元素及化合物知識考查視角梳理

邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學,河北 承德 068350)

在中學化學知識體系中,元素及化合物知識涵蓋了元素周期表中的大部分主族及某些過渡元素.涉及化學基本概念和理論、化學計算以及化學實驗等板塊內容的考題均以元素及化合物知識為載體,進行基本知識和基本技能的考查.本文試對元素及化合物知識的考查視角進行梳理,供復習時參考.

1 結合化學史知識考查物質的存在、組成及性質

例1 (2021全國理綜)北宋沈括《夢溪筆談》中記載:“信州鉛山有苦泉,流以為澗.挹其水熬之則成膽礬,烹膽礬則成銅.熬膽礬鐵釜,久之亦化為銅”.下列有關敘述不正確的為( ).

A.膽礬為無水硫酸銅

B.濕法冶銅可以用膽礬作原料

C.“熬之則成膽礬”涉及到的生產工藝為濃縮結晶

D.“熬膽礬鐵釜,久之亦化為銅”原理是鐵置換出硫酸銅中的銅

解析膽礬是硫酸銅的結晶水合物,其化學式為CuSO4·5H2O,即A項錯誤;濕法煉銅原理即鐵與硫酸銅溶液反應,鐵置換出銅,即B項正確;“熬之則成膽礬”即指濃縮結晶的過程,即C項正確;用鐵制容器盛裝硫酸銅,會發生置換反應,生成銅,即D項正確.答案為A.

例2(2021河北)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻,陶弘景在其《本草經集注》中提到“鋼鐵是雜煉生鍒作刀鐮者”.“灌鋼法”主要是將生鐵和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱,生鐵熔化灌入熟鐵,再鍛打成鋼.下列說法錯誤的是( ).

A.鋼是以鐵為主的含碳合金

B.鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大

C.生鐵由于含碳量高,熔點比熟鐵高

D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3

解析鋼是對含碳質量分數介于0.02%～2.11%的鐵碳合金的統稱,即A項正確;隨著鋼含碳量的增加,鋼的強度和硬度增大,而塑性和韌性降低,即B項正確;生鐵含碳量比熟鐵高,而含碳量越高,熔點越低,即生鐵的熔點比熟鐵低,即C項錯誤;赤鐵礦是冶煉鐵的一種原料,主要成分為Fe2O3,即D項正確.答案為C.

2 考查物質的性質、變化與用途

例3A-D代表中學化學中常見的單質及化合物,其中A、B、C中均含有同一元素,各物質間在一定條件下存在如圖1所示的轉化關系,下列有關敘述正確的是( ).

圖1 物質間的轉化

A．若A為碳,D為水,則A和C反應生成1 molB時,將轉移1 mol電子

B．若A為氯氣,D為鐵,則可以將B溶液直接蒸干得B固體

C．若A為堿性氣體,D為氧氣,則上述轉化過程中只有兩個反應屬于氧化還原反應

解析若D為H2O,A為碳,轉化關系為:

A與C的反應為:

反應中生成2 mol CO轉移2 mol電子,所以反應生成1 molB轉移的電子數為NA,即A項正確;若D為Fe,A為Cl2,轉化關系為:

A與C的反應為:

氯化鐵水解生成氫氧化鐵和氯化氫,氯化鐵溶液蒸干時由于氯化氫的揮發,促進氯化鐵的水解,最終得到的是氫氧化鐵,不能得到FeCl3,即B項錯誤;若D為O2,A為堿性氣體,即A為NH3,轉化關系為:

A與C的反應為:

上述變化中有三個氧化還原反應,即C項錯誤;若D為HCl,A為Na2CO3,轉化關系為:

A與C的反應為:

B溶液為NaHCO3,溶液中存在的物料守恒為:

即D項錯誤.答案為A.

3 考查化學實驗

例4某同學欲探究銅和一氧化氮的反應,通過查閱資料得到以下信息:

①銅和一氧化氮反應可產生氮氣和氧化銅;

(1)寫出銅和稀硝酸反應生成一氮化氮的化學方程式:____.

(2)利用圖2所示裝置進行一氮化氮和銅反應的實驗.實驗開始前,為了排除空氣的干擾,要向裝置中通入一定量的氮氣.

圖2 NO與Cu反應的裝置

①本實驗中使用銅絲的好處為,E裝置所起的作用是____.

②C裝置中內盛放的試劑可能是____.

③D裝置D內產生的現象為;寫出F裝置內發生反應的離子方程式:____.

(3)為了測定NaNO2和NaNO3混合溶液中NaNO2的濃度,做如下實驗:在錐形瓶中放入25.00 mL混合溶液,再用0.100 0 mol·L-1酸性KMnO4溶液進行滴定,相關數據見表1.

表1 消耗 KMnO4溶液體積

①第一次實驗數據出現異常,試分析產生異常的原因可能為( ).

a．錐形瓶洗凈后沒有進行干燥

b．沒有用標準液潤洗定管

c．因為沒有一直觀察錐形瓶中溶液顏色變化,判斷滴定終點時溶液已變紅

d．酸性 KMnO4溶液中含有其他氧化性試劑

e．錐形瓶洗凈后又用待測液進行了潤洗

②亞硝酸鈉被酸性高錳酸鉀溶液氧化的離子方程式為____.

③NaNO2的物質的量濃度為____.

解析(1)Cu和稀HNO3反應的化學方程式為:

(2)①上下移動銅絲,可以隨時控制銅和硝酸的反應,所以使用銅絲的優點是可以隨時控制反應的進行;因NO極易被酸性KMnO4溶液吸收,易產生倒吸現象,則裝置E的作用為安全瓶;

②裝置C的作用是干燥NO,應選擇酸性或中性固體干燥劑,則盛放的藥品可能是CaCl2或P2O5;

(3)①第一次實驗數據相比后三次實驗數據明顯偏大.錐形瓶洗凈后沒有進行干燥,有少量水,對實驗無影響,因為待測液中溶質的物質的量不變,對標準液的體積無影響,a項錯誤;

如果未用標準液潤洗酸式滴定管,則會使裝入的標準液的濃度偏小,這樣會消耗更多標準液,造成標準液的體積偏大,b項正確;

因為沒有一直觀察錐形瓶中溶液顏色變化,判斷滴定終點時溶液已變紅,則滴加標準液過量,即標準液的體積偏大,c項正確;

酸性 KMnO4溶液中含有其他氧化性試劑,消耗的標準液體體積偏小,d項錯誤;

錐形瓶洗凈后用待測液潤洗,待測的溶質的物質的量偏大,導致滴定時消耗的標準液體積偏大,e項正確.

故選bce.

②離子方程式為:

③第一次實驗數據明顯偏大舍去,取后三次實驗數據的平均值為:

則消耗KMnO4的物質的量是0.100 0 mol·L-1×0.02 L=0.002 mol,則根據離子方程式:

可知,NaNO2的物質的量是:

答案見解析過程.

4 考查化工生產與工藝流程

例5 工業上用鐵泥(主要成分為Fe2O3、FeO和少量Fe)來生產納米四氮化鐵的工藝如圖3所示.

圖3 制備納米Fe3O4的流程

下列敘述正確的是( ).

A．為加快步驟①的反應,所加稀鹽酸的量越多越好

B．步驟②中發生的主要反應離子方程式為

C．步驟④中反應完成后剩余的H2O2無需除去

D．步驟⑥中,“分離”包含的操作有過濾、洗滌

解析增加稀鹽酸的量不能使反應速率加快,應采取攪拌、適當升高溫度的方法,即A項錯誤;濾液A的溶質為氯化鐵、氯化亞鐵、過量的稀鹽酸,加入鐵粉還原Fe3+,即主要的離子反應為:

B正確;步驟④中,濁液C中的Fe(OH)2被H2O2氧化成濁液D,為了提高Fe3O4的產率,需要控制濁液D和濾液B中Fe2+的比例,為防止濾液B中Fe2+在步驟⑤中被H2O2氧化,步驟④中反應完成后需再加熱一段時間除去剩余H2O2,則選項C錯誤;步驟⑤為濁液D與濾液B加熱攪拌發生反應制得Fe3O4,步驟⑥中,使Fe3O4分離出來需經過的工藝有:過濾、洗滌、干燥,則選項D正確,答案為BD.

點撥化工生產和工藝流程試題多取材于生產生活中的化工流程問題,常以框圖形式展示其生產工藝流程.解題時要關注題目的有效信息,結合附加提示條件,明確核心轉化每一步反應的來龍去脈,即該步反應的原理,反應物、生成物、控制條件等.控制條件最為關鍵,它掌控反應進行的途徑(方向)、反應速率和反應程度等.常見轉化過程中反應類型主要有氧化還原反應、復分解反應等.設問方式常有氧化還原反應方程式的配平和計算,書寫指定環節對應反應的離子方程式.產品的分離和提純一般要根據產物的溶解性采取適宜的方法[1].

5 考查化學計算

例6 現有200 mL稀HNO3和稀H2SO4的混合溶液,平均分成兩等份,向第一份加入Cu粉,發現最多溶解9.6 g;向第二份中加入Fe粉,產生氣體的體積和加入Fe粉的質量關系如圖4所示(已知HNO3還原的產物只有NO氣體),下列描述正確的是 ( ).

圖4 氣體的量隨鐵粉質量增加的變化

A．原混200 mL混合溶液中含有0.2 mol HNO3

C．第二份溶液反應到最后,溶質只有Fe2(SO4)3

D．原混合液中c(H2SO4)=5 mol/L

解析依據稀HNO3和稀H2SO4分別與Cu、Fe反應情況可知圖像中各線段的反應:

BC段加入的Fe和溶液中的H+反應,產生H2,最后溶液中溶質為FeSO4,故選項B正確,選項C錯誤;在第二份溶液中,根據最后溶液中的溶質只有FeSO4,依S元素守恒,存在以下等量關系:

n(H2SO4)=n(FeSO4)=n(Fe)=14/56=0.25 mol

即第二份混合溶液中含有0.25 mol H2SO4,故可求得原混合液中c(H2SO4)=2.5 mol/L,則選項D錯誤,即答案為AB[2].