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2020新课标高考化学二轮教师用书：第1部分专题9 元素及其化合物
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专题九 元素及其化合物
1．常见金属元素(如Na、Mg、Al、Fe、Cu等)：(1)了解常见金属的活动顺序；(2)了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用；(3)了解合金的概念及其重要应用。 2.常见非金属元素(如H、C、N、O、Si、S、Cl等)：(1)了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用；(2)了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。 3.掌握常见气体的实验室制法(试剂、原理、仪器、收集)。 4.以上各部分知识的综合应用。
■真题引领——感悟高考真题··········································
1．(2019·江苏高考)下列有关化学反应的叙述正确的是( )
A．Fe在稀硝酸中发生钝化
B．MnO2和稀盐酸反应制取Cl2
C．SO2与过量氨水反应生成(NH4)2SO3
D．室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2
C [A项，Fe在浓硝酸中发生钝化，错误；B项，MnO2和浓盐酸反应制取Cl2，错误；C项，SO2与过量的氨水反应生成(NH4)2SO3，反应的化学方程式为2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O，正确；D项，室温下Na与空气中的O2反应生成Na2O，错误。]
2．(2019·浙江4月选考)针对下列实验现象表述不正确的是 ( )
A．用同一针筒先后抽取80 mL氯气、20 mL水，振荡，气体完全溶解，溶液变为黄绿色
B．在表面皿中加入少量胆矾，再加入3 mL浓硫酸，搅拌，固体由蓝色变白色
C．向二氧化硫水溶液中滴加氯化钡溶液，再滴加双氧水，产生白色沉淀
D．将点燃后的镁条伸入充满二氧化碳的集气瓶，镁条剧烈燃烧，有白色、黑色固体生成
A [常温常压下，1体积水约溶解2体积的氯气，故20 mL水只能溶解大约40 mL的氯气，A项错误；浓硫酸具有吸水性，将CuSO4·5H2O转化为CuSO4，固体由蓝色变为白色，B项正确；双氧水将含＋4价硫元素的微粒氧化为SO，SO与BaCl2反应生成BaSO4沉淀，C项正确；镁在二氧化碳中燃烧生成MgO和C，D项正确。]
3．(2019·北京高考)下列除杂试剂选用正确且除杂过程不涉及氧化还原反应的是( )
选项
物质(括号内为杂质)
除杂试剂
A
FeCl2溶液(FeCl3)
Fe粉
B
NaCl溶液(MgCl2)
NaOH溶液、稀HCl
C
Cl2(HCl)
H2O、浓H2SO4
D
NO(NO2)
H2O、无水CaCl2
B [A项，除杂时发生的反应为Fe＋2FeCl3===3FeCl2，该反应属于氧化还原反应，错误；B项，除杂时发生的反应为MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl、NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，上述两个反应均不属于氧化还原反应，正确；C项，Cl2能溶于水且发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO该反应为氧化还原反应，不能用水除去Cl2中的HCl，错误；D项，除杂时发生的反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应为氧化还原反应，错误。]
4．(2019·全国卷Ⅰ，节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)步骤②需要加热的目的是____________，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是__________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
A B C D
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是____________，分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有_________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
[解析] (2)铁与硫酸反应，加热的目的是加快反应速率，由于温度要控制在80～95 ℃，应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe3＋水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
[答案] (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质 防止Fe3＋水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
5．(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
D [上述流程中加入Na2CO3的目的是生成Li2CO3沉淀，若加入Na2SO4不能形成含Li沉淀，D错误。]
6．(2017·全国卷Ⅱ，节选)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_____________，还可使用________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为______________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_______________________。
沉淀B的主要成分为________、________(写化学式)。
[解析] (1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节pH＝4～5，目的是除去Al元素和Fe元素，而在此pH范围内，Fe元素只有转化为Fe3＋才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。
(2)水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有SiO2(或反应生成的H2SiO3)不溶于盐酸，所以沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)。SiO2(或H2SiO3)不与强酸反应，但可溶于氢氟酸中。
(3)盐类水解是吸热反应，升高温度，可防止生成胶体，同时促进溶液中的Al3＋、Fe3＋水解程度增大而生成沉淀易于除去，加热的同时还可以加快反应速率。
[答案] (1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
7．(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的____________________，
反应的化学方程式为__________________________________
____________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中
①Y管中
________
②反应的化学方程式
___________________________________________
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③_________
④____________________
[解析] (1)①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液或液液加热制气装置。如果选择A装置制取氨气，则反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰作干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接d后接c；其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接f再接e；最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接i。
(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”，结合实验条件可知反应。NO2为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。反应后气体分子数减少，Y管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。
[答案] (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2ONH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色气体慢慢变浅
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压
上述真题涉及的题型有选择题和填空题。命题角度主要涉及：
(1)元素及其化合物的性质及应用，如T1、T2、T3。
(2)结合化工流程考查①常见无机物的性质、制备和应用，②物质的提纯，③化学反应方程式的书写，如T4、T5、T6。
(3)结合气体的制备和性质探究综合实验装置考查①气体的制备、除杂、收集和尾气处理，②气体的性质实验探究，③化学方程式的书写等，如T3、T7。
预测2020年高考仍会重点以化工流程和实验装置为载体考查物质的制备、性质探究、除杂提纯等内容。复习时加强记忆。
金属及其化合物
(对应学生用书第74页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．钠及其化合物
(1)钠及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①钠和盐溶液反应，不能置换出盐中的金属，与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。
②Na与足量O2反应无论生成Na2O还是Na2O2，只要参与反应的Na的质量相等，则转移电子的物质的量一定相等，但得到Na2O2的质量大于Na2O。
③Na分别与H2O和乙醇发生的反应均能生成H2，但反应的剧烈程度不同，前者反应剧烈，后者反应缓慢。
④1 mol Na2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为1 mol，如1 mol Na2O2与SO2的反应转移电子应为2 mol。
⑤不能用Ca(OH)2鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液，应选用CaCl2或BaCl2溶液。
⑥除去CO2中的HCl气体，应选用饱和的NaHCO3溶液。
⑦向饱和的Na2CO3溶液中通入过量CO2，有NaHCO3晶体析出。
⑧Na2O2与CO2、H2O反应生成O2，作供氧剂，但Na2O2与SO2反应生成Na2SO4，没有O2生成。
⑨除去Na2CO3固体中的NaHCO3固体可用加热法。Na2CO3作去污剂，NaHCO3中和胃酸。
⑩Li和O2反应只生成Li2O；NaH是离子化合物，是一种强还原剂；Na2O、Na2O2中阴、阳离子个数比均为1∶2。
(3)Na及其化合物的主要转化
2．铝及其化合物
(1)铝及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①铝是活泼金属，但铝抗腐蚀性相当强，因为铝的表面会生成一层致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔点高于Al的熔点，故在酒精灯上加热铝箔直至熔化，发现熔化的铝并不滴落。Al2O3作耐火材料。
②铝热反应不仅仅是单质铝与Fe2O3反应，还包括制取其他难熔金属的反应。铝热反应可用于野外焊接钢轨。
③引发铝热反应的操作是先铺一层KClO3，然后插上镁条，最后点燃镁条。
④并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该组成铝热剂的金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。
⑤Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。Al(OH)3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。
⑥利用偏铝酸盐制备Al(OH)3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCO，不过量时生成CO，在书写离子反应方程式时要特别注意。
⑦Al(OH)3可用作抗酸药；明矾常用于净水。
⑧泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。
(3)铝土矿(含Fe2O3、SiO2等)提纯流程
3．镁及其化合物
(1)镁及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①Mg在空气中燃烧时可与O2、N2、CO2反应，生成固体有MgO、Mg3N2、C。
②Mg制备时电解MgCl2不是电解MgO(因熔点很高)
③Mg等金属着火不能用CO2灭火。
4．铁及其化合物
(1)铁及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①Fe与O2(点燃)、H2O(g)(高温)反应的固体产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时只生成FeCl3，与S反应时只生成FeS，说明Cl2的氧化性强于S。常温下，Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后能继续反应。
②向含Fe2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水、溴水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色―→棕黄色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的检验。
③FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得固体不同：FeCl3溶液加热蒸干得Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3可得Fe2O3；Fe2(SO4)3溶液蒸干仍为Fe2(SO4)3。铁盐可以净水。
④在用强氧化剂(H2O2或氯水)和KSCN溶液联合检验Fe2＋的存在时，要特别注意加入试剂的先后顺序，先加KSCN溶液无明显变化，说明溶液中无Fe3＋；再加强氧化剂(H2O2或氯水)后溶液变红色，说明溶液中含有Fe2＋。检验Fe2＋也可以加K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀。
⑤配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液时要加入浓盐酸防止水解。
⑥除去酸性溶液ZnCl2溶液中的FeCl2，应先通入Cl2或加入H2O2，再加入ZnO，使Fe3＋水解生成沉淀过滤除去。
⑦生成FeCl2除了用Fe和HCl的置换反应外，还可用化合反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2；生成Fe(OH)3除了用Fe3＋与碱的复分解反应外，还可用化合反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
⑧制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与O2隔绝。同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时溶液的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。
(3)铁及其化合物的主要转化
5．铜及其化合物
(1)铜及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①铜在潮湿的空气中最终不是生成CuO，而是生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。
②常用灼热的铜粉除去N2中的O2，灼热的CuO除去CO2中的CO。
③新制Cu(OH)2悬浊液常用来检验醛基。
④Cu和一定量的浓硝酸反应，产生的是NO2和NO的混合气体，当Cu有剩余，再加入稀硫酸，Cu继续溶解。
⑤Cu：紫红色；CuO：黑色；Cu2S：黑色；CuS：黑色；Cu2O：砖红色。
⑥CuSO4溶液与石灰乳形成波尔多液杀菌剂。
■考能提升——高考类题集训·········································
金属及其化合物的主要性质及应用
1．(2019·郑州一模)下列各组物质反应产生的气体分别通入Fe2(SO4)3溶液中，能与Fe2(SO4)3发生反应的是( )
①Na2O2和CO2 ②Na2S和盐酸 ③MnO2和浓盐酸共热 ④铜片和浓硫酸加热
A．只有①② B．只有①③
C．只有②③ D．只有②④
D [①生成O2，O2与Fe2(SO4)3不反应；②生成H2S，H2S与Fe3＋反应；③生成Cl2，Cl2与Fe2(SO4)3不反应；④生成SO2，SO2与Fe3＋反应。]
2．(2019·济南质检)关于下列实验的说法正确的是( )
A．铜可溶于氯化铁溶液说明铜能与其反应且比铁活泼
B．在空气中蒸干硫酸亚铁溶液可以得到绿矾(FeSO4·7H2O)
C．向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸，红褐色液体逐渐变为黄色
D．向偏铝酸钡溶液中滴加稀硫酸，先生成白色沉淀随后溶解
D [铜溶于氯化铁溶液，是因为发生反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，但Fe比Cu活泼，A项错误；在空气中蒸干硫酸亚铁溶液，Fe2＋易被空气中的氧气氧化，得到硫酸铁，B项错误；向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸，先发生胶体的聚沉，产生红褐色沉淀，后发生酸碱中和反应，沉淀溶解，溶液变为黄色，C项错误。]
3．向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1 mol·L－1稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．在0～a范围内，只发生中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
C．a＝0.3
D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2
C [过程反应为①OH－＋H＋===H2O，②CO＋H＋===HCO，③HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。]
金属及其化合物在实验探究中的应用
4．某实验小组通过下图所示实验，探究Na2O2与水的反应：
下列说法中正确的是 ( )
A．②中的大量气泡的主要成分是氢气
B．③中溶液变红，说明有酸性物质生成
C．④中现象可能是由于溶液中含有强氧化性物质造成的
D．⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
C [②中大量气泡的主要成分是氧气，A项错误；③中溶液变红，说明有碱性物质生成，B项错误；④中红色褪去，应该是由溶液中的强氧化性物质造成的，C项正确；⑤中加入MnO2产生较多气泡，说明溶液中存在H2O2，MnO2的主要作用是作催化剂，D项错误。]
5．为验证还原性：SO2>Fe2＋>Cl－，三组同学分别进行了下图实验，并对溶液1和溶液2中所含离子进行了检验，能证明上述还原性顺序的实验组有( )
溶液1
溶液2
甲
含Fe3＋、Fe2＋
含SO
乙
含Fe3＋、无Fe2＋
含SO
丙
含Fe3＋、无Fe2＋
含Fe2＋
A.只有甲 B．甲、乙
C．甲、丙 D．甲、乙、丙
C [甲的溶液1中含有Fe3＋、Fe2＋，说明发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，且Cl2反应完全，可证明还原性Fe2＋>Cl－；溶液2中含有SO，则说明发生反应2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，可证明还原性SO2>Fe2＋，故甲能证明还原性SO2>Fe2＋>Cl－；乙的溶液1中含有Fe3＋，无Fe2＋剩余，则还原性Fe2＋>Cl－，但Cl2可能过量，再通入SO2，可能发生的反应是Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，不能够比较SO2与Fe2＋的还原性强弱，故乙不能验证；丙的溶液1中含有Fe3＋，没有Fe2＋，通入SO2后溶液中又含有Fe2＋，说明SO2将Fe3＋还原得到Fe2＋，证明SO2>Fe2＋还原性，故丙实验结论能证明还原性SO2>Fe2＋>Cl－。]
6．取纯净的CuCl2固体用于制备CuCl。
(1)操作①中加入盐酸的目的主要是________________。
(2)操作②中反应的离子方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)操作①中若用10 mol·L－1盐酸代替0.2 mol·L－1盐酸，再通入SO2后，无白色沉淀产生。对此现象有如下两种猜想：
猜想一：c(H＋)过大导致白色沉淀溶解。
为验证此猜想，取75 g CuCl2固体、100 mL 0.2 mol·L－1盐酸及________mL 9.8 mol·L－1H2SO4溶液配制成200 mL溶液，再进行操作②，观察是否有白色沉淀产生。
猜想二：c(Cl－)过大导致白色沉淀溶解。
[资料显示：存在平衡2Cl－(aq)＋CuCl(s)CuCl(aq)]
请设计实验说明该猜想是否成立：
____________________________________________________
____________________________________________________。
[解析] (1)因为氯化铜是强酸弱碱盐，溶液中存在Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋，所以溶解时加入HCl溶液，可抑制氯化铜的水解；(2)操作②是向含有铜离子、氯离子的溶液中通入二氧化硫气体，生成CuCl沉淀，则反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===SO＋2CuCl↓＋4H＋；(3)根据题意，验证猜想一：应保证H＋浓度增大，而Cl－浓度不变。设9.8 mol·L－1 H2SO4 溶液的体积为V mL，则根据H＋的量的关系可得0.2×0.1＋V×10－3×9.8×2＝10×0.1，解之得V＝50；验证猜想二：体系中存在平衡2Cl－(aq)＋CuCl(s)CuCl(aq)，溶液中氯离子的浓度过大平衡正向移动，可以取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中，搅拌，若白色沉淀溶解，说明猜想二成立，反之不成立。
[答案] (1)酸抑制Cu2＋水解 (2)2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===SO＋2CuCl↓＋4H＋ (3)50 取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中，搅拌，若白色沉淀溶解，说明猜想二成立，反之不成立
回归高考，真题验收
7．(2019·全国卷Ⅱ)下列化学方程式中，不能正确表达反应颜色变化的是( )
A．向CuSO4溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失 Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
B．澄清的石灰水久置后出现白色固体 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
C．Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色 2Na2O2===2Na2O＋O2↑
D．向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液出现红褐色沉淀 3Mg(OH)2＋2FeCl3===2Fe(OH)3＋3MgCl2
C [A项，加入足量Zn粉，Cu2＋被完全还原为Cu，所以溶液蓝色消失，正确；B项，澄清石灰水与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀，正确；C项，过氧化钠是淡黄色固体，在空气中久置成为碳酸钠，变为白色，错误；D项，Fe(OH)3的Ksp小于Mg(OH)2的，滴加足量三氯化铁溶液，可转化为氢氧化铁红褐色沉淀，正确。]
8．下列关于金属及其化合物的叙述正确的是________(填序号)。
①(2018·全国卷Ⅱ)碳酸钠可用于去除餐具的油污
②(2018·全国卷Ⅱ)Al(OH)3可用于中和过多胃酸
③(2017·全国卷Ⅱ)乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体，说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性
④(2017·全国卷Ⅱ)将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶，集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生，说明CO2具有氧化性
⑤(2017·全国卷Ⅱ)向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe＞Fe2＋
⑥(2016·全国卷Ⅰ)配制氯化铁溶液时，将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
⑦(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥
⑧(2015·全国卷Ⅱ)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23 g钠充分燃烧时转移电子数为NA
⑨(2015·全国卷Ⅱ)将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中，立即产生气泡
⑩(2015·全国卷Ⅰ)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝滴落下来，说明铝的熔点较低
⑪(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中，产生红棕色气体
⑫(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现
[答案] ①②④⑤⑥⑧
非金属及其化合物
(对应学生用书第77页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．碳、硅及其化合物
(1)碳、硅及其化合物的转化关系
(2)命题点归纳
①自然界中无游离态的硅，通常原子晶体不导电，但硅是很好的半导体材料，是制作光电池的材料。SiO2不导电，是制作光导纤维的材料。
②工业上制备粗硅，是用过量的C和SiO2高温下反应，由于C过量，生成的是CO而不是CO2，该反应必须在隔绝空气的条件下进行。
③氢氟酸不能用玻璃容器盛放；NaOH溶液能用玻璃试剂瓶，但不能用玻璃塞。
④酸性氧化物一般能与水反应生成酸，但SiO2不溶于水；酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF反应。
⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生，原因可以从两方面解释：a.硅酸盐比碳酸盐稳定；b.由高沸点难挥发固体SiO2制得低沸点易挥发的CO2。
⑥硅酸脱水形成硅胶，硅胶可作吸水剂和催化剂载体。Na2SiO3溶液可作防火剂。
⑦水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅、光导纤维等是新型无机非金属材料。
2．氯及其化合物
(1)氯及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①液氯密封在钢瓶中，而氯水、次氯酸应保存在棕色试剂瓶中。
②ClO－不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能体现强氧化性，如ClO－与SO、I－、Fe2＋均不能大量共存；ClO－体现水解性，因HClO酸性很弱，ClO－水解显碱性，如Fe3＋＋3ClO－＋3H2O===Fe(OH)3↓＋3HClO，所以ClO－与Fe3＋、Al3＋均不能大量共存。
③向Ca(ClO)2溶液中通入SO2气体生成CaSO4而不是CaSO3，其离子方程式为Ca2＋＋3ClO－＋SO2＋H2O===CaSO4↓＋Cl－＋2HClO(少量SO2)
Ca2＋＋2ClO－＋2SO2＋2H2O===CaSO4↓＋2Cl－＋SO＋4H＋(过量SO2)。
④“84”消毒液的主要成分为NaClO，漂粉精的有效成分为Ca(ClO)2。均可作漂白剂和消毒剂。
⑤液溴需要用水封，溴蒸气呈红棕色，液溴呈深红棕色，溴水呈橙色，溴的CCl4溶液呈橙红色。
⑥氯水的成分及其性质。在新制的氯水中存在下列平衡关系：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO、HClOH＋＋ClO－、H2OH＋＋OH－。氯水中存在三种分子：H2O、Cl2、HClO，四种离子：H＋、Cl－、ClO－、OH－。所以，新制的氯水呈浅黄绿色，有刺激性气味，属于混合物，其所含的多种微粒使氯水的化学性质表现出多重性，主要体现在：a.Cl2的强氧化性；b.HCl的强酸性；c.HClO的强氧化性(漂白性)；d.Cl－的性质等。
⑦一定量的浓盐酸与足量MnO2反应时，当浓盐酸反应到一定浓度时，不能再反应。
3．硫及其化合物
(1)硫及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①附在试管内壁的S，可用CS2和热的NaOH溶液洗涤。
②H2S是具有可燃性和还原性的臭鸡蛋气味的气体。
③SO2使含有酚酞的NaOH溶液褪色，表现SO2酸性氧化物的性质；使品红溶液褪色，表现SO2的漂白性；使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，表现SO2的还原性；SO2与H2S反应，表现SO2的氧化性；SO2和Cl2等体积混合通入溶液中，漂白性不但不增强，反而消失。
④把SO2气体通入BaCl2溶液中，没有沉淀生成，但若通入NH3或加入NaOH溶液，或把BaCl2改成Ba(NO3)2均有白色沉淀生成，前两者生成BaSO3沉淀，后者生成BaSO4沉淀。
⑤浓硫酸与足量Cu共热，随反应的进行，H2SO4不能完全反应而停止；浓硫酸遇Fe、Al常温下钝化，加热可反应，开始生成SO2，Fe、Al(Zn)足量时，后期又生成H2。
⑥C与浓硫酸反应时，反应产物的检验应按以下流程进行：无水CuSO4检验水→品红溶液检验SO2→酸性KMnO4溶液除去SO2→品红溶液检验SO2是否除净→澄清石灰水检验CO2。
⑦SO2的漂白性具有可逆性，受热易恢复原色，而O3、Cl2、H2O2的漂白性具有不可逆性。
(3)重要转化关系
4．氮及其化合物
(1)氮及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①氮的氧化物有：2O、O、2O3、O22O4、2O5，其中N2O3、N2O5分别为HNO2、HNO3的酸性氧化物，其他不是酸性氧化物。
②NO2可用Cu与浓硝酸反应制备，用向上排空气法收集；NO可用Cu与稀硝酸反应制备，用排水法收集。
③硝酸、浓硫酸、次氯酸具有强氧化性，属于氧化性酸，其中HNO3、HClO见光或受热易分解，应贮存于棕色试剂瓶中，置于冷暗处。
④强氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)与金属反应不生成H2；金属和浓硝酸反应一般生成NO2，而金属和稀硝酸反应一般生成NO。与活泼金属反应也可以生成N2、N2O、NH3等。
⑤实验室制备NH3，除了用Ca(OH)2和NH4Cl反应外，还可用浓氨水的分解(加NaOH固体或CaO)制取，而检验NH须用浓氢氧化钠溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，以确定NH的存在。
⑥浓盐酸和浓氨水反应有白烟生成，常用于HCl和NH3的相互检验。
⑦NaCl与NH4Cl的分离可用加热法。
⑧浓硝酸与足量Cu反应时，开始生成NO2，后期生成NO。
(3)重要转化关系
■考能提升——高考类题集训··········································
非金属及其化合物的性质及应用
1．(2019·合肥模拟)化学与人类生活密切相关。下列说法不正确的是( )
A．光导纤维由高纯度的硅单质制得，遇强碱会“断路”
B．二氧化氯(ClO2)是新型水处理剂，具有消毒杀菌的作用
C．使用太阳能代替化石能源，可以减少温室气体排放
D．“光化学烟雾”“硝酸酸雨”的形成都与氮氧化物有关
A [光导纤维是由SiO2制得，不是由Si单质制得。]
2．(2018·北京高考)下列实验中的颜色变化，与氧化还原反应无关的是 ( )
A
B
C
D
实验
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中
石蕊溶液滴入氯水中
Na2S溶液滴入AgCl浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现象
产生白色沉淀，随后变为红褐色
溶液变红，随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体，随后变为红棕色
C [C项，向AgCl浊液中滴加Na2S溶液，白色沉淀变成黑色，发生沉淀的转化，反应的离子方程式为2AgCl＋S2－Ag2S＋2Cl－，与氧化还原反应无关；A项，NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，会生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，反应过程中出现灰绿色，最后变为红褐色，与氧化还原反应有关；B项，由于氯水显酸性，先使紫色石蕊溶液变红，后由于HClO具有氧化性，使红色溶液迅速褪色，与氧化还原反应有关；D项，热铜丝插入稀硝酸中发生的反应为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，NO被氧气氧化生成红棕色的NO2，与氧化还原反应有关。]
3．(2019·江苏高考)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaCl(aq)Cl2(g)FeCl2(s)
B．MgCl2(aq)Mg(OH)2(s)MgO(s)
C．S(s)SO3(g)H2SO4(aq)
D．N2(g)NH3(g)Na2CO3(s)
B [A项，Cl2与Fe在加热的条件下反应生成FeCl3，不能直接生成FeCl2，错误；C项，S与O2在点燃条件下反应生成SO2，不能直接生成SO3，错误；D项，NH3和CO2、NaCl溶液反应的化学方程式为NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，不能生成Na2CO3，错误。]
非金属及其化合物的性质探究
4．(2019·郑州模拟)科学家将水置于足够强的电场中，在20 ℃时水分子瞬间凝固可形成“暖冰”。某兴趣小组做如图所示实验，发现烧杯中酸性KMnO4溶液褪色，且有气泡产生。将酸性KMnO4溶液换成FeCl3溶液，烧杯中溶液颜色无变化，但有气泡产生。则下列说法正确的是( )
A．20 ℃时，水凝固形成“暖冰”所发生的变化是化学变化
B．“暖冰”是水置于足够强的电场中形成的混合物
C．烧杯中液体为FeCl3溶液时，产生的气体为Cl2
D．该条件下H2燃烧的产物中可能含有一定量的H2O2
D [水凝固形成“暖冰”的过程中只有水的状态发生了变化，没有生成新物质，故所发生的变化是物理变化，A、B项错误；酸性KMnO4溶液褪色，说明H2燃烧生成了具有还原性的物质，该物质被氧化产生气体，故有气泡产生，结合元素守恒，推测该物质为H2O2，H2O2在Fe3＋的作用下分解产生O2，故将酸性KMnO4溶液换成FeCl3溶液，溶液颜色不变化，但有气泡产生，C项错误，D项正确。]
5．探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水
B．将pH＝11的氨水稀释到体积为原来的1 000倍，测得pH>8，说明NH3·H2O为弱碱
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定
D．将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2
D [氨气极易溶于水生成氨水，所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中液体迅速充满试管，故A项正确；pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3 mol·L－1，稀释到体积为原来的1 000倍，测得溶液pH>8，即c(OH－)>10－6 mol·L－1，说明NH3·H2O为弱碱，故B项正确；碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水，故C项正确；根据题意氨气的氧化产物应为NO，NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2，所以瓶口出现少量红棕色气体，故D项错误。]
6．亚硝酸钠(NaNO2)是工业盐的主要成分，在漂白、电镀等方面应用广泛。已知：室温下，2NO＋Na2O2===2NaNO2，以木炭、浓硝酸、Na2O2为主要原料制备亚硝酸钠的装置如图所示。(加热装置及部分夹持装置已略去)
A B C D
回答下列问题：
(1)A装置中反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)B装置的作用是__________________________________。
(3)充分反应后，C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成_________(填化学式)，为避免杂质的生成，应在B、C之间加一个装置，该装置和所盛放试剂的名称分别是_______________。
(4)D装置用于尾气处理，写出D中反应的离子方程式：
____________________________________________________。
[解析] (2)将A装置中产生的NO2通入水中，发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以B装置的作用是将NO2转化为NO。(3)B中出来的NO气体中可能会混有CO2、水蒸气，分别与Na2O2反应生成Na2CO3、NaOH，所以C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成Na2CO3、NaOH；为避免杂质的生成，可以在B、C之间加一个干燥管(或U形管)，所盛放的试剂应该为碱石灰，用于吸收混合气体中的CO2和水蒸气。
[答案] (1)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
(2)将NO2转化为NO
(3)Na2CO3、NaOH 干燥管(或U形管)、碱石灰
(4)5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O
常见气体的实验室制备与性质探究
(对应学生用书第79页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．常见装置的一般连接
制气装置→净化装置→干燥装置→反应或收集装置→尾气处理装置。
2．常见装置的选择
(1)常见制气装置
注：③b装置仅适用于块状固体与液体反应，此装置的优点是随开随用，随关随停。
(2)常见的净化装置
气体干燥剂的选择
酸性
碱性
中性
干燥剂
浓硫酸、P2O5
碱石灰、CaO
CaCl2
气体
CO2、SO2、Cl2、NO2
NH3
H2、CO、N2、NO、CH4
注意：①选取干燥剂时，除了常规的从酸碱性角度考虑外，还要考虑特殊反应，如浓硫酸不能干燥还原性气体(H2S、HI等)，可用P2O5干燥；中性干燥剂CaCl2不能干燥NH3。②洗气瓶盛液体净化剂，长进短出；干燥管盛固体净化剂，粗进细出；U型管盛固体净化剂，进气不分左右。
(3)常见的气体收集装置
注意：a：④中棉花防止收集的气体与空气对流。
b：⑤可收集多种气体，但进气口不同。排空气法：ρ>ρ空气，长管进；ρ<ρ空气，短管进；排水法：短管进。
(4)尾气处理装置
①装置甲适用于溶解度较小的有毒气体，如Cl2、NO2、H2S等。
②装置乙适用于溶解度较大的气体，如HCl、NH3等。
③装置丙适用于某些可燃性气体，如CO、H2等。
④装置丁采用收集法处理尾气，适用于NO、CO等。
■考能提升——高考类题集训··········································
以选择题题型呈现的气体制备与性质探究
1．(2019·试题调研)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置已略去)，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛有浓硫酸、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D．该实验中制备H2的装置也可用于KMnO4与浓盐酸反应制Cl2
C [Ⅲ的目的是使SiHCl3汽化，Ⅲ装置应装热水，A错误；实验应先排出空气，再加热反应，B错误；KMnO4可溶于水，不能用启普发生器，D错误。]
2．(2019·衡水金卷)利用NO、O2和Na2CO3溶液反应制备NaNO2的装置如图所示，下列关于该装置的描述不正确的是( )
A．装置A分液漏斗中的药品选用不当，应选用稀硝酸
B．实验过程中，通过控制分液漏斗的活塞控制气流速率
C．装置C中发生反应的化学方程式为2Na2CO3＋4NO＋O2===4NaNO2＋2CO2↑
D．实验过程中，装置C液面上方可能出现红棕色气体
A [装置A分液漏斗中使用浓硝酸反应速率加快，且产生的NO2可以在装置B中转化为NO，所以药品选用正确，A项错误；实验过程中，通过控制分液漏斗的活塞控制气流速率，B项正确；装置C用于制备NaNO2，发生反应的化学方程式为2Na2CO3＋4NO＋O2===4NaNO2＋2CO2↑，C项正确；实验过程中，若装置C中NO和O2逸出液面，可能出现红棕色气体，D项正确。]
气体制备与性质探究的综合实验
3．(2019·衡阳第一次联考)实验室可用氯气与一氧化氮在常温常压条件下合成亚硝酰氯(NOCl)。已知亚硝酰氯是一种黄色气体，熔点：－64.5 ℃，沸点：－5.5 ℃，遇水易反应生成一种无氧酸和两种氮的常见氧化物。
(1)甲组同学拟制备原料气NO和Cl2，制备装置如图所示：
①为制备并得到纯净干燥的气体，补充下表中缺少的药品。
装置Ⅰ中药品
装置Ⅱ中药品
蒸馏烧瓶
a仪器
制备纯净Cl2
KMnO4
浓盐酸
(ⅰ)________
制备纯净的NO
Cu
(ⅱ)____
水
②仪器a的名称为________；装置Ⅲ的作用是________。
(2)乙组同学对甲组同学制取NO的装置略加改良，利用甲组制得的Cl2共同制备NOCl，装置如图所示：
①组装好实验装置，检查气密性，依次装入药品。此实验关键操作有两点：Ⅰ.将Cl2充满D装置的三颈瓶；Ⅱ.A中反应开始时，先关闭K2，打开K1，待NO充满装置后关闭K1，打开K2。这两步操作都要“充满”，目的是____________________________________
____________________________________________________。
②装置B中水的作用是______________(用化学方程式表示)。
③若装置C中压强过大，可以观察到的现象是
____________________________________________________
____________________________________________________。
④装置D中冰盐水的作用是_______________________。
⑤如果去掉盛有浓硫酸的C、装有无水CaCl2的E两装置，对该实验的主要影响是______________(用化学方程式表示)。
[解析] (2)②装置A产生NO，NO与烧瓶中O2发生反应生成NO2，装置B的作用是吸收NO2，发生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
③压强过大，装置C中长颈漏斗中的液面上升；
④依据实验目的，以及亚硝酰氯的物理性质，装置D中冰盐水的作用是液化亚硝酰氯，便于产品收集；
⑤浓硫酸干燥NO气体，无水CaCl2的作用是防止空气中的水蒸气进入装置D，亚硝酰氯遇水反应生成一种无氧酸和两种氮的常见氧化物，因此缺少这两个装置后，发生反应的化学方程式：2NOCl＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑。
[答案] (1)①饱和食盐水(或饱和NaCl溶液) 稀硝酸 ②分液漏斗 干燥NO或Cl2(或除去NO或Cl2中的水蒸气) (2)①排尽装置中的空气 ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ③长颈漏斗中的液面上升 ④液化亚硝酰氯，便于产品收集 ⑤2NOCl＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑
根据实验要求进行仪器连接
4．(2019·湖北七市联考)氮化铝(AlN)是一种新型非金属材料，室温下能缓慢水解。可由铝粉在氮气氛围中1 700 ℃合成，产物为白色到灰蓝色粉末。根据下列装置在实验室制备AlN。请回答：
(1)按气流由左向右的方向，上述装置的正确连接顺序为j→__________→i(填仪器接口字母编号)。
(2)实验时，以空气为原料制备AlN。装置A中还原铁粉的作用为________，装置B中试剂X为________。
[答案] (1)f→e→d→c→a→b(或b→a)→g→h(或h→g) (2)吸收O2 浓硫酸
5．(2019·济宁一模)POCl3是重要的化工原料，某兴趣小组准备用三氯化磷、氯气、二氧化硫制备POCl3，产物中还有一种遇水强烈水解的物质SOCl2。
已知：PCl3熔点－93.6 ℃、沸点76.1 ℃，遇水强烈水解，易与氧气反应；POCl3遇水强烈水解，能溶于PCl3。
(1)仪器甲的名称是________。
(2)已知装置B制备POCl3，以上仪器接口连接的顺序为a________d，装置B中发生反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)B中反应温度控制在60～65 ℃，其原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)POCl3水解的化学方程式为_________________________。
[解析] (2)装置A制得的氯气中混有挥发的HCl和水蒸气，需要经过F装置内的饱和食盐水除去HCl、再利用D装置内的浓硫酸干燥，然后才可通入装置B中，装置C中制得的SO2，需要通过E中的P2O5或硅胶干燥后再通入装置B中制备POCl3，则以上仪器接口连接的顺序为a→j→i→e→f→b→c→g→h→d，装置B中生成POCl3时发生反应的化学方程式为PCl3＋Cl2＋SO2POCl3＋SOCl2。
[答案] (1)球形冷凝管 (2)jiefbc(或cb)gh PCl3＋Cl2＋SO2POCl3＋SOCl2 (3)温度太高，PCl3、SO2会大量挥发，导致产量降低；温度太低，反应速率会变慢 (4)POCl3＋3H2O===H3PO4＋3HCl
仪器连接应注意下列问题
(1)利用挥发性物质的水溶液中出来的气体有挥发性物质和水蒸气，要先连接除去杂质的装置再连接干燥装置。
(2)接口连接时要注意：洗气瓶应长进短出，干燥管要粗进细出，U型管和玻璃管不分左右。
(3)利用气体制备的物质易潮解或水解时，制备装置前后均需连接干燥装置，如制FeCl3、SnCl2、AlCl3等。
(4)制备的物质易被氧化时，反应前要先排出空气。
(5)涉及有毒气体或易燃气体时，要连接尾气处理装置。
(6)易溶于水的气体或加热装置，要在装置后连防倒吸装置。
回归高考，真题验收
6．(2017·全国卷Ⅰ)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )
A．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液
B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度
C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热
D．装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
B [A项，从焦性没食子酸溶液中出来的H2仍不干燥，错误；C项，应先停止加热再停通H2，错误；D项，MnO2与浓HCl反应需加热且MnO2为粉末状，不能用启普发生器，错误。]
7．(2015·全国卷Ⅰ)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。
回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是_____________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、__________________。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)设计实验证明：
①草酸的酸性比碳酸的强
____________________________________________________
____________________________________________________。
②草酸为二元酸________________________。
[解析] (1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。
(2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。
②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。
(3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。
②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。
[答案] (1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
化学工艺流程试题的解题策略
(对应学生用书第82页)
■知能归纳——技法提能突破··························································
化学工艺流程试题是全国卷每年呈现的题型之一，主要以非选择题的形式进行考查。命题视角主要是最新化工生产涉及物质系列提纯与制备。涉及的考查角度是多方面的，难度较大。
1．试题类型
(1)以制备为主体化工流程的构成
(2)以提纯为主体的化工流程的构成
2．化工流程试题的一般解题策略
(1)审题四角度
(2)破题三方法
①首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
②分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。
③交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
3．[示例]
(14分)(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＋H2OH＋＋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____________________。
[命题立意]
设问
命题点(考什么—怎样考)
核心素养(为什么考)
(1)
化工流程题中化学方程式书写的考查
①变化观念与平衡思想
②证据推理与模型认知
③科学精神与社会责任
④科学探究与创新意识
(2)
根据原料物质的性质，考查滤渣成分和Fe3＋的检验
(3)
根据H3BO3电离原理和Ka，判断H3BO3的属类；考查pH调节目的
(4)
根据化工流程书写生成沉淀的离子方程式；循环操作考查；固体分解制备的方法
[解答指导]
第一步：
第二步：审流程信息→得结论
第三步：审设问→定答案
(1)NH4HCO3吸收NH3：NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3。
(2)滤渣1成分：SiO2、Fe2O3、Al2O3，Fe3＋检验试剂：KSCN溶液。
(3)根据电离方程式特点和Ka知：H3BO3为一元弱酸；根据流程图知调节pH＝3.5的目的是：生成H3BO3并析出。
(4)根据流程“沉镁”所用的试剂成分写出沉淀生成离子方程式为2Mg2＋＋2H2O＋3CO===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO；母液成分为(NH4)2SO4，母液加热后可返回“溶浸”工序循环使用；固体分解制固体，可采用高温焙烧或灼烧或高温煅烧。
[答案与评分标准] (1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3(2分，不配平不得分)
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN或NH4SCN(第一空2分，少一物质少1分；第二空2分)
(3)一元弱(1分，少“弱”或“一元”，不给分) 转化为H3BO3，促进析出(2分)
(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑] 溶浸 高温焙烧或高温灼烧(第一空2分，不配平不得分；第二空1分；第三空2分)
[题后升华]
1．原料预处理的5种常用方法
研磨
减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
灼烧
除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
煅烧
改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
2.制备过程中控制反应条件的6种常用方法
调节溶液的pH
常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH变大；②不引入新杂质。例如若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等
控制温度
根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动
控制压强
改变速率，影响平衡
使用合适的催化剂
加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间
趁热过滤
防止某物质降温时析出
冰水洗涤
洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗
3.物质分离的6种常用方法
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■热点对练——热点类题集训·····················································
以化工流程为载体的选择题
1．(2019·潍坊模拟)一种从铜电解工艺的阳极泥中提取Se和Te的流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B．流出液是H2SO4溶液
C．电解过程中阴极上析出单质Te
D．“焙砂”与碳酸钠充分混合后，可在瓷坩埚中焙烧
D [瓷坩埚中含有二氧化硅，在高温下能与碳酸钠发生反应，坩埚受到腐蚀，故“焙砂”与碳酸钠不宜在瓷坩埚中焙烧，D项错误。]
2．(2019·衡阳第一次联考)一种以“火法粗炼”“电解精炼”相结合的炼制精铜工艺流程如下：
已知“还原”反应中，冰铜中的Cu2S先转化为Cu2O，然后Cu2O再与Cu2S反应生成粗铜。下列叙述正确的是( )
A．该炼铜工艺对环境友好，不会产生大气污染物
B．“焙烧”过程中，CuFeS2既是氧化剂又是还原剂
C．在Cu2S“还原”为Cu的总反应中，Cu2O作催化剂
D．“电解”时，金、银等贵金属被置换出来形成阳极泥
B [焙烧时硫元素被氧化为SO2，造成大气污染，A错误；在Cu2S“还原”为Cu的总反应中，Cu2O为中间产物，不是催化剂，C错误；“电解”时，粗Cu中Ag、Au以单质形式脱落，没有参加反应，D错误。]
3．(2019·衡水模拟)重铬酸钾是重要的工业原料，有强氧化性。用精选铬铁矿[含Fe(CrO2)2和少量Al2O3、SiO2]制备K2Cr2O7，其流程如下：
下列说法正确的是( )
A．“煅烧”反应中Fe(CrO2)2和O2的物质的量之比为7∶4
B．“沉淀”反应的离子为Fe3＋
C．“结晶”温度下，K2Cr2O7的溶解度小于Na2Cr2O7
D．可选用盐酸作“酸化”试剂
C [1 mol Fe(CrO2)2失7 mol e－，1 mol O2得4 mol e－，故二者物质的量之比为4∶7，A错误；“沉淀”反应的离子为FeO，B错误；盐酸可与Cr2O反应，不能选盐酸酸化，D错误。]
以化工流程为载体的综合试题
4．(2019·全国卷Ⅲ)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Mn2＋
Fe2＋
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Zn2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
(1)“滤渣1”含有S和______________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_________。
(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______～6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是_________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式
____________________________________________________
____________________________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝时，z＝________。
[解析] (1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O，故滤渣1的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。
(2)Fe2＋沉淀完全时，Mn2＋已经开始沉淀，故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除去。
(3)除去Fe3＋及Al3＋，应使二者沉淀完全，故pH应大于4.7。
(4)锌和镍的硫化物都难溶于水，故“滤渣3”的主要成分为ZnS、NiS。
(5)“除杂1”步骤结束后，杂质金属阳离子只有Mg2＋，加入MnF2形成MgF2沉淀而除去Mg2＋，若溶液酸度过高，H＋浓度偏大，则F－与H＋结合形成HF，使MgF2沉淀溶解平衡正向移动而重新溶解。
(6)“沉锰”时加入NH4HCO3发生反应：Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。
(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的原则，求得z＝。
[答案] (1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O (2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移动
(6)Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O
(7)
5．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有______；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是_________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为
____________________________________________________；
沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
[解析] (1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序循环使用。
[答案] (1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(4)Zn2＋＋2e－===Zn(或2Zn2＋＋4e－===2Zn也可) 溶浸
6．(2019·南昌一模)锡酸钠用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。以锡锑渣(主要含Sn、Sb、As、Pb的氧化物)为原料，制备锡酸钠的工艺流程图如下：
请回答下列问题：
(1)从溶液中得到锡酸钠晶体的实验操作是________、趁热过滤、干燥。
(2)“碱浸”时，若SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是__________________；如图是“碱浸”实验的参数，请选择“碱浸”的合适条件_________________。
(3)“脱铅”是从含Na2PbO2的溶液中形成硫化铅渣，其离子方程式为________________。
(4)“脱锑”时Na3SbO4发生的化学方程式为___________。
[解析] (3)NaNO3具有氧化性，能将SnO氧化，“碱浸”时，若SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是把SnO氧化成SnO；由第一幅图得出最佳烧碱浓度100 g·L－1，由第二幅图最佳温度85 ℃。
[答案] (1)蒸发结晶 (2)把SnO氧化成SnO 100 g·L－1烧碱浓度、温度为85 ℃
(3)PbO＋S2－＋2H2O===PbS↓＋4OH－
(4)5Sn＋4Na3SbO4＋H2O===4Sb＋5Na2SnO3＋2NaOH
7．(2019·贵阳模拟)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O，其流程图如下：
部分金属化合物的Ksp近似值如表所示：
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Ni(OH)2
NiCO3
Ksp近似值
1.0×10－17
1.0×10－38
1.0×10－34
1.0×10－15
1.0×10－5
回答下列问题：
(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为_______________、_____________。
(2)“酸浸”所使用的酸为_______________________。
(3)“净化除杂”时需加入H2O2溶液，其作用是_______，然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀(铁元素对应离子浓度为1.0×10－5 mol·L－1)，此时溶液的pH为________(填计算所得数值)。
(4)“操作A”为________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。
(5)析出NiSO4·7H2O后的溶液中含有一定浓度的Ni2＋，为避免镍的损失及其对环境造成的影响，可向析出NiSO4·7H2O后的溶液中加入Na2CO3固体将Ni2＋转化为NiCO3沉淀。若c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1，欲使1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(忽略溶液体积变化)
(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废催化剂进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度和时间分别为________ ℃、________ min。
[解析] (3)过氧化氢具有氧化性，结合Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ni(OH)2的Ksp近似值可知，加入H2O2溶液的目的是氧化溶液中的Fe2＋，使其转化成Fe3＋，便于后续除杂。结合题表中数据可知，Fe3＋恰好沉淀完全，即c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，则此时溶液的pH为3。(4)由流程图可知，经“操作A”可获得硫酸镍晶体，故操作A为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)1 L该溶液中n(Ni2＋)＝1 mol，生成NiCO3沉淀需1 mol Na2CO3，欲使溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需溶液中c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1，故加入碳酸钠固体后溶液中的c(CO)≥＝ mol·L－1＝1 mol·L－1，故1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全时，至少需要加入2 mol Na2CO3固体，其质量为212 g。
[答案] (1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(2)硫酸(或H2SO4)
(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋ 3 (4)冷却结晶 (5)212
(6)70 120
专题九 元素及其化合物
1．常见金属元素(如Na、Mg、Al、Fe、Cu等)：(1)了解常见金属的活动顺序；(2)了解常见金属及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用；(3)了解合金的概念及其重要应用。 2.常见非金属元素(如H、C、N、O、Si、S、Cl等)：(1)了解常见非金属元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用；(2)了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境的影响。 3.掌握常见气体的实验室制法(试剂、原理、仪器、收集)。 4.以上各部分知识的综合应用。
■真题引领——感悟高考真题··········································
1．(2019·江苏高考)下列有关化学反应的叙述正确的是( )
A．Fe在稀硝酸中发生钝化
B．MnO2和稀盐酸反应制取Cl2
C．SO2与过量氨水反应生成(NH4)2SO3
D．室温下Na与空气中O2反应制取Na2O2
C [A项，Fe在浓硝酸中发生钝化，错误；B项，MnO2和浓盐酸反应制取Cl2，错误；C项，SO2与过量的氨水反应生成(NH4)2SO3，反应的化学方程式为2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O，正确；D项，室温下Na与空气中的O2反应生成Na2O，错误。]
2．(2019·浙江4月选考)针对下列实验现象表述不正确的是 ( )
A．用同一针筒先后抽取80 mL氯气、20 mL水，振荡，气体完全溶解，溶液变为黄绿色
B．在表面皿中加入少量胆矾，再加入3 mL浓硫酸，搅拌，固体由蓝色变白色
C．向二氧化硫水溶液中滴加氯化钡溶液，再滴加双氧水，产生白色沉淀
D．将点燃后的镁条伸入充满二氧化碳的集气瓶，镁条剧烈燃烧，有白色、黑色固体生成
A [常温常压下，1体积水约溶解2体积的氯气，故20 mL水只能溶解大约40 mL的氯气，A项错误；浓硫酸具有吸水性，将CuSO4·5H2O转化为CuSO4，固体由蓝色变为白色，B项正确；双氧水将含＋4价硫元素的微粒氧化为SO，SO与BaCl2反应生成BaSO4沉淀，C项正确；镁在二氧化碳中燃烧生成MgO和C，D项正确。]
3．(2019·北京高考)下列除杂试剂选用正确且除杂过程不涉及氧化还原反应的是( )
选项
物质(括号内为杂质)
除杂试剂
A
FeCl2溶液(FeCl3)
Fe粉
B
NaCl溶液(MgCl2)
NaOH溶液、稀HCl
C
Cl2(HCl)
H2O、浓H2SO4
D
NO(NO2)
H2O、无水CaCl2
B [A项，除杂时发生的反应为Fe＋2FeCl3===3FeCl2，该反应属于氧化还原反应，错误；B项，除杂时发生的反应为MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl、NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，上述两个反应均不属于氧化还原反应，正确；C项，Cl2能溶于水且发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO该反应为氧化还原反应，不能用水除去Cl2中的HCl，错误；D项，除杂时发生的反应为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应为氧化还原反应，错误。]
4．(2019·全国卷Ⅰ，节选)硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：
回答下列问题：
(1)步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)步骤②需要加热的目的是____________，温度保持80～95 ℃，采用的合适加热方式是__________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为________(填标号)。
A B C D
(3)步骤③中选用足量的H2O2，理由是____________，分批加入H2O2，同时为了____________，溶液要保持pH小于0.5。
(4)步骤⑤的具体实验操作有_________________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。
[解析] (2)铁与硫酸反应，加热的目的是加快反应速率，由于温度要控制在80～95 ℃，应选择水浴加热。铁中含有少量的硫化物，与酸反应后生成酸性气体H2S，应该用碱溶液吸收H2S气体，为了防止倒吸，应选用C装置。
(3)铁与硫酸反应后生成硫酸亚铁，加入足量的过氧化氢溶液将亚铁离子氧化为铁离子，离子方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O。Fe3＋在水中易水解生成氢氧化铁沉淀，为了抑制Fe3＋水解，溶液要保持较强的酸性，使用H2O2的优点是不引入新的杂质。
(4)硫酸铁溶液与固体硫酸铵反应生成硫酸铁铵，为了从溶液中得到硫酸铁铵应将溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸铁铵晶体。
[答案] (1)碱煮水洗 (2)加快反应 热水浴 C
(3)将Fe2＋全部氧化为Fe3＋；不引入杂质 防止Fe3＋水解 (4)加热浓缩、冷却结晶、过滤(洗涤)
5．(2018·全国卷Ⅰ)磷酸亚铁锂(LiFePO4)电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧磷酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用
B．从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、Li
C．“沉淀”反应的金属离子为Fe3＋
D．上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠
D [上述流程中加入Na2CO3的目的是生成Li2CO3沉淀，若加入Na2SO4不能形成含Li沉淀，D错误。]
6．(2017·全国卷Ⅱ，节选)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分为CaO、SiO2，并含有一定量的铁、铝和镁等金属的氧化物。实验室测定水泥样品中钙含量的过程如图所示：
回答下列问题：
(1)在分解水泥样品过程中，以盐酸为溶剂，氯化铵为助溶剂，还需加入几滴硝酸。加入硝酸的目的是_____________，还可使用________代替硝酸。
(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于强酸但可与一种弱酸反应，该反应的化学方程式为______________________。
(3)加氨水过程中加热的目的是_______________________。
沉淀B的主要成分为________、________(写化学式)。
[解析] (1)由题意知，水泥样品中含有铁、铝和镁等金属的氧化物，后面操作有加入氨水调节pH＝4～5，目的是除去Al元素和Fe元素，而在此pH范围内，Fe元素只有转化为Fe3＋才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋；还可以使用双氧水等其他氧化剂代替硝酸。
(2)水泥样品中的SiO2、CaO及铁、铝、镁等金属的氧化物，只有SiO2(或反应生成的H2SiO3)不溶于盐酸，所以沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)。SiO2(或H2SiO3)不与强酸反应，但可溶于氢氟酸中。
(3)盐类水解是吸热反应，升高温度，可防止生成胶体，同时促进溶液中的Al3＋、Fe3＋水解程度增大而生成沉淀易于除去，加热的同时还可以加快反应速率。
[答案] (1)将样品中可能存在的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2
(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF===SiF4↑＋3H2O)
(3)防止胶体生成，易沉淀分离 Al(OH)3 Fe(OH)3
7．(2016·全国卷Ⅰ)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的____________________，
反应的化学方程式为__________________________________
____________________________________________________。
②欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置→________(按气流方向，用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤
实验现象
解释原因
打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢充入Y管中
①Y管中
________
②反应的化学方程式
___________________________________________
将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温
Y管中有少量水珠
生成的气态水凝聚
打开K2
③_________
④____________________
[解析] (1)①图中给出了两种气体制备装置，一种是固固加热制气装置，一种是固液或液液加热制气装置。如果选择A装置制取氨气，则反应的化学方程式为2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；如果选择B装置制取氨气，则反应的化学方程式为NH3·H2ONH3↑＋H2O。②欲收集一瓶干燥的氨气，首先要除去杂质，制备氨气的杂质只有水蒸气，由于氨气溶于水显碱性，因此要选用碱石灰作干燥剂，干燥管的进出口方向为粗进细出，因此先接d后接c；其次要收集氨气，由于氨气的密度小于空气，要从短管进气，因此先接f再接e；最后要进行尾气处理，由于氨气极易溶于水，因此可以选择水吸收尾气，还要注意防倒吸，所以接i。
(2)由题干内容“工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2”，结合实验条件可知反应。NO2为红棕色气体，发生反应后变成无色气体，因此现象为红棕色气体逐渐变浅。反应后气体分子数减少，Y管中的压强小于外压，因此产生倒吸现象。
[答案] (1)①A 2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O(或B NH3·H2ONH3↑＋H2O) ②dcfei (2)①红棕色气体慢慢变浅
②8NH3＋6NO27N2＋12H2O ③Z中NaOH溶液产生倒吸现象 ④反应后气体分子数减少，Y管中压强小于外压
上述真题涉及的题型有选择题和填空题。命题角度主要涉及：
(1)元素及其化合物的性质及应用，如T1、T2、T3。
(2)结合化工流程考查①常见无机物的性质、制备和应用，②物质的提纯，③化学反应方程式的书写，如T4、T5、T6。
(3)结合气体的制备和性质探究综合实验装置考查①气体的制备、除杂、收集和尾气处理，②气体的性质实验探究，③化学方程式的书写等，如T3、T7。
预测2020年高考仍会重点以化工流程和实验装置为载体考查物质的制备、性质探究、除杂提纯等内容。复习时加强记忆。
金属及其化合物
(对应学生用书第74页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．钠及其化合物
(1)钠及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①钠和盐溶液反应，不能置换出盐中的金属，与熔融的盐反应才可能置换出盐中的金属。
②Na与足量O2反应无论生成Na2O还是Na2O2，只要参与反应的Na的质量相等，则转移电子的物质的量一定相等，但得到Na2O2的质量大于Na2O。
③Na分别与H2O和乙醇发生的反应均能生成H2，但反应的剧烈程度不同，前者反应剧烈，后者反应缓慢。
④1 mol Na2O2参与反应转移电子的物质的量不一定为1 mol，如1 mol Na2O2与SO2的反应转移电子应为2 mol。
⑤不能用Ca(OH)2鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液，应选用CaCl2或BaCl2溶液。
⑥除去CO2中的HCl气体，应选用饱和的NaHCO3溶液。
⑦向饱和的Na2CO3溶液中通入过量CO2，有NaHCO3晶体析出。
⑧Na2O2与CO2、H2O反应生成O2，作供氧剂，但Na2O2与SO2反应生成Na2SO4，没有O2生成。
⑨除去Na2CO3固体中的NaHCO3固体可用加热法。Na2CO3作去污剂，NaHCO3中和胃酸。
⑩Li和O2反应只生成Li2O；NaH是离子化合物，是一种强还原剂；Na2O、Na2O2中阴、阳离子个数比均为1∶2。
(3)Na及其化合物的主要转化
2．铝及其化合物
(1)铝及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①铝是活泼金属，但铝抗腐蚀性相当强，因为铝的表面会生成一层致密的氧化物薄膜。由于Al2O3的熔点高于Al的熔点，故在酒精灯上加热铝箔直至熔化，发现熔化的铝并不滴落。Al2O3作耐火材料。
②铝热反应不仅仅是单质铝与Fe2O3反应，还包括制取其他难熔金属的反应。铝热反应可用于野外焊接钢轨。
③引发铝热反应的操作是先铺一层KClO3，然后插上镁条，最后点燃镁条。
④并不是Al与所有金属氧化物均能组成铝热剂，该组成铝热剂的金属氧化物对应的金属活泼性应比铝弱。
⑤Al2O3、Al(OH)3与NaOH溶液的反应常用于物质的分离提纯。Al(OH)3不溶于氨水，所以实验室常用铝盐和氨水来制备Al(OH)3。
⑥利用偏铝酸盐制备Al(OH)3，一般不用强酸，因为强酸的量控制不当会使制得的Al(OH)3溶解。若向偏铝酸盐溶液中通入CO2，生成的Al(OH)3不溶于碳酸，CO2过量时生成HCO，不过量时生成CO，在书写离子反应方程式时要特别注意。
⑦Al(OH)3可用作抗酸药；明矾常用于净水。
⑧泡沫灭火器所用试剂为Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。
(3)铝土矿(含Fe2O3、SiO2等)提纯流程
3．镁及其化合物
(1)镁及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①Mg在空气中燃烧时可与O2、N2、CO2反应，生成固体有MgO、Mg3N2、C。
②Mg制备时电解MgCl2不是电解MgO(因熔点很高)
③Mg等金属着火不能用CO2灭火。
4．铁及其化合物
(1)铁及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①Fe与O2(点燃)、H2O(g)(高温)反应的固体产物都是Fe3O4而不是Fe2O3。Fe与Cl2反应时只生成FeCl3，与S反应时只生成FeS，说明Cl2的氧化性强于S。常温下，Fe、Al在冷的浓硫酸和浓硝酸中发生钝化，但加热后能继续反应。
②向含Fe2＋的溶液中加入硝酸、KMnO4溶液、氯水、溴水等具有氧化性的物质时，溶液会出现浅绿色―→棕黄色的颜色变化，该现象可用于Fe2＋的检验。
③FeCl3、Fe2(SO4)3的水溶液蒸干所得固体不同：FeCl3溶液加热蒸干得Fe(OH)3，灼烧Fe(OH)3可得Fe2O3；Fe2(SO4)3溶液蒸干仍为Fe2(SO4)3。铁盐可以净水。
④在用强氧化剂(H2O2或氯水)和KSCN溶液联合检验Fe2＋的存在时，要特别注意加入试剂的先后顺序，先加KSCN溶液无明显变化，说明溶液中无Fe3＋；再加强氧化剂(H2O2或氯水)后溶液变红色，说明溶液中含有Fe2＋。检验Fe2＋也可以加K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀。
⑤配制FeCl2溶液既要防氧化(加入Fe粉)，又要防水解(加入盐酸)；配制FeCl3溶液时要加入浓盐酸防止水解。
⑥除去酸性溶液ZnCl2溶液中的FeCl2，应先通入Cl2或加入H2O2，再加入ZnO，使Fe3＋水解生成沉淀过滤除去。
⑦生成FeCl2除了用Fe和HCl的置换反应外，还可用化合反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2；生成Fe(OH)3除了用Fe3＋与碱的复分解反应外，还可用化合反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。
⑧制备Fe(OH)2的方法很多，原则有两点：一是溶液中的溶解氧必须提前除去；二是反应过程中必须与O2隔绝。同时要牢记Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时溶液的颜色变化(白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色)。
(3)铁及其化合物的主要转化
5．铜及其化合物
(1)铜及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①铜在潮湿的空气中最终不是生成CuO，而是生成铜绿[Cu2(OH)2CO3]。
②常用灼热的铜粉除去N2中的O2，灼热的CuO除去CO2中的CO。
③新制Cu(OH)2悬浊液常用来检验醛基。
④Cu和一定量的浓硝酸反应，产生的是NO2和NO的混合气体，当Cu有剩余，再加入稀硫酸，Cu继续溶解。
⑤Cu：紫红色；CuO：黑色；Cu2S：黑色；CuS：黑色；Cu2O：砖红色。
⑥CuSO4溶液与石灰乳形成波尔多液杀菌剂。
■考能提升——高考类题集训·········································
金属及其化合物的主要性质及应用
1．(2019·郑州一模)下列各组物质反应产生的气体分别通入Fe2(SO4)3溶液中，能与Fe2(SO4)3发生反应的是( )
①Na2O2和CO2 ②Na2S和盐酸 ③MnO2和浓盐酸共热 ④铜片和浓硫酸加热
A．只有①② B．只有①③
C．只有②③ D．只有②④
D [①生成O2，O2与Fe2(SO4)3不反应；②生成H2S，H2S与Fe3＋反应；③生成Cl2，Cl2与Fe2(SO4)3不反应；④生成SO2，SO2与Fe3＋反应。]
2．(2019·济南质检)关于下列实验的说法正确的是( )
A．铜可溶于氯化铁溶液说明铜能与其反应且比铁活泼
B．在空气中蒸干硫酸亚铁溶液可以得到绿矾(FeSO4·7H2O)
C．向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸，红褐色液体逐渐变为黄色
D．向偏铝酸钡溶液中滴加稀硫酸，先生成白色沉淀随后溶解
D [铜溶于氯化铁溶液，是因为发生反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，但Fe比Cu活泼，A项错误；在空气中蒸干硫酸亚铁溶液，Fe2＋易被空气中的氧气氧化，得到硫酸铁，B项错误；向氢氧化铁胶体中滴加稀硫酸，先发生胶体的聚沉，产生红褐色沉淀，后发生酸碱中和反应，沉淀溶解，溶液变为黄色，C项错误。]
3．向NaOH和Na2CO3的混合溶液中滴加0.1 mol·L－1稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．在0～a范围内，只发生中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
C．a＝0.3
D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2
C [过程反应为①OH－＋H＋===H2O，②CO＋H＋===HCO，③HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。]
金属及其化合物在实验探究中的应用
4．某实验小组通过下图所示实验，探究Na2O2与水的反应：
下列说法中正确的是 ( )
A．②中的大量气泡的主要成分是氢气
B．③中溶液变红，说明有酸性物质生成
C．④中现象可能是由于溶液中含有强氧化性物质造成的
D．⑤中MnO2的主要作用是降低了水中氧气的溶解度
C [②中大量气泡的主要成分是氧气，A项错误；③中溶液变红，说明有碱性物质生成，B项错误；④中红色褪去，应该是由溶液中的强氧化性物质造成的，C项正确；⑤中加入MnO2产生较多气泡，说明溶液中存在H2O2，MnO2的主要作用是作催化剂，D项错误。]
5．为验证还原性：SO2>Fe2＋>Cl－，三组同学分别进行了下图实验，并对溶液1和溶液2中所含离子进行了检验，能证明上述还原性顺序的实验组有( )
溶液1
溶液2
甲
含Fe3＋、Fe2＋
含SO
乙
含Fe3＋、无Fe2＋
含SO
丙
含Fe3＋、无Fe2＋
含Fe2＋
A.只有甲 B．甲、乙
C．甲、丙 D．甲、乙、丙
C [甲的溶液1中含有Fe3＋、Fe2＋，说明发生反应2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，且Cl2反应完全，可证明还原性Fe2＋>Cl－；溶液2中含有SO，则说明发生反应2Fe3＋＋SO2＋2H2O===2Fe2＋＋SO＋4H＋，可证明还原性SO2>Fe2＋，故甲能证明还原性SO2>Fe2＋>Cl－；乙的溶液1中含有Fe3＋，无Fe2＋剩余，则还原性Fe2＋>Cl－，但Cl2可能过量，再通入SO2，可能发生的反应是Cl2＋SO2＋2H2O===2Cl－＋SO＋4H＋，不能够比较SO2与Fe2＋的还原性强弱，故乙不能验证；丙的溶液1中含有Fe3＋，没有Fe2＋，通入SO2后溶液中又含有Fe2＋，说明SO2将Fe3＋还原得到Fe2＋，证明SO2>Fe2＋还原性，故丙实验结论能证明还原性SO2>Fe2＋>Cl－。]
6．取纯净的CuCl2固体用于制备CuCl。
(1)操作①中加入盐酸的目的主要是________________。
(2)操作②中反应的离子方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)操作①中若用10 mol·L－1盐酸代替0.2 mol·L－1盐酸，再通入SO2后，无白色沉淀产生。对此现象有如下两种猜想：
猜想一：c(H＋)过大导致白色沉淀溶解。
为验证此猜想，取75 g CuCl2固体、100 mL 0.2 mol·L－1盐酸及________mL 9.8 mol·L－1H2SO4溶液配制成200 mL溶液，再进行操作②，观察是否有白色沉淀产生。
猜想二：c(Cl－)过大导致白色沉淀溶解。
[资料显示：存在平衡2Cl－(aq)＋CuCl(s)CuCl(aq)]
请设计实验说明该猜想是否成立：
____________________________________________________
____________________________________________________。
[解析] (1)因为氯化铜是强酸弱碱盐，溶液中存在Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋，所以溶解时加入HCl溶液，可抑制氯化铜的水解；(2)操作②是向含有铜离子、氯离子的溶液中通入二氧化硫气体，生成CuCl沉淀，则反应的离子方程式为2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===SO＋2CuCl↓＋4H＋；(3)根据题意，验证猜想一：应保证H＋浓度增大，而Cl－浓度不变。设9.8 mol·L－1 H2SO4 溶液的体积为V mL，则根据H＋的量的关系可得0.2×0.1＋V×10－3×9.8×2＝10×0.1，解之得V＝50；验证猜想二：体系中存在平衡2Cl－(aq)＋CuCl(s)CuCl(aq)，溶液中氯离子的浓度过大平衡正向移动，可以取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中，搅拌，若白色沉淀溶解，说明猜想二成立，反之不成立。
[答案] (1)酸抑制Cu2＋水解 (2)2Cu2＋＋SO2＋2Cl－＋2H2O===SO＋2CuCl↓＋4H＋ (3)50 取少量白色沉淀加入饱和氯化钠溶液中，搅拌，若白色沉淀溶解，说明猜想二成立，反之不成立
回归高考，真题验收
7．(2019·全国卷Ⅱ)下列化学方程式中，不能正确表达反应颜色变化的是( )
A．向CuSO4溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失 Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
B．澄清的石灰水久置后出现白色固体 Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O
C．Na2O2在空气中放置后由淡黄色变为白色 2Na2O2===2Na2O＋O2↑
D．向Mg(OH)2悬浊液中滴加足量FeCl3溶液出现红褐色沉淀 3Mg(OH)2＋2FeCl3===2Fe(OH)3＋3MgCl2
C [A项，加入足量Zn粉，Cu2＋被完全还原为Cu，所以溶液蓝色消失，正确；B项，澄清石灰水与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙白色沉淀，正确；C项，过氧化钠是淡黄色固体，在空气中久置成为碳酸钠，变为白色，错误；D项，Fe(OH)3的Ksp小于Mg(OH)2的，滴加足量三氯化铁溶液，可转化为氢氧化铁红褐色沉淀，正确。]
8．下列关于金属及其化合物的叙述正确的是________(填序号)。
①(2018·全国卷Ⅱ)碳酸钠可用于去除餐具的油污
②(2018·全国卷Ⅱ)Al(OH)3可用于中和过多胃酸
③(2017·全国卷Ⅱ)乙醇和水都可与金属钠反应产生可燃性气体，说明乙醇分子中的氢与水分子中的氢具有相同的活性
④(2017·全国卷Ⅱ)将金属钠在燃烧匙中点燃，迅速伸入集满CO2的集气瓶，集气瓶中产生大量白烟，瓶内有黑色颗粒产生，说明CO2具有氧化性
⑤(2017·全国卷Ⅱ)向2 mL 0.1 mol·L－1的FeCl3溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液，黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，说明还原性：Fe＞Fe2＋
⑥(2016·全国卷Ⅰ)配制氯化铁溶液时，将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
⑦(2016·全国卷Ⅱ)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥
⑧(2015·全国卷Ⅱ)钠在空气中燃烧可生成多种氧化物。23 g钠充分燃烧时转移电子数为NA
⑨(2015·全国卷Ⅱ)将稀盐酸滴入碳酸钠与氢氧化钠的混合溶液中，立即产生气泡
⑩(2015·全国卷Ⅰ)用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热，熔化后的液态铝滴落下来，说明铝的熔点较低
⑪(2015·全国卷Ⅱ)浓硝酸滴入用砂纸打磨过的铝条中，产生红棕色气体
⑫(2015·全国卷Ⅰ)将铜粉加入1.0 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现
[答案] ①②④⑤⑥⑧
非金属及其化合物
(对应学生用书第77页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．碳、硅及其化合物
(1)碳、硅及其化合物的转化关系
(2)命题点归纳
①自然界中无游离态的硅，通常原子晶体不导电，但硅是很好的半导体材料，是制作光电池的材料。SiO2不导电，是制作光导纤维的材料。
②工业上制备粗硅，是用过量的C和SiO2高温下反应，由于C过量，生成的是CO而不是CO2，该反应必须在隔绝空气的条件下进行。
③氢氟酸不能用玻璃容器盛放；NaOH溶液能用玻璃试剂瓶，但不能用玻璃塞。
④酸性氧化物一般能与水反应生成酸，但SiO2不溶于水；酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF反应。
⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下反应Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生，原因可以从两方面解释：a.硅酸盐比碳酸盐稳定；b.由高沸点难挥发固体SiO2制得低沸点易挥发的CO2。
⑥硅酸脱水形成硅胶，硅胶可作吸水剂和催化剂载体。Na2SiO3溶液可作防火剂。
⑦水泥、玻璃与陶瓷是三大传统无机非金属材料；碳化硅、氮化硅、光导纤维等是新型无机非金属材料。
2．氯及其化合物
(1)氯及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①液氯密封在钢瓶中，而氯水、次氯酸应保存在棕色试剂瓶中。
②ClO－不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能体现强氧化性，如ClO－与SO、I－、Fe2＋均不能大量共存；ClO－体现水解性，因HClO酸性很弱，ClO－水解显碱性，如Fe3＋＋3ClO－＋3H2O===Fe(OH)3↓＋3HClO，所以ClO－与Fe3＋、Al3＋均不能大量共存。
③向Ca(ClO)2溶液中通入SO2气体生成CaSO4而不是CaSO3，其离子方程式为Ca2＋＋3ClO－＋SO2＋H2O===CaSO4↓＋Cl－＋2HClO(少量SO2)
Ca2＋＋2ClO－＋2SO2＋2H2O===CaSO4↓＋2Cl－＋SO＋4H＋(过量SO2)。
④“84”消毒液的主要成分为NaClO，漂粉精的有效成分为Ca(ClO)2。均可作漂白剂和消毒剂。
⑤液溴需要用水封，溴蒸气呈红棕色，液溴呈深红棕色，溴水呈橙色，溴的CCl4溶液呈橙红色。
⑥氯水的成分及其性质。在新制的氯水中存在下列平衡关系：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO、HClOH＋＋ClO－、H2OH＋＋OH－。氯水中存在三种分子：H2O、Cl2、HClO，四种离子：H＋、Cl－、ClO－、OH－。所以，新制的氯水呈浅黄绿色，有刺激性气味，属于混合物，其所含的多种微粒使氯水的化学性质表现出多重性，主要体现在：a.Cl2的强氧化性；b.HCl的强酸性；c.HClO的强氧化性(漂白性)；d.Cl－的性质等。
⑦一定量的浓盐酸与足量MnO2反应时，当浓盐酸反应到一定浓度时，不能再反应。
3．硫及其化合物
(1)硫及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①附在试管内壁的S，可用CS2和热的NaOH溶液洗涤。
②H2S是具有可燃性和还原性的臭鸡蛋气味的气体。
③SO2使含有酚酞的NaOH溶液褪色，表现SO2酸性氧化物的性质；使品红溶液褪色，表现SO2的漂白性；使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，表现SO2的还原性；SO2与H2S反应，表现SO2的氧化性；SO2和Cl2等体积混合通入溶液中，漂白性不但不增强，反而消失。
④把SO2气体通入BaCl2溶液中，没有沉淀生成，但若通入NH3或加入NaOH溶液，或把BaCl2改成Ba(NO3)2均有白色沉淀生成，前两者生成BaSO3沉淀，后者生成BaSO4沉淀。
⑤浓硫酸与足量Cu共热，随反应的进行，H2SO4不能完全反应而停止；浓硫酸遇Fe、Al常温下钝化，加热可反应，开始生成SO2，Fe、Al(Zn)足量时，后期又生成H2。
⑥C与浓硫酸反应时，反应产物的检验应按以下流程进行：无水CuSO4检验水→品红溶液检验SO2→酸性KMnO4溶液除去SO2→品红溶液检验SO2是否除净→澄清石灰水检验CO2。
⑦SO2的漂白性具有可逆性，受热易恢复原色，而O3、Cl2、H2O2的漂白性具有不可逆性。
(3)重要转化关系
4．氮及其化合物
(1)氮及其化合物之间的转化关系
(2)命题点归纳
①氮的氧化物有：2O、O、2O3、O22O4、2O5，其中N2O3、N2O5分别为HNO2、HNO3的酸性氧化物，其他不是酸性氧化物。
②NO2可用Cu与浓硝酸反应制备，用向上排空气法收集；NO可用Cu与稀硝酸反应制备，用排水法收集。
③硝酸、浓硫酸、次氯酸具有强氧化性，属于氧化性酸，其中HNO3、HClO见光或受热易分解，应贮存于棕色试剂瓶中，置于冷暗处。
④强氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)与金属反应不生成H2；金属和浓硝酸反应一般生成NO2，而金属和稀硝酸反应一般生成NO。与活泼金属反应也可以生成N2、N2O、NH3等。
⑤实验室制备NH3，除了用Ca(OH)2和NH4Cl反应外，还可用浓氨水的分解(加NaOH固体或CaO)制取，而检验NH须用浓氢氧化钠溶液并加热，用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，以确定NH的存在。
⑥浓盐酸和浓氨水反应有白烟生成，常用于HCl和NH3的相互检验。
⑦NaCl与NH4Cl的分离可用加热法。
⑧浓硝酸与足量Cu反应时，开始生成NO2，后期生成NO。
(3)重要转化关系
■考能提升——高考类题集训··········································
非金属及其化合物的性质及应用
1．(2019·合肥模拟)化学与人类生活密切相关。下列说法不正确的是( )
A．光导纤维由高纯度的硅单质制得，遇强碱会“断路”
B．二氧化氯(ClO2)是新型水处理剂，具有消毒杀菌的作用
C．使用太阳能代替化石能源，可以减少温室气体排放
D．“光化学烟雾”“硝酸酸雨”的形成都与氮氧化物有关
A [光导纤维是由SiO2制得，不是由Si单质制得。]
2．(2018·北京高考)下列实验中的颜色变化，与氧化还原反应无关的是 ( )
A
B
C
D
实验
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中
石蕊溶液滴入氯水中
Na2S溶液滴入AgCl浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现象
产生白色沉淀，随后变为红褐色
溶液变红，随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体，随后变为红棕色
C [C项，向AgCl浊液中滴加Na2S溶液，白色沉淀变成黑色，发生沉淀的转化，反应的离子方程式为2AgCl＋S2－Ag2S＋2Cl－，与氧化还原反应无关；A项，NaOH溶液滴入FeSO4溶液中，会生成Fe(OH)2白色沉淀，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3，反应过程中出现灰绿色，最后变为红褐色，与氧化还原反应有关；B项，由于氯水显酸性，先使紫色石蕊溶液变红，后由于HClO具有氧化性，使红色溶液迅速褪色，与氧化还原反应有关；D项，热铜丝插入稀硝酸中发生的反应为3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，NO被氧气氧化生成红棕色的NO2，与氧化还原反应有关。]
3．(2019·江苏高考)在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是( )
A．NaCl(aq)Cl2(g)FeCl2(s)
B．MgCl2(aq)Mg(OH)2(s)MgO(s)
C．S(s)SO3(g)H2SO4(aq)
D．N2(g)NH3(g)Na2CO3(s)
B [A项，Cl2与Fe在加热的条件下反应生成FeCl3，不能直接生成FeCl2，错误；C项，S与O2在点燃条件下反应生成SO2，不能直接生成SO3，错误；D项，NH3和CO2、NaCl溶液反应的化学方程式为NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，不能生成Na2CO3，错误。]
非金属及其化合物的性质探究
4．(2019·郑州模拟)科学家将水置于足够强的电场中，在20 ℃时水分子瞬间凝固可形成“暖冰”。某兴趣小组做如图所示实验，发现烧杯中酸性KMnO4溶液褪色，且有气泡产生。将酸性KMnO4溶液换成FeCl3溶液，烧杯中溶液颜色无变化，但有气泡产生。则下列说法正确的是( )
A．20 ℃时，水凝固形成“暖冰”所发生的变化是化学变化
B．“暖冰”是水置于足够强的电场中形成的混合物
C．烧杯中液体为FeCl3溶液时，产生的气体为Cl2
D．该条件下H2燃烧的产物中可能含有一定量的H2O2
D [水凝固形成“暖冰”的过程中只有水的状态发生了变化，没有生成新物质，故所发生的变化是物理变化，A、B项错误；酸性KMnO4溶液褪色，说明H2燃烧生成了具有还原性的物质，该物质被氧化产生气体，故有气泡产生，结合元素守恒，推测该物质为H2O2，H2O2在Fe3＋的作用下分解产生O2，故将酸性KMnO4溶液换成FeCl3溶液，溶液颜色不变化，但有气泡产生，C项错误，D项正确。]
5．探究氨气及铵盐性质的过程中，下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A．将集有氨气的试管倒扣于水槽中，液体迅速充满试管，说明氨气极易溶于水
B．将pH＝11的氨水稀释到体积为原来的1 000倍，测得pH>8，说明NH3·H2O为弱碱
C．加热NH4HCO3固体，观察到固体逐渐减少，试管口有液滴产生，说明NH4HCO3受热不稳定
D．将红热的Pt丝伸入如图所示的锥形瓶中，瓶口出现少量红棕色气体，说明氨气的氧化产物为NO2
D [氨气极易溶于水生成氨水，所以将集有氨气的试管倒扣于水槽中液体迅速充满试管，故A项正确；pH＝11的氨水中c(OH－)＝10－3 mol·L－1，稀释到体积为原来的1 000倍，测得溶液pH>8，即c(OH－)>10－6 mol·L－1，说明NH3·H2O为弱碱，故B项正确；碳酸氢铵加热分解为氨气、二氧化碳和水，故C项正确；根据题意氨气的氧化产物应为NO，NO在锥形瓶口与氧气反应生成NO2，所以瓶口出现少量红棕色气体，故D项错误。]
6．亚硝酸钠(NaNO2)是工业盐的主要成分，在漂白、电镀等方面应用广泛。已知：室温下，2NO＋Na2O2===2NaNO2，以木炭、浓硝酸、Na2O2为主要原料制备亚硝酸钠的装置如图所示。(加热装置及部分夹持装置已略去)
A B C D
回答下列问题：
(1)A装置中反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)B装置的作用是__________________________________。
(3)充分反应后，C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成_________(填化学式)，为避免杂质的生成，应在B、C之间加一个装置，该装置和所盛放试剂的名称分别是_______________。
(4)D装置用于尾气处理，写出D中反应的离子方程式：
____________________________________________________。
[解析] (2)将A装置中产生的NO2通入水中，发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，所以B装置的作用是将NO2转化为NO。(3)B中出来的NO气体中可能会混有CO2、水蒸气，分别与Na2O2反应生成Na2CO3、NaOH，所以C中生成的固体除NaNO2外，还可能生成Na2CO3、NaOH；为避免杂质的生成，可以在B、C之间加一个干燥管(或U形管)，所盛放的试剂应该为碱石灰，用于吸收混合气体中的CO2和水蒸气。
[答案] (1)C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
(2)将NO2转化为NO
(3)Na2CO3、NaOH 干燥管(或U形管)、碱石灰
(4)5NO＋3MnO＋4H＋===5NO＋3Mn2＋＋2H2O
常见气体的实验室制备与性质探究
(对应学生用书第79页)
■重难突破——重难知识梳理·
1．常见装置的一般连接
制气装置→净化装置→干燥装置→反应或收集装置→尾气处理装置。
2．常见装置的选择
(1)常见制气装置
注：③b装置仅适用于块状固体与液体反应，此装置的优点是随开随用，随关随停。
(2)常见的净化装置
气体干燥剂的选择
酸性
碱性
中性
干燥剂
浓硫酸、P2O5
碱石灰、CaO
CaCl2
气体
CO2、SO2、Cl2、NO2
NH3
H2、CO、N2、NO、CH4
注意：①选取干燥剂时，除了常规的从酸碱性角度考虑外，还要考虑特殊反应，如浓硫酸不能干燥还原性气体(H2S、HI等)，可用P2O5干燥；中性干燥剂CaCl2不能干燥NH3。②洗气瓶盛液体净化剂，长进短出；干燥管盛固体净化剂，粗进细出；U型管盛固体净化剂，进气不分左右。
(3)常见的气体收集装置
注意：a：④中棉花防止收集的气体与空气对流。
b：⑤可收集多种气体，但进气口不同。排空气法：ρ>ρ空气，长管进；ρ<ρ空气，短管进；排水法：短管进。
(4)尾气处理装置
①装置甲适用于溶解度较小的有毒气体，如Cl2、NO2、H2S等。
②装置乙适用于溶解度较大的气体，如HCl、NH3等。
③装置丙适用于某些可燃性气体，如CO、H2等。
④装置丁采用收集法处理尾气，适用于NO、CO等。
■考能提升——高考类题集训··········································
以选择题题型呈现的气体制备与性质探究
1．(2019·试题调研)实验室用H2还原SiHCl3(沸点：31.85 ℃)制备纯硅的装置如图所示(夹持装置和尾气处理装置已略去)，下列说法正确的是( )
A．装置Ⅱ、Ⅲ中依次盛有浓硫酸、冰水
B．实验时，应先加热管式炉，再打开活塞K
C．为鉴定制得的硅中是否含微量铁单质，需要用到的试剂为盐酸、双氧水、硫氰化钾溶液
D．该实验中制备H2的装置也可用于KMnO4与浓盐酸反应制Cl2
C [Ⅲ的目的是使SiHCl3汽化，Ⅲ装置应装热水，A错误；实验应先排出空气，再加热反应，B错误；KMnO4可溶于水，不能用启普发生器，D错误。]
2．(2019·衡水金卷)利用NO、O2和Na2CO3溶液反应制备NaNO2的装置如图所示，下列关于该装置的描述不正确的是( )
A．装置A分液漏斗中的药品选用不当，应选用稀硝酸
B．实验过程中，通过控制分液漏斗的活塞控制气流速率
C．装置C中发生反应的化学方程式为2Na2CO3＋4NO＋O2===4NaNO2＋2CO2↑
D．实验过程中，装置C液面上方可能出现红棕色气体
A [装置A分液漏斗中使用浓硝酸反应速率加快，且产生的NO2可以在装置B中转化为NO，所以药品选用正确，A项错误；实验过程中，通过控制分液漏斗的活塞控制气流速率，B项正确；装置C用于制备NaNO2，发生反应的化学方程式为2Na2CO3＋4NO＋O2===4NaNO2＋2CO2↑，C项正确；实验过程中，若装置C中NO和O2逸出液面，可能出现红棕色气体，D项正确。]
气体制备与性质探究的综合实验
3．(2019·衡阳第一次联考)实验室可用氯气与一氧化氮在常温常压条件下合成亚硝酰氯(NOCl)。已知亚硝酰氯是一种黄色气体，熔点：－64.5 ℃，沸点：－5.5 ℃，遇水易反应生成一种无氧酸和两种氮的常见氧化物。
(1)甲组同学拟制备原料气NO和Cl2，制备装置如图所示：
①为制备并得到纯净干燥的气体，补充下表中缺少的药品。
装置Ⅰ中药品
装置Ⅱ中药品
蒸馏烧瓶
a仪器
制备纯净Cl2
KMnO4
浓盐酸
(ⅰ)________
制备纯净的NO
Cu
(ⅱ)____
水
②仪器a的名称为________；装置Ⅲ的作用是________。
(2)乙组同学对甲组同学制取NO的装置略加改良，利用甲组制得的Cl2共同制备NOCl，装置如图所示：
①组装好实验装置，检查气密性，依次装入药品。此实验关键操作有两点：Ⅰ.将Cl2充满D装置的三颈瓶；Ⅱ.A中反应开始时，先关闭K2，打开K1，待NO充满装置后关闭K1，打开K2。这两步操作都要“充满”，目的是____________________________________
____________________________________________________。
②装置B中水的作用是______________(用化学方程式表示)。
③若装置C中压强过大，可以观察到的现象是
____________________________________________________
____________________________________________________。
④装置D中冰盐水的作用是_______________________。
⑤如果去掉盛有浓硫酸的C、装有无水CaCl2的E两装置，对该实验的主要影响是______________(用化学方程式表示)。
[解析] (2)②装置A产生NO，NO与烧瓶中O2发生反应生成NO2，装置B的作用是吸收NO2，发生3NO2＋H2O===2HNO3＋NO；
③压强过大，装置C中长颈漏斗中的液面上升；
④依据实验目的，以及亚硝酰氯的物理性质，装置D中冰盐水的作用是液化亚硝酰氯，便于产品收集；
⑤浓硫酸干燥NO气体，无水CaCl2的作用是防止空气中的水蒸气进入装置D，亚硝酰氯遇水反应生成一种无氧酸和两种氮的常见氧化物，因此缺少这两个装置后，发生反应的化学方程式：2NOCl＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑。
[答案] (1)①饱和食盐水(或饱和NaCl溶液) 稀硝酸 ②分液漏斗 干燥NO或Cl2(或除去NO或Cl2中的水蒸气) (2)①排尽装置中的空气 ②3NO2＋H2O===2HNO3＋NO ③长颈漏斗中的液面上升 ④液化亚硝酰氯，便于产品收集 ⑤2NOCl＋H2O===2HCl＋NO↑＋NO2↑
根据实验要求进行仪器连接
4．(2019·湖北七市联考)氮化铝(AlN)是一种新型非金属材料，室温下能缓慢水解。可由铝粉在氮气氛围中1 700 ℃合成，产物为白色到灰蓝色粉末。根据下列装置在实验室制备AlN。请回答：
(1)按气流由左向右的方向，上述装置的正确连接顺序为j→__________→i(填仪器接口字母编号)。
(2)实验时，以空气为原料制备AlN。装置A中还原铁粉的作用为________，装置B中试剂X为________。
[答案] (1)f→e→d→c→a→b(或b→a)→g→h(或h→g) (2)吸收O2 浓硫酸
5．(2019·济宁一模)POCl3是重要的化工原料，某兴趣小组准备用三氯化磷、氯气、二氧化硫制备POCl3，产物中还有一种遇水强烈水解的物质SOCl2。
已知：PCl3熔点－93.6 ℃、沸点76.1 ℃，遇水强烈水解，易与氧气反应；POCl3遇水强烈水解，能溶于PCl3。
(1)仪器甲的名称是________。
(2)已知装置B制备POCl3，以上仪器接口连接的顺序为a________d，装置B中发生反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)B中反应温度控制在60～65 ℃，其原因是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(4)POCl3水解的化学方程式为_________________________。
[解析] (2)装置A制得的氯气中混有挥发的HCl和水蒸气，需要经过F装置内的饱和食盐水除去HCl、再利用D装置内的浓硫酸干燥，然后才可通入装置B中，装置C中制得的SO2，需要通过E中的P2O5或硅胶干燥后再通入装置B中制备POCl3，则以上仪器接口连接的顺序为a→j→i→e→f→b→c→g→h→d，装置B中生成POCl3时发生反应的化学方程式为PCl3＋Cl2＋SO2POCl3＋SOCl2。
[答案] (1)球形冷凝管 (2)jiefbc(或cb)gh PCl3＋Cl2＋SO2POCl3＋SOCl2 (3)温度太高，PCl3、SO2会大量挥发，导致产量降低；温度太低，反应速率会变慢 (4)POCl3＋3H2O===H3PO4＋3HCl
仪器连接应注意下列问题
(1)利用挥发性物质的水溶液中出来的气体有挥发性物质和水蒸气，要先连接除去杂质的装置再连接干燥装置。
(2)接口连接时要注意：洗气瓶应长进短出，干燥管要粗进细出，U型管和玻璃管不分左右。
(3)利用气体制备的物质易潮解或水解时，制备装置前后均需连接干燥装置，如制FeCl3、SnCl2、AlCl3等。
(4)制备的物质易被氧化时，反应前要先排出空气。
(5)涉及有毒气体或易燃气体时，要连接尾气处理装置。
(6)易溶于水的气体或加热装置，要在装置后连防倒吸装置。
回归高考，真题验收
6．(2017·全国卷Ⅰ)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是( )
A．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液
B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度
C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热
D．装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气
B [A项，从焦性没食子酸溶液中出来的H2仍不干燥，错误；C项，应先停止加热再停通H2，错误；D项，MnO2与浓HCl反应需加热且MnO2为粉末状，不能用启普发生器，错误。]
7．(2015·全国卷Ⅰ)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。
回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是_________________，由此可知草酸晶体分解的产物中有________。装置B的主要作用是_____________________。
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、__________________。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是
____________________________________________________
____________________________________________________。
(3)设计实验证明：
①草酸的酸性比碳酸的强
____________________________________________________
____________________________________________________。
②草酸为二元酸________________________。
[解析] (1)结合草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的组成可知，澄清石灰水应是用来检验其分解产物CO2的存在。因草酸晶体易升华，且草酸钙难溶于水，若草酸进入C装置，会干扰CO2的检验，故装置B中冰水的主要作用是冷凝挥发出来的草酸。
(2)①要验证草酸晶体分解产物中还有CO，只能通过检验CO与CuO反应的产物CO2的存在来达到这一目的。因为草酸晶体的分解产物本身含有CO2，会对CO的检验造成干扰，所以在检验CO前应将分解产物中的CO2除尽，可选用F装置来除去CO2，D装置用来检验CO2是否除尽。将除去CO2的气体通过盛有无水氯化钙的装置G干燥，然后通过盛有CuO的装置H，CuO将CO氧化为CO2，再将气体通过盛有澄清石灰水的D装置，用来检验CO2的存在。因CO有毒，最后可将尾气通过排水法收集。
②若前一个装置D中澄清石灰水不变浑浊，说明草酸晶体分解的产物CO2已除尽；H中黑色CuO变红，同时其后的装置D中澄清石灰水变浑浊，说明草酸晶体分解产物中含有CO。
(3)①根据强酸制弱酸的反应原理，可选择NaHCO3加入草酸溶液的实验方法来证明草酸的酸性比碳酸的强。
②根据酸碱中和反应原理，可采用中和滴定的方法用NaOH标准溶液来滴定一定物质的量浓度的草酸溶液，根据反应的草酸与NaOH的物质的量的比值为1∶2，证明草酸是二元酸。
[答案] (1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊 CO2 冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I CuO ②H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)①向盛有少量NaHCO3的试管里滴加草酸溶液，有气泡产生 ②用NaOH标准溶液滴定草酸溶液，消耗NaOH的物质的量为草酸的2倍
化学工艺流程试题的解题策略
(对应学生用书第82页)
■知能归纳——技法提能突破··························································
化学工艺流程试题是全国卷每年呈现的题型之一，主要以非选择题的形式进行考查。命题视角主要是最新化工生产涉及物质系列提纯与制备。涉及的考查角度是多方面的，难度较大。
1．试题类型
(1)以制备为主体化工流程的构成
(2)以提纯为主体的化工流程的构成
2．化工流程试题的一般解题策略
(1)审题四角度
(2)破题三方法
①首尾分析法：对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙的生产工序)试题，首先对比分析流程图中第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离、提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。
②分段分析法：对于用同样的原材料生产多种(两种或两种以上)产品(包括副产品)的工业流程题，用分段分析法更容易找到解题的切入点。
③交叉分析法：有些化工生产选用多组原材料，先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原材料生产所需的主流产品，这种题适合用交叉分析法。就是将提供的工业流程示意图结合常见化合物的制取原理划分成几条生产流水线，然后上下交叉分析。
3．[示例]
(14分)(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＋H2OH＋＋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____________________。
[命题立意]
设问
命题点(考什么—怎样考)
核心素养(为什么考)
(1)
化工流程题中化学方程式书写的考查
①变化观念与平衡思想
②证据推理与模型认知
③科学精神与社会责任
④科学探究与创新意识
(2)
根据原料物质的性质，考查滤渣成分和Fe3＋的检验
(3)
根据H3BO3电离原理和Ka，判断H3BO3的属类；考查pH调节目的
(4)
根据化工流程书写生成沉淀的离子方程式；循环操作考查；固体分解制备的方法
[解答指导]
第一步：
第二步：审流程信息→得结论
第三步：审设问→定答案
(1)NH4HCO3吸收NH3：NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3。
(2)滤渣1成分：SiO2、Fe2O3、Al2O3，Fe3＋检验试剂：KSCN溶液。
(3)根据电离方程式特点和Ka知：H3BO3为一元弱酸；根据流程图知调节pH＝3.5的目的是：生成H3BO3并析出。
(4)根据流程“沉镁”所用的试剂成分写出沉淀生成离子方程式为2Mg2＋＋2H2O＋3CO===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO；母液成分为(NH4)2SO4，母液加热后可返回“溶浸”工序循环使用；固体分解制固体，可采用高温焙烧或灼烧或高温煅烧。
[答案与评分标准] (1)NH4HCO3＋NH3===(NH4)2CO3(2分，不配平不得分)
(2)SiO2、Fe2O3、Al2O3 KSCN或NH4SCN(第一空2分，少一物质少1分；第二空2分)
(3)一元弱(1分，少“弱”或“一元”，不给分) 转化为H3BO3，促进析出(2分)
(4)2Mg2＋＋3CO＋2H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋2HCO[或2Mg2＋＋2CO＋H2O===Mg(OH)2·MgCO3↓＋CO2↑] 溶浸 高温焙烧或高温灼烧(第一空2分，不配平不得分；第二空1分；第三空2分)
[题后升华]
1．原料预处理的5种常用方法
研磨
减小固体的颗粒度，增大固体与液体或气体间的接触面积，增大反应速率
水浸
与水接触反应或溶解
酸浸
与酸接触反应或溶解，使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去
灼烧
除去可燃性杂质或使原料初步转化，如从海带中提取碘时的灼烧就是为了除去可燃性杂质
煅烧
改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质在高温下氧化、分解，如煅烧高岭土
2.制备过程中控制反应条件的6种常用方法
调节溶液的pH
常用于使某些金属离子形成氢氧化物沉淀。调节pH所需的物质一般应满足两点：
①能与H＋反应，使溶液pH变大；②不引入新杂质。例如若要除去Cu2＋中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH，不可加入NaOH溶液、氨水等
控制温度
根据需要升温或降温，改变反应速率或使平衡向需要的方向移动
控制压强
改变速率，影响平衡
使用合适的催化剂
加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间
趁热过滤
防止某物质降温时析出
冰水洗涤
洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗
3.物质分离的6种常用方法
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■热点对练——热点类题集训·····················································
以化工流程为载体的选择题
1．(2019·潍坊模拟)一种从铜电解工艺的阳极泥中提取Se和Te的流程如下：
下列叙述错误的是( )
A．合理处理阳极泥有利于保护环境和资源再利用
B．流出液是H2SO4溶液
C．电解过程中阴极上析出单质Te
D．“焙砂”与碳酸钠充分混合后，可在瓷坩埚中焙烧
D [瓷坩埚中含有二氧化硅，在高温下能与碳酸钠发生反应，坩埚受到腐蚀，故“焙砂”与碳酸钠不宜在瓷坩埚中焙烧，D项错误。]
2．(2019·衡阳第一次联考)一种以“火法粗炼”“电解精炼”相结合的炼制精铜工艺流程如下：
已知“还原”反应中，冰铜中的Cu2S先转化为Cu2O，然后Cu2O再与Cu2S反应生成粗铜。下列叙述正确的是( )
A．该炼铜工艺对环境友好，不会产生大气污染物
B．“焙烧”过程中，CuFeS2既是氧化剂又是还原剂
C．在Cu2S“还原”为Cu的总反应中，Cu2O作催化剂
D．“电解”时，金、银等贵金属被置换出来形成阳极泥
B [焙烧时硫元素被氧化为SO2，造成大气污染，A错误；在Cu2S“还原”为Cu的总反应中，Cu2O为中间产物，不是催化剂，C错误；“电解”时，粗Cu中Ag、Au以单质形式脱落，没有参加反应，D错误。]
3．(2019·衡水模拟)重铬酸钾是重要的工业原料，有强氧化性。用精选铬铁矿[含Fe(CrO2)2和少量Al2O3、SiO2]制备K2Cr2O7，其流程如下：
下列说法正确的是( )
A．“煅烧”反应中Fe(CrO2)2和O2的物质的量之比为7∶4
B．“沉淀”反应的离子为Fe3＋
C．“结晶”温度下，K2Cr2O7的溶解度小于Na2Cr2O7
D．可选用盐酸作“酸化”试剂
C [1 mol Fe(CrO2)2失7 mol e－，1 mol O2得4 mol e－，故二者物质的量之比为4∶7，A错误；“沉淀”反应的离子为FeO，B错误；盐酸可与Cr2O反应，不能选盐酸酸化，D错误。]
以化工流程为载体的综合试题
4．(2019·全国卷Ⅲ)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如下图所示。回答下列问题：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Mn2＋
Fe2＋
Fe3＋
Al3＋
Mg2＋
Zn2＋
Ni2＋
开始沉淀的pH
8.1
6.3
1.5
3.4
8.9
6.2
6.9
沉淀完全的pH
10.1
8.3
2.8
4.7
10.9
8.2
8.9
(1)“滤渣1”含有S和______________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是_________。
(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______～6之间。
(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________。
(5)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2＋。若溶液酸度过高，Mg2＋沉淀不完全，原因是_________________________。
(6)写出“沉锰”的离子方程式
____________________________________________________
____________________________________________________。
(7)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为＋2、＋3、＋4。当x＝y＝时，z＝________。
[解析] (1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O，故滤渣1的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。
(2)Fe2＋沉淀完全时，Mn2＋已经开始沉淀，故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除去。
(3)除去Fe3＋及Al3＋，应使二者沉淀完全，故pH应大于4.7。
(4)锌和镍的硫化物都难溶于水，故“滤渣3”的主要成分为ZnS、NiS。
(5)“除杂1”步骤结束后，杂质金属阳离子只有Mg2＋，加入MnF2形成MgF2沉淀而除去Mg2＋，若溶液酸度过高，H＋浓度偏大，则F－与H＋结合形成HF，使MgF2沉淀溶解平衡正向移动而重新溶解。
(6)“沉锰”时加入NH4HCO3发生反应：Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。
(7)根据化合物中各元素化合价代数和为0的原则，求得z＝。
[答案] (1)SiO2(不溶性硅酸盐) MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O (2)将Fe2＋氧化为Fe3＋ (3)4.7 (4)NiS和ZnS (5)F－与H＋结合形成弱电解质HF，MgF2Mg2＋＋2F－平衡向右移动
(6)Mn2＋＋2HCO===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O
(7)
5．(2018·全国卷Ⅱ)我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿(ZnS，含有SiO2和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示：
相关金属离子[c0(Mn＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子
Fe3＋
Fe2＋
Zn2＋
Cd2＋
开始沉淀的pH
1.5
6.3
6.2
7.4
沉淀完全的pH
2.8
8.3
8.2
9.4
回答下列问题：
(1)焙烧过程中主要反应的化学方程式为
____________________________________________________
____________________________________________________。
(2)滤渣1的主要成分除SiO2外还有______；氧化除杂工序中ZnO的作用是________，若不通入氧气，其后果是_________。
(3)溶液中的Cd2＋可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________________________________________________。
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为
____________________________________________________；
沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。
[解析] (1)在焙烧过程中ZnS和O2反应生成ZnO和SO2。(2)溶液中的Pb2＋与SO不能共存生成PbSO4沉淀，SiO2不溶于H2SO4，即滤渣1中含SiO2和PbSO4。氧化除杂工序中O2能将溶液中Fe2＋氧化生成Fe3＋，加入ZnO能调节溶液的pH，促进Fe3＋完全水解。由题表知Fe2＋、Zn2＋开始沉淀和沉淀完全时的pH非常接近，若不通入O2使Fe2＋氧化为Fe3＋，加入ZnO后无法除去Fe2＋，会影响Zn的纯度。(3)根据题中信息可知还原除杂工序中涉及的离子反应为Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋。(4)结合图示可知电解ZnSO4溶液时生成Zn，即电解时Zn2＋在阴极被还原，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。沉积Zn后的电解液中主要含有H2SO4，可返回溶浸工序循环使用。
[答案] (1)2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2
(2)PbSO4 调节溶液的pH 无法除去杂质Fe2＋
(3)Cd2＋＋Zn===Cd＋Zn2＋
(4)Zn2＋＋2e－===Zn(或2Zn2＋＋4e－===2Zn也可) 溶浸
6．(2019·南昌一模)锡酸钠用于制造陶瓷电容器的基体、颜料和催化剂。以锡锑渣(主要含Sn、Sb、As、Pb的氧化物)为原料，制备锡酸钠的工艺流程图如下：
请回答下列问题：
(1)从溶液中得到锡酸钠晶体的实验操作是________、趁热过滤、干燥。
(2)“碱浸”时，若SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是__________________；如图是“碱浸”实验的参数，请选择“碱浸”的合适条件_________________。
(3)“脱铅”是从含Na2PbO2的溶液中形成硫化铅渣，其离子方程式为________________。
(4)“脱锑”时Na3SbO4发生的化学方程式为___________。
[解析] (3)NaNO3具有氧化性，能将SnO氧化，“碱浸”时，若SnO含量较高，工业上则加入NaNO3，其作用是把SnO氧化成SnO；由第一幅图得出最佳烧碱浓度100 g·L－1，由第二幅图最佳温度85 ℃。
[答案] (1)蒸发结晶 (2)把SnO氧化成SnO 100 g·L－1烧碱浓度、温度为85 ℃
(3)PbO＋S2－＋2H2O===PbS↓＋4OH－
(4)5Sn＋4Na3SbO4＋H2O===4Sb＋5Na2SnO3＋2NaOH
7．(2019·贵阳模拟)某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其他不溶于酸、碱的杂质。现用含镍废催化剂制备NiSO4·7H2O，其流程图如下：
部分金属化合物的Ksp近似值如表所示：
化学式
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Al(OH)3
Ni(OH)2
NiCO3
Ksp近似值
1.0×10－17
1.0×10－38
1.0×10－34
1.0×10－15
1.0×10－5
回答下列问题：
(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为_______________、_____________。
(2)“酸浸”所使用的酸为_______________________。
(3)“净化除杂”时需加入H2O2溶液，其作用是_______，然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀(铁元素对应离子浓度为1.0×10－5 mol·L－1)，此时溶液的pH为________(填计算所得数值)。
(4)“操作A”为________、过滤、洗涤、干燥，即得产品。
(5)析出NiSO4·7H2O后的溶液中含有一定浓度的Ni2＋，为避免镍的损失及其对环境造成的影响，可向析出NiSO4·7H2O后的溶液中加入Na2CO3固体将Ni2＋转化为NiCO3沉淀。若c(Ni2＋)＝1.0 mol·L－1，欲使1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需要加入Na2CO3固体的质量最少为________g。(忽略溶液体积变化)
(6)保持其他条件不变，在不同温度下对含镍废催化剂进行酸浸，镍浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度和时间分别为________ ℃、________ min。
[解析] (3)过氧化氢具有氧化性，结合Fe(OH)2、Fe(OH)3、Ni(OH)2的Ksp近似值可知，加入H2O2溶液的目的是氧化溶液中的Fe2＋，使其转化成Fe3＋，便于后续除杂。结合题表中数据可知，Fe3＋恰好沉淀完全，即c(Fe3＋)＝1.0×10－5 mol·L－1时，c(OH－)＝1.0×10－11 mol·L－1，则此时溶液的pH为3。(4)由流程图可知，经“操作A”可获得硫酸镍晶体，故操作A为冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。(5)1 L该溶液中n(Ni2＋)＝1 mol，生成NiCO3沉淀需1 mol Na2CO3，欲使溶液中的Ni2＋沉淀完全，则需溶液中c(Ni2＋)≤10－5 mol·L－1，故加入碳酸钠固体后溶液中的c(CO)≥＝ mol·L－1＝1 mol·L－1，故1 L溶液中的Ni2＋沉淀完全时，至少需要加入2 mol Na2CO3固体，其质量为212 g。
[答案] (1)Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(2)硫酸(或H2SO4)
(3)将Fe2＋氧化为Fe3＋ 3 (4)冷却结晶 (5)212
(6)70 120
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