高考化学一轮复习课时作业第4章第6讲 非金属化合物的制备及性质探究（含解析）

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训练(二十二)　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：

熔点/℃
沸点/℃
其他
PCl3
－112
75.5
遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3
POCl3
2
105.3
遇水生成H3PO4和HCl；
能溶于PCl3
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