邊永平

(河北省豐寧滿族自治縣第一中學(xué),河北 承德 068350)

在中學(xué)化學(xué)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(xué)基本概念和理論、化學(xué)計算以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)等板塊內(nèi)容的考題均以元素及化合物知識為載體,進(jìn)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(jìn)行梳理,供復(fù)習(xí)時參考.

1 結(jié)合化學(xué)史知識考查物質(zhì)的存在、組成及性質(zhì)

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(guān)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(chǎn)工藝為濃縮結(jié)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(jié)晶水合物,其化學(xué)式為CuSO4·5H2O,即A項(xiàng)錯誤;濕法煉銅原理即鐵與硫酸銅溶液反應(yīng),鐵置換出銅,即B項(xiàng)正確;“熬之則成膽礬”即指濃縮結(jié)晶的過程,即C項(xiàng)正確;用鐵制容器盛裝硫酸銅,會發(fā)生置換反應(yīng),生成銅,即D項(xiàng)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(shù)的重大貢獻(xiàn),陶弘景在其《本草經(jīng)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(diǎn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.02%～2.11%的鐵碳合金的統(tǒng)稱,即A項(xiàng)正確;隨著鋼含碳量的增加,鋼的強(qiáng)度和硬度增大,而塑性和韌性降低,即B項(xiàng)正確;生鐵含碳量比熟鐵高,而含碳量越高,熔點(diǎn)越低,即生鐵的熔點(diǎn)比熟鐵低,即C項(xiàng)錯誤;赤鐵礦是冶煉鐵的一種原料,主要成分為Fe2O3,即D項(xiàng)正確.答案為C.

2 考查物質(zhì)的性質(zhì)、變化與用途

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

圖1 物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化

A．若A為碳,D為水,則A和C反應(yīng)生成1 molB時,將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程中只有兩個反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)

解析若D為H2O,A為碳,轉(zhuǎn)化關(guān)系為:

A與C的反應(yīng)為:

反應(yīng)中生成2 mol CO轉(zhuǎn)移2 mol電子,所以反應(yīng)生成1 molB轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為NA,即A項(xiàng)正確;若D為Fe,A為Cl2,轉(zhuǎn)化關(guān)系為:

A與C的反應(yīng)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(fā),促進(jìn)氯化鐵的水解,最終得到的是氫氧化鐵,不能得到FeCl3,即B項(xiàng)錯誤;若D為O2,A為堿性氣體,即A為NH3,轉(zhuǎn)化關(guān)系為:

A與C的反應(yīng)為:

上述變化中有三個氧化還原反應(yīng),即C項(xiàng)錯誤;若D為HCl,A為Na2CO3,轉(zhuǎn)化關(guān)系為:

A與C的反應(yīng)為:

B溶液為NaHCO3,溶液中存在的物料守恒為:

即D項(xiàng)錯誤.答案為A.

3 考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)

例4某同學(xué)欲探究銅和一氧化氮的反應(yīng),通過查閱資料得到以下信息:

①銅和一氧化氮反應(yīng)可產(chǎn)生氮?dú)夂脱趸~;

(1)寫出銅和稀硝酸反應(yīng)生成一氮化氮的化學(xué)方程式:____.

(2)利用圖2所示裝置進(jìn)行一氮化氮和銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)開始前,為了排除空氣的干擾,要向裝置中通入一定量的氮?dú)?

圖2 NO與Cu反應(yīng)的裝置

①本實(shí)驗(yàn)中使用銅絲的好處為,E裝置所起的作用是____.

②C裝置中內(nèi)盛放的試劑可能是____.

③D裝置D內(nèi)產(chǎn)生的現(xiàn)象為;寫出F裝置內(nèi)發(fā)生反應(yīng)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(shí)驗(yàn):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(jìn)行滴定,相關(guān)數(shù)據(jù)見表1.

表1 消耗 KMnO4溶液體積

①第一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常,試分析產(chǎn)生異常的原因可能為( ).

a．錐形瓶洗凈后沒有進(jìn)行干燥

b．沒有用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗定管

c．因?yàn)闆]有一直觀察錐形瓶中溶液顏色變化,判斷滴定終點(diǎn)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(jìn)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(zhì)的量濃度為____.

解析(1)Cu和稀HNO3反應(yīng)的化學(xué)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(yīng),所以使用銅絲的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時控制反應(yīng)的進(jìn)行;因NO極易被酸性KMnO4溶液吸收,易產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象,則裝置E的作用為安全瓶;

②裝置C的作用是干燥NO,應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比后三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯偏大.錐形瓶洗凈后沒有進(jìn)行干燥,有少量水,對實(shí)驗(yàn)無影響,因?yàn)榇郎y液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量不變,對標(biāo)準(zhǔn)液的體積無影響,a項(xiàng)錯誤;

如果未用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗酸式滴定管,則會使裝入的標(biāo)準(zhǔn)液的濃度偏小,這樣會消耗更多標(biāo)準(zhǔn)液,造成標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏大,b項(xiàng)正確;

因?yàn)闆]有一直觀察錐形瓶中溶液顏色變化,判斷滴定終點(diǎn)時溶液已變紅,則滴加標(biāo)準(zhǔn)液過量,即標(biāo)準(zhǔn)液的體積偏大,c項(xiàng)正確;

酸性 KMnO4溶液中含有其他氧化性試劑,消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體體積偏小,d項(xiàng)錯誤;

錐形瓶洗凈后用待測液潤洗,待測的溶質(zhì)的物質(zhì)的量偏大,導(dǎo)致滴定時消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大,e項(xiàng)正確.

故選bce.

②離子方程式為:

③第一次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯偏大舍去,取后三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值為:

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

可知,NaNO2的物質(zhì)的量是:

答案見解析過程.

4 考查化工生產(chǎn)與工藝流程

例5 工業(yè)上用鐵泥(主要成分為Fe2O3、FeO和少量Fe)來生產(chǎn)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(yīng),所加稀鹽酸的量越多越好

B．步驟②中發(fā)生的主要反應(yīng)離子方程式為

C．步驟④中反應(yīng)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(yīng)速率加快,應(yīng)采取攪拌、適當(dāng)升高溫度的方法,即A項(xiàng)錯誤;濾液A的溶質(zhì)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(yīng)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(chǎn)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(yīng)完成后需再加熱一段時間除去剩余H2O2,則選項(xiàng)C錯誤;步驟⑤為濁液D與濾液B加熱攪拌發(fā)生反應(yīng)制得Fe3O4,步驟⑥中,使Fe3O4分離出來需經(jīng)過的工藝有:過濾、洗滌、干燥,則選項(xiàng)D正確,答案為BD.

點(diǎn)撥化工生產(chǎn)和工藝流程試題多取材于生產(chǎn)生活中的化工流程問題,常以框圖形式展示其生產(chǎn)工藝流程.解題時要關(guān)注題目的有效信息,結(jié)合附加提示條件,明確核心轉(zhuǎn)化每一步反應(yīng)的來龍去脈,即該步反應(yīng)的原理,反應(yīng)物、生成物、控制條件等.控制條件最為關(guān)鍵,它掌控反應(yīng)進(jìn)行的途徑(方向)、反應(yīng)速率和反應(yīng)程度等.常見轉(zhuǎn)化過程中反應(yīng)類型主要有氧化還原反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)等.設(shè)問方式常有氧化還原反應(yīng)方程式的配平和計算,書寫指定環(huán)節(jié)對應(yīng)反應(yīng)的離子方程式.產(chǎn)品的分離和提純一般要根據(jù)產(chǎn)物的溶解性采取適宜的方法[1].

5 考查化學(xué)計算

例6 現(xiàn)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(fā)現(xiàn)最多溶解9.6 g;向第二份中加入Fe粉,產(chǎn)生氣體的體積和加入Fe粉的質(zhì)量關(guān)系如圖4所示(已知HNO3還原的產(chǎn)物只有NO氣體),下列描述正確的是 ( ).

圖4 氣體的量隨鐵粉質(zhì)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(yīng)到最后,溶質(zhì)只有Fe2(SO4)3

D．原混合液中c(H2SO4)=5 mol/L

解析依據(jù)稀HNO3和稀H2SO4分別與Cu、Fe反應(yīng)情況可知圖像中各線段的反應(yīng):

BC段加入的Fe和溶液中的H+反應(yīng),產(chǎn)生H2,最后溶液中溶質(zhì)為FeSO4,故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯誤;在第二份溶液中,根據(jù)最后溶液中的溶質(zhì)只有FeSO4,依S元素守恒,存在以下等量關(guān)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(xiàng)D錯誤,即答案為AB[2].