盐城市2024届高三化学二轮专题复习讲义（18）-专题四第三讲 非金属及其化合物（一）

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（1课时，共3课时）
【复习目标】
1．构建碳、硅、卤素及其重要化合物性质及用途的知识体系，形成知识立体网络。
2．加强这部分知识的综合运用，提升学生的综合能力。
【重点突破】
碳、硅、卤素及其重要化合物性质这部分知识在流程图题中的综合运用
【真题再现】
例1．（2016·江苏16）以电石渣[主要成分为Ca(OH)2和CaCO3]为原料制备KClO3的流程如下：

（1）氯化过程控制电石渣过量，在75℃左右进行。氯化时存在Cl2与Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反应，Ca(ClO)2进一步转化为Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2 分解为CaCl2和O2。
①生成Ca(ClO)2的化学方程式为 。
②提高Cl2转化为Ca(ClO3)2的转化率的可行措施有 （填序号）。
A．适当减缓通入Cl2速率 B．充分搅拌浆料 C．加水使Ca(OH)2完全溶解
（2）氯化过程中Cl2 转化为Ca(ClO3)2的总反应方程式为
6Ca(OH)2+6Cl2==Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O,氯化完成后过滤。
①滤渣的主要成分为 （填化学式）。
②滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2] 1∶5（填“＞”、“＜”或“=”）。
（3）向滤液中加入稍过量KCl固体可将Ca(ClO3)2转化为KClO3，若溶液中KClO3的含量为100g▪L-1，从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是 。
解析：（1）①2Cl2+2Ca(OH)2===Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O ②A项，适当减缓Cl2通入速率可以使Cl2被Ca(OH)2充分吸收而反应，可以提高Cl2的转化率，正确；B项，充分搅拌浆料可以增大反应物的接触面积，使Cl2被Ca(OH)2充分吸收而反应，可以提高Cl2的转化率，正确；C项，加水使Ca(OH)2完全溶解，Ca(OH)2浓度降低，不利于吸收，错误。（2）①CaCO3不溶于水，与Cl2不反应，Ca(OH)2微溶，因此滤渣的主要成份为CaCO3、Ca(OH)2 。②由于Cl2还能于Ca(OH)2反应生成Ca(ClO)2、CaCl2、H2O，因此滤液中Ca(ClO3)2与CaCl2的物质的量之比 n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2]＜1∶5。（3）根据图像可知氯酸钾的溶解度受温度影响最大，因此从该溶液中尽可能多地析出KClO3固体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶。
答案：（1）①2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O ②AB
（2）①CaCO3、Ca(OH)2 ②＜
（3）蒸发浓缩、冷却结晶
小结：无机工业流程题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题为指导思想，能够综合考查学生各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力，所以这类题成为近年来高考的必考题型。流程题的解题思路为：明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。
解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤。
从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。
【知能整合】
1．碳、硅及其重要化合物
硅元素的非金属性不强，但其具有“亲氧”特性，使硅元素在自然界中没有游离态，只有化合态，其主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。对于碳、硅两元素，复习时应从以下几个方面掌握：
（1）理清知识主线 eq \(C,\s\up6(－4))H4←eq \(C,\s\up6(0))→eq \(C,\s\up6(＋2))O→eq \(C,\s\up6(＋4))O2
eq \(Si,\s\up6(－4))H4← eq \(Si,\s\up6(0))→eq \(Si,\s\up6(＋4))O2(H2eq \(Si,\s\up6(＋4))O3)
（2）形成网络构建
2．卤素及其重要化合物
（1）理清知识主线 HCeq \(l,\s\up6(－1))→Ceq \(l,\s\up6(0))2→HCleq \(O,\s\up6(＋1))→Heq \(Cl,\s\up6(＋3))O2→Heq \(Cl,\s\up6(＋5))O3→Heq \(Cl,\s\up6(＋7))O4
（2）形成网络构建
例2．CO2的资源化对于构建低碳社会具有重要意义。
（1）在太阳能的作用下，缺铁氧化物如[Fe0.9O]能分解CO2，其过程如图1所示。过程①的化学方程式是____________________________________。在过程②中每产生1 ml O2，转移电子________ml。
（2）高温电解CO2和H2O是一种制备清洁燃料的新技术，其原理如图2所示。电极a上的电极反应式是H2O＋2e－===H2＋O2－和__________________。
（3）利用CO2制备CH3OH的反应如下：
反应a：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1 ＝＋41.19 kJ·ml－1
反应b：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2 ＝－90.77 kJ·ml－1
反应c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3
ΔH3＝________kJ·ml－1，反应c的平衡常数表达式K＝____________。
（4）CO2是廉价的碳资源，将其甲烷化具有重要意义。其原理：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－412.5 kJ·ml－1，其他条件不变，压强对CO2的转化率及CH4的选择性的影响如图3所示。CH4的选择性＝eq \f(CH4的物质的量,反应的CO2的物质的量)×100%，CO2甲烷化反应选择0.1 MPa (1个大气压)而不选择更高压强的原因是_____________。
解析：（1）根据图1所示，过程①是Fe0.9O和CO2反应生成Fe3O4和C，化学方程式是10Fe0.9O＋CO2eq \(=====,\s\up7(太阳能))3Fe3O4＋C；过程②中Fe3O4→O2，氧元素化合价由－2升高为0，每产生1 ml O2，转移电子4 ml。（2）根据图2所示，电极a上H2O得电子生成H2，CO2得电子生成CO，电极反应式是H2O＋2e－===H2＋O2－和CO2＋2e－===CO＋O2－。（3）反应a：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41.19 kJ·ml－1 反应b：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.77 kJ·ml－1 反应c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3 根据盖斯定律反应a＋b得CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋41.19 kJ·ml－1－90.77 kJ·ml－1＝－49.58 kJ·ml－1，反应c的平衡常数表达式K＝eq \f(c(CH3OH)c(H2O),c(CO2)c3(H2))。（4）根据图示，在0.1 MPa时，CO2的转化率及CH4的选择性较高，加压CO2的转化率及CH4的选择性变化不大，且加压会增大投资和能耗，CO2甲烷化反应选择0.1 MPa (1个大气压)而不选择更高压强。
答案：（1）10Fe0.9O＋CO2eq \(=====,\s\up7(太阳能))3Fe3O4＋C 4
（2）CO2＋2e－===CO＋O2－
（3）－49.58 eq \f(c(CH3OH)c(H2O),c(CO2)c3(H2))
（4）在0.1 MPa时，CO2的转化率及CH4的选择性较高，加压CO2的转化率及CH4的选择性变化不大，且加压会增大投资和能耗
小结：注重设计新的情境，提高学生分析问题、解决能力的能力。例如：结合题给信息，将氧化还原的基础知识进行综合运用。结合图示信息，书写电极反应式时，应用O2－来配电荷守恒。同时运用盖斯定律进行ΔH的相关计算。同时对化学平衡的相关知识进行了综合运用与考查。将书本上的知识进行升华与提高。
【体系再构】
【随堂反馈】
基础训练
1．下列是部分矿物资源的利用及产品流程，有关说法不正确的是

A．粗铜电解精炼时，粗铜作阳极
B．生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C．黄铜矿冶铜时，副产物SO2可用于生产硫酸，FeO可用作冶铁的原料
D．粗硅制高纯硅时，提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
2．下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是
A．用装置甲灼烧碎海带
B．用装置乙过滤海带灰的浸泡液
C．用装置丙制备用于氧化浸泡液中I−的Cl2
D．用装置丁吸收氧化浸泡液中I−后的Cl2尾气
3．通过海水晾晒可以得到粗盐，粗盐除含有NaCl外，还含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质。以下是某兴趣小组制备精盐的实验方案，各步操作流程如图。下列说法正确的是
A．实验过程中①、⑤步骤的操作分别是溶解、过滤
B．实验过程中步骤④的目的仅是除去溶液中的Ca2＋
C．实验过程中步骤⑦中的蒸发所用到的仪器是酒精灯、玻璃棒、烧杯、铁架台（带铁圈）
D．实验过程中②、④步骤互换，对实验结果不影响
4．氯可形成多种含氧酸盐，广泛应用于杀菌、消毒及化工领域。实验室中利用下图装置（部分装置省略）制备KClO3和NaClO，探究其氧化还原性质。
回答下列问题：
（1）盛放MnO2粉末的仪器名称是 ，a中的试剂为 。
（2）b中采用的加热方式是 ，c中化学反应的离子方程式是 ，采用冰水浴冷却的目的是 。
（3）d的作用是 ，可选用试剂 （填标号）。
A．Na2S B．NaCl C．Ca(OH)2 D．H2SO4
（4）反应结束后，取出b中试管，经冷却结晶， ， ，干燥，得到KClO3晶体。
（5）取少量KClO3和NaClO溶液分别置于1号和2号试管中，滴加中性KI溶液。1号试管溶液颜色不变。2号试管溶液变为棕色，加入CCl4振荡，静置后CCl4层显 色。可知该条件下KClO3的氧化能力 NaClO（填“大于”或“小于”）。
拓展训练
5．（2022·南京三模）2022年2月，我国北京成功举办了第24届冬季奥运会。 下列有关说法正确的是)
A．速滑馆“冰丝带”使用二氧化碳制冷剂制冰，该制冰过程属于化学变化
B．火炬“飞扬”使用H2作燃料，火焰呈黄色是因为在喷口格栅处涂有钾盐
C．吉祥物“冰墩墩”外壳使用有机硅橡胶材料，该材料属于硅酸盐材料
D．赛事服务用车使用氢燃料电池车代替普通燃油车，有利于实现“碳中和”
6．（2020·江苏）CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
（1）CO2催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO3溶液（CO2与KOH溶液反应制得）中通入H2生成HCOO－，其离子方程式为________________________；其他条件不变，HCOeq \\al(－,3)转化为HCOO－的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40～80 ℃范围内，HCOeq \\al(－,3)催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是________________________。
（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
①电池负极电极反应式为______________________________；放电过程中需补充的物质A为______________（填化学式）。
②图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_________________________________。
（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图3所示。
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外，还生成____________（填化学式）。
②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是____________________________________________。
【巩固练习答案】
1．B 2．B 3．A
4．（1）圆底烧瓶、 饱和食盐水
（2）水浴加热、 Cl2+2OH−===ClO−+Cl−+H2O、避免生成NaClO3
（3）吸收尾气(Cl2)、AC
（4）过滤 、少量(冷)水洗涤
（5）紫、小于
5．D
6．（1）HCOeq \\al(－,3)＋H2eq \(=====,\s\up7(催化剂))HCOO－＋H2O 温度升高反应速率增大，催化剂的活性增强
（2）①HCOO－＋2OH－－2e－===HCOeq \\al(－,3)＋H2O H2SO4
②2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCOeq \\al(－,3)＋2H2O(或2HCOO－＋O2===2HCOeq \\al(－,3))
（3）①HD ②提高释放氢气的速率及纯度
【课后作业】
1．如图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是
A．SiO2属于两性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的试剂瓶用玻璃塞
C．硅胶吸水后可重复再生 D．图中所示的转化都是氧化还原反应
2．我国科研人员发现，在钙钛矿活性层中引入稀土Eu3＋/Eu2＋离子对，通过循环反应可消除零价铅和零价碘缺陷，大幅提高钙钛矿电池的使用寿命，其原理如图。下列说法正确的是
A．Eu3＋/Eu2＋离子对在反应过程中不断损耗，需定时补充
B．消除零价碘的过程中，Eu3＋/Eu2＋离子对发生还原反应
C．消除零价铅的反应为2Eu3＋＋Pb0===2Eu2＋＋Pb2＋
D．整个过程实质上将电子从I0转移给Pb0
3．KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
（1）KIO3的化学名称是__________。
（2）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是___ __。“滤液”中的溶质主要是_ __。“调pH”中发生反应的化学方程式为 。
（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式___ ___。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_______，其迁移方向是__________。
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有 （写出一点）。
4．元素铈(Ce)是一种重要的稀土元素。
（1）工业上用氟碳铈矿（主要成分为CeFCO3）制备CeO2。焙烧过程中发生的主要反应的化学方程式为___________________________。
（2）已知CeCl3·7H2O在空气中易被氧化成四价铈，反应如下：
①CeCl3·7H2O(s)===CeCl3(s)＋7H2O(g) ΔH1＝a kJ·ml－1
②4CeCl3(s)＋O2(g)＋14H2O(g)===4Ce(OH)4(s)＋12HCl(g) ΔH2＝b kJ·ml－1
③ Ce(OH)4(s)===CeO2(s)＋2H2O(g) ΔH3＝c kJ·ml－1
则4CeCl3·7H2O(s)＋O2(g)===4CeO2(s)＋12HCl(g)＋22H2O(g) ΔH＝________。
（3）CeO2是汽车尾气净化催化剂中最重要的助剂，工作原理如图1所示。写出过程①发生反应的化学方程式：_________________________________。
（4）已知Ce(OH)4极易分解，用如图2所示装置电解CeCl3溶液在阴极区制得CeO2。电解过程中反应体系的pH随时间t的变化曲线如图3所示。
①电解进行1 h内溶液的pH迅速下降，可能原因是______________________。
②请解释生成CeO2的原理：_____________________________。
（5）常温下，当溶液中某离子浓度≤1.0×10－5 ml·L－1时，可认为该离子沉淀完全。用Na2C2O4溶液对电解后的废液处理得到Ce2(C2O4)3固体，则应保持溶液中c(C2Oeq \\al(2－,4))约为________。（已知25 ℃时，Ksp[Ce2(C2O4)3]＝1.0×10－25）
5．（2022·江苏学科基地二联）某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。实验室制取亚氯酸钠的装置如图所示：
已知：ClO2浓度过高时易发生分解。
（1）装置A中工业上常用H2C2O4代替Na2SO3来制备ClO2，反应的化学方程式为2NaClO3＋H2C2O4===Na2CO3＋CO2↑＋2ClO2↑＋H2O，相比较而言，用H2C2O4制备ClO2，其优点为__________________________________。
（2）装置C用于制备亚氯酸钠(NaClO2)，装置C中发生的离子方程式为__________。装置C中反应为放热反应，在不改变反应物浓度和体积及搅拌速率的条件下，为了防止温度过高，实验中可采取的措施：缓慢滴加浓硫酸、________________。
（3）设计验证装置C中生成的NaClO2(混有少量H2O2)具有氧化性的实验方案：取反应后装置C中的溶液，调节溶液呈中性，_____________________________。（已知：酸性条件下，NaClO2将I－氧化为I2。实验中须使用的试剂：MnO2、稀硫酸溶液、淀粉碘化钾溶液）。
（4）测定实验所得亚氯酸钠样品中的NaClO2含量(杂质不参与反应)的方法如下：准确称取4.500 g亚氯酸钠样品，加入1.00 ml·L－1稀硫酸至完全溶解，配制成100.00 mL溶液，取出10.00 mL溶液于锥形瓶中，先加入1.000 ml·L－1硫酸亚铁标准液30.00 mL，充分反应后，再用0.1000 ml·L－1酸性K2Cr2O7溶液滴定至终点，消耗酸性K2Cr2O7溶液20.00 mL。过程中发生的反应如下：
NaClO2＋4FeSO4＋2H2SO4===NaCl＋2H2O＋2Fe2(SO4)3
6FeSO4＋K2Cr2O7＋7H2SO4===Cr2(SO4)3＋3Fe2(SO4)3＋K2SO4＋7H2O
样品中NaClO2的质量分数为________（结果保留2位小数）。
【课后作业】答案
1．C 2．C
3．（1）碘酸钾
（2）加热 KCl KH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O或（HIO3+KOH=KIO3+H2O）
（3）2H2O+2e－=2OH－+H2↑ K+ a到b 产生Cl2易污染环境
4．（1）4CeFCO3＋4NaHCO3＋O2eq \(=====,\s\up7(高温))4NaF＋4CeO2＋8CO2＋2H2O
（2）(4a＋b＋4c) kJ·ml－1
（3）xCO＋CeO2===CeO(2－x)＋xCO2
（4）①产生的Cl2发生反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO。由于生成了HCl，使反应体系的pH迅速下降
②阳极电解产生的Cl2把Ce3＋氧化成Ce4＋，同时与阴极电解产生的OH－反应生成Ce(OH)4，然后再分解生成CeO2[或者Ce3＋与阴极电解产生的OH－反应生成Ce(OH)3，Ce(OH)3再被阳极电解产生的Cl2氧化成Ce(OH)4，然后再分解生成CeO2]
（5）1.0×10－5 ml·L－1
5．（1）产生的CO2可稀释ClO2，防止ClO2浓度过高时分解
（2）2ClO2＋H2O2＋2OH－===2ClOeq \\al(－,2)＋O2↑＋2H2O 将三颈烧瓶置于冰水浴中
（3）加入少量二氧化锰，充分反应至不再产生气泡，过滤，向所得滤液中加入稀硫酸酸，再加入淀粉碘化钾溶液，若观察到溶液变蓝，则说明NaClO2具有氧化性
（4）90.50%