馮存良 高小艷
高中學(xué)生中流傳著這樣一句話:“化學(xué)繁,物理難,數(shù)學(xué)的作業(yè)做不完?!蓖瑢W(xué)們之所以覺(jué)得“化學(xué)繁”,是因?yàn)榛瘜W(xué)知識(shí)點(diǎn)是零碎的,這就要求大家在復(fù)習(xí)時(shí)由點(diǎn)到面,將知識(shí)點(diǎn)架構(gòu)成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。
本文將從三個(gè)方面分析化學(xué)反應(yīng),幫助同學(xué)們熟悉相關(guān)知識(shí)、找出規(guī)律,掌握解題的方法,把必備知識(shí)與關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價(jià)值緊密相連,形成具備內(nèi)在聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò),提升解決問(wèn)題的能力。
一、元素及其化合物的相互轉(zhuǎn)化
【例1】下列各組物質(zhì)中,物質(zhì)之間通過(guò)一步反應(yīng)就能實(shí)現(xiàn)如圖1所示轉(zhuǎn)化的是( )
選項(xiàng) X Y Z R
A Al AlCl3 Al(OH)3 NaAlO2
B Na Na2O Na2O2 NaOH
C H2S S SO2 SO3
D N2 NH3 NO NO2
圖1
【解析】A項(xiàng),Al不能經(jīng)一步反應(yīng)生成Al(OH)3;B項(xiàng),Na可以與O2(常溫或加熱)、H2O經(jīng)一步反應(yīng)分別生成Na2O、Na2O2、NaOH,Na2O在O2中加熱生成Na2O2,Na2O、Na2O2均能與H2O反應(yīng)生成NaOH;C項(xiàng),H2S、S不能經(jīng)一步反應(yīng)生成SO3;D項(xiàng),NH3、N2不能經(jīng)一步反應(yīng)生成NO2。
【答案】B
【知識(shí)總結(jié)】
元素及其化合物轉(zhuǎn)化
(一)常見(jiàn)“串珠”型轉(zhuǎn)化
1.連續(xù)氧化型
①NaNa2ONa2O2NaOH
②CCOCO2H2CO3
③S(或H2S)SO2SO3H2SO4
④N2(或NH3)NONO2HNO3
注意:SiO2不能通過(guò)一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2SiO3。
2.連續(xù)轉(zhuǎn)化型
①鋁土礦提取鋁
方式一:Al2O3AlCl3Al(OH)3Al2O3Al
方式二:Al2O3NaAlO2Al(OH)3Al2O3Al
②工業(yè)提取鎂
方式一:Mg2+Mg(OH)2MgCl2
MgCl2Mg
方式二:MgCO3MgCl2MgCl2·6H2OMgCl2Mg
③侯氏制堿法
NaClNaHCO3Na2CO3
(二)常見(jiàn)“三角”轉(zhuǎn)化
【高分錦囊】
元素及其化合物相互轉(zhuǎn)化的易錯(cuò)點(diǎn)
1.Na不能置換出鹽溶液中的金屬,與熔融的鹽反應(yīng)才可以;向飽和的Na2CO3溶液中通入過(guò)量CO2,有NaHCO3 白色晶體析出。
2.Al雖是活潑金屬,但因?yàn)槠渑c空氣中的氧反應(yīng),表面生成一層致密的氧化物薄膜,所以Al的抗腐蝕性比較強(qiáng)。
3.Fe與O2、H2O(g)反應(yīng)的產(chǎn)物都是Fe3O4而不是Fe2O3;制備FeCl2,除了有Fe與鹽酸的置換反應(yīng)外,還有化合反應(yīng):2FeCl3+Fe=3FeCl2;制備Fe(OH)3,除了有Fe3+與堿的復(fù)分解反應(yīng),還有化合反應(yīng):4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3。
4.Al、Fe在冷的濃硫酸和濃硝酸中會(huì)鈍化,但加熱后反應(yīng)會(huì)繼續(xù)。
5.Cu在潮濕的空氣中生成銅綠[Cu2(OH)2CO3],不生成CuO;常用灼熱的銅粉除去N2中的O2,灼熱的CuO除去CO2中的CO。
二、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)
【例2】下列化學(xué)方程式或相應(yīng)的描述涉及的反應(yīng)與相應(yīng)的反應(yīng)類型不一致的是( )
A.CH3CH2OH+CH3COOHCH3COOCH2CH3+ H2O(取代反應(yīng))
B.苯中加入溴水,充分振蕩?kù)o置后溴水褪色(取代反應(yīng))
C.nCH2 =CHClCH2-CHCln(加聚反應(yīng))
D.CH2=CH2+Br2→CH2BrCH2Br(加成反應(yīng))
【解析】苯中加入溴水,充分振蕩?kù)o置后溴水褪色,是因?yàn)楸捷腿×虽逅械匿鍐钨|(zhì)。
【答案】B
【知識(shí)總結(jié)】
常見(jiàn)有機(jī)物或官能團(tuán)及其性質(zhì)
種類 官能團(tuán) 主要化學(xué)性質(zhì) 反應(yīng)類型
烷烴 — ①在光照下發(fā)生鹵代反應(yīng) 取代反應(yīng)
②不能使酸性KMnO4溶液褪色 —
③高溫分解 裂化、裂解
烯烴 ①與X2、H2、HX、H2O等發(fā)生反應(yīng)(X表示鹵素單質(zhì),下同) 加成反應(yīng)
②加成聚合反應(yīng)生成聚合物 加聚反應(yīng)
③使酸性KMnO4溶液褪色 氧化反應(yīng)
苯及其同系物
— ①苯環(huán)上發(fā)生硝化、磺化、鹵代反應(yīng) 取代反應(yīng)
②與H2發(fā)生加成反應(yīng) 加成反應(yīng)
③苯的同系物側(cè)鏈在光照下發(fā)生鹵代反應(yīng) 取代反應(yīng)
④苯的同系物使酸性KMnO4溶液褪色 氧化反應(yīng)
鹵代烴 —X ①在NaOH的水溶液、加熱條件下生成醇 水解(取代)反應(yīng)
②在NaOH的醇溶液、加熱條件下生成不飽和烴 消去反應(yīng)
醇 —OH ①與活潑金屬Na等反應(yīng)產(chǎn)生H2 置換反應(yīng)
醇 —OH ②催化氧化生成醛、酮 氧化反應(yīng)
③與羧酸及無(wú)機(jī)含氧酸反應(yīng) 酯化(取代)反應(yīng)
④在濃硫酸、加熱條件下生成不飽和烴 消去反應(yīng)
【高分錦囊】
有機(jī)物反應(yīng)條件及反應(yīng)類型
1.在NaOH水溶液中能發(fā)生酯的水解、鹵代烴的水解。
2.在光照、X2條件下發(fā)生烷基上的取代反應(yīng);在鐵粉、X2條件下發(fā)生苯環(huán)上的取代反應(yīng)。
3.在濃H2SO4、加熱條件下,能發(fā)生苯的硝化反應(yīng),醇的酯化反應(yīng)、消去反應(yīng)等。
4.與溴水或溴的CCl4溶液反應(yīng),可能發(fā)生烯烴的加成反應(yīng)。
5.與H2在催化劑作用下發(fā)生烯烴、芳香烴加成(還原)反應(yīng)。
6.在O2、Cu(或Ag)、加熱條件下發(fā)生醇的催化氧化反應(yīng)。
7.與新制Cu(OH)2懸濁液或銀氨溶液反應(yīng),發(fā)生—CHO的氧化反應(yīng)。
8.在稀H2SO4、加熱條件下發(fā)生酯、低聚糖、多糖等的水解反應(yīng)。
三、化學(xué)工藝流程題中方程式的書(shū)寫(xiě)
【例3】三氧化二鎳(Ni2O3)是一種重要的電子元件材料和蓄電池材料。工業(yè)上利用含鎳廢料(鎳、鐵、鈣、鎂合金為主)制取草酸鎳(NiC2O4·2H2O),再高溫煅燒草酸鎳制取三氧化二鎳。已知草酸的鈣、鎂、鎳鹽均難溶于水。工藝流程如圖2所示:
圖2
請(qǐng)回答下列問(wèn)題:
(1)加入H2O2發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為。加入碳酸鈉溶液調(diào)pH至4.0~5.0,其目的為。
(2)草酸鎳(NiC2O4·2H2O)在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒,可制得Ni2O3,同時(shí)獲得混合氣體,該混合氣體的主要成分為(水除外) 。
(3)工業(yè)上還可用電解法制取Ni2O3,用NaOH溶液調(diào)NiCl2溶液的pH至7.5,加入適量Na2SO4后利用惰性電極電解。電解過(guò)程中產(chǎn)生的Cl2有80%在弱堿性條件下生成ClO-,再把二價(jià)鎳氧化為三價(jià)鎳。ClO-氧化Ni(OH)2生成Ni2O3的離子方程式為 ,a mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí),外電路中通過(guò)電子的物質(zhì)的量為 mol。
(4)以Al和NiO(OH)為電極,NaOH溶液為電解液組成一種新型電池,放電時(shí),NiO(OH)轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為,其放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為 。
【解析】(1)加入H2O2的目的是將Fe2+氧化成Fe3+,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O。加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH至4.0~5.0,可促進(jìn)Fe3+水解,除去所生成Fe(OH)3沉淀。
(2)NiC2O4·2H2O在熱空氣中干燥脫水后在高溫下煅燒可制得Ni2O3,Ni元素的化合價(jià)升高,則必有元素化合價(jià)降低,故生成CO,又因?yàn)樯傻氖腔旌蠚怏w,所以必有CO2生成。
(3)ClO-具有強(qiáng)氧化性,將Ni(OH)2氧化成Ni2O3,自身被還原為Cl-,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O。由離子方程式可知,a mol二價(jià)鎳全部轉(zhuǎn)化為三價(jià)鎳時(shí),消耗0.5a mol ClO-,再由Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O可知,電解產(chǎn)生的Cl2的物質(zhì)的量為=0.625a mol,再由2Cl--2e-=Cl2↑可知,外電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.625a mol×2=1.25a mol。
(4)該電池放電時(shí),NiO(OH)轉(zhuǎn)化為Ni(OH)2,Ni離子由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià),故正極的電極反應(yīng)式為NiO(OH)+e-+ H2O=Ni(OH)2+OH-,負(fù)極的電極反應(yīng)式為Al-3e-+ 4OH-=AlO2-+2H2O,該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為Al+ 3NiO(OH)+NaOH+H2O=3Ni(OH)2+NaAlO2。
【答案】(1)2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 促進(jìn)Fe3+水解,除去沉淀 (2)CO、CO2(3)ClO-+2Ni(OH)2=Cl-+Ni2O3+2H2O 1.25a (4)Al+3NiO(OH)+NaOH+H2O=3Ni(OH)2+NaAlO2? ? NiO(OH)+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-
【知識(shí)總結(jié)】
理清離子反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)
1.化學(xué)工藝流程題中主要涉及的5類離子反應(yīng)
(1)難溶物溶解的離子反應(yīng)。
(2)沉淀轉(zhuǎn)化的離子反應(yīng)。
(3)同種元素在同種價(jià)態(tài)、不同pH條件下轉(zhuǎn)化的離子反應(yīng)。
(4)與量有關(guān)的離子反應(yīng)。
(5)涉及氧化還原反應(yīng)的離子反應(yīng)。
2.書(shū)寫(xiě)離子方程式時(shí)需注意的事項(xiàng)
(1)觀察離子方程式中的符號(hào)是否正確、合理,如“”“↑”“↓”。
(2)拆寫(xiě)是否合理。
①難溶于水、難電離的物質(zhì)用化學(xué)式表示。
②微溶物(如Ca(OH)2等)作為反應(yīng)物時(shí),若為澄清溶液則寫(xiě)離子符號(hào),若是渾濁液則寫(xiě)化學(xué)式;作為生成物時(shí)一般寫(xiě)化學(xué)式。
③多元弱酸的酸式酸根離子不能拆開(kāi)寫(xiě);而多元強(qiáng)酸的酸式酸根離子在水溶液中可完全電離,如NaHSO4在水溶液中的離子為Na+、H+和SO42-。
(3)靈活應(yīng)用電荷守恒及氧化還原反應(yīng)中的得失電子守恒,判斷離子方程式書(shū)寫(xiě)是否正確。
【高分錦囊】
掌握陌生方程式的書(shū)寫(xiě)技巧
1.陌生化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)思路
首先根據(jù)題意寫(xiě)出材料中的部分反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式,再根據(jù)反應(yīng)前后元素化合價(jià)有無(wú)變化判斷反應(yīng)類型:元素化合價(jià)無(wú)變化則遵循質(zhì)量守恒定律;元素化合價(jià)有變化則除遵循質(zhì)量守恒定律外,還要遵循得失電子守恒規(guī)律;最后根據(jù)題目要求寫(xiě)出化學(xué)方程式或離子方程式(遵循電荷守恒規(guī)律)。
2.陌生氧化還原反應(yīng)方程式書(shū)寫(xiě)的具體步驟
第一步:根據(jù)元素化合價(jià)的升降,判斷氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物;
第二步:按“氧化劑+還原劑===還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物”寫(xiě)出方程式,根據(jù)得失電子守恒配平上述四種物質(zhì);
第三步:根據(jù)電荷守恒和反應(yīng)物的酸堿性,在方程式左邊或右邊補(bǔ)充H+、OH-或H2O等;
第四步:根據(jù)質(zhì)量守恒配平反應(yīng)方程式。