元素化合物的性质与无机推断

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  一、牢记一些具有特征颜色的物质和溶液
  物质种类繁多,但是中学常见化合物中很多物质和溶液有自己的特征颜色,如:黑色晶体——Fe3O4,淡黄色固体——S、Na2O2、AgBr(FeS2)等等。牢记这些特征颜色对推断题的解答有着重要的作用。
  例1 根据下图所示的关系
  [A] [C] [E] [D] [H2SO4][O2][黑色晶体B] [红褐色固体F]
  (1)确定A、B、C、D、E、F的化学式;
  (2)写有关方程式A→D: ,E→F: 。
  解析 从最初条件看,框图很模糊,直接得不出结论,但找到题眼“红褐色固体F”、“黑色晶体B”就可迅速得出红褐色固体F是Fe(OH)3从而得出A为Fe,B为Fe3O4,C为FeSO4,D为Fe2(SO4)3,E为Fe(OH)2。
  答案 (1)Fe Fe3O4 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe(OH)2 Fe3O4
  (2)A→D:4Fe+3O2+6H2SO4=4Fe2(SO4)3+6H2O
  或2Fe+6H2SO4(浓)[△]Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O
  E→F:4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
  
  二、常见的特征反应现象及其对应物
  1. 焰色反应呈黄色的一定含有Na元素,显紫色(透过钴玻璃)的一定含有K元素。
  2. 有臭鸡蛋气味的气体是H2S(也能使湿润的醋酸铅试纸变黑)。
  3. 能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是NH3。
  4. 能使湿润的淀粉KI试纸变蓝的气体通常是Cl2(NO2等氧化性气体也有此性质)。
  5. 在空气中由无色迅速变为红棕色的气体是NO。
  6. 能使品红溶液褪色,且加热后溶液又恢复红色的是SO2(Cl2使品红溶液褪色后,加热红色不恢复)。
  7. 与碱溶液反应生成白色沉淀且放置空气中变灰绿色,最终变红褐色的离子是Fe2+。
  8. 滴入SCN-溶液显血红色以及遇苯酚显紫色的离子是Fe3+。
  9. 能与碱反应产生气体的物质是Al、Si、铵盐,产生气体是H2或NH3 。
  10. 既能跟酸反应又能跟碱反应且生成气体的物质,一般是铝和挥发性弱酸的铵盐。
  11. 与水反应产生气体的物质一般是很活泼的金属(通常为Na或K,生成氢气)、F2、Na2O2(生成氧气)。
  12. 既能与酸反应又能与碱反应的物质:Al、Al2O3、Al(OH)3、弱酸弱碱盐(包括铵盐)、弱酸的酸式盐。
  13. 既能产生沉淀又能产生气体的有:CaC2、Al2S3、Mg3N2与H2O;S2O32-与H+;CO32-、HCO3-、SO32-、HSO3-、S2-、HS-与Al3+;CO32-、HCO3-、AlO2-与Fe3+。
  例2 A、B、C、D四种元素原子核电荷数依次增大(均小于20),其单质及相应的化合物能发生如下反应关系:
  [A] [B] [C] [D] [E] [F] [无色溶液J] [白色沉淀K] [白色胶状沉淀G] [无色溶液I] [臭鸡蛋气味气体H] [焰色反应:紫色] [混合后加水][AgNO3溶液
  稀HNO3] [NaOH溶液]
  (1)写出B、D形成化合物电子式 ;
  (2)写出下列有关物质化学式:E ,J ;
  (3)写出C单质与H水溶液反应的离子方程式 。
  解析 从题干看,基本得不出什么直接的结论,但框图中有几个“特征反应现象”可以作为题眼:①臭鸡蛋气味气体——H2S;②白色胶状沉淀溶于NaOH溶液——Al(OH)3;③加稀HNO3酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀——无色溶液I是KCl;④焰色反应紫色——溶液I中含钾元素。
  答案 (1)[K+[∶S∶]2-K+][∶][∶] (2)AlCl3 NaAlO2 (3)Cl2+H2S=S↓+2H++2Cl-
  例3 有A、B、C、D、E和F六瓶无色溶液,他们是中学化学中常用的无机试剂。纯E为无色油状液体;B、C、D和F是盐溶液,且他们的阴离子均不同。现进行如下操作:
  ①A有刺激性气味,用沾有浓盐酸的玻璃棒接近A时,产生白色烟雾;
  ②将A分别加入其它五中溶液中,只有D、F中有沉淀产生,继续加入过量A时,D中沉淀无变化,F中沉淀完全溶解;
  ③将B分别加入C、D、E、F中,C、D、F中产生沉淀,E中有无色、无味气体逸出;
  ④将C分别加入D、E、F中,均有沉淀生成,再加入稀HNO3,沉淀均不溶。
  根据上述实验信息,请回答下列问题:
  (1)能确定溶液是(写出溶液标号与相应溶质的化学式): ;
  (2)不能确定的溶液,写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法: 。
  解析 a. 由题干表述可知,A和E不是盐;又由纯E为无色油状液体,推知E为硫酸(操作③进一步确定)。
  b. 由题干和操作①可知A为氨水。
  c. 再由操作②可知F中阳离子为Ag+,而常见的盐中只有AgNO3可溶于水,故F为AgNO3。
  d. 由操作③可知B中阴离子应为CO32-,由于此无色无味的气体只能是CO2,B、C、D中能生成沉淀,说明不是HCO3-,而阳离子为K+、Na+、NH4+等,待定。
  e. 同样由操作②可知,D中能与氨水生成沉淀的无色溶液中常见的阳离子为Mg2+或Al3+,而阴离子需待下步反应再确定。
  f. 由操作④生成的沉淀为可能为AgCl、AgBr、AgI、BaSO4、H2SiO3(不合理)等,但限于题干所述为中学常用试剂,则沉淀应为AgCl和BaSO4,才不溶于HNO3,一个是与AgNO3结合生成的沉淀,一个是与硫酸结合形成的沉淀,故C应该同时含有Ba2+和Cl-,即C为BaCl2,进而推出D中阴离子应该为SO42-,因为题干所述盐溶液中阴离子均不同,故D为Al2(SO4)3或MgSO4。
  答案 (1)A:NH3·H2O或NH3 E:H2SO4 F:AgNO3 C:BaCl2(若C作为不能确定的溶液,进一步鉴别的方法合理,同样正确)
  (2)B:Na2CO3或K2CO3 用洁净的铂丝蘸取少量B,在无色火焰中灼烧,若焰色呈黄色则B为Na2CO3溶液;若透过蓝色钴玻璃观察焰色呈紫色,则B为K2CO3溶液 D:Al2(SO4)3或MgSO4 取少量D,向其中滴加NaOH溶液有沉淀生成,继续滴加过量的NaOH溶液,若沉淀溶解,则D为Al2(SO4)3溶液,若沉淀不溶解,则D为MgSO4溶液
  
  三、特征反应转化关系
  1. 满足[A→DB→DC]的转化关系
  [物质A&S、C、N2、Na、
  NH3、H2S、CH4&Cl2、Br2&Al3+&AlO2-&C&O2&P&NaOH&物质D&O2&Fe&OH-&H+&H2O&C&Cl2&SO2、CO2&]
  2. 几个重要的转化关系
  3. 几个特殊的置换反应
  [铝热反应&2Mg+CO2[点燃]2MgO+C&2F2+2H2O=4HF+O2&NH3+O2[点燃]N2+H2O&C+H2O[高温]CO+H2&Na+KCl[高温]K↑+NaCl&H2S+O2(Cl2、Br2、I2)→S+H2O(HCl、HBr、HI)&&]
  4. 几个特殊的生成单质的反应
  CO+H2O[高温]H2+CO2
  2H2S+SO2=3S+2H2O
  NH3+NOx→N2+H2O
  Na2O2+H2O(CO2)→O2+NaOH(Na2CO3)
  5. 常见的两种反应物变为三种产物的反应
  (1)实验室制取氯气(二氧化锰与浓盐酸)
  (2)氯化钠、硫酸铜、硝酸银溶液的电解
  (3)漂白剂和84消毒液的制取
  (4)碳酸氢盐的热分解
  (5)硝酸盐的热分解(Zn~Ag的硝酸盐)
  例4 A、B、C、D都是中学化学中常见物质,其中A、B、C均含有同一种元素,在一定条件下相互转化关系如下(部分反应中的水已略去)。
   [A][B][C][D][D][Ⅰ][Ⅱ][Ⅲ]
  (1)若A为氯碱工业的产品,C为厨房中的用品。
  ①D的化学式是 。
  ②反应Ⅲ的离子方程式是 。
  ③氯碱工业制备A的化学方程式是 ,其中两种产物可与KI溶液反应制得一种化工原料,若消耗0.1 mol KI转移电子0.6 mol,则三种物质间反应的离子方程式是 。
  (2)若A、D均为单质,且A为气体,D元素的一种红棕色氧化物常用作颜料。
  ①反应III的离子方程式是 。
  ②B可作净水剂,其原理是 (用离子方程式表示)。在使用时发现B不能使酸性废水中的悬浮物沉降除去,其原因是 。
  答案 (1)①CO2 ②HCO3-+OH-=H2O+CO32- ③2NaCl+2H2O[电解]2NaOH+H2↑+Cl2↑ 3Cl2+6OH-+I-=6Cl-+IO3-+3H2O (2)①Cl2+2Fe2+=2Cl-+2Fe3+ ②Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3+3H+ 酸性条件抑制了Fe3+的水解,不能生成Fe(OH)3胶体
  例5 A为单质,B、C、D、E为含有与A相同元素的化合物,它们间的转化关系如图:
   [A][B][C][D][E]
  (1)若图中B、C均为氧化物、D、E均为盐,则A可能是 。
  ①Na ②N2 ③C ④S
  (2)若五种物质的焰色反应均为黄色,其中C、D、E的水溶液均显碱性,且等浓度时碱性C>D>E,B可做生氧剂,则B中含有的化学键类型为 (填离子键、极性键或非极性键);A转化成C的离子方程式为: ;D转化成E的离子方程式为: 。
  (3)若常温下B、C、D均为气体,且D为红棕色气体。
  ①写出B→C的化学方程式为 。
  ②将B和CO2气体通入饱和食盐水中有碳酸氢钠晶体析出,反应的离子方程式是: 。
  答案 (1)①③ (2)离子键、非极性键 2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑ CO32-+CO2+H2O=2HCO3- (3)①4NH3+5O2[催化剂△]4NO+6H2O ②NH3+CO2+H2O+Na+=NaHCO3↓+NH4+
  
  四、几个重要的工业生产反应
  熟记八大工业生产原理及反应:工业制生石灰和二氧化碳、硫酸工业、硝酸工业、工业合成氨、氯碱工业、工业制漂白粉、工业制水煤气和硅酸盐工业。
  除了上述内容以外,还要记住一些生产生活中的基本常识,例如:常见的导致温室效应的物质有CO2、CH4,生活中用量最大的合金是铁合金等。
  例6 下图中A、B、C、D、E是单质,G、H、I、F是B、C、D、E分别和A形成的二元化合物。已知:
  [F] [A] [H] [I] [G] [B][E][C][D]
  ①反应C+G→B+H能放出大量的热,该反应曾应用于铁轨的焊接;
  ②I是一种常见的温室气体,它和E可以发生反应:2E+I→2F+D,F中E元素的质量分数为60%。
  回答问题:
  (1)①中反应的化学方程式为 ;
  (2)化合物I的空间构型是 ;
  (3)C与过量NaOH溶液反应的离子方程式为 ,反应后溶液与过量化合物I反应的离子方程式为 ;
  (4)E在I中燃烧观察到的现象是 。
  解析 根据反应①的用途可判断此反应为铝热反应,2Al+Fe2O3[高温]Fe+Al2O3,因此反应物中的单质C为铝,单质B为铁,生成物中的化合物H为Al2O3。而G则为另一种氧化物Fe2O3。由G和H的组成可判断A为氧气。含氧元素的温室气体为CO2,常见的有CO2参与的置换反应为镁在二氧化碳中的燃烧,生成物是碳单质和氧化镁,即I为CO2,E为Mg,D为碳,F为MgO,其中MgO中Mg的质量分数为60(2)CO2为直线形分子。(3)铝与氢氧化钠溶液反应可生成偏铝酸钠溶液,然后通入足量的二氧化碳得到氢氧化铝与碳酸氢根离子(容易错误),这是因为碳酸为弱酸,不能与两性氢氧化物氢氧化铝反应。(4)镁在二氧化碳中燃烧得到两种固体物质,其颜色可以用来描述实验现象。
  答案 (1)2Al+Fe2O3[高温]Fe+Al2O3 (2)直线型 (3)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑ AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+ HCO3- (注:不要求写OH-+CO2=HCO3-) (4)镁条剧烈燃烧,生成白色粉末,反应器内壁附着有黑色的固体
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