高考化学一轮复习第4章非金属及其化合物第6讲非金属化合物的制备及性质探究训练含解析

非金属化合物的制备及性质探究

1．(2021·广西钦州一中检测)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广泛。某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓：

已知：①Ga转化为GaN的化学方程式是：2Ga＋2NH32GaN＋3H2

②NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3

(1)镓元素在周期表中的位置是___________________________________________。

(2)仪器X中的试剂是________。

A．浓氨水　　　　　　　　 B．稀硫酸

C．浓氢氧化钠溶液     D．浓氯化铵溶液

E．饱和食盐水

(3)仪器Y的名称是______________________________；装置Z的作用是__________。

(4)加热前，需先通入一段时间的H2，原因是_______________________。

(5)取某GaN样品a g溶于足量热NaOH溶液，发生反应GaN＋OH－＋H2OGaO＋NH3↑，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为b mol/L的盐酸V mL，则样品的纯度是___________________________________。

解析　由制备装置可知，Zn与稀硫酸反应生成氢气，利用氢气将装置内的空气排出防止金属被氧化，浓硫酸可干燥氢气，X为浓氨水，滴入到氧化钙上制备氨气，Y为碱石灰可干燥氨气， Z可防止倒吸，稀硫酸可吸收尾气。

(2)仪器X中的试剂是浓氨水，将浓氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应：CaO＋2NH3·H2O===Ca(OH)2＋2NH3↑，也可以把浓氯化铵溶液滴入烧瓶中，和CaO反应：2NH4Cl＋CaO＋H2O===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，都可以制取NH3。

(3)装置Y为球形干燥管，装置Z作安全瓶，起到了防倒吸的作用。

(4)空气中的氧气能与镓反应，且镓与氨气反应生成氢气能与空气中的氧气反应，发生爆炸，所以加热前需要通入一段时间的H2，排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气和氧气混合反应爆炸。

(5)由题目所给方程式可知：GaN～NH3～NH3·H3BO3～HCl，由关系式可知n(GaN)＝n(HCl)＝bV×10－3mol，则样品的纯度为×100%＝%。

答案　 (1)第四周期第ⅢA族　(2)AD　(3)球形干燥管防倒吸

(4)排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气反应爆炸

(5) %

2．(2021·重庆第一中学检测)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料，广泛用于制药、染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，实验装置设计如下：

有关物质的部分性质如下表：

回答下列问题：

(1)仪器a的名称是__________，装置A中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)B装置的作用除观察O2的流速之外，还有____________________________。

(3)C装置控制反应在60℃～65℃进行，其主要目的是_______。

(4)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中Cl元素含量，实验步骤如下：

Ⅰ.取x g产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，待完全反应后加稀硝酸至酸性。

Ⅱ.向锥形瓶中加入0.100 0 mol/L的AgNO3溶液 40.00 mL，使 Cl－完全沉淀。

Ⅲ.向其中加入2 mL硝基苯，用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。

Ⅳ.加入指示剂，用c mol/L NH4SCN溶液滴定过量Ag＋至终点，记下所用体积V mL。

已知：Ksp(AgCl)＝3.2×10－10，Ksp(AgSCN)＝2×10－12

①滴定选用的指示剂是__________(填标号)，滴定终点的现象为________________________________。

a．FeCl2　　　　　　 B．NH4Fe(SO4)2

c．淀粉     D．甲基橙

②Cl元素的质量百分含量为(列出算式)________________________________。

③步骤Ⅲ加入硝基苯的目的是_____________________________________________，

如无此操作，所测Cl元素含量将会__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

解析　(1)仪器a 的名称是球形冷凝管(或冷凝管)。该实验模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，PCl3遇O2生成POCl3，装置C三颈烧瓶中盛有PCl3，缺少氧化剂O2，故装置A用于制取O2，考虑装置特点，可利用H2O2催化分解，或Na2O2与水反应，结合守恒规律写出化学方程式。

(2)PCl3遇水生成H3PO3和HCl，装置A中制得O2中混有H2O(g)，要通过装置B除去H2O(g)，显然B中盛有浓硫酸。B装置中长颈漏斗下端插入浓硫酸中，上端与大气相通，起到平衡气压的作用，故B装置的作用除观察O2的流速之外，还有干燥气体、平衡气压的作用。

(3)PCl3的沸点为75.5℃，C装置控制反应在60℃～65℃进行，其目的是加快化学反应速率，同时防止PCl3挥发，提高原料的利用率。

(4)①用c mol/LNH4SCN溶液滴定过量Ag＋，要用Fe3＋作指示剂，达到滴定终点时，Ag＋完全沉淀生成AgSCN，SCN－与Fe3＋反应生成Fe(SCN)3而使溶液呈红色，故应选用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。

②据Ag＋守恒可得：n(AgNO3)＝n(Cl－)＋n(NH4SCN)，则有n(Cl－)＝n(AgNO3)－n(NH4SCN)＝0.100 0 mol/L×40.00×10—3 L－c mol/L×V×10—3 L＝(4－cV)×10－3mol，m(Cl)＝(4－cV)×10—3mol×35.5 g/mol＝35.5(4－cV)×10—3 g，故产品中Cl元素的质量百分含量为[35.5(4－cV)×10—3g]/x g×100%＝×100%＝% 。

③由于Ksp(AgCl)＞Ksp(AgSCN)，则AgCl的溶解度大于AgSCN的溶解度。步骤Ⅲ加入硝基苯的目的是防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为更难溶的AgSCN沉淀，导致消耗NH4SCN溶液的体积增大，所测Cl元素含量将会偏小。

答案　(1)冷凝管(或球形冷凝管)　2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)

(2)平衡气压、干燥O2(或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质)

(3)加快反应速率，同时防止PCl3气化，逸出损失

(4)①b　溶液刚好变为红色，且半分钟内不褪色

② ×100%

③防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀，导致多消耗NH4SCN溶液　偏小

3．(2021·北京师大附中检测)二氧化氯(ClO2)是国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂。美国阿莱德公司开发的“Solvey法”制备ClO2，其原理是用NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60℃时发生反应制备ClO2。实验室利用下图所示装置(夹持装置已略去)模拟“Solvey法”制备ClO2：

已知：①ClO2的浓度较大时易分解，实验室用稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，使用时加酸释放出ClO2；

②ClO2和CH3OH 的沸点分别为11℃和64.7℃。

(1)仪器a的名称是____________；仪器b的作用是____________________。

(2)装置A采用的加热方式为______________；反应中CH3OH被氧化为CO2，写出装置A中制备ClO2的化学方程式：______________________________________________，该方法的优点是_______________________________________。

(3)稳定剂吸收ClO2后，滴加稀盐酸释放ClO2，反应的离子方程式为_________________。

(4)(双选)下列有关说法正确的是________(填序号)。

A．注射器中NaOH溶液的作用是停止反应，并吸收多余的ClO2

B．装置C中溶液变成蓝色，证明装置A中反应有Cl2生成

C．装置D的作用主要是吸收尾气，防止污染环境

(5)ClO2对污水中Fe2＋、Mn2＋、S2－和CN－等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN－的浓度为a mg·L－1，现用ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________；

处理100 m3这种污水，理论上至少需要ClO2的体积(标准状况下)为________(用含a的代数式表示)。

解析　(1)仪器a的名称是球形冷凝管。仪器b是恒压滴液漏斗，其作用是平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发。(2)装置A中制取ClO2在60℃下进行反应，故采用的加热方式为水浴加热。NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60℃时发生反应制备ClO2，反应中CH3OH被氧化为CO2，还生成NaHSO4、H2O，结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。(3)稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，滴加稀盐酸释放ClO2，结合得失电子守恒和原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：5ClO＋4H＋===4ClO2↑＋Cl－＋2H2O。(4)注射器中NaOH溶液的作用是消耗装置A中稀硫酸，使反应停止，并吸收多余的ClO2，A正确；Cl2和ClO2都具有氧化性，都能将KI氧化生成I2而使溶液变蓝色，故装置C中溶液变成蓝色，不能证明装置A中反应有Cl2生成，B错误；Cl2有毒性，装置D中NaOH溶液的作用是吸收ClO2和Cl2尾气，防止污染环境，C正确。(5)用ClO2处理含CN－的污水，将CN－氧化只生成两种无毒气体，结合元素守恒推知，这两种气体为N2和CO2，结合守恒规律写出离子方程式：2ClO2＋2CN－===N2＋2CO2＋2Cl－。工厂污水中含CN－的浓度为a mg·L－1，100 m3这种污水中含有CN－的质量为a mg·L－1×100×1 000 L＝105a mg＝100a g，n(CN－)＝(100a g)/(26 g·mol－1)＝ mol，结合反应可知，n(ClO2)＝n(CN－)＝ mol，在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝ L。

答案　(1)球形冷凝管　平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发　 (2)水浴加热　6NaClO3＋CH3OH＋6H2SO46ClO2↑＋CO2↑＋5H2O＋6NaHSO4　反应产生CO2，可稀释ClO2，防止其浓度过大发生分解　(3)5ClO＋4H＋===4ClO2↑＋Cl－＋2H2O　(4)AC　(5)2ClO2＋2CN－===N2＋2CO2＋2Cl－　  L

4．(2020·山东潍坊模拟)肼(N2H4，无色液体)是一种用途广泛的化工原料。实验室中先制备次氯酸钠，再用次氯酸钠溶液和氨反应制备肼并验证肼的性质。实验装置如图所示。

已知：Cl2(g)＋2NaOH(aq)===NaClO(aq)＋NaCl(aq)＋H2O(g)　ΔH<0。当温度超过40℃时，Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3。回答下列问题：

(1)仪器a的名称是____________，装置B的作用是____________________________。

(2)为控制D装置中的反应温度，除用冷水浴外，还需采取的实验操作是________________________________。

(3)当三颈烧瓶中出现黄绿色气体时立即关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯、关闭K1。此时装置C的作用是________________________。

(4)将D装置水槽中的冷水换为热水，把三颈烧瓶中黄绿色气体赶走后，打开K2，通入NH3，使其与NaClO溶液反应制取肼。理论上通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为________。

(5)请从提供的下列试剂中选择合适试剂，设计合理的实验方案验证肼的还原性__________________________________(说明操作、现象和结论)。

①淀粉­KI溶液　②稀硫酸(酚酞)　③NaHCO3　④AgCl

解析　(1)仪器a为圆底烧瓶；装置A中生成Cl2，气体中含有HCl，故B的作用为除去Cl2中的HCl；

(2)由题干已知信息可知，过量的Cl2会与NaOH发生副反应，导致原料的浪费以及NaClO浓度降低，故需控制Cl2的量，可采取的实验操作为：控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度；

(3)关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯时，圆底烧瓶中反应未立即停止，还会继续产生少量氯气，因K1关闭，A、B装置为封闭体系，故C的作用为储存氯气；

(4)氯气通入D中发生反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O；通入NH3后，D中发生反应：NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O，由两个方程式中NaClO与Cl2、N2H4的关系可知，通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为1∶2；

(5)若要验证肼的还原性，则需要选择氧化剂，AgCl中Ag＋具有氧化性，故可选用AgCl，其实验操作及现象和结论为：取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性。

答案　(1)圆底烧瓶　除去Cl2中的HCl　 (2)控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度　

(3)储存氯气　(4)1∶2　

(5)取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性

5．(2021·山东日照检测)某化学兴趣小组探究NO和Na2O2的反应，设计了如下图所示实验装置，其中E为实验前压瘪的气囊。

[查阅资料]　除浅黄色的AgNO2难溶于水外，其余亚硝酸盐均易溶于水。

(1)写出A中反应的化学方程式：_______________________________。

(2)将装置B补充完整，并标明试剂。

(3)用无水CaCl2除去水蒸气的目的是______________________________。

(4)反应一段时间后，D处有烫手的感觉，其中固体由淡黄色变为白色，直至颜色不再变化时，气囊E始终没有明显鼓起。

①学生依据反应现象和氧化还原反应规律推断固体产物为NaNO2。写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②设计实验证明NaNO2的生成，实验方案是_______________。(写出操作、现象和结论)

解析　(1)A中的物质为Cu与浓硝酸，反应的方程式为：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

(2)装置B的目的为将NO2转化为NO，则需将A中产生的气体通过盛有水的洗气瓶。

(3)因为过氧化钠会与水反应，从而干扰过氧化钠与NO的反应。

(4)①由题意分析可知反应的产物为NaNO2，且无其它气体产物生成，则反应的方程式为：2NO＋Na2O2===2NaNO2。

②若反应中有NaNO2生成，则加入硝酸银溶液会产生淡黄色的亚硝酸银生成：取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成。

答案　(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　

(2)　(3)防止水蒸气与过氧化钠反应，干扰实验

(4)①2NO＋Na2O2===2NaNO2　②取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成

6．(2021·江西遂川中学检测)ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将其制备成NaClO2固体以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2的实验装置如图甲所示。

图甲

已知：①2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O。

②ClO2的熔点为－59℃，沸点为11℃，H2O2的沸点为150℃

③当温度低于38℃时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在38～60℃时，析出NaClO2；温度高于60℃时，NaClO2分解。

请回答下列问题：

(1)当仪器组装完毕后，有同学认为：关闭弹簧夹K1和K2，取下X上端的玻璃塞，加入一定量的水后塞上玻璃塞，再打开X下端的活塞，可以检查装置的气密性。请判断该方法能否检查装置气密性，并说明理由：_______________________________________。

(2)Cl－对ClO2的生成有一定催化作用。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，并产生微量氯气。该过程经两步反应完成，将其补充完整。

①________________________________________________________________________

(用离子方程式表示)；

②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。

(3)C中将装置浸入冰水浴中的作用是_______________________________。

(4)若实验室采用如图乙所示的装置从C中的溶液中获得NaClO2晶体，则需要在该装置的Y处增加一个设备。

图乙

①采用上述装置浓缩NaClO2溶液的操作称为___________________________。

②水浴加热的温度最好控制在__________℃左右(填序号)。

A． 40　　　　B．55　　　　C． 70　　　 D． 100

③装置中毛细玻璃管的作用是_____________________________________________。

④当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，__________(填操作)。用38～60℃热水洗涤晶体，干燥后得到产品。

(5)产品纯度的测定：称取m g产品配成250 mL溶液，取25. 00 mL溶液，加入足量的KI和稀H2SO4，充分反应后加入指示剂，用c mol·L—1Na2S2O3标准溶液滴定至终点(I2＋2S2O===2I－＋S4O)，平均消耗标准溶液的体积为V mL，则产品中NaClO2的质量分数是________%。

解析　(1)装置A中恒压滴液漏斗的作用是保持容器的压强平衡，使液体顺利流下，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈漏斗中，故该方法不能检测装置的气密性。

(2)Cl－对ClO2的生成有一定催化作用，反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，发生反应：2ClO＋2Cl－＋4H＋===Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O，H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。

(3)温度升高，ClO2的溶解度减小，H2O2、NaClO2易发生分解，故C中将装置浸入冰水浴中的作用是增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解。

(4)①Y处应接真空泵，其作用是减小系统的压强，降低液体的沸点，防止液体受热分解，故浓缩NaClO2溶液的操作是减压蒸馏。

②当温度低于38℃时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在38～60℃时，析出NaClO2；温度高于60℃时，NaClO2分解，故为了加快蒸馏速率，并防止NaClO2受热分解，应使温度低于60℃，且接近60℃，故应选择B项。

④为减小晶体的溶解，当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，要趁热过滤，并用38～60℃热水洗涤晶体，干燥后得到产品。

(5)NaClO2溶解液中加入足量KI和稀H2SO4充分反应，I—被NaClO2氧化生成I2，再用标准Na2S2O3标准溶液滴定至终点，存在关系：NaClO2～2I2～4Na2S2O3，则有n(NaClO2)＝1/4n(Na2S2O3)＝1/4×c mol·L－1×V×10－3L×250/25.00＝2.5cV×10－3 mol，m(NaClO2)＝2.5cV×10－3 mol×90.5 g/mol＝2.5cV×90.5×10－3g，故产品中NaClO2的质量分数是(2.5cV×90.5×10—3g)/m g×100%＝%。

答案　(1)不能，恒压滴液漏斗的支管能够平衡气压，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈烧瓶中，所以该方法不能检查装置的气密性

(2)2ClO＋2Cl－＋4H＋===Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O

(3)增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解

(4)①减压蒸馏　②B　③产生气化中心，防止溶液暴沸　④趁热过滤　(5)