2020届二轮复习 元素及其化合物 学案（全国通用） (1)

专题五  元素及其化合物

主干知识梳理

常见元素及其化合物的转化关系

1．钠及其重要化合物

2．铝及其重要化合物

3．铁及其重要化合物

4．铜及其重要化合物

5．硅及其重要化合物

6．氯及其重要化合物

7．硫及其重要化合物

8．氮及其重要化合物

考点1　以化学实验和STSE为载体考查元素及其化合物的性质与转化

例1　(2019·全国卷Ⅱ)下列实验现象与实验操作不相匹配的是(　　)

[批注点拨]　

[解析]　乙烯与酸性高锰酸钾溶液反应生成Mn2＋(紫色褪去)和CO2、H2O，静置后溶液不分层；2Mg＋CO22MgO＋C；Na2S2O3＋2HCl===2NaCl＋S↓＋SO2↑＋H2O；2FeCl3＋Fe===3FeCl2，Fe2＋不能使KSCN显色，故答案为A。

[答案]　A

一、金属及其化合物

1．掌握常见物质的颜色

Na2O(白色)、Na2O2(淡黄色)、MgO(白色)、Al2O3(白色)、Fe2O3(红棕色)、FeO(黑色)、Fe3O4(黑色)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)。

2．熟记四种物质的俗名

Na2CO3—纯碱、苏打，NaHCO3—小苏打，

KAl(SO4)2·12H2O—明矾，CuSO4·5H2O—胆矾、蓝矾。

3．知道十一种物质的重要用途

钠——制Na2O2、冶炼Ti等金属、钠钾合金作原子反应堆导热剂

铁粉——袋装食品中的脱氧剂

生石灰(CaO)——袋装食品中的干燥剂

氧化铁(Fe2O3)——红色涂料、冶炼铁

氧化铝(Al2O3)——耐火材料、冶炼铝

氢氧化铝——中和胃酸

明矾(KAl(SO4)2·12H2O)——净水剂

氯化铁——印刷电路板回收铜、净水剂

小苏打(NaHCO3)——治疗胃酸过多、发酵粉、灭火剂

纯碱(Na2CO3)——去油污

高铁酸钠(Na2FeO4)——杀菌、消毒、净水

4．掌握两个数据

等量的铝与足量的NaOH溶液、盐酸反应，产生H2的物质的量之比为1∶1，消耗NaOH、HCl的物质的量之比为1∶3。

5．掌握常见认识误区

(1)Na2O2的认识误区

①Na2O2不是碱性氧化物。

②Na2O2与CO2或H2O反应时，Na2O2既是氧化剂又是还原剂。

③过氧化钠中阴离子为O。

(2)铝及其重要化合物“两性”的理解

①铝可与强酸、强碱反应，但铝不能叫两性元素。

②Al2O3、Al(OH)3分别属于两性氧化物、两性氢氧化物，但它们只能与强酸、强碱反应。

③既能与酸反应生成气体，又能与碱反应生成气体的物质未必一定是Al，还可能是(NH4)2CO3或NH4HCO3等。

(3)Fe3＋、Fe2＋的检验误区

①溶液中加入KSCN溶液，溶液变红色，只能说明溶液中含有Fe3＋，无法证明是否含有Fe2＋。

②当溶液中含有Fe3＋时，若要检验是否含Fe2＋只能利用Fe2＋的还原性，如加入KMnO4溶液，看紫色是否褪去。

③某溶液中加入碱溶液后，最终得到红褐色沉淀，并不能断定该溶液中一定含有Fe3＋，也可能含有Fe2＋。

二、非金属及其化合物

1．Si与强碱溶液的反应

非金属单质与碱液反应一般无H2放出，但Si除外：

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

2．SiO2的性质

二氧化硅存在以下两个反应：①SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，但二氧化硅不是两性氧化物。

3．浓度变化对反应的影响

(1)Cu＋H2SO4(稀)―→不反应；

Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

(2)MnO2＋HCl(稀)―→不反应；

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋2H2O＋Cl2↑。

(3)3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O；

Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。

4．注意区分SO2的还原性和漂白性

如SO2使溴水褪色体现了SO2的还原性；而SO2的漂白性是由于它溶于水与有色物质直接化合，形成不稳定的无色化合物。

5．NH3的实验室制法

(1)反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O。

(2)实验装置：固体＋固体气体。

(3)净化措施：用碱石灰干燥。

(4)收集方法：用向下排空气法收集。

(5)验满方法：用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口。

6．氯及其化合物中的热点

(1)HClO、HClO2、HClO3、HClO4酸性依次增强，但氧化性依次减弱。

(2)Cl2的实验室制法，氧化剂可以为

7．卤素化合物以次氯酸盐为重点

(1)ClO－类似NO，酸性环境氧化性增强，但ClO－又不同于NO，任何环境都体现氧化性，如ClO－与I－、Fe2＋均不能共存。

(2)ClO－能水解，因HClO酸性很弱，ClO－水解显碱性，如ClO－＋H2OOH－＋HClO。

8．两大强酸与金属反应的有关规律

(1)硝酸与金属反应时存在着如下几条规律，可作为硝酸与金属反应计算的依据：

①反应中生成的NO和NO2气体的物质的量之和等于反应中被还原的硝酸的物质的量。

②反应中生成的NO和NO2的物质的量与生成的硝酸盐中NO的物质的量之和等于参加反应的硝酸的物质的量。

③反应所生成的氮的氧化物与O2混合后被水恰好完全吸收时，消耗的O2的量决定于反应的金属的物质的量，定量关系可依据得失电子守恒确定。

(2)硫酸与金属反应的规律

①稀硫酸具有弱氧化性，与金属活动性顺序表中排在氢后面的金属不反应，其氧化性由溶液中的H＋表现；浓硫酸具有强氧化性，能氧化绝大多数金属，其氧化性由H2SO4分子中的＋6价S表现，是强氧化性酸。

②浓硫酸与足量活泼金属反应时，其还原产物除SO2外，还有H2。这是因为随着反应的进行，硫酸不断消耗，水不断生成，硫酸的浓度逐渐变小，浓硫酸变成了稀硫酸，此时由H＋表现氧化性，生成H2。

③浓硫酸与金属活动性顺序表中排在氢后面的金属反应时，不论金属是否足量，酸均不可能消耗完，还原产物只有SO2。

1．(2019·A10联考段考)下列说法错误的是(　　)

A．H2O2使氯水浅黄绿色褪去，体现了H2O2的漂白性

B．过量的铁在纯氧气中燃烧后所得固体，加稀盐酸溶解，再滴加KSCN溶液可能不变红色

C．向NaAlO2和Na2SiO3的混合溶液中通入过量的CO2，可以得到两种沉淀

D．浓硫酸和蔗糖混合产生的气体通入足量酸性KMnO4溶液中，气体不可能完全被吸收

答案　A

解析　H2O2使氯水浅黄绿色褪去，得到O2和Cl－，体现H2O2的还原性，并非漂白性，A错误；铁与氧气反应得到Fe3O4，Fe3O4再和盐酸反应得到FeCl3和FeCl2溶液，过量的Fe和Fe3＋反应得到Fe2＋，故滴加KSCN溶液可能不变血红色，B正确；NaAlO2与CO2反应得到Al(OH)3沉淀，Na2SiO3和CO2反应得到H2SiO3沉淀，C正确；浓硫酸和蔗糖混合产生的气体有SO2和CO2，SO2可以被酸性KMnO4溶液吸收，而CO2不能被酸性KMnO4溶液吸收，D正确。

2．(2019·河北武邑高三调研)甲、乙、丙、丁、戊五种物质是中学化学常见的物质，其中甲、乙均为单质，它们的转化关系如图所示(某些条件和部分产物已略去)。下列说法正确的是(　　)

A．若甲可以与NaOH溶液反应放出H2，则丙一定是两性氧化物

B．若甲为短周期中最活泼的金属，且戊为碱，则丙生成戊一定是氧化还原反应

C．若丙、丁混合产生大量白烟，则乙可能会使高锰酸钾溶液褪色

D．若甲、丙、戊都含有同一种元素，则三种物质中，该元素的化合价由低到高的顺序可能为甲＜丙＜戊

答案　D

解析　甲为单质，若甲可以与NaOH溶液反应放出H2，则甲为Al或Si，所以丙可能是氧化铝，也可能是二氧化硅，不一定是两性氧化物，故A错误；若甲为短周期中最活泼的金属，且戊为碱，则甲为Na，乙为氧气，所以丙可以为氧化钠或过氧化钠，当丙为氧化钠时，丙生成戊不是氧化还原反应，故B错误；丙、丁混合产生白烟，则丙、丁可为HCl和NH3或HNO3和NH3等，甲、乙均为单质，则乙可能是氯气、氢气或氮气，都不能使高锰酸钾溶液褪色，故C错误；若甲、丙、戊含有同一种元素，例如当甲为S、乙为氧气、丙为二氧化硫、丁为HClO等具有强氧化性的物质、戊为硫酸时，则含S元素的物质中S的化合价由低到高的顺序为甲<丙<戊，故D正确。

考点2　以无机化工流程图为载体考查元素及其化合物的性质与转化

例2　(2019·全国卷Ⅰ)硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工业。一种以硼镁矿(含Mg2B2O5·H2O、SiO2及少量Fe2O3、Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

(1)在95 ℃“溶浸”硼镁矿粉，产生的气体在“吸收”中反应的化学方程式为_______________________。

(2)“滤渣1”的主要成分有__________。为检验“过滤1”后的滤液中是否含有Fe3＋，可选用的化学试剂是________。

(3)根据H3BO3的解离反应：H3BO3＋H2OH＋＋B(OH)，Ka＝5.81×10－10，可判断H3BO3是__________酸；在“过滤2”前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________________。

(4)在“沉镁”中生成Mg(OH)2·MgCO3沉淀的离子方程式为_______________________，

母液经加热后可返回________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是________。

[批注点拨]　

[解析]　首先根据逆推法推出过滤1滤液中含有的成分，由沉镁得过滤1滤液中含Mg2＋。由过滤2→H3BO3结合问题(3)推出过滤1滤液中含B(OH)，再由硼镁矿的成分推知能溶于(NH4)2SO4溶液的是Mg2B2O5·H2O，故滤渣1为SiO2、Fe2O3、Al2O3。

(1)能溶解Mg2B2O5·H2O的实质是(NH4)2SO4产生的NH与H2O反应生成H＋和NH3·H2O。其中H＋的消耗使的NH向水解的方向进行，从而产生“气体”——NH3；NH3与NH4HCO3溶液反应生成(NH4)2CO3，产生的CO使Mg2＋沉淀(沉镁)。

(2)检验“过滤1”滤液中是否含Fe3＋可用试剂KSCN溶液，若变红，则含Fe3＋，不变红，则不含Fe3＋。

(3)根据H3BO3＋H2OB(OH)＋H＋可知H3BO3是一元弱酸，调pH＝3.5是为了让[B(OH)4]－转化为弱酸H3BO3从溶液中析出。

(4)根据流程图结合问题(1)和“过滤2”的成分可知反应物为MgSO4和(NH4)2CO3，则反应的离子方程式为2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]，同时得到母液(NH4)2SO4溶液循环使用，用于溶浸硼镁矿；难溶的金属的氢氧化物和碳酸盐高温焙烧能分解生成金属氧化物、水和CO2。

[答案]　(1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3

(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3　KSCN

(3)一元弱　转化为H3BO3，促进析出

(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑]　溶浸　高温焙烧

1．原料预处理的五种措施

2．物质提纯的六种方法

3．审题技巧

无机化工流程题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语常为隐性信息，它可以暗示我们审题所应考虑的角度。常见的有：

(1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发、物质的不稳定性等。

(2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。

(3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。

(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。

(5)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。

(6)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度，有利于析出、减少损耗和提高利用率等。

4．无机化工流程题的解题步骤

第一步：要通过学过的化学知识明确原料和产品(包括副产品)间的转化关系，即箭头方向所代表的含义。

第二步：分析流程中的每一步骤，从几个方面了解流程：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的。

第三步：由于该类试题多与实际的工业生产相联系，有些问题就需要从生产成本、物质的循环利用、环境污染等角度进行考虑。

第四步：注意从题设问题中获取信息，帮助解题。

3．(2018·全国卷Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：

(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：__________________________________。

(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。

②工艺中加入Na2CO3固体，并再次充入SO2的目的是______________________________。

答案　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O

(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液

解析　(1)亚硫酸氢钠过饱和溶液经结晶脱水生成焦亚硫酸钠，根据原子守恒可知反应的方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。

(2)①碳酸钠饱和溶液吸收SO2后的溶液显酸性，说明生成物是酸式盐，即Ⅰ中为NaHSO3溶液。②要制备焦亚硫酸钠，需要制备亚硫酸氢钠过饱和溶液，因此工艺中加入碳酸钠固体、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3过饱和溶液。

4．(2019·安徽舒城高三统考)铁是人类较早使用的金属之一。运用铁及其化合物的有关知识，回答下列问题：

(1)铁和铁合金是生活中的常用材料，下列叙述中正确的是________。

A．纯铁硬度比生铁高

B．纯铁耐腐蚀性强，不易生锈

C．不锈钢是铁合金，只含金属元素

D．铁在一定条件下，可与水蒸气反应

E．铁在冷的浓硫酸或浓硝酸中钝化，加热也不反应

(2)向沸水中逐滴滴加1 mol·L－1FeCl3溶液，至液体呈透明的红褐色，该反应的离子方程式为__________________________。

(3)高铁酸钠Na2FeO4是一种新型消毒净水剂。

①高铁酸钠主要通过如下反应制取：2Fe(OH)3＋3NaClO＋4NaOH===2Na2FeO4＋3X＋5H2O，则X的化学式为____________。

②高铁酸钠在水中可以发生如下反应：4FeO＋10H2O4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑。高铁酸钠能够杀菌消毒是因为它具有________性，使用高铁酸盐处理饮用水的优点是______________________________。

③下列物质能作饮用水净水剂的有________。

A．KAl(SO4)2·12H2O B．[Fe(OH)(SO4)]n

C．ClO2 D．“84”消毒液

答案　(1)BD

(2)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋

(3)①NaCl　②强氧化　杀菌消毒、净水同时完成，无毒绿色环保

③AB

解析　(1)生铁属于合金，比纯铁硬度高，A错误；纯铁不易形成原电池，耐腐蚀性强，不易生锈，B正确；不锈钢是铁合金，含有碳元素，C错误；铁在一定条件下，可与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气，D正确；铁在冷的浓硫酸或浓硝酸中钝化，加热会发生反应，E错误。

(2)向沸水中逐滴滴加1 mol·L－1 FeCl3溶液，至液体呈透明的红褐色，该反应的离子方程式为Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋。

(3)①高铁酸钠主要通过如下反应制取：2Fe(OH)3＋3NaClO＋4NaOH===2Na2FeO4＋3X＋5H2O，根据得失电子守恒和质量守恒，则X的化学式为NaCl。②高铁酸钠在水中可以发生如下反应：4FeO＋10H2O4Fe(OH)3＋8OH－＋3O2↑。高铁酸钠能够杀菌消毒是因为它具有强氧化性，生成的氢氧化铁有吸附性，能净水，故使用高铁酸盐处理饮用水的优点是杀菌消毒、净水同时完成，无毒绿色环保。③KAl(SO4)2·12H2O水解生成的氢氧化铝胶体和[Fe(OH)(SO4)]n水解生成的氢氧化铁胶体都吸附水中的杂质，从而起净水作用，ClO2和“84”消毒液只能杀菌消毒，不能净水。