元素及其化合物轉化問題的突破視角

董嬋娟

(寧夏回族自治區銀川高級中學)

元素及其化合物是中學階段化學知識的基石,涉及的知識點較多,而且規律性不強,記憶困難,因此掌握元素及其化合物之間的轉化關系,并能將其靈活遷移應用是十分必要的.本文從不同視角整合了元素及其化合物的相關知識,旨在幫助學生從本質上理解、掌握元素及其化合物之間的轉化關系.

1 性質視角

元素及其化合物的性質是物質轉化的基礎,掌握與金屬元素和非金屬元素有關的基本概念和基本理論是完成元素及其化合物相互轉化的基本保障.縱觀近年高考化學試題,Na、Fe、Al、Cu、C、N、S、Cl等元素是高頻考點,在平時的教學過程中,要引導學生形成“結構—性質—用途”的化學特征思維方式,熟悉物質的重要性質,理解性質與用途之間的對應關系.

例1A 是日常生活中最常見的金屬,其轉化關系如圖1所示(部分反應物或生成物已略去).

圖1

(1)寫出B 的化學式:_________;溶液C 的顏色是_________.

(2)寫出下列轉化的離子方程式:

①A→C:________.

②C→D:________.

(3)E轉化為F 的過程中,可觀察到白色沉淀迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,該反應的化學方程式為_________.

(1)由以上分析可知,B 為Fe3O4,C 為FeCl2,溶液顏色為淺綠色.(2)①A→C 為鐵與鹽酸的反應,生成FeCl2和H2,反應的離子方程式為Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑.②C→D 為FeCl2與Cl2的反應,生成FeCl3,反應的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl—.(3)Fe(OH)2被O2氧化生成Fe(OH)3,反應的化學方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3.

2 化合價視角

依據元素常見的化合價推斷物質所具有的性質,是突破元素及其化合物轉化問題的重要視角,核心是氧化還原反應知識的應用.“價—類”二維圖頻繁出現在各類化學考試中,解答此類問題的關鍵是靈活應用化合價與氧化性、還原性之間的關系,熟悉常見物質中各元素的化合價.

例2圖2為氮、硫及其部分化合物的“價—類”二維圖,下列說法不正確的是( ).

圖2

A.坐標軸左側區域代表的是氮及其化合物

B.a→b→c→d→e的轉化均能一步實現

C.c、d和i、j均屬于酸性氧化物

D.f與l可以是同一種物質

3 工藝流程視角

工藝流程涉及復雜的物質轉化關系,要求學生根據物質的性質,依據線性或循環轉化關系推斷各流程發生的反應或進行的實驗操作,主要考查學生對所學知識的綜合應用能力.

例3釩的用途十分廣泛,有金屬“維生素”之稱.用含釩石煤(主要成分是V2O3、V2O4,含有SiO2、FeS2及Mg、Al、Mn等雜質)制備單質釩的工藝流程如圖3所示.

圖3

已知:①該工藝條件下,溶液中金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH 如表1所示.

表1

②Ksp(CaCO3)＝2.8×10—9、Ksp(CaSiO3)＝2.5×10—8、Ksp[Ca(VO3)2]遠大于Ksp(CaCO3).

③一般認為平衡常數K＞105反應較完全.

回答下列問題:

(1)為了提高“焙燒”效率,可采用的措施有________、________.

(2)“焙燒”時,V2O3、V2O4都轉化為Ca(VO3)2,寫出V2O3轉化為Ca(VO3)2的化學反應方程式:________.

(3)“水浸”加入Na2CO3調節溶液的pH 為8.5,可完全除去的金屬離子有_________,及部分的_________.“水浸”加入Na2CO3不能使CaSiO3完全轉化,原因是_________.

(4)“離子交換”與“洗脫”可表示為[RCl4]＋為強堿性陰離子交換樹脂,為在水溶液中的實際存在形式),則“洗脫”過程“淋洗液”最好選用________.

(5)下列金屬冶煉方法與本工藝流程中加入鈣冶煉V 的方法相似的是________(填序號).

A.高爐煉鐵

B.電解熔融NaCl制鈉

C.利用鋁熱反應制錳

D.氧化汞分解制汞

(1)為了提高“焙燒”效率,可采用的措施有將含釩石煤粉碎,適當提高焙燒溫度或者適當增大氧氣流量等措施.(2)焙燒時通入氧氣和CaCO3,V2O3、V2O4轉化為Ca(VO3)2,根據轉化關系,利用電子守恒及元素守恒即可得到化學方程式:V2O3＋CaCO3＋＋CO2.(3)pH 為8.5,由表格可得,已完全沉淀的離子有Fe3＋、Al3＋,部分沉淀的有Mg2＋、Mn2＋;CaSiO3與CaCO3沉淀轉化的化學方程式為的平衡常數105,故不能完全轉化.(4)“洗脫”過程是讓[RCl4]＋反應逆向進行,即需要加入Cl—,為了不引入其他雜質,最好選用便宜易得的飽和NaCl溶液.(5)本工藝中加入鈣冶煉V的方法為熱還原法,高爐煉鐵為熱還原法,選項A 正確.電解熔融NaCl制鈉是電解法,選項B錯誤.利用鋁熱反應制錳是熱還原法,選項C 正確.氧化汞分解制汞是熱分解法,選項D 錯誤.答案為A、C.

綜上,近年高考化學試題中元素及其化合物之間考查的創新點在于素材的選擇,學生在平時的復習中除了要掌握扎實的基本知識和基本理論外,還要明確突破此類試題的視角,從不同角度了解物質之間的轉化,并在解決實際問題時靈活地遷移應用.

(完)