热化合&加热难化合&不能直接化合&]

請据表回答下列问题：

（1）硒的熔点范围是 ；

（2）碲的化合价可能有 ；

（3）硫、硒、碲的氢化物水溶液的酸性由强至弱的顺序是 (填化学式)；

（4）氢硒酸有较强的 填（“氧化性”或“还原性”），因此放在空气中长期保存易变质，其可能发生反应的化学方程式为 ；

（5）工业上Al2Te3可用来制备H2Te，完成反应方程式： Al2Te3+ ( )＝ Al(OH)3↓+ H2Te↑

[能量变化(ΔE)][氧族元素

的单质][O][a][b][c][d] （6）右图所示为氧族元素单质与H2反应过程中的能量变化示意图，其中a、b、c、d分别表示氧族中某一元素的单质，ΔE为相同物质的量的单质与H2反应过程中的能量变化（反应的热效应）。则：b代表 ，d代表 。（写名称）

解析 （1）分析表中信息，单质熔点规律：从氧→碲依次升高，则硒的熔点范围是113 ℃～450 ℃；（3）同主族，其氢化物水溶液的酸性与非金属性强弱顺序相反；（5）据原子守恒，推得另一种反应物为水；（6）放热最多的a是与H2反应最易的O2；吸热最多的d是最难反应的Te。答案：（1）113 ℃～450 ℃；（2）-2，+4，+6；（3）H2Te＞H2Se＞H2S；（4）还原性，2H2Se+O2＝2H2O+2Se ；（5）Al2Te3+6H2O＝2Al(OH)3↓+3H2Te↑；（6）硫，碲。

点评 考查元素单质及其化合物的知识应迁移运用，审题要注意将文字信息、图表信息与问题的联系，注意“结构决定性质”。思考相似性与递变性时应注意特殊性，有时还应注意结合基本概念与基本理论考虑。

考点2 综合化学实验考查（物质的分离提纯、无机物的制备，物质含量的测定等）

例2 工业上可以利用氟硅酸、碳酸氢铵制备冰晶石（Na3AlF6），其工艺如下：

[溶解][过滤][反应①][反应②][滤液①][滤液②][过滤][副产品（NH4）2SO4][Na3AlF6固体][SiO2固体][无色气体A][NH4HCO3][H2SiF6][H2O][Na2SO4][Al2(SO4)3]

请回答：

（1）反应①中生成的无色气体A是 ，滤液①的溶质是 ；

（2）经测定NH4HCO3溶液呈中性，请分析原因（结合离子方程式说明理由） ；

（3）经反应②后，过滤得到的冰晶石（Na3AlF6）固体，该固体上附着有杂质，需要洗涤，请简述如何证明冰晶石固体已经洗涤干净 ；

[O][t1][t2][温度（℃）][滤液①

溶质的

质量分数] （4）温度和NH4HCO3浓度会影响反应①的速率。现设计如下实验方案探究温度和NH4HCO3浓度对反应①速率的影响。请在表格空白处填写适当的反应条件。

[实验编号&实验目的&温度&c(NH4HCO3)&Ⅰ&为以下实验作参照&60℃&c1&Ⅱ&探究浓度对反应①速率的影响&&c2&Ⅲ&探究温度对反应①速率的影响&80℃&&]

（5）上图是滤液①中溶质质量分数随温度变化的曲线图：请分析t2 ℃时滤液①溶质质量分数下降的原因 。

解析 （1）分析工艺流程得出：反应①中当加入H2SiF6时，生成的气体CO2和NH4F。（2）NH4HCO3溶液呈中性的原因为：由于NH4HCO3电离出来的NH4+和HCO3-存在水解平衡，NH4++H2O⇌NH3·H2O+H+，HCO3-+H2O⇌H2CO3+OH-，两者的水解程度基本相同，所以溶液呈中性。（3）由于沉淀附着SO42-，只要证明SO42-洗干净，即沉淀洗涤干净。取洗涤后的溶液，向其中滴加BaCl2溶液，无现象，说明已经洗涤干净。（4）分析表中各项内容，旨在进行对比实验，故填写60℃；c1。（5）分析图象，考虑温度升高NH4F会分解或者NH4HCO3会分解，导致溶质的质量分数下降。

点评 物质制备综合实验题能有效地考查同学们对元素及其化合物性质的掌握程度。解答这类试题，应从实验原理入手，认真审题，抓住题眼，就能很快地理顺思路。

【专题训练】

1．最近媒体报道了一些化学物质，如：爆炸力极强的N5、比黄金还贵的18O、太空中的甲醇气团等。下列说法正确的是（ ）

A．18O2和16O2是两种不同的核素

B．甲醇（CH3OH）属于离子化合物

C．N5和N2是氮元素的两种同位素

D．由N5变成N2是化学变化

2．一种无色气体，可能由CO2、HCl、NH3、NO2、NO、H2中的一种或几种组成，将此无色气体通过盛有浓H2SO4的洗气瓶，发现气体减少一部分体积，继续通过装有固体Na2O2的干燥管，发现从干燥管出来的气体显红色。再将该气体通入倒立于水槽中、盛满水的试管内，发现试管内水位上升，最后仍为一满试管液体。则下列推断不正确的有（ ）

A．原气体一定含有NH3、NO、CO2

B．原气体一定不含HCl、NO2、H2

C．原气体中NO与CO2的体积比一定为2:3

D．无法确定H2是否存在

3．某同学按下列操作进行实验：在一块下衬白纸的玻璃片的不同位置分别滴加浓度均为0.1 mol·L-1的KBr、KI（含淀粉）、NaOH（含酚酞）、FeSO4（含KSCN）溶液各一滴，每种液滴彼此分开，围成半径小于表面皿的圆形（如图），在圆心处放置两粒芝麻大小的KClO3晶体，向KClO3晶体滴加一滴浓盐酸（ClO3-+5Cl-+6H+＝3Cl2↑+3H2O），立即将表面皿盖好，下列叙述不正确的是（ ）

[衬白纸的玻璃片][KClO3晶体][NaOH溶液

（含酚酞）][FeSO4溶液

（含KSCN）][KBr溶液][KI溶液(含淀粉)] [a][b][c][d][e]

A. a处溶液显黄色：2Br-+Cl2＝2Cl-+Br2

B. b处溶液显蓝色：2I-+Cl2＝2Cl-+I2

C. c处溶液的红色褪去：2OH-+Cl2＝Cl-+ClO-+H2O

D. d处溶液显红色：Fe2++Cl2＝Fe3++2Cl-

4．“9·11”事件发生后，美国世贸大厦轰然倒下。在清理废墟中，人们发现很多石棉。石棉是一种压缩强度大、柔软性强、耐热、耐火、耐酸和耐碱的腐蚀，而且价格低廉的硅酸盐。石棉有毒，能使人患肺癌。

（1）矿青石棉的化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，写成氧化物的形式为 ；分子中铁的化合价为 ，我们可以看作 ；其物质的量分数为 。

（2）云母是一种重要的硅酸盐，它具有韧度、弹性、透明度、高电解强度、化学惰性和热稳定性。叶蜡石的成分为AlSi2(OH)O5，白云母可看作叶蜡石中的[14]Si(Ⅳ)被Al(Ⅲ)所取代，再由K（I）平衡其电荷形成的，则白云母写成氧化物的形式为 。

（3）研究表明，在原硅酸盐中，Al(Ⅲ)很容易取代Si(Ⅳ)而不会引起原硅酸盐结构大的变化。从立体几何的知识看，Al(Ⅲ)与Si(Ⅳ)最直接的关系是 。

5. X、Y、Z为不同短周期非金属元素的气态单质。在一定条件下能发生如下反应：Y+X→甲(g)，Y+Z→乙(g)。甲、乙可化合生成离子化合物，甲的相对分子质量小于乙。

（1）X的结构式是 。

（2）磷在Z气体中燃烧可生成液态丙分子，也可生成固态丁分子。已知丙分子中各原子最外层均是8电子结构，丙的电子式是 。磷单质和Z单质反应生成1 mol丙时，反应过程与能量变化如图Ⅰ所示，该反应的热化学方程式是 。

（3）某同学拟用图Ⅱ所示装置证明氧化性Z>I2，已知高锰酸钾与乙的浓溶液反应生成Z，则a是 的水溶液。若仅将a换为甲的浓溶液，实验时会产生大量白烟并有气体单质生成，该反应的化学方程式是 。

[乙的浓溶液][尾气处理][高锰酸钾][（固定装置略去）][a][能量][反应物的

总能量][生成物的

总能量][反应过程][丙][Z，磷][ΔH=-306 kJ·mol-1][Ⅰ Ⅱ]

非金属元素及其化合物 篇3

一、碳、硅及其化合物

1.碳、硅及其重要化合物的性质与相互转化关系

2.CO2和SiO2的性质比较

例1. (2015·北京卷) 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, 通过下图所示的途径固碳。

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:

(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x mol·L-1HCl溶液滴定, 消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度为___mol·L-1。

(4) 利用下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____。

解析: (1) 溶于海水的CO2, 一部分以CO2的形式存在, 另一部分与水反应生成H2CO3, 而H2CO3为弱酸, 极少部分发生电离生成HCO3-和H+, 故溶于海水的CO2主要以CO2、H2CO3、HCO3-和CO32-等4种无机碳形式存在, 化学方程式分别为。 (2) ① 由海洋碳循环的固碳图示可知, HCO3-参与固碳, 生成CaCO3和CO2, 结合质量守恒和电荷守恒写出离子方程式:2HCO3-+Ca2+=CaCO3↓ +CO2↑+H2O。②植物进行光合作用的原理是吸收CO2和H2O, 生成有机物、O2和H2O。由“同位素示踪法证实光合作用释放的O2只来自H2O”可知, 该反应的反应物中, H2O含有18O, CO2不含18O, 结合质量守恒定律补充完整化学方程式。 (3) ①试剂瓶中盛有未酸化的海水, 而题目要求“用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收”, 故应在虚线框中补充分液漏斗, 用于滴加酸来酸化海水, 这里最好选用H2SO4溶液, 不能选用盐酸或硝酸, 其原因是二者都具有挥发性, 易挥发出HCl或HNO3气体, 对测量海水中溶解无机碳的含量产生影响。②HCl溶液滴定NaHCO3的反应原理为NaHCO3+HCl =NaCl + CO2↑ + H2O, 则有n (NaHCO3) =n (HCl) =xy×10-3mol, 海水的体积为z mL=z×10-3L, 从而可得。 (4) ①a室中电极与电源的正极相连, 作电解池的阳极, H2O发生氧化反应, 电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+, 生成的H+通过阳离子膜进入b室, 发生反应HCO3-+ H+=CO2↑ + H2O, 从而提取CO2。②c室中电极与电源的负极相连, 作电解池的阴极, H2O发生还原反应, 电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-, 因此c室排出的海水呈碱性, 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, 再排回大海。

(3) ① 答案见右图

(4) ①a室:2H2O-4e-=O2↑ +4H+。H+通过阳离子膜进入b室, 发生反应HCO3-+ H+=CO2↑+H2O ②c室的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-, 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

二、氯、溴、碘及其化合物

1.氯、溴、碘及其重要化合物的性质与相互转化关系

2.从海水中提取溴的基本原理

(1) 流程示意图:

(2) 化学反应原理:

①苦卤制取Br2:用Cl2将Br-氧化生成Br2, 离子方程式为Cl2+2Br-=Br2+2Cl-, 所得Br2的浓度较小;

②Br2的富集:先用SO2吸收Br2, 再用Cl2氧化生成的HBr, 化学方程式为Br2+SO2+2H2O =H2SO4+2HBr, 2HBr+Cl2=r2+2HCl, 离子方程式为Br2+SO2+2H2O=4H++ SO42-+ 2Br-, 2Br-+ Cl2= Br2+2Cl-;

③分离Br2:

3.从海带中提取碘的基本原理

(1) 流程示意图:

(2) 化学反应原理:

①浸泡海带灰, 获得含I-的溶液;

②I2的获得:通入Cl2将I-氧化成I2:2I-+Cl2=2Cl-+I2;

③分离I2。

例2. (2015·重庆卷) ClO2与Cl2的氧化性相近, 在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。某兴趣小组通过图1装置 (夹持装置略) 对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。

(1) 仪器D的名称是___。安装F中导管时, 应选用图2中的____。

(2) 打开B的活塞, A中发生反应:2NaClO3+4HCl ——2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O。为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收, 滴加稀盐酸的速度宜____ (填 “快”或“慢”) 。

(3) 关闭B的活塞, ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2, 此时F中溶液的颜色不变, 则装置C的作用是____。

(4) 已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2, 该反应的离子方程式为____。在ClO2释放实验中, 打开E的活塞, D中发生反应, 则装置F的作用是。

(5) 已吸收ClO2气体的稳定剂Ⅰ和稳定剂Ⅱ, 加酸后释放ClO2的浓度随时间的变化如图3所示, 若将其用于水果保鲜, 你认为效果较好的稳定剂是____, 原因是___。

解析: (1) 仪器D是锥形瓶。装置F左侧连接气体发生装置, 右侧连接尾气处理装置, 应遵循“长进短出”的原则, 故选择装置b。 (2) 使ClO2在D中被稳定剂充分吸收, 必须控制A中生成ClO2的速率, 因此滴加盐酸的速度应较慢。 (3) F中溶液的颜色不变, 说明没有Cl2进入F溶液, 从而推知Cl2被装置C吸收。 (4) 参加反应的离子有ClO2-和H+, 生成的微粒有Cl-和ClO2, 根据化合价升降总数守恒及质量守恒配平该离子方程式。由于ClO2的性质与Cl2相似, 都具有强氧化性, 故能使淀粉-KI溶液变蓝, 利用此性质可验证是否有ClO2生成。 (5) 由图可知, 稳定剂Ⅱ相对于稳定剂Ⅰ, 可以缓慢释放ClO2, 能较长时间维持保鲜所需的浓度。

答案: (1) 锥形瓶b

(2) 慢

(3) 吸收Cl2

(5) 稳定剂 Ⅱ 稳定剂 Ⅱ 可以缓慢释放ClO2, 能较长时间维持保鲜所需的浓度

三、硫及其化合物

1.硫及其重要化合物的性质与相互转化关系

2.从转化规律角度认识硫及其化合物之间的转化

不同价态的含硫物质之间通过氧化还原反应规律来转化, 相同价态的含硫物质之间通过非氧化还原反应规律来转化。

(1) 相同价态的含硫化合物之间, 通过酸、碱、盐之间的反应规律来转化。

①实验室制取H2S:FeS+H2SO4 (稀) =FeSO4+H2S↑;

②实验室制取SO2:Na2SO3+H2SO4 (浓) =Na2SO4+SO2↑+H2O。

(2) 不同价态的含硫化合物之间, 通过氧化还原反应规律来转化。

①当硫元素的化合价升高或降低时, 一般升高或降低到其相邻的价态, 即台阶式升降, 常见转化关系为例如,

②相邻价态的含硫物质之间不发生氧化还原反应。例如, S和H2S、S和SO2、SO2和浓H2SO4之间不发生氧化还原反应。

3.浓H2SO4的“三大特性”

(1) 浓H2SO4具有吸收现成的水 (如气体、液体中的水分子, 以及固体中的结晶水等) 的性质。可用浓硫酸作干燥剂进行干燥的物质有H2、CO、CO2、N2、NO2、NO、O2、SO2、Cl2、HCl等;常见的不能用浓硫酸作干燥剂的物质有H2S、NH3、HBr、HI等。

(2) 浓H2SO4具有脱水性, 可将许多有机物中的氢、氧原子按水分子的组成 (H2O) 比例脱去, 在蔗糖中滴入浓H2SO4, 蔗糖逐渐变黑, 体积膨胀, 形成疏松多孔的海绵状的炭。

(3) 浓H2SO4具有强氧化性, 在加热条件下, 能与大多数金属、非金属单质反应。

例3.下列有关说法中正确的是 ( )

A.H2、SO2、CO2三种气体都可用浓硫酸干燥

B.SO2、SO3混合气体通入Ba (NO3) 2溶液可得到BaSO3和BaSO4

C.在未知液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀, 加稀硝酸, 沉淀不溶解, 说明该未知液中存在SO42-或SO32-

D.在酒精灯加热条件下, Na2CO3、NaHCO3固体都能发生分解

解析:A项, 浓硫酸具有较强的吸水性, 常用作干燥剂, 可干燥酸性气体 (SO2、CO2) 、中性气体 (H2) 等;B项, SO2气体通入Ba (NO3) 2溶液中, 发生氧化还原反应, 生成BaSO4沉淀, 得不到BaSO3;C项, 未知液中滴加BaCl2溶液出现白色沉淀, 加稀硝酸, 沉淀不溶解, 该沉淀可能为AgCl或BaSO4, 则该未知液中存在SO42-或SO32-或Ag+;D项, NaHCO3受热分解生成Na2CO3、CO2和H2O, 而Na2CO3受热不易分解。

答案:A

例4. (2015· 安徽卷) 某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L-1的Ba (NO3) 2溶液中, 得到了BaSO4沉淀。为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2, 该小组提出了如下假设:

假设一:溶液中的NO3-;

假设二:溶液中溶解的O2。

(1) 验证假设一:

该小组设计实验验证了假设一。请在下表空白处填写相关实验现象。

(2) 为深入研究该反应, 该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如右图。实验1 中溶液pH变小的原因是___;V1时, 实验2中溶液pH小于实验1的原因是____ (用离子方程式表示) 。

(3) 验证假设二:

请设计实验验证假设二, 写出实验步骤、预期现象和结论。

(4) 若假设二成立, 请预测:在相同条件下, 分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液 (溶液体积变化忽略不计) , 充分反应后两溶液的pH前者____ (填“大于”或“小于”) 后者, 理由是____。

解析: (1) 除BaCl2溶液、Ba (NO3) 2溶液外, 实验1和实验2中所用试剂均相同, 故可通过实验2生成白色沉淀, 实验1未生成白色沉淀, 证明假设一正确。 (2) SO2溶于水时, 与水反应生成中强酸H2SO3, 故使得溶液的pH减小。在实验2中, NO3-将SO2氧化生成SO42-, 而NO3-则被还原为NO, 同时生成H+, 故溶液的pH减小。 (3) 在验证假设二时, 不能使用Ba (NO3) 2溶液, 可使用BaCl2溶液等, 向含有O2的BaCl2溶液中缓慢通入SO2, 若有白色沉淀生成, 则证明假设二成立。 (4) O2和KNO3分别与H2SO3反应的离子方程式为O2+2H2SO3=4H++2SO42-和3H2SO3+2NO3-=3SO42-+4H++2NO↑+H2O, 故被O2氧化后溶液的pH小。

答案: (1) 无明显现象有白色沉淀

(3) 见下表

(4) 小于反应的离子方程式表明, 足量的O2和NO3-分别氧化相同的H2SO3, 生成H+的物质的量前者多余后者 (或其他合理答案)

四、氮及其化合物

1.氮及其重要化合物的性质与相互转化关系

2.实验室制取NH3的方法

(1) 加热铵盐和碱石灰法:

①反应原理: (装置如右图) ;

②收集方法:由于NH3极易溶于水, 且密度小于空气, 故常采用向下排空气法收集NH3;

③检验方法:湿润的红色石蕊试纸遇NH3变成蓝色。

(2) 加热浓氨水法:

在氨水中存在, 加热过程中, 使NH3· H2O不断分解生成NH3, 同时温度越高, NH3的溶解度减小, 所以NH3不断挥发出来。

(3) 浓氨水加碱法:

如右图所示, 将浓氨水滴到NaOH固体上, 不断放出NH3。其原理是:在氨水中存在固体溶于浓氨水放出热量, 且使氨水中c (OH-) 增大, 上述平衡逆向移动, 不断放出NH3。

3.硝酸与金属反应的规律

(1) 硝酸与不活泼金属的反应:

硝酸与金属活动性顺序表中氢以后的金属作用时, 可以看成硝酸先将金属氧化成氧化物, 而后金属氧化物与硝酸反应生成硝酸盐。浓硝酸的还原产物主要是NO2, 稀硝酸的还原产物主要是NO。 例如, Ag+2HNO3 (浓) =AgNO3+NO2↑ + H2O;3Ag+4HNO3 (稀) =3AgNO3+NO↑+2H2O。

注意:HNO3与金属反应时通常起两个作用:一是作氧化剂, 得电子, 被还原;二是提供硝酸根离子, 起酸的作用 (起酸的作用, 提供H+的同时必提供NO3-) 。如铜与稀HNO3的反应:3Cu+8HNO3 (稀) =3Cu (NO3) 2+2NO↑+4H2O, 其中2mol HNO3为氧化剂, 6mol HNO3起酸的作用。

(2) 硝酸与活泼金属的反应:

硝酸与金属活动性顺序表中氢以前的金属作用时, 除生成相应的硝酸盐外, 同时可能生成NO2、NO、N2O、N2、NH3、NH4NO3 (NH3+HNO3=NH4NO3) 等物质。例如, 不同浓度的硝酸与镁的反应:Mg+4HNO3 (16mol/L) =Mg (NO3) 2+2NO2↑ +2H2O, 3Mg+8HNO3 (6mol/L) =3Mg (NO3) 2+2NO↑+4H2O, 4Mg + 10HNO3 (2mol/L) =4Mg (NO3) 2+N2O↑+5H2O。

(3) 钝化现象:

铁、铝等金属虽易溶于稀硝酸, 却不溶于冷的浓硝酸。这是因为在冷的浓硝酸中, 这些金属表面生成了一层致密的、不溶于硝酸的氧化物保护膜, 阻止了金属的进一步氧化。

例5. (2015· 北京卷) 下列关于自然界中氮循环 (如下图) 的说法不正确的是 ( )

A.氮元素均被氧化

B.工业合成氨属于人工固氮

C.含氮无机物和含氮有机物可相互转化

D.碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环

解析:A项, N2=→NH3过程中, N元素由0价降低为-3价, N元素被还原;B项, 人工固氮是指将N2转化为含氮化合物的过程, 工业合成氨的反应原理为属于人工固氮;C项, 1828年, 德国化学家维勒首次利用无机物氰酸铵合成尿素, 实现了无机物向有机物的转化, 含氮有机物 (如蛋白质) 可发生分解, 最终转化为无机物 (如铵盐) ;D项, 雷电发生时涉及的反应有进入土壤, 并与矿物质作用生成硝酸盐, 豆科植物的根瘤菌可将N2转化为氮肥, 而生物体内含有碳元素, 故碳、氢、氧三种元素也参与了氮循环。

答案:A

例6. (2015· 广东卷) NH3及其盐都是重要的化工原料。

(1) 用NH4Cl和Ca (OH) 2制备NH3, 反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为___。

(2) 按下图装置进行NH3性质实验。

①先打开旋塞1, B瓶中的现象是____, 原因是____。稳定后, 关闭旋塞1。

②再打开旋塞2, B瓶中的现象是___。

(3) 设计实验, 探究某一种因素对溶液中NH4Cl水解程度的影响。

限选试剂与仪器:固体NH4Cl、蒸馏水、100mL容量瓶、烧杯、胶头滴管、玻璃棒、药匙、天平、pH计、温度计、恒温水浴槽 (可调控温度) 。

①实验目的:探究____对溶液中NH4Cl水解程度的影响。

②设计实验方案。拟定实验表格, 完整体现实验方案[列出能直接读取数据的相关物理量及需拟定的数据, 数据用字母表示;表中“V (溶液) ”表示所配制溶液的体积]。

③按实验序号1所拟数据进行实验, 若读取的待测物理量的数值为Y, 则NH4Cl水解反应的平衡转化率为____ (只列出算式, 忽略水自身电离的影响) 。

解析: (1) 利用NH4Cl和Ca (OH) 2制备NH3, 加热固体药品时, 试管口要略低于试管底部, 防止试管炸裂, 则制备装置选A。NH3的密度小于空气, 应选用向下排空气法收集NH3, 则收集装置选C。NH3极易溶于水, 进行尾气处理时, 导管末端连接一倒扣漏斗, 且漏斗边缘与水面刚好接触, 可防止发生倒吸, 则尾气处理装置选G。 (2) 由图可知, A瓶中HCl气球的压强大于B瓶中NH3的压强, 打开旋塞1后, HCl气体进入B瓶, 并与NH3发生反应生成NH4Cl晶体, 故观察到B瓶中产生白烟。由于HCl和NH3发生生成NH4Cl晶体, 导致B瓶中气体压强减小, 显然A瓶中HCl相对过量。打开旋塞2后, 右侧烧杯中石蕊水溶液被倒吸入B瓶, HCl气体溶于其中而使溶液显酸性, 溶液变成红色。 (3) 利用所给试剂和仪器, 可以探究温度 (或浓度) 对溶液中NH4Cl水解程度的影响。若探究温度对溶液中NH4Cl水解程度的影响, 可以测定不同温度下溶液的pH。若探究浓度对溶液中NH4Cl水解程度的影响, 可测定不同浓度下溶液的pH。故实验表格可以为 (温度的影响) :

也可以为 (浓度的影响) :

所读取的数值Y为溶液的pH。氯化铵的物质的量为, 故NH4Cl的物质的量浓度为, 从而可知, NH4+离子水解的平衡转化率为

答案: (1) A、C、G

(2) ①有白烟生成A瓶中的HCl移动到B瓶中, 与B瓶中的NH3反应生成NH4Cl, 能观察到白烟生成 ②液体进入B瓶中, 溶液的颜色变为红色

(3) ① 温度 (或浓度) ② 见解析

【专项训练】

1.为探究Na2SO3溶液的性质, 在白色点滴板的a、b、c、d四个凹槽中滴入Na2SO3溶液, 再分别滴加下图所示的试剂。对实验现象的“解释或结论”错误的是 ( )

2.高纯硅晶体是信息技术的重要材料。

(1) 在周期表的以下区域中可以找到类似硅的半导体材料的是____ (填字母) 。

A.过渡元素区域

B.金属和非金属元素的分界线附近

(2) 工业上用石英和焦炭可以制得粗硅。已知:

写出用石英和焦炭制取粗硅的热化学方程式:___。

(3) 某同学设计下列流程制备高纯硅:

①Y的化学式为___。

②写出反应Ⅰ的离子方程式:___。

③写出反应Ⅳ的化学方程式:___。

④步骤Ⅵ中硅烷 (SiH4) 分解生成高纯硅, 已知甲烷分解的温度远远高于硅烷, 用原子结构解释其原因是____。

(4) 将粗硅转化成三氯硅烷 (SiHCl3) , 进一步反应也可以制得粗硅。其反应为, 不同温度下, SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比 (反应初始时各反应物的物质的量之比) 的变化关系如上图所示。下列说法正确的是 (填字母) 。

A.该反应是放热反应

B.横坐标表示的投料比应该是

C.该反应的平衡常数随温度升高而增大

D.实际生产中为提高SiHCl3的利用率, 可以适当增大压强

3.某小组设计如下图装置 (部分夹持装置已略去) , 以探究潮湿的Cl2与Na2CO3反应得到固体物质的成分。

(1) 试剂X的化学式为___。A中制取Cl2的离子方程式为___。

(2) 试剂Y的名称为___。

(3) 通入一定量潮湿的Cl2反应后, 经检测, D中只有Cl2O一种气体, C中只含一种氯盐外, 同时含有NaHCO3等, 某同学对C中所得固体残渣的成分进行探究。

①提出合理假设。

假设1:存在两种成分:NaHCO3和___;

假设2:存在三种成分:NaHCO3和___、___。

②设计方案, 进行实验。写出实验步骤以及预期现象和结论。

限选实验试剂和仪器:蒸馏水、稀HNO3、BaCl2溶液、澄清石灰水、AgNO3溶液、试管、小烧杯。

(4) 已知, Cl2O与水反应生成次氯酸, 则D中Cl2O进入E反应的化学方程式为___。

4.含氮化合物是重要的化工原料。存在如下转化关系:

(1) 工业上常用浓氨水检验氯气管道是否泄漏。

①氨气溶于水的过程中存在的平衡有 (用离子方程式表示) ___。

②向固体氧化钙中滴加浓氨水, 可用于实验室制取少量氨气, 简述原理:___。

(2) 转化Ⅱ中发生的系列反应, 在工业上可以用来制备硝酸, 写出①中反应的化学方程式:____。

(3) 现代工业常以氯化钠、二氧化碳和氨气为原料制备纯碱。转化Ⅲ中部分反应如下:

①转化Ⅲ中有NaHCO3沉淀析出的原因是____。

②欲测定某工业纯碱样品中Na2CO3的质量分数, 某同学设计方案如下:

准确称取10.00g样品, 加入过量的盐酸, 充分反应, 蒸干、冷却后称量。反复加热、冷却、称量, 直至所称量的固体质量几乎不变为止, 此时所得固体的质量为10.99g。样品中碳酸钠的质量分数为___。

(4) 以氨作为燃料的固体氧化物 (含有O2-) 燃料电池, 具有全固态结构、能量效率高、无污染等特点。工作原理如下图所示:

①固体氧化物作为电池工作的电解质, O2-移向____ (填字母) 。

A.电极a B.电极b

②该电池工作时, 电极a上发生的电极反应为____。

【参考答案】

1.D

2. (1) B

(3) ④周期表中, 硅和碳属于同主族, 原子半径Si大于C, 硅元素的非金属性弱于碳元素, 硅烷的热稳定性弱于甲烷

(4) BC

(2) 饱和食盐水

(3) ①NaCl NaCl Na2CO3②答案见下表

(4) Cl2O+2NaOH =2NaClO+H2O

4. (1) ②氧化钙与水反应放热, 生成氢氧化钙溶于水, 增大了OH-离子浓度, 氨水中的离子平衡向左移动, 使氨气挥发出来

(3) ①混合液中NaHCO3的溶解度最小, 溶液达过饱和时会有NaHCO3晶体析出②95.4%

金属元素及其化合物 篇4

一、设置合理的教学目标

必修一有关元素化合物部分的内容标准有两个方面，一是根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用。二是通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。由此可见，必修1元素化合物部分学生的学习目标主要是一些认知性学习目标，且层次相对较低，主要是了解和认识一些基本的或典型的化学事实，如物质的物理或化学性质、物质的用途及物质与生活、社会的联系等，并不追求知识的系统性和连贯性，而是注重知识的实用性、有效性。基于此，教师不应盲目拔高教学目标，更不应“穿新鞋，走老路”，在新课程背景下以化学学科为中心来组织教学，按原来的课程应从学校和学生的实际出发，设置合理、清晰且操作性较强的教学目标。下表是笔者所设置的部分章节教学目标：

表1 必修1元素化合物部分章节的教学目标

第三章金属的化学性质：

①学生能说出金属钠、铝等金属的典型物理性质，如硬度和密度等；②学生能说出金属钠、铝、镁、铁等金属与氧气在不同条件下反应时的实验现象以及能写出相应的化学反应方程式；③学生能在实验的基础上描述金属钠、镁、铁粉与水反应时的现象以及写出有关化学方程式，并在此基础上通过比较与综合形成有关金属与水反应的规律； ④学生能在实验基础上写出铝与强碱溶液反应时的化学方程式（离子反应方程式）； ⑤学生基本掌握将物质的量用于化学方程式的计算。

几种重要的金属化合物：

①学生能从不同的角度对常见金属氧化物进行分类；并知道Al2O3是一种两性氧化物，能写出Al2O3与强酸、强碱溶液反应的化学方程式；

②学生能在小组实验后说出Fe(OH)

3、Fe(OH)

2、Al(OH)3等氢氧化物的典型物理性质，并能用化学方程式表示这些物质的常用制备过程和典型化学性质；③学生能在小组探究实验后说出Na2CO3、NaHCO3的主要物理性质如水溶解性、色态等，能用化学方程式表示它们与盐酸反应的过程，能说出它们性质的异同；

④学生能在实验后用化学方程式表示三价铁的氧化性和二价铁的还原性以及能说出这两种离子的检验方法；⑤学生能说出一些常见离子的焰色，并能鉴别一些常见离子。

第四章富集在海水中的元素――氯：

①学生能说出氯气的水溶性、密度和颜色等主要物理性质；

②学生能写出氯气与H2、Cu、Fe、H2O、NaOH等物质反应的化学方程式；能写出次氯酸见光或受热分解的化学方程式；能用化学方程式描述漂白粉变质的原因；

③学生知道氯气有毒，但也能结合氯气的有关性质以及次氯酸的性质提出一些实用的预防氯气中毒的方法；

④能设计实验方案来探究新制氯水中粒子的种类；

⑤进一步认识非金属元素单质和化合物性质学习的一般思路。

硫和氮的氧化：

①学生能说出SO2、NO2、NO的主要物理性质如水溶性和色态等

②学生能用化学方程式表示SO2的主要化学性质，如与H2O、NaOH、O2等物质的反应；并能从化合价升降的角度解释SO2的氧化性和还原性；

③学生能用化学方程式描述NO2与H2O、NO与O2反应的过程，并在此基础上认识酸雨的来源；

④学生能说出酸雨的来源以及危害和预防措施

由于这些明确且操作性较强的教学目标的设置，一方面使得学生能较快地明确学习目标，减少学习的盲目性，同时也能及时、有效进行自我评价，另一方面也便于教师评价学生的学习效果，从而适时调整教学过程或策略。

二、学生初三原有知识出发，重视新知识的形成与获得机制

依据认知教学心理学的知识观，高中化学新课程必修1的元素化合物知识主要是一些陈述性知识或下位概念，即一些基本、常见或典型的化学事实性知识，教学反思《元素及其化合物教学设计反思》。这类知识不同于化学实验技能，也不同一般的化学问题解决方法，它有它自身的形成机制与贮存形成，它在人脑中主要是以命题、图式（实验场景）等形式贮存，但的形成依赖于学生头脑中原有的知识。通过初三和高一前段时间化学学科的学习，学生已经了解或认识了氧化还原反应、离子反应、物质分类、金属活动性、原子结构、酸碱盐反应规律等理论知识，也接触了一些生活中常见的物质，如氧气、碳元素的单质与常见含碳化合物如CO、CO2、CH4、CaCO3等、铁和铜等金属单质的性质以及酸碱盐的反应规律等。可见，学生头脑中已经贮存有了一定的化学概念或理论性知识、元素化合物事实性知识和化学学习的策略性知识等，具备了化学学科持续学习的能力和基础。因此，高中阶段的元素化合物部分的学习大体上就是一种下位概念的学习，即充实、拓展原有的知识结构，更新或丰富原有层次相对较低的观念、理论的内涵。这样，寻找新旧知识的同化点，搭设新旧知识之间的“梯子”，是实施元素化合物知识有效教学的关键。下表是我们在部分章节的教学中设置的“梯子”。

部分教学中设置的“梯子”：

第三章金属的化学性质①Na、Mg、Al等金属的物理性质

②Na、Mg、Al与O2、H2O等物质的反应

③Al与NaOH溶液的反应Al在纯氧中的燃烧、几种常见的合金；

Mg、Al、Fe等活泼性金属与稀盐酸、稀硫酸的反应金属活动性规律

氧化还原反应的规律：

①氧原子的结构与氧气的化学性质

②氧化还原反应

③强酸与弱酸盐反应的规律

④质量守恒定律氧原子与氯原子的结构的相似；质量守恒定律和氧化还原反

几种重要的金属化合物：

①金属氧化物的分类

②Fe(OH)

3、Fe(OH)

2、Al(OH)3的化学性质及制备方法

①生石灰与水的反应②NaOH、Ca(OH)2等常见碱的性质

③难溶性碱的性质碱的通性氧化还原反应

第四章富集在海水中的元素――氯：

①氯气的主要物理性质；

②氯气的主要化学性质

③次氯酸的主要性质

④漂白粉、漂粉精的有效成分

硫和氮的氧化物：

①SO2、NO2、NO的主要化学性质

②SO2、NO2、NO等氧化物与环境的关系①CO2的组成与性质②大气污染的有关常识③非金属氧化物与碱溶液反应的规律CO2的组成与性质；氧化还原反应规律从上可以看出，设置的“梯子”可以是比较性的物质，它与将要学习的物质在组成上是相似的，且学生又是比较熟悉的。如在进行SO2的教学中，就可以将CO2作为SO2学习的“梯子”，具体设置过程如下：教师首先引导学生对SO2的组成进行分析，得出SO2是一种非金属氧化物，然后要求学生从头脑中搜索出符合这一特征的物质，即SO2的“原型”，学生很自然会想到CO2，此时，教师可以顺水推舟罗列出有关CO2的主要信息，接着，教师引导学生大胆推断或猜想SO2可能的化学性质，同时也引导学生辩证地思考问题，毕竟两者之间还是有差异的，这种差异必然会导致它们化学性质的某些不同，最后，指导学生自主从实验活动中找到答案。当然，“梯子”也可能是某一内涵丰富的理论知识或抽象的观念，它与新学习的物质之间有一种类属关系。如在进行金属的化学性质的教学时，就可以将金属活动性顺序表作为金属学习的“梯子”。具体设置过程如下：教师首先提出金属活动性顺序表，阐述有关的知识要点，同时罗列出已学过有关金属如铝、铁等的化学性质，接着，提出问题，金属活动性比铁强的金属钠能否与氧气反应呢？反应的现象是否会更剧烈呢？生成会是不类似铁、铝与氧气反应生成的物质呢？……然后，指导学生开展实验，最后学生形成得出结论，获得金属钠与氧气反应的化学事实。

总之，基于原有的化学知识，设置促进新知识形成的“梯子”，这一策略能使学生在新知识学习过程中产生一种似曾相识的亲切感，一种认知的矛盾，使学生体验到化学学习并不困难，并不神秘。

三、重视学生化学学习动机的培养和激发

教师的教学是否有效，受多种因素影响，但其中有一个关键因素，就是学生的学习动机，也就是学习是否愿意学习的问题。因为学习动机虽然不会影响知识的形成与获得过程，但它能提高学生的努力、专注程度以及改善学习的准备状况，换而言之，学习动机就好像是学习的“催化剂”，不改变学习的结果，但能提高学习的效率。那么，如何在元素化合物教学中培养和激发学生学习化学的兴趣呢？

1．紧密联系社会与生活

教学的目标是为了尽可能地促进知识的迁移。教师若能从化学的角度引导学生分析和关注当前社会的热点问题、身边常见物质的组成和功能，进而使学生在关注民生的同时，能感受到学习化学的意义、拓展学科视野，优化思维品质，培养学习热情，提升生活品质，最终促进知识的有效迁移。如在进行氯气的教学时，就可以联系起二次世界中的化学武器、氯气泄漏事件、以及家居生活中能用来吸收氯气的物质（绿茶、苏打片、尿液等），在进行SO2的教学时，就可以联系起“酸雨”、“劣质雪耳”、“劣质湘莲”、“劣质霸王花”等物质，在进行SiO2的教学时就可以联系起光纤、石英、蓝宝石、红宝石等物质，总之，结合身边的现象、物质或事实，让学生感到熟悉，感到亲切，最终达成“从社会走向化学，从化学走向社会”的目标。

2.精心创设问题情景

良好的问题情景能引起学生的矛盾、疑惑、惊讶或好奇，产生学习的愿望或意向。化学问题情景可以是某一似是而非、一知半解或不确定的化学问题，也可以是某一新奇而又变幻的实验现象，还可以是一组相似的实验活动。以下是我们在不同章节中所设置的一些化学问题情景。

第三章金属的化学性质：

①铁能与氧气反应，但还有一定的条件，可能是在纯氧中，或者是在潮湿空气中。钠的金属活动性比铁，因此钠与氧气反应时，条件应该更容易，现象应该更剧烈，是否真是这样呢？ ②指导学生观察金属钠与水的现象后，启发学生思考：为什么金属钠会浮在水面上？为什么会发出嘶嘶的响声？为什么金属钠会熔化成一个光亮的金属小球？……

几种重要的金属化合物：

①往AlCl3溶液中逐滴滴入NaOH溶液，直至过量；往NaOH溶液中逐滴滴入AlCl3溶液；往AlCl3溶液中逐滴滴入浓氨水，直至过量；往浓氨水中逐滴滴入AlCl3溶液，直至过量；

②往一定的NaOH溶液中逐滴滴入FeCl3溶液；将一吸有FeCl3溶液的长胶头滴管伸入NaOH溶液液面下

第四章富集在海水中的元素――氯：

①Cl2如果能与H2O反应，根据质量守恒定律，可能会产生哪些新的粒子呢？你能设计实验方案一一证明这些粒子的存在吗？

非金属及其化合物（四） 篇5

1.下列有关硝酸化学性质的叙述中，正确的是（ ）

A.浓、稀硝酸都能使蓝色石蕊试纸最终变为红色

B.硝酸能与Na2CO3反应，但不生成CO2

C.硝酸可与Na2S反应制得H2S气体

D.浓硝酸因分解放出的NO2又溶解于硝酸而呈黄色

2.汽车排放的尾气中含有NO2，NO2是城市大气污染的主要污染物之一。在日光照射下，NO2发生一系列光化学烟雾的循环反应，从而不断产生O3，加重空气污染。反应过程为①2NO2→2NO+2O；②2NO+O2→2NO2；③O+O2→O3。下列对该反应过程及产物叙述正确的是（ ）

A.NO2起催化剂作用

B.NO起催化剂作用

C.NO2只起氧化剂作用

D.O3与O2互为同分异构体

3.现有等体积混合而成的4组气体：①NO2+NO、②NO2+O2、③HCl+N2、④Cl2+SO2。现将其分别通入体积相同的试管中并立即倒立在足量水中，试管内水面上升的高度分别为h1、h2、h3、h4，则高度关系是（ ）

A.h4>h2>h3>h1 B.h4>h3>h2>h1

C.h2>h3>h1>h4 D.h3>h2>h1>h4

4.把3体积NO2气体依次通入饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、Na2O2后（假设每一步反应都充分），再用排水法收集残留气体，则收集到的气体是（ ）

A.1体积NO B.1体积NO2和[12]体积O2

C.[14]体积O2 D.[13]体积NO

元素及其化合物跟踪训练试题 篇6

(一) 金属元素及其化合物

1.某同学对Na2O2与CO2反应后所得固体进行研究, 下列实验方案中, 不能测得固体中Na2CO3质量分数的是 ()

A.取ag混合物与足量稀盐酸充分反应, 将反应后溶液加热蒸干、灼烧, 得到b g固体

B.取ag混合物与足量稀硫酸充分反应, 逸出气体用碱石灰吸收, 增重b g

C.取ag混合物与足量BaCl2溶液充分反应, 过滤、洗涤、烘干, 得到b g固体

D.取ag混合物与足量水反应, 加热, 使气体完全逸出, 冷却至室温后测得气体体积为V L (已换算成标准状况)

2.向盛有1mL 0.1mol/L MgCl2溶液的试管中滴加1mL 0.2mol/L氨水, 观察到有白色沉淀生成, 再滴加1mL 0.1mol/L FeCl3溶液, 发现白色沉淀转化为红褐色沉淀。由以上现象可以推知, 下列叙述正确的是 ()

C.上述实验说明Mg (OH) 2的Ksp小于Fe (OH) 3的Ksp

D.最后所得的溶液中离子浓度大小关系为c (NH4+) >c (Cl-) >c (Mg2+) >c (Fe3+) >c (OH-) >c (H+)

3.A是一种常见的单质, B、C为中学常见的化合物, A、B、C均含有元素X。它们有如下的转化关系 (部分产物及反应条件已略去) :

下列判断正确的是 ()

A.X元素可能为Al

B.X元素一定为非金属元素

C.反应 (1) 和 (2) 互为可逆反应

D.反应 (1) 和 (2) 不一定为氧化还原反应

4.工业上用铝土矿 (主要成分为Al2O3, 含Fe2O3杂质) 为原料冶炼铝的工艺流程如下图所示, 下列叙述正确的是 ()

A.试剂X可以是氢氧化钠溶液, 也可以是盐酸

B.反应 (1) 过滤后所得沉淀为氢氧化铁

D.图中所示转化反应都不是氧化还原反应

5.下列实验方案中, 不能测定CuO和FeO混合物中FeO质量分数的是 ()

A.取ag混合物在高温下与足量H2充分反应, 将反应后的气体通过碱石灰, 碱石灰增重c g

B.取ag混合物在高温下通入足量CO气体, 充分反应后, 冷却后称得固体质量为c g

C.取ag混合物完全溶于稀硝酸中, 加入足量铁粉, 充分反应后, 过滤、洗涤、烘干, 固体比加入的铁粉增重b g

D.取ag混合物用稀硫酸充分溶解后, 加入足量Na2O2粉末, 过滤、洗涤、烘干、灼烧, 所得固体质量为b g

6.下列转化关系中, X、Y是生活中用处广泛的两种金属单质, A、B是氧化物, A呈红棕色, C、D、E是中学常见的三种化合物。分析转化关系回答问题:

(1) 请写出反应 (1) 的化学方程式:_________。

(2) 检验D溶液中阳离子的方法是_________。

(3) 若试剂a是NaOH溶液, 写出单质X与NaOH溶液反应的离子方程式:_________。

(4) 若试剂b是H2SO4, 工业上用E、H2SO4和NaNO2为原料制备一种高效净水剂Y (OH) SO4, 已知还原产物为NO, 则该反应的化学方程式是_________。

(5) 工业上电解熔融的B制取X时, 若阳极产生的气体在标准状况下的体积为33.6m3, 则阴极产物的质量为_________kg。

7.为测定某补血剂样品[主要成分是硫酸亚铁晶体 (FeSO4·7H2O) ]中铁元素的含量, 某化学兴趣小组设计了如下两套实验方案。请按要求回答下列问题:

方案一:将FeSO4转化为Fe2O3, 测定质量变化, 操作流程如下:

(1) 操作 (2) 中H2O2的作用是_________, 除用H2O2外还可以使用的物质试举一例:_________ (写物质名称) 。

(2) 操作 (3) 中X溶液的阴离子是_________。

(3) 操作 (4) 中一系列操作依次是_________、洗涤、_________、冷却、称量。

(4) 假设实验无损耗, 则每片补血剂含铁元素的质量为_________g (用含a的代数式表示) 。

方案二:用酸性KMnO4溶液滴定, 测定铁元素的含量

(5) 滴定前要配制一定物质的量浓度的酸性KMnO4溶液250mL, 需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯外, 还需要的仪器有_________ (填仪器名称) 。

再取20g样品配制成100mL的溶液。

(6) 写出滴定反应的离子方程式:_________。

(7) 滴定时选择_________式滴定管盛放0.1000mol/L标准液, 锥形瓶中盛放20mL样品溶液, 滴定终点时锥形瓶中溶液颜色变为_________色, 振荡后半分钟溶液颜色不再变化, 此时消耗标准溶液为bmL, 则样品中铁的质量分数为_________ (用含b的代数式表示) 。

8.某中学化学课外活动小组欲探究铁在氯气中燃烧产物的成分、性质和用途, 设计了如下探究性实验:

实验一制取纯净干燥的氯气

该小组学生利用下图所示装置, 制取纯净干燥的氯气。

(1) 写出A、B中所盛放最佳化学试剂的名称:_________、_________, 画出虚线框内所需装置图并标明所需试剂的名称。

实验二确定Fe与Cl2反应的产物

某同学将一定量铁与Cl2恰好完全反应得到一固体物质X, 然后通过实验确定其成分。探究过程如下:

(2) 提出假设 (请把下列假设补充完整)

假设 (1) :该固体物质是FeCl3;假设 (2) :_________;假设 (3) :_________。

(3) 设计实验方案:取少量固体物质X于烧杯中, 加适量水溶解, 然后取两份X溶液分别进行实验, 实验现象与结论如下表, 请在表格内的横线处填空。

由此得出结论:假设_________成立 (填序号 (1) 、 (2) 或 (3) ) 。

实验三探究物质X的性质

(4) 为进一步探究物质X的性质, 他们又利用X溶液做了如下一系列实验, 其中现象、结论均正确的是_________ (填字母代号) 。

A.向氢氧化镁悬浊液中滴加X溶液, 出现红褐色沉淀, 证明Ksp[Fe (OH) 3]<Ksp[Mg (OH) 2]

B.向X溶液中加入少量铁粉, 铁粉溶解, 溶液颜色由浅绿色变成黄色

C.向沸水中滴加X的饱和溶液, 立即出现红褐色沉淀

D.将X溶液加热蒸干并灼烧, 得到Fe2O3

实验四印刷电路铜板废液回收Cu

(5) X溶液常作印刷电路铜板的腐蚀剂, 写出发生反应的离子方程式:_________。该活动小组的学生设计了两种从上述废液中回收Cu的方案:

方案1:设计如下图所示流程:

(1) 请分别写出操作Ⅰ和试剂Y的名称:_________、_________。

方案2:在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH=1, 用铜和石墨作电极进行电解, 当观察到阴极有少量气泡产生时, 停止电解, 这时要回收的Cu已全部析出。

(2) 电解时, 铜作_________ (填“阳极”或“阴极”) 。

(3) 方案2在电极上直接回收Cu, 操作上比方案1简便, 但方案2也有不足之处, 主要表现为_________。

(二) 非金属元素及其化合物

1.下列有关说法不正确的是 ()

A.太阳能电池使用的材料主要是硅

B.实验室可以用NaOH溶液处理SO2和NO2废气

C.用盐酸可以清洗长期存放过FeCl3溶液的试剂瓶

D.氯气具有很强的氧化性, 在化学反应中只能做氧化剂

2.某溶液中可能含有K+、NH4+、Ba2+、SO42-、I-、CO32-。分别取样: (1) 用pH计测试, 溶液显弱酸性; (2) 加氯水和CCl4振荡后静置, 下层呈无色。为确定该溶液的组成, 还需检验的离子是 ()

3.下列选项中, 有关实验操作、现象和结论都正确的是 ()

4.由短周期元素组成的中学常见无机物A、B、C、D、E、X存在如下图所示的转化关系 (部分生成物和反应条件略去) 。下列推断不正确的是 ()

A.若X是Na2CO3, C为直线形分子, 则A一定是氯气, 且D与E不反应

B.若A是单质, B和D的反应是OH-+HCO3-→CO32-+H2O, 则E一定能还原Fe2O3

D.若D为白色沉淀, 与A摩尔质量相等, 则X一定是铝盐

5.研究小组将硫粉放入过量NaOH溶液中加热充分反应后, 发现硫粉完全消失, 反应过程中没有任何气体生成。对产物中硫元素的存在形式, 该小组同学展开如下探究。

(1) 小组同学对产物中硫元素的存在形式提出如下假设, 请你补充假设3:

假设1:为S2-和SO32-;

假设2:为S2-和SO2-4;

假设3:为_________。

(2) 为验证假设的正确性, 其中不需要检验的离子是_________。

(3) 设计实验方案, 进行实验。请写出实验步骤以及预期现象和结论 (已知CuS不溶于盐酸, CuSO3能溶于盐酸) 。

限选试剂:3mol·L-1稀盐酸、3mol·L-1CuCl2溶液、1mol·L-1BaCl2溶液。

(4) 若取9.6g硫与足量NaOH溶液完全反应, 加热蒸干后最终得到28.2g固体, 能不能推断一定是假设1或假设2成立, 请根据计算结果说明理由:_________。

(5) 小组同学查阅资料知, S与热的NaOH溶液反应不能生成SO42-, 但实验中通常有SO42-生成。推测其原因是_________。

6.下图所示的转化关系中 (部分反应物和生成物未列出) , 甲、乙为气体单质, 其余为化合物, 其中A、B、C、D、E和甲六种物质均含有同种元素R, B是R元素的气态氢化物, B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝, D为红棕色气体。已知反应 (1) 为分解反应, 反应 (3) 为化合反应。

请回答下列问题:

(1) 化合物A属于_________化合物 (填“共价”或“离子”) ;B分子的空间构型为_________;甲与乙分子中σ键个数比为_________。

(2) 将分别蘸有B和E的浓溶液的玻璃棒靠近, 可观察到的现象是_________, 反应的化学方程式为_________。

(3) 写出反应 (1) 的化学方程式:_________。

(4) 写出B的一种用途:_________。

(5) 标准状况下, 在容积相同的三个烧瓶内, 分别充满B和D气体, 然后分别做喷泉实验, 实验结束后, 烧瓶内两种溶液的物质的量浓度之比为_________。

参考答案:

(2) 取少量D溶液于试管中, 滴加几滴KSCN溶液, 若溶液变红色, 则证明有Fe3+

解析:氧化物A呈红棕色, 则A为Fe2O3, 显然反应 (1) 为铝热反应, 生成的单质Y为Fe, B为Al2O3。Fe2O3与Fe均可以与试剂b反应, 显然b为酸, 则D中的阳离子为Fe3+。

7. (1) 将Fe2+氧化为Fe3+氯水 (其他合理的氧化剂均可)

(3) 过滤灼烧

(5) 胶头滴管250mL容量瓶

(7) 酸紫0.7b%

解析: (1) 欲将FeSO4转化为Fe2O3, 需将Fe2+氧化成Fe3+, 可加入氧化剂。 (2) 由Fe3+生成Fe (OH) 3沉淀, 需加入碱液。 (4) agFe2O3中的Fe元素由10片补血剂而来, 从而可求出每片补血剂中Fe元素的质量。 (7) 酸性KMnO4溶液腐蚀橡胶, 应用酸式滴定管盛装;根据消耗KMnO4的量, 由5Fe2+~MnO4-列式求出Fe的质量分数。

(2) 该固体物质是FeCl2该固体物质是FeCl2和FeCl3的混合物 (顺序可颠倒)

(3) (1) 溶液变成血红色 (2) 固体物质中不含FeCl2

假设 (1) 成立

(1) 过滤盐酸 (或稀硫酸) (2) 阴极 (3) 阳极产生污染性气体Cl2;使用了电解装置, 成本较高 (其他合理答案均可)

解析: (1) MnO2与浓盐酸在加热条件下制得的Cl2中混有HCl、H2O (g) , 若制取纯净干燥的氯气, 应先用饱和NaCl溶液除去HCl, 再用浓硫酸除去H2O (g) 。Cl2有毒, 应进行尾气处理, 可选用NaOH溶液吸收多余的Cl2。

(3) 溶液中含有Fe3+, 滴加KSCN溶液后, 溶液变成血红色;酸性KMnO4溶液具有强氧化性, FeCl2具有较强的还原性, 若X溶液中含有Fe2+, KMnO4溶液的紫色褪去。

(3) 步骤2:向试管A中滴加少量1mol·L-1BaCl2溶液

结论:若产生白色沉淀, 则产物中含SO42-;若无白色沉淀生成, 则不含SO42-

步骤3:向试管B中滴加足量3mol·L-1稀盐酸

结论:若沉淀部分溶解, 则产物中含SO32-;若沉淀不溶解, 则产物中不含SO32-

(4) 不能, 根据计算, 无论是假设1还是假设2所生成的固体都是28.2g

(5) 空气中的氧气将SO32-氧化为SO42-

6. (1) 离子三角锥形2∶1

(4) 制化肥 (或作制冷剂、制纯碱的原料等)

元素及其化合物的复习策略 篇7

一、注重“建构主义”的应用, 科学整合教材

“建构主义”的核心就是打乱原有知识编写体系, 依据学生的实际情况构建适合学情的新知识体系。

元素化合物的复习就不能对课本内容简单重复, 而要从更高角度对各章节考点进行分析、比较、归纳、整理, 从而形成一个完整、清晰的知识体系。我们要从课本出发, 善于构建知识体系, 彼此融会贯通, 注意查漏补缺, 不求“深挖洞”而重在“广积粮”, 知识面要宽, 着眼点要高, 涉猎广泛, 兼收并蓄, 深挖教材, 使零散知识系统化。

如铜、锌元素在高考中常出现, 而教材中没有专门章节进行介绍, 我们可以从初、高中各册教科书中把有关铜、锌的知识提炼出来, 将其整理成关于它们单质和化合物的知识体系。

1. 应用哲学中“普遍联系的观点”组织元素化合知识网络

学生感到难学化学, 反应最多的是知识点散, 尤其是元素化合物知识要靠死记硬背, 其实它们之间存在着必然联系。因此, 学习元素化合物要找出它们之间的逻辑关系进行归类、整合, 使孤立、零散知识形成一个系统化、结构化的知识网络。这样处理材料有利于学生一目了然, 有利于学生形成知识网络, 有利于减轻学生记忆负担, 提高学习效率。

元素化合物知识间逻辑关系主要有三种关系: (1) 内外因关系。元素化合物间内因关系主要是物质结构决定性质、性质决定存在、制法、用途以及保存方法、性质反映结构等; (2) 类属关系。同一元素在单质及化合物中不仅有化合价高低顺序, 同价态原子也有物质种属类别不同。如:Fe—FeO;Fe2O3;Fe3O4——Fe (OH) 2;Fe (OH) 3——FeCL2;FeCL3; (3) 价态关系:化合价高低顺序:如CH4—C—CO—CO2—H2CO3组织元素化合物时, 逻辑关系要因地制宜、因时而化, 但必须关系清楚、层次分明, 以保证知识头脑中有序储存, 使用时顺利、快速提取。

2. 选择恰当结合点, 建立起不同板块间联系与综合。

现在高考, 化学以理科综合形式进行考查。《考纲》一再指出, 所谓综合主要是学科内综合。因此, 元素化合物复习时不要就一点讲一点, 就一节讲一节, 要多与前后知识联系, 以某一点为线索发展去学习。

学习次氯酸漂白性时, 把能用于漂白的物质SO2、Na2O2、H2O2、活性炭、浓硝酸联系起来;学到硫酸时, 要把硫酸在无机、有机中用途结合起来;学到ALCL3与不同量NaOH反应产物不同时, 把氨气通入AgNO3溶液、CO2通入Ca (OH) 2溶液、H2S与O2反应一系列问题归到一块来学习, 同时还要加强元素化合知识与氧化还原理论、化学平衡理论、电离平衡理论、化学计算、有机化学相联系, 建立起不同知识块间的综合与联系。

3. 用化学实验探究元素化合知识

化学是以实验为基础的科学, 我们复习元素化合物知识时, 要打乱章节, 把元素化合物性质高层设计成一系列实验去复习。

近年来高考化学实验题均取材于教材, 强调了学生的动手能力。所以, 复习元素化合知识时, 教师尽可能利用好本校各种资源, 多设计实验, 对于一些操作简便、现象明显、安全可靠实验, 要尽可能让学生自己动手完成, 使学生在感官上受到巨大冲击, 收获成功的喜悦, 激发学生对化学学习的兴趣, 以加深学生对元素化合物知识记忆和理解, 培养学生“假设——实验验证——分析、归纳——总结、反思”的学科素养。

二、采取科学方法, 促进学生自主学习

1. 采取学案引导方式, 发掘学生学习的主观能动性

近几年, 笔者到洋思中学、杜郎。中学学习, 给笔者的启示很大。衡量教学效果, 不是看教师输出多少知识量, 而是看学生收获了多少。就以元素化合物知识的学习为例, 元素化合物体系庞大, 知识点多且分散, 单靠课堂有限时间难以保证细致、全面的复习。教师在课堂上再能讲, 输出量也是有限的, 学生若不亲自动手疏理主干知识、整理要点, 很难形成自己的知识, 到考试时, 在有限时间内就不能随心所欲提取知识。可见, 没有学生的高效参与, 复习效果难以保证, 考试成绩也不会好。

针对上述情况, 采取学案先导复习模式就显得迫在眉睫。将每章知识点设计成问题、图表、反思、填空形式作为作业提前印发布置下去, 学生依据课本利用课余时间, 可自行整理回顾内容, 教师可通过收查作业、课堂提问、课堂测试等手段检查落实情况。这种模式打破了以教师为中心的“讲解——训练”模式, 体现了以学生为主体, 教师为主导的课改理念, 激发了学生自主学习的热情, 提高了复习效率。

2. 狠抓典型例题的拓展, 强化能力训练。

在备考复习中, 教师要精心选择、设计例题, 强化知识规律应用, 对例题选择要做到“五要”。一是选题要精;二是设计问题要有梯度;三是要有针对性;四是要有发散性;五是一点一题, 一题多变。

高考题中无机框图题是对元素化合物知识考查的典型题目。我们要选择近三年高考题中无机框图题进行化学知识与能力整合以及审题指导, 从不同侧面、不同层次设计同类型变形题, 适度拓展, 点面结合对学生审题、解题进行规范阶级训练。

比较法学习金属及其化合物 篇8

一、金属单质

1. 钠、镁、铝的比较(见表1)

2. 铁与铜的比较(见表2)

注意:(1)金属与氧气反应生成的氧化物一般为普通氧化物(如Li2O、MgO、Al2O3等),有些金属与氧气反应还可能生成过氧化物(如Na2O2)、超氧化物(如KO2).

条件不同,有些金属与氧气反应的产物也不同,如钠在常温下与点燃条件下生成的氧化物分别为Na2O、Na2O2,铁与氧气在不同条件下可以生成FeO、Fe3O4等.

(2)金属与卤素反应一般生成高价态的金属卤化物,但碘与铁反应生成低价态的FeI2,金属与硫反应一般生成低价态的金属硫化物.

(3) K、Ca、Na等活泼金属与冷水剧烈反应,生成碱和H2,故这些金属投入碱、盐等溶液中,实际上是金属先与水反应,生成的物质再与溶质发生反应,因此这些金属不能在溶液置换其它金属.如将钠投入硫酸铜溶液中,可以理解为:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,

(4)金属与酸反应时,金属越活泼,反应越剧烈.当酸为强酸时,其反应的通式为:R+xH+=Rx++H2↑(式中R代表金属元素,x代表金属元素在生成物中的化合价),由此可知,当酸足量时,金属与H2的关系为:1 mol R～molH2,利用这一关系可以快速解题.

大多数金属(除铂、金)与氧化性酸(如硝酸、浓硫酸)之间也能发生反应,但一般情况下不生成H2.铁、铝在常温下遇浓硫酸、浓硝酸会在表面形成一层致密的氧化膜而发生钝化,故可用铁制或铝制容器来盛装浓硫酸、浓硝酸.

(5)等量的铝分别与非氧化性酸和NaOH溶液反应,生成同条件下的氢气的量相等.

(6)通常根据金属的活泼性来选择制备的方法.金属活动性顺序表中:K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属一般采用电解法制备,Zn～Cu等金属一般采用热还原法(还原剂为C、CO、H2、Al)制备,Hg、Ag采用热分解法制备.

二、金属氧化物

1. Na2O与Na2O2的比较(见表3)

注意:(1) Na2O2可拆成Na2O·O,则它在与水、酸、CO2等反应时,可以理解为Na2O与这些物质反应,“过”的氧释放出来,形成氧气.

(2) Na2O2与水反应放热,可以使棉花着火.

(3) Na2O2与H2O和CO2混合物的反应中,存在着三个规律:

①反应的先后规律.一定量的Na2O2与一定量的H2O(g)和CO2混合物的反应,若Na2 O2先与H2O(g)反应,则有:2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑,而后发生反应:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,故可视作Na2O2先与CO2反应,待CO2反应完全后,Na2O2再与H2O(g)发生反应.

②气体体积规律.若CO2与H2O(g)的混合气体通过足量的Na2O2固体,生成氧气的体积或气体的减少量都为原混合气体的一半.

③质量增加规律.根据反应方程式可知,Na2O2固体与CO2和H2O(g)的反应,相当于Na2O2只吸收了CO2中的“CO”和H2O中的“H2”,故:

Ⅰ.固体的增加量△m=28 g·mol-1·n(CO2)+2 g·mol-1·n(H2O).

Ⅱ.CO、H2以及可以写成(CO)n·(H2)m的物质的燃烧产物通入足量的Na2O2固体完全反应后,固体质量的增加量等于原物质的质量.

2. MgO与Al2O3的比较(见表4)

注意:Al2O3既能与酸反应,又能与碱反应生成盐和水,是两性氧化物.这里的酸、碱一般指强酸、强碱,即Al2 O3不溶于弱酸(H2CO3等)和弱碱(NH3·H2O).

3. 铁的氧化物的比较(见表5)

注意:(1)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,Fe2O3可用于工业制取铁,也可以用作颜料.

(2)铁表面的致密的氧化膜是Fe3O4,它可以表示为FeO·Fe2O3.

三、金属氢氧化物

1. Mg(OH)2与Al(OH)3的比较(见表6)

注意:氢氧化铝还有其它制备方法:

(1)铝盐与强碱反应:这种方法应特别注意严格控制加入碱的用量,因为强碱过量会使制得的Al(OH)3溶解:Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.所以,一般不采用这种方法制备Al(OH)3.

(2)偏铝酸盐与强酸反应:这种方法会因强酸的量控制不当使制得的Al(OH)3溶解:Al(OH)3+3H+=A13++3H2O.所以,一般不采用这种方法制备Al(OH)3.

(3)偏铝酸盐与碳酸反应:因为Al(OH)3不溶于碳酸,故实验室常用这种方法制备

(4)偏铝酸盐与铝盐反应制备:

2. 铁的氢氧化物的比较(见表7)

注意:按一般方法操作很难得到Fe(OH)2沉淀.要制得Fe(OH)2沉淀必须注意以下四点:①赶尽空气,最好在惰性或还原性气氛下反应(如N2、H2等);②隔绝空气,用苯或汽油覆盖在液面上;③采用新制备的亚铁盐溶液,溶解亚铁盐时要先将蒸馏水煮沸除去氧气;④向亚铁盐溶液中滴加碱溶液时,将胶头滴管的尖嘴插入亚铁盐溶液中再慢慢挤出碱液,以防止带入氧气.

四、盐

1. Na2 CO3与NaHCO3的比较(见表8)

注意:NaHCO3与Na2 CO3的性质差别在于前者的“氢”.

①NaHCO3能电离出“H”,故其碱性比同浓度的Na2CO3弱.

②NaHCO3中存在着未反应完全的“H”,故其还可以继续与OH-反应.

我们还可以将NaHCO3拆成Na2CO3·H2CO3进行理解.如:

③因为结构中存在着“H2CO3”,故其不会与比H2CO3弱的酸(包括碳酸)发生反应.

④因为结构中存在着“H2CO3”,故其不稳定,容易发生分解,生成CO2和水.

⑤由于CaCO3能溶于H2CO3,因此即使NaHCO3中的Na2 CO3能与CaCl2中的Ca2+结合成CaCO3,它也会溶解于H2CO3,这也就容易理解NaHCO3与CaCl2不反应的原因了.

2. Fe2+与Fe3+的比较(见表9)

五、图象比较(见表10)

金属元素及其化合物 篇9

随着纳米材料的深入研究, 人们认识到纳米材料的性质与形貌、尺寸和结构有着非常紧密的联系, 控制纳米材料的形貌和结构可以得到性能优良的纳米材料, 所以合成高纯度、大小和形貌可控的纳米材料是研究先进材料和高性能材料的重要方向。

纳米金属及金属化合物作为纳米材料的一个组成部分, 在光学、电磁、催化、信息存储和化学传感等领域有着广泛的用途和应用前景, 因而引起了研究者的广泛兴趣。三维花状结构的纳米材料具有高表面积、高反应活性等优于其他形状的纳米金属和纳米金属化合物材料的性质, 如花状结构Cu2S具有很高的光催化活性[1]、CuO纳米花薄膜具有超疏水性[2]、CuO/Ni花状结构薄膜[3]应用于电极提高了电极的电化学活性。此外, 一些纳米金属粒子在实际应用中会有严重的团聚和粒子架桥现象, 从而限制了其纳米效应和比表面积大的优势的发挥, 而控制合成花状结构后可以避免这些团聚现象并依然具有纳米颗粒的纳米效应结构稳定性好的优势。

1 制备方法

花状纳米金属及金属化合物的合成方法按照前驱物的状态, 可以分为液相法、气相法、固相法3大类, 其中液相法又包括水热法、溶剂热法、化学液相沉积法、电沉积法等, 气相法主要指化学气相沉积法, 固相法包括直接氧化法、热解法等。

1.1 液相法

1.1.1 水热法

水热合成法操作简单, 成本低廉, 创造高温高压环境能使晶体在非受限的条件下充分生长, 晶体形貌、尺寸可控, 结晶完好, 可以通过调节反应温度、压力、溶液成分和pH值等来达到有效控制反应和晶体的生长, 通常分为模板辅助法和无模板辅助法。有模板辅助法的优点是形貌易于控制, 但除去模板较复杂。无模板辅助法可以省去去除模板这一复杂步骤。Wei等[4]将钼酸铵、连二硫酸钠以及硫代乙酰胺混合液保持在180℃下, 通过控制陈化时间得到花状形貌的MoS2纳米晶体, 其大小为100nm～1μm。纳米花是由花瓣自组装构成的, 这些纳米花瓣的边缘宽且薄, 而且具有很高的稳定性, 在长时间的超声下不破坏结构。Zhang等[5]用Co (NO3) 2 和CO (NH2) 2作为前驱体溶液在 90℃下反应10h, 将得到的沉淀在300℃下热处理3h得到直径为500～1000 nm的具有多孔结构、高表面积的花状纳米结构的Co3O4。Guo等[6]将洁净的Si基板浸入到钼酸溶液中, 在微波辅助下保持90℃2h, MoO3在Si基板上沉积, 反应完全后在350℃下煅烧5h得到花状结构的MoO3纳米花, 发现在软模板表面活性剂辅助作用下形貌便于控制生长。Azam等[7]在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 和十二烷基硫酸钠 (SDS) 辅助下在水热条件下合成花状结构的SnO2, 通过控制这两种阳离子和阴离子表面活性的比例得到控制形貌的目的, 当同时使用两种表面活性剂CTAB和SDS并且物质的量比为1.0∶1.0时才得到花状结构SnO2。 杨永强等[8]以[Zn (OH) 4]2- 为前驱体在低温45℃水浴加热1h条件下合成了形态规整的多瓣花状ZnO 纳米结构。

1.1.2 溶剂热

溶剂热法是将有机溶剂或非水溶媒作为溶剂, 在较低温度下实现多种纳米材料的制备方法。通过对溶剂和络合物的选择, 控制所生成的纳米材料的尺寸和形貌, 成功地获得花状形貌。孙燕丽等[9]将钼酸钠 (Na2MoO4·2H2O) 溶解在乙醇-水溶液中, 以盐酸羟胺 (NH2OH·HCl) 作为还原剂, 硫脲[CS (NH2) 2]为硫源, 将所得的产物于50℃真空干燥6h后在氮气保护下于500℃煅烧5h, 得到纳米花状结构的MoS2。纳米花是由成百个花瓣自组装构成的, 平均花径为200～300nm。边缘厚度约10nm 的薄片花瓣从一个中心向各个方向放射性生长, 具有特殊的花状结构和较大的比表面积。Hu等[10]以环己醇为溶剂, W18O49纳米线为模板, 改变FeCl3和WCl6混合液中二者的比例得到FeWO4铁钨矿纳米花, 在反应过程中通过增加FeCl3的浓度使产物向三维花状结构转化, 当Fe浓度在溶液中的计量数与FeWO4相同时, 由初始形成的钨铁矿晶体引发纳米片的成核和竞争自组装形成花状结构。Qiying Liu等[11]以Ru为异相成核剂、十六铵为结构导向剂, 在多元醇溶液中合成由纳米棒组成的分层Co纳米花。在初级阶段产生的固体醇钴调节Co纳米花的生长速率, 然后以分层生长模式生长;先形成晶核, 再以各向异性的方式生长成小麦条纹进一步生长成纳米花;通过改变十六铵的浓度来调节纳米花和花瓣的大小, 得到清晰可见的约为500nm的纳米花结构, 其由长度为500nm、直径为50nm的花瓣构成。

1.1.3 化学液相沉积法

化学液相沉积法是在溶液中通过氧化、还原、水解、重结晶或者选择适合的模板作为晶核集合位点沉积过程, 得到纯的、独立花状结构的纳米材料。邹光龙[12]以金属镁为前驱体, 用生物分子氨基乙酸辅助化学液相沉积方法在室温下合成了具有复杂三维花状的纳米结构的氢氧化镁, 纳米花状形貌的氢氧化镁是由超薄的纳米壁构成。Peng Lu[13]采用化学液相沉积法在功能性烷基硫醇自组装单分子膜上合成了ZnS纳米花。在自组装单分子膜-COOH端上有两种结晶方式, 500nm左右的纳米花以离子连接离子的形式生长, 而约为2μm的花状晶体是以团簇连接团簇沉积。Zn2+先与端位羧基形成微弱的络合物, 这些络合物作为ZnS以离子连离子形式生长成核位点。而在端基-CH3和-OH上是以团簇连团簇形式生长, 导致沉积了2μm花状晶体吸附在表面。在自组装单分子膜的-OH和-CH3上, 只有大的花状晶体形成。这些并没有很紧密地吸附在自组装单分子膜表面上, 可以轻易地移除。结果表明, 在适当的实验条件下, ZnS选择性地沉积在自组装单分子膜的-COOH上形成纳米级的花床。Yong-Jin Kim等[14]在掺氟氧化锡导电玻璃衬底上沉积得到ZnO纳米花。ZnO纳米花阵列由许多带有锐利的尖端的纳米针构成, 选择性地生长在导电玻璃衬底上。ZnO纳米花的形貌和位置通过编写聚甲基丙烯酸甲酯亚微粒子模式电子束光刻技术控制, 而在没有这种技术辅助下得到的是直立纳米针任意高密度地排列在衬底上。

1.1.4 电沉积法

Lei Qian等[15]在树枝状大分子聚酰胺改性的表面通过电沉积法合成新型Au-Pt双金属纳米花结构。这些稳定的树枝状聚酰胺 (PAMAM) 在电沉积过程中辅助合成Au-Pt双金属纳米花。双金属纳米花包括两个部分——明亮的部分和苍白的部分, 这两部分由许多小的双金属纳米粒子构成, 明亮部分包括更多的双金属纳米粒子。双金属纳米花的形貌受电沉积时间、电势和组装树枝状结构层数的影响。分析显示, 纳米花中Au的成分比Pt的成分高, 且具有特殊的电化学和电催化性能。Hao Zhang等[16]利用碳纳米管阵列 (CNTA) 具有规则的孔结构和大的孔径、能与前驱体溶液充分接触而通过电沉积在表面得到蒲公英状纳米花结构的氧化锰, 其由许多长度和厚度分别大约为50nm和3nm的滑板状的纳米片从同一中心核生长出来。Bai等[17]用恒电位沉积技术在KCl、ZnCl2和H2O2混合液中、多壁碳纳米管 (MWNTs) 膜上沉积得到直径约为350nm的ZnO纳米花。

1.2 气相法

气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体, 使之在气态下发生化学或物理反应, 最后冷却沉积在衬底上凝聚形成纳米微粒组装成花状形貌。方晓生等[18]以金属镁粉作为原材料, 硅片作为衬底, 以液-固 (VL) 生长机理在硅衬底上沉积了规则分布的新奇的氧化镁纳米花结构。该纳米花由直径大约为80nm、长度达到几微米的纤维组成。Ning Zhang等[19]以化学气相沉积法在SiC衬底上合成了由纳米片层叠形成的玫瑰花状ZnO。由于在不同区域Zn蒸气的浓度不同, 造成在衬底不同区域上沉积得到微盘状、毛毛虫状、纳米片状等不同形貌的ZnO。Xuelian Yu等[20]以气相沉积法通过控制反应物的蒸气压在硅衬底上沉积了形状优美的Bi2S3纳米花, 纳米花的大小约为1μm并且由许多表面光滑的花瓣构成, 具有很好的结晶度, 而且晶格缺陷也比普通纳米棒的低;研究了生长温度、加热速率、气流速度和反应物浓度对Bi2S3纳米花形成的影响。Santanu Karan等[21]在室温、超真空下 (～133.322×10-6Pa) 用蒸汽沉积法合成了不同金属酞箐 (如铜、镍、锡、镁和锌) 的纳米花, 介绍了在镀金石英衬底上衬底条件对酞箐分子组织的影响, 认为纳米结构的粒子尺寸和形貌主要受模板金的性质控制。初始阶段是在金的表面上酞箐分子成核, 然后通过自组装生长成花状结构, 整个过程比较符合V-S生长机理。

1.3 固相法

1.3.1 直接氧化法

直接氧化法制备纳米花是通过强氧化剂直接氧化金属而在金属表面得到花状结构。Wu等[22]用直接氧化法在含有乌洛托品 (HMT) 和硝酸的过氧化氢溶液中80℃反应72h得到顶层为金红石纳米花、底层为锐钛矿层的双重结构的氧化钛薄膜, 在反应60h前, 多孔无水氧化钛层沉积在金属钛衬底上, 反应时间延长至70h后顶层沉积得到金红石纳米花;在60～72h之间, 微小的金红石纳米棒从溶液中沉积出来, 排列成束状最后以定向连接机理形成大的纳米棒, 在结构导向剂氨水和硝酸根离子的作用下这些大的纳米棒自组装形成花状形貌。Song等[23]将铜箔浸入到NaOH和 (NH4) 2S2O8的混合溶液中, 在100℃下保持12h, 在铜箔表面得到高密度的花状形貌的CuO纳米晶体, CuO花是由许多长度为100～500nm、厚度约为50nm的薄单晶花瓣构成。钱柏太等[2]把铜表面在 K2S2O8 和KOH的水溶液中60℃氧化反应30min, 然后于空气中180℃加热2h, 在表面上均匀地生长了一层“纳米花”, 其数密度约为105朵/mm2。每朵纳米花由数十个“纳米花瓣”自组装而成, 花瓣间有大量的孔隙, 大多数花瓣趋向于垂直基体表面, 只有最外层边缘部分的花瓣较倾斜, 趋向于中心, 形成花朵状结构, 这些花瓣是长度约为2μm、宽度约为120nm、厚度约为12nm的纳米片。

1.3.2 热解法

Xia等[24]在无催化剂存在下, 室温下通过热解醋酸锌迅速在Si衬底上合成得到新型ZnO花状结构。反应在一端开口的卧式石英管炉中进行, 以商业纯度为99.999%的Zn- (CH3COO) 2·2H2O粉末作为原料, 并放置在石英管的封口端, 石英管的另外一端开口通向空气, 洁净的硅薄片作为产物收集板放置在反应物上方, 当石英管式炉的温度达到700℃时, 把小石英管迅速插入到管式炉中, 保持15min后, 石英管从炉子中拿出在室温下自然冷却, 在Si衬底上得到由细尖端结构的多层花瓣构成的清晰可见的花状形貌的ZnO。

2 花状结构的形成机理

金属及金属化合物纳米花的形成是一个相当复杂的过程, 受到晶体形成速率、生长速率、空间位阻、磁性相互作用、静电力以及其他动力学因素的影响。不同的金属及金属化合物纳米花的形成受不同因素的影响, 在制备花状形貌的金属及金属化合物的过程中就有不同的机理来解释其形成过程。李浩等[25]在考察络合剂与表面活性剂对钴纳米花制备的影响时提出, 络合剂EDTA与金属离子形成稳定的络合物降低了金属离子的浓度, 减缓了还原反应的速率;同时络合剂也作为形貌导向剂被选择性地吸附在晶体不同晶面上造成空间位阻, 在空间位阻、钴的板状微晶之间磁力的共同作用下, 使金属沿中心发散生长, 最终形成花状结构。韦斐等[26]在研究花状纳米NiO 形成机理时讨论了两种常见的机制:一是纳米晶体本身性质边缘带有不同的电性, 在金属原子富集的地方呈现正电性而另外一端呈现负电性, 为了降低整个体系的能量, 二维的纳米棒或者纳米片等最终自组装成花状结构;二是在前驱体溶液中的成核阶段, 纳米粒子开始形成时就是花状形貌, 在反应中随着前驱体溶液中的粒子不断地释放, 纳米花不断地生长, 直到一定的体积;他们通过实验证实该NiO纳米花的形成是以第二种机制形成的。杨永强等[8]合成ZnO纳米花也是按上述的第二种机制, 并且结合ZnO是极性晶体等因素阐明了ZnO晶体沿[001]面生长最终导致花瓣晶体的长大, 形成花状结构。

3 电磁性能的研究及应用

由于花状结构的纳米晶体金属或者金属化合物的结构复杂性和特殊的形貌及表面使其具有许多特殊的性质, 在催化、传感、电化学等领域都体现出巨大的应用前景, 特别是其电磁性能在电池、储能、场发射以及电化学传感器等方面都有非常重要的应用。

3.1 电池方面的应用研究

3.1.1 锂离子电池

金属化合物纳米花可应用于锂离子电池, 如Xiang等[3]合成花状结构CuO, 并将其作为锂离子电池的阳极材料, 由于花状结构中构成纳米花瓣的纳米片提供较大的表面积供插入锂离子, 使其具有高稳定性和可逆电容, 而进一步在CuO表面沉积Ni形成花状CuO/Ni混合膜后, 因为Ni既是导体又是氧化锂分解的催化剂, 大大减弱了极化作用, 提高了电极的库仑效率, 使混合膜具有更好的循环稳定性、更高的初始库仑效率和电容稳定性。Ning等[27]合成了SnO2纳米花, 并将其作为锂离子可充电电池的阳极材料, 在充放电测试过程中发现, 其最大充电电容可以达1350mAh/g然后衰减至900mAh/g左右, 最高的放电容量约为800mAh/g, 与理论值875mAh/g非常接近。

Zeng等[28]合成了多孔花状纳米结构α-Fe2O3, 并将其应用于锂离子电池研究, 同样是由于具有高表面积和多孔结构所以具有更多的吸附和容纳锂离子的空间, 使花状结构α-Fe2O3用于锂离子电池多次充放电后仍然具有很高的容量, 即有很高的循环性质。

3.1.2 燃料电池

花状结构纳米金属具有高电催化活性, 可应用于燃料电池的催化体系, 如Lei Qian等[15]合成的双金属Au-Pt纳米花用于修饰电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线与裸金电极和铂电极非常类似, 在40圈扫描之后峰电流也没有明显改变说明具有相当高的稳定性。与双金属纳米粒子相比, 花状结构的表面比较粗糙而且具有较高的表面积, 使双金属纳米花具有更高的氧还原活性。这种形貌可控合成简单的双金属纳米花在电极材料、燃料电池、催化以及化学传感器方面具有很高的应用价值。Zhen Yin等[29]合成了新型多孔结构的Pd纳米花, 并在三电极体系中用循环伏安法和计时安培法测试其电化学活性和稳定性, 结果显示新型多孔Pd纳米花具有比单分散Pd纳米粒子高60%的活性, 在碱性溶液中对甲醇的氧化具有更高的稳定性, 所以Pd纳米花是直接甲醇燃料电池的良好催化剂。

3.2 能量存储及场发射

利用金属或者金属化合物的花状结构和本身的性质在能量存储、场发射方面的研究应用, Zhang等[16]在碳纳米管阵列 (CNTA) 上沉积得到花状结构氧化锰, 其由于具有分层多孔结构, 具有许多优良性质如高电容、循环寿命长, 这种纳米花与CNTA混合体可用于电极测试电化学性能, 具有高电容和良好的离子响应性质。此混合电极的充放电测试显示在20000圈的循环之后容量损失只有3%, 说明具有非常高的电化学稳定性。由于纳米花直接在纳米结构的集电器即CNTA上生长, 具有电子传导路径, 这种高效的电荷传导增强了电导率, 所以这种材料可以用于研制能量存储材料。Wei等[6]合成的MoO3纳米花具有相对低的场发射开启电压和高稳定发射电流, 发射电流超过3h时波动幅小于10%。形成这些特性的原因是纳米花是由纳米带构成的, 电子更易于从边缘和面中发射出来, 而且与纳米带杂乱的散布在基板上相比, 构成纳米花的纳米带具有很高的纵横比。对于场发射材料, 开启电压是非常重要的参数, 开启电压的值越低场发射材料越好, 所以MoO3纳米花是场发射良好的应用材料。

3.3 电化学传感器

花状结构表面积大, 缺陷密度高, 活性点多, 使其在电化学传感器方面的研究甚为广泛, 这也是其电化学性能的另一个重要的应用领域。Azam[7]合成的花状结构SnO2可用于CO和乙醇的气体传感器, 基于纳米花状SnO2的传感器在探测CO和乙醇气体时显示出非常高的响应;275℃时在自动化的传感系统中基于SnO2纳米花的传感器对CO和乙醇的传感反应最灵敏, 响应值分别是1217和4070, 并且在 (50～1000) ×10-6范围内, 随着CO浓度的增加, 响应值不断增加。Song等[23]合成的CuO花状纳米结构作为活性电极用于无酶安培型H2O2传感器, 由于其花状的形貌具有高表面积和高电子迁移速率, 将其作为电极材料制备的H2O2传感器有很高的灵敏度和宽的线性响应范围、低的检出限等良好性质, 所以是研制用于食品工业、临床和环境分析等领域的H2O2浓度的安全可靠和微型传感器设备的良好材料。Bai等[17]在多壁碳纳米管上电沉积得到ZnO纳米花, 用于修饰玻碳电极制备传感器, 具有优良性能, 电极在-0.11V下对过氧化氢的线性响应范围为9.9×10-7～2.9×10-3mol/L, 相关系数为0.991, 响应时间小于5s。制得的生物传感器具有快速响应、宽线性响应范围以及良好的稳定性。

3.4 磁性能研究

Zeng等[28]除了研究多孔花状纳米结构α-Fe2O3在锂离子方面的应用外, 还对其磁性能进行了研究, 发现花状结构α-Fe2O3除继承了纳米管和纳米带的磁性质外, 在5K时的残余磁化和矫顽力比300K时大了许多, 而且两种情况都未达到饱和磁化, 可能原因是花状结构表面多孔结构自旋无序, 在相对低的温度下, 粒子交换占主导地位, 表面自旋变得有序, 使得相应的磁化增加。Hao Li 等[30]对合成的由纳米片构成的花状Co微晶的磁性能测试发现, 花状Co微晶的矫顽力高达407.3Oe, 比块状Co金属高出许多, 此性能可以用于高密度的磁记录材料和永久性磁体。

4 结束语

金属元素及其化合物 篇10

A. 玻璃和水泥都属于无机硅酸盐材料，其生产过程都需要使用石灰石

B. 钢铁里的铁和碳在潮湿的空气中因构成原电池而易发生电化学腐蚀

C. 晶体硅是重要的半导体材料，二氧化硅是制造光纤的主要材料

D. 居室装修材料如化纤地毯、三合板、花岗岩等均会释放出污染空气的甲醛气体

2. 将SO2气体通入BaCl2溶液至饱和，无沉淀生成，再通入另一种气体有沉淀生成，则第二次通入的气体可能是下列气体中的（ ）

①NO2 ②CO2 ③Cl2 ④HCl ⑤NH3 ⑥H2S

A. ①②③⑤ B. ①④⑤⑥

C. ①③⑤⑥ D. ②③⑤⑥

3. 下列关系图中，A是一种正盐，B是气态氢化物，C是单质，F是强酸。当X无论是强酸还是强碱时，都有如下转化关系（其他反应产物及反应所需条件均已略去）；当X是强碱时，过量的B跟Cl2反应除生成C外，另一产物是盐酸盐。下列说法中不正确的是（ ）

A. 当X是强酸时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F可能是H2SO4

B. 当X是强碱时，A、B、C、D、E、F中均含同一种元素，F是HNO3

C. B和Cl2的反应是氧化还原反应

非金属及其化合物复习全攻略 篇11

中学化学如果离开 (非金属) 元素化合物, 基本概念和基本原理就会“黯然失色”, 化学基本计算更是失去了物质间内在的可依据的定量“光彩”, 化学实验也将“荡然无存”。 (非金属) 元素及其化合物的重要性可见一斑!

一、考情分析

1.《高中化学课程标准》明确指出, 涉及元素化合物知识的“试题并不完全测试教学内容的掌握程度, 其测试重点集中在能够将这些内容应用到广泛的情景中去的能力上。”因此, 非金属元素及其化合物的复习不在于详尽、系统地掌握知识, 而在于能否“通过对实验现象、实物、模型、图形、图表以及自然界、生产和生活中的化学现象的观察, 获取有关的感性知识和印象, 并对这些感性知识进行初步加工和记忆的能力。”

2.《考试说明》中规定:①了解常见非金属元素单质 (如H、C、N、O、Si、S、Cl等, 下同) 及其重要化合物的主要性质和应用。②了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。③知识的综合应用。

3.分析2011年全国各地的高考化学试题, 可以看到:①试题一般都以元素化合物知识为载体, 很少有不涉及元素化合物组成、结构、性质、变化与制备等知识的试题, 但单纯考查元素化合物知识的记忆与简单应用的试题有所减少。②II卷中一般都摒弃了以物质 (元素) 推断、填空、实验等为主要形式的试题, 采用了以实际情境为依托、以元素化合物知识为载体, 融元素化合物知识、化学理论、化学实验、化学计算、有机化学知识等于一体的综合考查方式。③以对工业生产、材料科学等生产生活中的热点物质的研究为载体, 考查结合非金属元素及其化合物的化学实验方法。融实验技能、设计技能、探究方法、分析归纳、信息采集整理等为一体;或设计成开放性探究实验, 通过改变条件、改变装置、改变结论等方式进行考查。

4.预计2012年将会进一步注重非金属元素及其化合物之间知识的整体性和探究性, 强化与生活、生产、社会实际问题的联系。特别关注:氮元素及其化合物!

二、题型预测

新高考试题有明显特点:新——情景设计新;宽——分析问题和解决问题的方法和过程宽;活——设问方式、呈现形式活;高——思维能力要求高。

然而, 不管试题如何变化, 2012年高考化学试题从大的方面来讲, 不外乎以下四类:

1.突出概念、原理对元素化合物知识学习的指导作用

例1 短周期元素E的氯化物EClx的熔点为-78℃, 沸点为59℃;若0.2molEClx与足量的AgNO3溶液完全反应后, 可以得到57.4g的AgCl沉淀。则下列判断错误的是 ( )

A.E是一种非金属元素

B.在EClx中E与Cl之间形成共价键

C.E的一种氧化物为EO2

D.E位于元素周期表的ⅣA族

解析:n (AgCl) =0.4mol, 由Cl-守恒得x=2, 所以E为+2价;又根据EClx的熔点为-78℃、沸点为59℃, 均较低, 常温下为液体, 故EClx属于分子晶体, E必为一种非金属元素, 所以在EClx中E与Cl之间形成共价键;由于ECl2是共价化合物, 如果是8电子稳定结构的话, 则E形成两个共价键, 它的最外层应该有6个电子, 位于第ⅥA族, 因此, E为硫。

答案:D

本题易错点:因试题以不熟悉的SCl2为知识背景, 显性信息量又不大, 起始状态距离目标状态的空间太大, 无法直接判断出E在周期表中的位置。这样, 原有的位—构—性问题的位置优先策略运用起来就很难。当求得E为+2价时, 将它当做最高价就错误地认为E属于ⅡA族元素, 即E为金属元素铍。

2.以元素化合物间转化、反应为线索, 考查化学计算技巧与能力

例2 已知H2S与NaOH反应时, 当H2S过量时将得到NaHS。现向含8.0gNaOH的溶液中通入一定量H2S, 将得到的溶液低温小心蒸干, 称得无水物7.9g, 则该无水物中一定含有的物质是 ( )

A.Na2S B.NaHS

C.Na2S和NaHS D.NaOH和NaHS

解析:假设产物全部为NaHS

$\begin{array}{l}\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}+\text{Η}{}_2\text{S}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}\text{Η}\text{S}+\text{Η}{}_2\text{Ο}\\ 0.2\text{m}\text{o}\text{l}\to 0.2\text{m}\text{o}\text{l}\times 56\text{g}/\text{m}\text{o}\text{l}=11.2\text{g}\end{array}$

假设产物全部为Na2S

$\begin{array}{l}2\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}+\text{Η}{}_2\text{S}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}+2\text{Η}{}_2\text{Ο}\\ 0.2\text{m}\text{o}\text{l}\to 0.1\text{m}\text{o}\text{l}\times 78\text{g}/\text{m}\text{o}\text{l}=7.8\text{g}\end{array}$

当NaOH完全反应时, 所得无水物质量应在 (7.8～11.2) g之间, 现称得无水物7.9g, 说明:当NaOH完全反应时, 既有Na2S又有NaHS;当NaOH没有完全反应时, 所得盐必有Na2S。综合以上两种情况, 该无水物中一定有Na2S。

答案:A

本题易错点:①对极端假设法不甚了解而不能形成正确的解题思路。②当计算出无水物质量在7.8～11.2g之间, 根据题告质量7.9g, 错误地认为C是本题的答案。

3.题设情景新颖、鲜活, 密切联系生产、生活实际, 巧妙地将元素化合物与化学用语有机地融合在一起

例3 汽车安全气囊是行车安全的重要保障。当车辆发生碰撞的瞬间, 安全装置通电点火使其中的粉末分解, 释放出大量的氮气形成气囊, 从而保护司机及乘客免受伤害。为研究安全气囊工作的化学原理, 取安全装置中的粉末进行实验。经组成分析, 确定该粉末仅含Na、Fe、N、O四种元素。水溶性实验表明, 固体粉末部分溶解。经检测, 可溶物为化合物甲;不溶物为红棕色固体, 可溶于盐酸。

取13.0g化合物甲, 加热使其完全分解, 生成氮气和单质乙, 生成的氮气折合成标准状况下的体积为6.72L;单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应生成化合物丙和另一种单质;化合物丙与空气接触可转化为可溶性盐。

请回答下列问题。

(1) 甲的化学式为______, 丙的电子式为______。

(2) 若丙在空气中转化为碳酸氢盐, 则反应的化学方程式为______。

(3) 单质乙与红棕色粉末发生反应的化学方程式为______, 安全气囊中的红棕色粉末的作用是______。

(4) 以下物质中, 有可能作为安全气囊中红棕色粉末替代品的是______。

A.KCl B.KNO3

C.Na2S D.CuO

解析:本题一改惯用的框图推断题, 素材选自日益普及的汽车安全装置, 是极为新颖的融概念、化学用语、计算、实验为一体的元素化合物考题。

根据题中信息:①粉末仅含Na、Fe、N、O四种元素且分解释放出氮气;②水溶性实验部分溶解, 可溶部分为化合物甲, 不溶物为红棕色并可溶于盐酸;③13.0g化合物甲分解得到两种单质, 其中氮气折合成标准状况下的体积为6.72L;④单质乙在高温隔绝空气的条件下与不溶物红棕色粉末反应, 生成化合物丙和另一种单质。

可以得到结论:①粉末由两种物质混合而成。②红棕色物质只能为Fe2O3, 不可能为Fe (OH) 3, 因粉末中无氢元素。③甲只有两种元素, 且含N, 必含Na。根据有关数据进一步计算出钠与氮的物质的量之比:n (N) =6.72L/22.4L·mol-1×2=0.6mol, n (Na) = (13.0g-0.6mol×14g·mol-1) /23g·mol-1=0.2mol, 即有n (Na) ∶n (N) =0.2mol∶0.6mol=1∶3, 则化合物甲的化学式为NaN3。④Na与Fe2O3在高温隔绝空气的条件下发生置换反应, 其产物必为Na2O (化合物丙) 和Fe。丙不可能是Na2O2, 因隔绝空气的条件下没有O2参加反应, 生成Na2O2的反应中找不到氧化剂, Fe2O3充当了氧化剂, 而Na为还原剂, 由此引出可以用KNO3和CuO替代的结论。

答案:$(1)\text{Ν}\text{a}\text{Ν}{}_3\text{Ν}\text{a}{}^{+}[:\underset{\cdot \cdot }{\overset{\cdot \cdot }{{\displaystyle \text{Ο}}}}:]{}^{2-}\text{Ν}\text{a}{}^{+}(2)\text{Ν}\text{a}{}_2\text{Ο}+2\text{C}\text{Ο}{}_2+\text{Η}{}_2\text{Ο}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ν}\text{a}\text{Η}\text{C}\text{Ο}{}_3(3)6\text{Ν}\text{a}+\text{F}\text{e}{}_2\text{Ο}{}_3\underset{}{\overset{\text{高}\text{温}}{=}}3\text{Ν}\text{a}{}_2\text{Ο}+2$Fe 避免分解产生的金属钠可能产生的危害 (4) BD

本题易错点:误认为甲是Na3N;误认为丙是Na2O2;误认为红棕色粉末Fe2O3的作用是催化剂, 且代用品中漏选B。

4.以元素化合物性质为载体而设置的实验 (探究) 试题

例4 单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常在高温下还原二氧化硅制得粗硅 (含铁、铝、硼、磷等杂质) , 粗硅与氯气反应生成四氯化硅 (反应温度:450～500℃) , 四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。实验室制备四氯化硅的装置如图所示:

相关信息如下:

a.四氯化硅遇水极易水解。

b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物。

c.有关物质的物理常数见下表:

请回答下列问题。

(1) 写出装置A中发生反应的离子方程式:______。

(2) 装置A中g管的作用是______, 装置C中的试剂是______, 装置E中的h瓶需要冷却的理由是______。

(3) 装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏 (类似多次蒸馏) 得到高纯度四氯化硅, 精馏后的残留物中, 除铁元素外可能还含有的杂质元素是______ (填写元素符号) 。

(4) 为了分析残留物中铁元素的含量, 先将残留物预处理, 使铁元素还原成Fe2+, 再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定, 反应的离子方程式是$5\text{F}\text{e}{}^{2+}+\text{Μ}\text{n}\text{Ο}{}_4^{-}+8\text{Η}{}^{+}\underset{}{\overset{}{=}}5\text{F}\text{e}{}^{3+}+\text{Μ}\text{n}$2++4H2O。

①滴定前是否要滴加指示剂?______ (填“是”或“否”) , 理由: 。

②某同学称取5.000g残留物, 处理后在容量瓶中配制成100mL溶液, 移取25.00mL试样溶液, 用1.000×10-2mol·L-1KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时, 消耗标准溶液20.00mL, 则残留物中铁元素的质量分数是______。

解析: (1) 制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A装置为Cl2的制备装置, B、C装置为除杂装置。先用B除去HCl, 再用C (浓H2SO4) 除去H2O蒸气。Cl2通入粗硅中反应, 用冷水将产生的SiCl4冷凝即可。 (2) g管是将分液漏斗与烧瓶相连, 使它们中的压强相等, 这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl4的沸点很低, 只有57.7℃, 而反应的温度达几百度, 故需要冷凝收集。 (3) 从物质的物理性质表可发现, AlCl3、FeCl3和PCl5均易升华, 故还应有Al、P、Cl元素。 (4) 由于高锰酸钾本身是紫红色的, 与Fe2+反应时可以褪色, 故而可以作为指示剂。根据方程式可以找出关系, 5Fe2+～MnO${}_4^{-}$, n (Fe) =10-2×20×10-3×5×100/25=4×10-3mol。w (Fe) =4×10-3×56/5×100%=4.480%。

答案:$(1)\text{Μ}\text{n}\text{Ο}{}_2+4\text{Η}{}^{+}+2\text{C}\text{l}{}^{-}\underset{}{\overset{△}{=}}\text{Μ}\text{n}{}^{2+}+\text{C}\text{l}$2↑+2H2O (2) 平衡压强, 使液体顺利流出并防止漏气 浓硫酸 产物SiCl4沸点低, 需要冷凝收集 (3) Al、P、Cl (4) ①否 KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点 ②4.480%

本题易错点:对本题物理性质表理解不透, 导致 (2) 中冷却原理写不出; (3) 中杂质元素漏写P;对有效数字的运算规则不熟练, 导致 (4) 中4.480%写成4.48%。

三、核心知识透视

非金属及其化合物的知识内容, 除了稀有气体外, 主要是硅 (含碳) 、氯 (含溴、碘) 、硫、氮为代表的四种非金属及其化合物。

1.非金属元素通论

(1) 非金属元素的原子最外层电子数较多 (H除外) , 在化学反应中易获得电子, 而体现氧化性;又由于其元素化合价的“多端性”, 故而也体现还原性 (如H2、C、S、S2-等) 。

(2) 非金属构成的晶体类型有原子晶体 (如金刚石) 、分子晶体 (如S8) 和混合晶体 (如石墨) 。

(3) 存在同素异形现象。

(4) 最高价氧化物的对应水化物一般显酸性。

2.非金属元素分论

(1) Si

例1 如图所示的物质转化关系中, A是一种固体物质, E是一种白色沉淀。据此填空。

(1) B的名称:______。

(2) B与a溶液反应的化学方程式: 。

(3) 写出下列物质的化学式:A______, C______, D______, E______, F______。

解析:从框图可知, A是单质Si, E是白色沉淀H2SiO3, 则a溶液为NaOH溶液, B为SiO2。A+a的反应式:$\text{S}\text{i}+2\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}+\text{Η}{}_2\text{Ο}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3+2\text{Η}{}_2\uparrow ‚\text{B}+\text{a}$的反应式:$\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_2+2\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3+\text{Η}{}_2\text{Ο}$, 即C为Na2SiO3、F为H2、D为H2O。C+过量HCl的反应:$\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3+2\text{Η}\text{C}\text{l}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ν}\text{a}\text{C}\text{l}+\text{Η}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3\downarrow$;H2SiO3受热分解成B (SiO2) 和D (H2O) , 反应式为$\text{Η}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3\underset{}{\overset{△}{=}}\text{Η}{}_2\text{Ο}+\text{S}\text{i}\text{Ο}$2。

答案: (1) 二氧化硅$(2)\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_2+2\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{i}\text{Ο}{}_3+\text{Η}{}_2\text{Ο}(3)$Si Na2SiO3 H2O H2SiO3

H2

透视:元素硅及其化合物的性质在新高考中的地位相当突出, 以Si、SiO2为载体的工艺流程题和工业制硅的实验探究题将成为一种命题趋势。复习时, 要注意知识的深度和硅在新材料、新技术方面的实际应用。

(2) S

例2 某无色溶液可能含有钠盐中的几种:①NaCl、②Na2SO4、③Na2SO3、④Na2S2O3、⑤Na2S、⑥Na2CO3。

(1) 向此溶液中加入适量稀硫酸, 有浅黄色沉淀析出, 同时有气体生成, 该气体有臭鸡蛋气味, 可使澄清石灰水变浑浊, 不能使品红试液褪色。该气体肯定含有______, 肯定不含有______。

(2) 在无色溶液中至少存在几种钠盐?最多有几种可能的组合?

解析:重点考查硫及其化合物间的相互关系。以钠盐的混合溶液与稀硫酸反应, 产生浅黄色沉淀和无色气体的实验现象, 判断无色溶液的可能组合。

写出有关化学反应式:

$\text{C}\text{Ο}{}_3^{2-}+2\text{Η}{}^{+}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Η}{}_2\text{Ο}+\text{C}\text{Ο}$2↑ ①

$\text{S}{}^{2-}+2\text{Η}{}^{+}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Η}{}_2\text{S}\uparrow ②$

$\text{S}\text{Ο}{}_3^{2-}+2\text{Η}{}^{+}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Η}{}_2\text{Ο}+\text{S}\text{Ο}$2↑ ③

$\text{S}{}_2\text{Ο}{}_3^{2-}+2\text{Η}{}^{+}\underset{}{\overset{}{=}}\text{S}\downarrow +\text{S}\text{Ο}$2↑+H2O ④

反应生成的H2S与SO2间还可以发生以下反应:$2\text{Η}{}_2\text{S}+\text{S}\text{Ο}{}_2\underset{}{\overset{}{=}}3\text{S}\downarrow +2\text{Η}{}_2\text{Ο}⑤$

掌握了以上五个反应, 便可根据题目给出的有关实验现象, 通过分析, 做出正确判断。

答案: (1) H2S、CO2 SO2 (2) 第一种情况:含有Na2S、Na2SO3、Na2CO3, 且n (Na2S) >2n (Na2SO3) 。第二种情况:含有Na2S、Na2S2O3、Na2CO3, 且n (Na2S) >2n (Na2S2O3) 。

透视:考查的热点有SO2的性质、SO${}_3^{2-}$和SO${}_4^{2-}$的性质及检验、浓硫酸的性质等, 其中硫及其化合物之间的相互转化与氧化还原反应知识、化学计算等综合起来更是热点中的热点。复习时, 要注意将硫及其化合物之间的相互转化形成知识网络, 并注意物质检验中语言的准确性和逻辑性。

(3) N

例3 X、Y、Z、W为含有相同电子数的分子或离子, 均由原子序数小于10的元素组成, X有5个原子核, 通常状况下, W为无色液体。已知:$\text{X}+\text{Y}\stackrel{△}{\to }\text{Ζ}+\text{W}$。

(1) Y的电子式是______。

(2) 液态Z与W的电离相似, 都可电离出电子数相同的两种离子, 则液态Z的电离方程式是______。

(3) 用右图所示装置制备NO并验证其还原性。有下列主要操作:

a.向广口瓶内注入足量热NaOH溶液, 将盛有Cu片的小烧杯放入瓶中。

b.关闭止水夹, 点燃红磷, 伸入瓶中, 塞好胶塞。

c.待红磷充分燃烧一段时间后, 打开分液漏斗旋塞, 向烧杯中滴入少量稀硝酸。

①步骤c后还缺少的一步主要实验操作是______。

②红磷充分燃烧的产物与NaOH溶液反应的离子方程式是______。

③步骤c中滴入稀硝酸后烧杯中的现象是______, 反应的离子方程式是______。

(4) 一定温度下, 将1molN2O4置于密闭容器中, 保持压强不变, 升高温度至T1的过程中, 气体由无色逐渐变为红棕色, 温度继续由T1升高到T2的过程中, 气体逐渐变为无色。若保持T2, 增大压强, 气体逐渐变为红棕色。气体的物质的量n随温度T变化如右图所示。

①温度在T1～T2之间, 反应的化学方程式是______。

②温度在T2～T3之间, 气体的平均相对分子质量是______ (保留一位小数) 。

解析:X、Y、Z、W为含有相同电子数的分子或离子, 其组成元素的序数均小于10。X有5个原子核, 为CH4或NH${}_4^{+}$;通常状况下, W为无色液体, 为H2O;根据$\text{X}+\text{Y}\stackrel{△}{\to }\text{Ζ}+\text{W}$, 可知X为NH${}_4^{+}$, Y为OH-, Z为NH3。故Y的电子式为$[:\underset{\cdot \cdot }{\overset{\cdot \cdot }{{\displaystyle \text{Ο}}}}:\text{Η}]{}^{-}$。液氨电离和水相似, 其电离式为$2\text{Ν}\text{Η}{}_3(\text{l})\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ν}\text{Η}{}_4^{+}+\text{Ν}\text{Η}$${}_2^{-}$。用图示装置制备NO并验证其还原性, 但整个操作中没有验证步骤, 可以在制备到NO后, 通入少量氧气, 通过现象变化确定其还原性, 故应在c步骤后增加:打开止水夹, 通入少量氧气;红磷充分燃烧生成P2O5, 与氢氧化钠反应的离子方程式为$\text{Ρ}{}_2\text{Ο}{}_5+6\text{Ο}\text{Η}{}^{-}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ρ}\text{Ο}{}_4^{3-}+3\text{Η}{}_2\text{Ο}$;步骤c中滴入硝酸后的现象为:Cu片逐渐溶解, 有无色气泡产生, 溶液由无色变为蓝色, 反应的离子方程式为$3\text{C}\text{u}+8\text{Η}{}^{+}+2\text{Ν}\text{Ο}{}_3^{-}\underset{}{\overset{}{=}}3\text{C}\text{u}{}^{2+}+2\text{Ν}\text{Ο}+4\text{Η}{}_2\text{Ο}$。1molN2O4置于密闭容器, 升温过程中, 逐渐转变为红棕色, 说明$\text{Ν}{}_2\text{Ο}{}_4\stackrel{}{\rightleftharpoons }2\text{Ν}\text{Ο}{}_2$, 此时装置中为2molNO2;根据图像中表示的意义, 继续加压时, 气体的物质的量增多, 且为无色, 超T2温度后, 物质的量约为3mol, 故其反应式为$2\text{Ν}\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ο}{}_2+2$NO, 其平均相对分子质量为92/3=30.7。

答案:$(1)[:\underset{\cdot \cdot }{\overset{\cdot \cdot }{{\displaystyle \text{Ο}}}}:\text{Η}]{}^{-}(2)2\text{Ν}\text{Η}{}_3(\text{l})\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ν}\text{Η}{}_2^{-}+\text{Ν}\text{Η}$+4 (3) ①打开止水夹, 通入少量氧气$②\text{Ρ}{}_2\text{Ο}{}_5+6\text{Ο}\text{Η}{}^{-}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ρ}\text{Ο}{}_4^{3-}+3\text{Η}{}_2\text{Ο}③$Cu片逐渐溶解, 有无色气泡产生, 溶液由无色变为蓝色$3\text{C}\text{u}+8\text{Η}{}^{+}+2\text{Ν}\text{Ο}{}_3^{-}\underset{}{\overset{}{=}}3\text{C}\text{u}{}^{2+}+2\text{Ν}\text{Ο}\uparrow +4\text{Η}{}_2\text{Ο}(4)①2\text{Ν}\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\rightleftharpoons }2\text{Ν}\text{Ο}+\text{Ο}{}_2②30.7$

透视:氮的知识比硫更为复杂, 在近年来的新高考试题中更是频频亮相。涉及的知识点有:氨分子的结构与性质;氨气的实验室制法及相关计算;铵根离子的检验及铵盐的性质、硝酸的性质、NO和NO2的性质及相关计算、胺、肼等。

另外, 尚需关注“氨碱法制纯碱”:向浓氨水中加足量食盐晶体制成饱和氨盐水, 然后向饱和氨盐水中通入足量的CO2气体生成NaHCO3。因为NaHCO3在该状态下溶解度小, 所以先结晶析出, 再加热分解NaHCO3得到纯碱、水和二氧化碳。这种制碱方法是我国化学家侯德榜发明创造的, 所以叫侯氏制碱法。工业流程:盐水$\stackrel{\text{精}\text{制}}{\to }$精盐水$\stackrel{\text{通}\text{氨}}{\to }$氨盐水$\stackrel{\text{碳}\text{酸}\text{化}}{\to }$碳酸氢钠$\stackrel{\text{过}\text{滤}‚\text{热}\text{解}}{\to }$纯碱。

(4) Cl

例4 右图是模拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置, 下列有关说法错误的是 ( )

A.烧瓶中立即出现白烟

B.烧瓶中立即出现红棕色

C.烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性

D.烧杯中的溶液是为了吸收有害气体

解析:此题考查化学实验、元素化合物的性质等知识。分析装置图, 可知氨气 (过量) 和氯气接触时发生反应:$8\text{Ν}\text{Η}{}_3+3\text{C}\text{l}{}_2\underset{}{\overset{}{=}}6\text{Ν}\text{Η}{}_4\text{C}\text{l}+\text{Ν}{}_2$, 烧瓶中出现白烟, A对;不出现红棕色气体, B错;该反应中, 氨气中的氮元素化合价升高, 表现还原性, C对;烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体, D对。

答案:B

透视:考查的知识点主要为氯气及含氯化合物的性质, 其中氯气的实验室制法和性质实验备受命题者青睐, 有时延伸到氯碱工业。复习时, 既要注意掌握氯气的性质及制法、氯水的性质、次氯酸根离子的性质, 又要注意与基本概念、基本理论 (重点是氧化还原反应) 及现实相联系。另外, 不能忽视氯气在有机反应中也占有一席之地。

3.常见非金属的性质比较

四、复习方法点拨

1.“串串珠”法

此法由目前广大农村家庭的来料加工衍生而来。君不见:家家户户, 妇孺小孩, 都在家中“串串珠”, 将一颗颗形式各异的珠子, 用一条线穿串起来, 成为一条人见人爱的“项链”或“手镯”。学习非金属及其化合物也一样, 如可以从“二氧化硅、硅酸、硅酸盐、硅单质”中找出一颗颗“硅珠”, 并将其串成以下一条“硅链”:

(SiH4→) Si→SiO2→H2SiO3→Na2SiO3

同理, 氯、硫、氮也可以串成相似的“非金属及其化合物”链:

HCl→Cl2→Cl2O7→HClO3 (HClO、HClO4) →KClO3 (NaClO、NaClO4)

H2S→S→SO3 (SO2) →H2SO4 (H2SO3) →Na2SO4 (Na2SO3)

NH3→N2→N2O5 (NO、NO2) →HNO3→NH4NO3 (NaNO3)

至此, 事情还没有做完, 若能在知识链的基础上将其结成知识网, 使“分散”的知识系统化、条理化, 更利于记忆。

如氮及其化合物的知识网:

然后, 根据每一价态元素的代表物, 弄清每一步转化的条件和化学方程式, 从而总结出各代表物质的结构、性质、制法、检验、用途、存在和化合物的相互转化关系。

2.“硫梯”构造法

由于氧族元素中硫元素化合价的多变性, 增加了这部分内容中化学方程式书写的难度。但仔细观察并分析自然界中不同价态硫元素间的转化关系“链”:H2S→S→SO2→SO3, 你可能会发现:此链是按硫元素化合价递增的顺序排列的。若将此链竖起来, 并适当形变, 则得右上图所示的形如“楼梯”的“硫梯”。

(1) 硫梯中的规律

相邻阶梯不反应, 相间阶梯能反应。原因是处于最高阶梯只有氧化性, 处于最低阶梯只有还原性, 中间阶梯既有氧化性又有还原性。

(2) 硫梯的应用

硫梯的应用很广泛, 但要注意的是, 发生氧化还原反应时, 硫元素的化合价变化与我们上下楼梯相似, 都得一个一个阶梯的爬上或走下。

①解析SO2可用浓H2SO4进行干燥:

SO2中硫元素的化合价为+4价, 而硫酸中的硫元素为+6价, 属于相邻价态, 相邻不反应 (即化合价不能互换) 。

②解析H2S不能用浓H2SO4干燥:

根据相间能反应, H2S不能用浓H2SO4干燥且要被浓H2SO4氧化成单质S, 浓H2SO4自身被还原为SO2 (即只靠拢不交错) 。

③书写“陌生”的化学方程式, 如硫与热的氢氧化钠溶液共热:

在NaOH溶液中, S能升高到+4价 (即上一个“阶梯”) , 降低到-2价 (即下一个“阶梯”) (即歧化反应) :$3\text{S}+6\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}+\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{Ο}{}_3+3\text{Η}{}_2\text{Ο}$。

3.纵横比较法

(1) 纵向比较——同族元素间的比较

结构比较, 如卤素。首先比较氟、氯、溴、碘、砹的原子结构, 它们最外层都是7个电子, 决定了它们具有相似的化学性质;又从F→I, 核电荷数增加, 电子层数递增, 原子半径逐渐增大, 决定了它们的性质具有差异性。再从性质、制法和用途等方面进行比较。

(2) 横向比较——不同族元素间的比较

如卤族元素与氧族元素的比较:

在结构上——卤族元素与氧族元素的原子, 最外层电子分别为7个和6个, 一般情况下易得电子, 表现出氧化性。

在化学性质上——氯和硫, 既有氧化性, 又有还原性, 但以氧化性为主。当可变价态的金属 (如Fe) 与氯气反应时, 金属呈高价态;与硫反应时, 金属呈低价态。氯、氧、硫元素氧化性强弱的顺序为Cl2>O2>S。

4.理论指导法

中学化学理论有平衡理论、结构理论、酸碱理论等。用理论指导复习, 更能在深层次上理解知识。

如复习氮族时, 可用氨水的平衡方程式复习氨和铵盐的性质。

$\text{Ν}\text{Η}{}_3+\text{Η}{}_2\text{Ο}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ν}\text{Η}{}_3\cdot \text{Η}{}_2\text{Ο}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ν}\text{Η}{}_4^{+}+\text{Ο}\text{Η}$①氨极易溶于水, 溶解过程是放热过程且易挥发 (以氢键结合且氢键较弱) 。②氨水是电解质溶液, 电解质是NH3·H2O不是NH3。③氨水是碱性的, 得出检验氨气的方法:用湿润的红色石蕊试纸。④氨能与酸反应生成铵盐 (加酸平衡向右移动) 。⑤氨水中的粒子种类:分子有NH3、H2O和NH3·H2O, 离子有NH${}_4^{+}$、OH-、极少量的H+。⑥铵盐能与碱反应放出氨气。由此得出氨气的实验室制法和铵盐的检验方法, 以及氨态氮肥不宜与碱性肥料混合施用的原因。

5.建模法

学习 (非金属) 元素及其化合物的思维模式:

五、反馈演练

1.以水为溶剂进行中和滴定的原理:$\text{Η}{}_3\text{Ο}{}^{+}+\text{Ο}\text{Η}{}^{-}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Η}{}_2\text{Ο}$。已知液态SO2和纯水的导电性相近, 因为液态SO2也能发生自电离:$2\text{S}\text{Ο}{}_2\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{S}\text{Ο}{}_3^{2-}+\text{S}\text{Ο}$2+, ΔH>0。下列叙述中错误的是 ( )

A.若以液态SO2为溶剂, 用SOCl2滴定Na2SO3, 该滴定反应可以表示为$\text{S}\text{Ο}{}_3^{2-}+\text{S}\text{Ο}{}^{2+}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{S}\text{Ο}{}_2$

B.在一定温度下, 液态SO2中c (SO${}_3^{2-}$) 与c (SO2+) 的乘积是一个常数

C.液态SO2中自电离的存在, 说明SO2是离子化合物

D.适当升高温度, 液态SO2的导电能力增强

2.硅酸盐与二氧化硅一样, 都是以硅氧四面体作为基本结构单元。硅氧四面体可以用投影图表示成 (如图所示) :

其中“○”表示氧原子, 中心黑点表示硅原子。硅氧四面体通过不同方式的连接可以组成各种不同的硅酸根离子。则在无限长的单链阴离子中, 硅原子与氧原子的个数之比为 ( )

A.1∶2 B.1∶3 C.2∶5 D.2∶7

3.工业废气中的氮氧化物 (主要为NO2和NO) 是大气的主要污染物之一, 为了保护环境, 工业上常通入氨气与之发生如下反应:$\text{Ν}\text{Ο}{}_x+\text{Ν}\text{Η}{}_3\stackrel{}{\to }\text{Ν}{}_2+\text{Η}{}_2\text{Ο}$, 通过此反应可转化为无毒的氮气。现有NO2和NO的混合气体3L, 通入3L (同温、同压下) NH3恰好使其完全转化为N2, 原混合气体中NO2和NO的物质的量之为 ( )

A.1∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.1∶4

4.下图所示的框图中, A～I都是由短周期元素组成的常见物质。其中A是气体, 它的水溶液呈碱性;氧化物D和氧化物F都易与人体血液中的血红蛋白结合而使人中毒;单质E可作半导体材料。

(1) 化合物A的化学式是______, 氧化物G的电子式是______。

(2) 组成单质E的元素在元素周期表中的位置是______;单质H和单质E以及氧化物I均能形成______ (填“分子”、“原子”或“离子”) 晶体, 其中单质E的熔点______ (填“高于”、“低于”或“等于”) 氧化物I的熔点。

(3) 标准状况下, 将2.24L氧化物F和1.68L单质B同时通入1L氧化物G中 (反应前后溶液体积的变化忽略不计) , 发生反应的化学方程式为______, 所得溶液的pH=______。此时再向溶液中通入2.24L化合物A, 完全反应后所得溶液的pH______ (填“>7”、“<7”或“=7”) , 用离子方程式表示其原因: 。

(4) 单质B和单质C在一定条件下可组成原电池 (用KOH溶液作电解质) , 则该原电池负极的电极反应式为______。

参考答案:$1.\text{C}2.\text{B}3.\text{A}4.(1)\text{Ν}\text{Η}{}_3\text{Η}:\underset{\cdot \cdot }{\overset{\cdot \cdot }{{\displaystyle \text{Ο}}}}:\text{Η}(2)$第三周期ⅣA族 原子 低于$(3)4\text{Ν}\text{Ο}+3\text{Ο}{}_2+2\text{Η}{}_2\text{Ο}\underset{}{\overset{}{=}}4\text{Η}\text{Ν}\text{Ο}{}_{3}1＜7\text{Ν}\text{Η}{}_4^{+}+\text{Η}{}_2\text{Ο}\stackrel{}{\rightleftharpoons }\text{Ν}\text{Η}{}_3\cdot \text{Η}{}_2\text{Ο}+\text{Η}{}^{+}(4)\text{Η}{}_2+2\text{Ο}\text{Η}{}^{-}-2\text{e}{}^{-}\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Η}{}_2\text{Ο}$