2022年高考化学二轮复习专题四 元素化合物综合应用及对环境的影响 (含解析)

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元素化合物综合应用题是高考常考的题型之一，它集元素化合物知识、基本概念、基本理论和化学计算等知识于一体，且试题结构紧凑、文字表述少、包含信息多。因而成了高考命题中一种十分重要的命题形式，如2018·课标全国Ⅲ第26题对硫代硫酸钠晶体的考查，2017年江苏化学18题对碱式氯化铜的考查，2016年全国卷Ⅱ第28题对铁的化合物的性质的综合考查等。2015年全国卷Ⅱ第28题对消毒剂ClO2的综合考查，全国卷Ⅰ第28题对碘及其化合物的综合考查等。
1.元素化合物综合题常见设问方向
(1)化合价：如等。
(2)电子式：如
等。
(3)氧化还原反应离子方程式的书写
第一步得失电子守恒，配平氧化剂，还原剂，氧化产物，还原产物。
第二步电荷守恒，根据反应环境配平H＋或OH－。
第三步原子守恒，根据反应前后，氢原子或氧原子配平水的系数。
(4)问题简答：常见的有反应现象叙述，基本实验操作等，如现象描述可通过下面程序和模板加以规范，
①全面描述现象的程序——“海、陆、空”
“海”——溶液有什么变化；
“陆”——固体有什么变化；
“空”——气体有什么变化。
②规范描述现象的答题模板
如a.颜色：……由……(具体颜色)变为……(具体颜色)；
b.气体：溶液中产生……(颜色)的气泡，(或)在固体表面产生……(颜色)气泡；
c.沉淀：在……(颜色)溶液中产生……(颜色)的沉淀(浑浊)。
2.元素化合物综合题的解题程序
考点指导1 信息提供型元素化合物综合题
【题型说明】
此类题目往往起点高、落点低，考查的是对信息的获取与问题解决能力，解题的关键是理解新信息。当遇到这一类题时，第一步是读题，陌生度较高的信息应逐字逐句地阅读，挖掘关键字，排除定势思维的影响；第二步是联想，在读题的基础上结合题目的问题联想分析考查的知识模块，提取出已学的相关化学知识；第三步是解题，按要求填好相应的问题答案，使化学意义顺畅。
【案例1】 Ⅰ.(6分)请回答：
(1)H2O2的电子式________。
(2)镁燃烧不能用CO2灭火，用化学方程式表示其理由
_____________________________________________________________________。
(3)在AgCl沉淀中加入KBr溶液，白色沉淀转化为淡黄色沉淀，写出反应的离子方程式__________________________________________________________。
(4)完成以下氧化还原反应的离子方程式：
( )MnOeq \\al(－,4)＋( )C2Oeq \\al(2－,4)＋________===( )Mn2＋＋( )CO2↑＋________
Ⅱ.(12分)化合物甲和NaAlH4都是重要的还原剂。一定条件下金属钠和H2反应生成甲。甲与水反应可产生H2，甲与AlCl3反应可得到NaAlH4。将4.80 g甲加热至完全分解，得到金属钠和2.24 L(已折算成标准状况)的H2。
请推测并回答：
(1)甲的化学式________。
(2)甲与AlCl3反应得到NaAlH4的化学方程式______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)NaAlH4与水发生氧化还原反应的化学方程式______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)甲在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂(铁锈的成分表示为Fe2O3)，脱锈过程发生反应的化学方程式
___________________________________________________________________。
(5)某同学认为：用惰性气体赶尽反应体系中的空气，将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥，再与金属钠反应，得到的固体物质即为纯净的甲；取该固体物质与水反应，若能产生H2，即可证明得到的甲一定是纯净的。
判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由
_____________________________________________________________________。
[标准答案] Ⅰ.(1) (1分)
(2)2Mg＋CO22MgO＋C(2分)
(3)AgCl(s)＋Br－(aq)===AgBr(s)＋Cl－(aq)(1分)
(4)2MnOeq \\al(－,4)＋5C2Oeq \\al(2－,4)＋16H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O(2分)
Ⅱ.(1)NaH(2分) (2)4NaH＋AlCl3===NaAlH4＋3NaCl(2分)
(3)NaAlH4＋2H2O===NaAlO2＋4H2↑(2分)
(4)3NaH＋Fe2O3===2Fe＋3NaOH(2分)
(5)制备过程不合理，因为盐酸易挥发，H2中混有HCl，导致产物中有NaCl；(2分)
验纯方法不合理，如果有Na残留，Na与水反应也产生H2；没有考虑混入的NaCl(2分)
[解题心得] 元素化合物知识是中学化学的主干知识，要学好元素化合物知识，需注意以下几点：①回归教材，立足基础。②注重知识点之间的联系，形成知识网络，在“融会贯通”上下功夫。③反思纠正作业、练习和考试中出现的差错。
【对点训练】
1.工业上氰化物的用途广泛，在电镀、洗注、油漆、燃料、橡胶等行业都会用到。
(1)氢氰酸(HCN)是一种酸性很弱的酸，其中碳元素的化合价为________，氢氰酸分子的结构式为________。
(2)氰化钠(NaCN)溶液显强碱性，原因是(用离子方程式表示)________________________。已知Na2CO3溶液能和HCN反应：Na2CO3＋HCN===NaHCO3＋NaCN，则向NaCN溶液中通入少量CO2时反应的离子方程式为_____________________________________________________________。
(3)双氧水可消除氰化物(如NaCN)污染：NaCN＋H2O2＋H2O===A＋NH3↑，则生成物A的化学式为________________，H2O2常被称为“绿色氧化剂”的理由是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)在氯氧化法处理含CN－的废水过程中，液氯在碱性条件下可以将氰化物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一)，氰酸盐进一步被氧化为无毒物质。某厂废水中含KCN，其浓度为650 mg·L－1。现用氯氧化法处理，发生如下反应：KCN＋2KOH＋Cl2===KOCN＋2KCl＋H2O，投入过量液氯，可将氰酸盐进一步氧化为氮气：2KOCN＋4KOH＋3Cl2===2CO2＋N2＋6KCl＋2H2O。若处理上述废水20 L，使KCN完全转化为无毒物质，至少需液氯________g。
解析 (1)根据价键规律，可知C、N之间以三键结合，H和C之间以单键结合。H显＋1价，N的非金属性比C强，N显－3价，则C显＋2价。(2)NaCN是强碱弱酸盐，CN－水解使溶液显碱性。因为HCN和Na2CO3反应生成NaHCO3，说明HCN的酸性比H2CO3弱但比HCOeq \\al(－,3)强，在NaCN溶液中通入CO2会生成HCN和NaHCO3。(3)NaCN＋H2O2＋H2O===A＋NH3↑，根据质量守恒，可知A为NaHCO3。H2O2作氧化剂时，其还原产物H2O没有污染性，故H2O2常被称为“绿色氧化剂”。(4)20 L废水中含KCN的质量为：650 mg·L－1×20 L＝13 000 mg＝13 g。合并两步反应的化学方程式得：2KCN＋8KOH＋5Cl2===10KCl＋2CO2＋N2＋4H2O，则：m(Cl2)＝(355×13÷130)g＝35.5 g。
答案 (1)＋2
(2)CN－＋H2OHCN＋OH－ CN－＋H2O＋CO2===HCOeq \\al(－,3)＋HCN
(3)NaHCO3 H2O2作氧化剂时，其还原产物H2O没有污染性
(4)35.5
考点指导2 主题素材确定型元素化合物综合题
【题型说明】
以某一主题组织素材的综合应用题，考查范围广，不但可考查常见元素的单质及其化合物的相互转化，还可结合基本理论进行考查，解答这一类题时，先要仔细审题，了解命题意图及考查的知识点，然后认真分析已知条件并结合已学知识分析注意事项、补充所缺项目，使整个题目前后连贯起来，规范做出正确答案。
【案例2】 铜是一种古老而又年轻的金属元素，铜及其化合物在生产生活中有着广泛的应用。
(1)古代留下来的青铜器表面呈绿色，原因是在潮湿的空气中，铜易发生腐蚀生成铜绿，有关反应的化学方程式为：
______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)现代工业主要采用高温冶炼黄铜矿(CuFeS2，也可表示为Cu2S·Fe2S3)的方法获得铜。火法炼铜首先要焙烧黄铜矿：2CuFeS2＋4O2eq \(=====,\s\up7(800 ℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO，每转移0.6 ml电子，有________ ml硫原子被氧化。
(3)CuSO4可用于游泳池水的消毒，原因是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)向CuCl2和FeCl3的混合溶液中加入CuO粉末会产生新的沉淀，该沉淀的主要成分的化学式为________(已知：Fe3＋水解程度比Cu2＋大)。
(5)利用Cu和FeCl3溶液的反应可制作印刷电路板，为了从含有FeCl3、FeCl2、CuCl2的废液中回收Cu，某化学兴趣小组的同学设计了以下两种实验方案：
方案1：向废液中加入过量铁粉，充分反应后过滤。在所得滤渣中加入足量盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。方案1中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为________。
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。当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时Cu已全部析出，在电极上可直接回收铜。操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为________。
解析 (1)在潮湿的空气中，铜易与O2、H2O、CO2发生反应生成铜锈，铜锈的主要成分是Cu2(OH)2CO3。(2)在CuFeS2中Cu、Fe、S三种元素的化合价依次是＋2、＋2、－2，2 ml CuFeS2发生反应时，转移18 ml电子，有3 ml硫原子被氧化，则每转移0.6 ml电子，有0.1 ml硫原子被氧化。(3)CuSO4是重金属盐，能使蛋白质变性，可杀灭水中的细菌。(4)CuCl2和FeCl3水解使溶液显酸性，向混合溶液中加入CuO时，CuO与水解生成的酸反应，使水解平衡正向移动，因Fe3＋水解程度比Cu2＋大，故主要生成Fe(OH)3沉淀。(5)根据氧化还原反应中氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，可知氧化性：Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋。方案2电解时有污染性的气体Cl2产生，且能耗大。
答案 (1)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3
(2)0.1 (3)CuSO4能使蛋白质变性
(4)Fe(OH)3
(5)Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋ 有污染性气体Cl2产生，使用了电解装置，成本较高
【对点训练】
2.硫的化合物丰富多彩，且都有一定的用途。
(1)用作橡胶工业的硫化剂S2Cl2的分子结构中每个原子均满足8电子稳定结构，S2Cl2的电子式为________。S2Cl2遇水很容易发生水解反应生成一种淡黄色固体和两种气体，其反应的化学方程式为__________________________________。
(2)用作氧化剂的过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]属于离子化合物，易溶于水，其可由硫酸铵[(NH4)2SO4]为原料制备。
①(NH4)2SO4溶液呈酸性的原因是________________________(用离子方程式表示)，(NH4)2SO4溶液中各种离子的浓度由大到小的顺序为________________________。
②若硫酸铵溶液的浓度为250 g·L－1，其物质的量浓度是________ml·L－1。
③(NH4)2S2O8在Ag＋的催化作用下能将Mn2＋氧化成MnOeq \\al(－,4)，其反应的离子方程式为__________________________________________________________________。
(3)Na2S2O4在空气分析中常用来吸收氧气，当吸收氧气、水蒸气后发生反应时，若还原剂和氧化剂的物质的量之比为1∶1，则产物为________(填化学式)。
解析 (1)S2Cl2中每个原子均满足8电子稳定结构，其结构式为Cl—S—S—Cl，则电子式为；由题意可知有S生成，根据氧化还原反应和水解反应的规律知有HCl、SO2生成，则发生反应的化学方程式为2S2Cl2＋2H2O===4HCl↑＋SO2↑＋3S↓。
(2)①(NH4)2SO4溶液因NHeq \\al(＋,4)水解而呈酸性，则水解方程式为NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋；(NH4)2SO4水解是一个微弱的过程，则c(NHeq \\al(＋,4))＞c(SOeq \\al(2－,4))＞c(H＋)＞c(OH－)。②c＝[250÷(18×2＋32＋16×4)] ml·L－1≈1.89 ml·L－1。③根据氧化还原反应中得失电子守恒以及电荷守恒可得离子方程式2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2Oeq \(=====,\s\up7(Ag＋))2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋。(3)根据还原剂和氧化剂的物质的量之比为1∶1以及得失电子守恒可写出反应的化学方程式Na2S2O4＋O2＋H2O===NaHSO4＋NaHSO3；产物为NaHSO4和NaHSO3。
答案 (1)
2S2Cl2＋2H2O===4HCl↑＋SO2↑＋3S↓
(2)①NHeq \\al(＋,4)＋H2ONH3·H2O＋H＋ c(NHeq \\al(＋,4))＞c(SOeq \\al(2－,4))＞c(H＋)＞c(OH－) ②1.89 ③2Mn2＋＋5S2Oeq \\al(2－,8)＋8H2Oeq \(=====,\s\up7(Ag＋))2MnOeq \\al(－,4)＋10SOeq \\al(2－,4)＋16H＋
(3)NaHSO4和NaHSO3
考点指导3 元素化合物综合题中的环境保护和绿色化学
【题型说明】
以单质及其化合物的性质，考查环境保护与绿色化学的应用是近几年高考命题的热点；是一类与社会、生产、生活结合较为紧密的一类题目，题中一些答案的制定经常具有一定的开放性，作答时，要联系生产、生活实际，充分利用化学语言，敢于下笔。
【案例3】 (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HCOeq \\al(－,3)占95%。写出CO2溶于水产生HCOeq \\al(－,3)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只来自于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：
________＋________eq \(=====,\s\up12(光能),\s\d12(叶绿体))(CH2O)x＋x18O2＋xH2O
(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 ml·L－1HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度＝________ ml·L－1。
(4)利用如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_________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[名师评析] 本题以CO2在海洋中的转移和归宿为素材，考查有关化学反应原理知识，难度不大，要求学生掌握弱电解质的电离、化学方程式的书写以及利用守恒观点配平方程式，第(3)小问则考查学生化学实验设计与计算能力，第(4)问利用电化学有关理论从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量，体现了化学与环境保护、理论与实际相结合的特点。
解析 (1)CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3电离出H＋和HCOeq \\al(－,3) 。(2) ①根据钙化作用的反应物是HCOeq \\al(－,3) 和Ca2＋，生成物是CaCO3和CO2，故不难写出反应的离子方程式为2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。②根据元素守恒及示踪原子的标记知，方程式中的填空为：xCO2和2xHeq \\al(18,2)O。(3) ①该装置为洗气瓶的装置，要注意装置中长管进、短管出，且用分液漏斗滴加酸化所用试剂稀硫酸，因HCl易挥发出来影响后续的滴定而不能用盐酸。②根据该滴定过程得关系式：CO2～HCOeq \\al(－,3)～HCl，n(CO2) ＝n(HCl)＝xml·L－1×y×10－3L＝xy×10－3 ml，所以c(CO2)＝eq \f(xy×10－3 ml,z×10－3 L)＝eq \f(xy,z) ml·L－1。(4) ①a室的电极连接电源的正极，作阳极，发生氧化反应：2H2O―4e－=== O2↑＋4H＋，c(H＋)增大，H＋从 a 室通过阳离子交换膜进入 b 室，发生反应：HCOeq \\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O。②海水的pH≈8，电解后的海水pH＜6，呈酸性；c室的反应：2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－，可用c室排出的碱液与从b室排出的酸液中和调至接近装置入口海水的pH，即处理合格。
答案 (1)CO2＋H2OH2CO3、
H2CO3H＋＋HCOeq \\al(－,3)
(2)①2HCOeq \\al(－,3)＋Ca2＋===CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
②xCO2 2xHeq \\al(18,2)O
(3) ①
②eq \f(xy,z)
(4)①a 室：2H2O―4e－=== O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子膜进入b室，发生反应：HCOeq \\al(－,3)＋H＋===CO2↑＋H2O ②c室的反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，用c室排出的碱液将从b室排出的酸液调至接近装置入口海水的pH
【对点训练】
3.构建人与自然的和谐、营造安全的生态环境已成为全人类的共识。
(1)如图甲，向两只250 mL的锥形瓶中分别充入CO2和空气，用白炽灯泡照射一段时间后，其中a瓶中温度计读数稍低，则盛放CO2的锥形瓶为________(填“a”或“b”)。
(2)为防止白色污染，废旧的塑料需投入到贴有图乙标志的垃圾桶内，该标志表示的是________。
(3)废水中铊(Tl)具有高毒性，治理时常加入NaClO溶液将Tl＋转变为Tl3＋，NaClO作________(填“氧化剂”或“还原剂”)，同时加入适量氨水，将Tl3＋转变为难溶物Tl(OH)3，写出生成Tl(OH)3的离子方程式为：_____________________________________________________________________。
解析 (1)由于CO2会产生温室效应，因此温度高的一瓶装的是CO2，即b瓶中装的是CO2。(2)塑料属于可回收利用的垃圾，因此图乙是可回收垃圾的图标。(3)加入NaClO溶液将Tl＋转变为Tl3＋，反应中铊元素失电子被氧化，NaClO中＋1价的氯被还原，因此NaClO是氧化剂；加入适量氨水，将Tl3＋转变为难溶物Tl(OH)3的离子方程式见答案。
答案 (1)b (2)可回收垃圾 (3)氧化剂 Tl3＋＋3NH3·H2O===Tl(OH)3↓＋3NHeq \\al(＋,4)
一、抓元素，知性质
在非金属元素中，以Cl、O、S、N、P、C、Si为重点。在金属元素中，以Na、Al、Fe、Cu为重点。其中Cl、N、S、Na、Al、Fe六种元素的单质及其化合物性质最典型、最重要，要重点掌握
二、明目的，知特性
要熟悉含各元素的物质的一些特性，如含Fe3＋的溶液遇KSCN溶液变红色，含Fe2＋的溶液与碱溶液反应的特殊现象，Al、Al2O3、Al(OH)3的两性，NH3遇HCl、Cl2、HNO3产生白烟，NH3使湿润的红色石蕊试纸变蓝，SO2的漂白性等
三、会结合
要学会将元素化合物知识与元素周期律、物质结构、氧化还原反应、中和滴定、化学反应速率、化学平衡、电化学等密切结合起来
四、结合题目信息作答
将掌握的元素化合物知识与题目所给信息相结合，判断不同情况下框图中各字母代表的物质，进而结合物质的性质按要求回答问题