清北學(xué)堂 化學(xué) 非金屬元素習(xí)題

非金屬元素 1、某中學(xué)生取純凈的Na2SO37H2O 50.00g，經(jīng)600以上的強(qiáng)熱至恒重，分析及計(jì)算表明，恒重后的樣品質(zhì)量盯當(dāng)于無水亞硫酸鈉的計(jì)算值，而且各元素的組成也符合計(jì)算值，但將它溶于水，卻發(fā)現(xiàn)溶液的堿性大大高于期望值。經(jīng)過仔細(xì)思考，這位同學(xué)解釋了這種現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了自己的解釋是正確的。 （1）他對(duì)反?，F(xiàn)象的解釋是：（請(qǐng)用化學(xué)方程式表達(dá)）_。 （2）他設(shè)計(jì)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是：（請(qǐng)用化學(xué)方程式表達(dá)）_。 解析：本題要求學(xué)生來解釋這種反常現(xiàn)象，并且要設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的解釋。首先在加熱的過程中亞硫酸鈉晶體失去結(jié)晶水，接著發(fā)生氧化還原反應(yīng)，因?yàn)楹阒睾蟮臉悠焚|(zhì)量相當(dāng)于無水亞硫酸鈉的計(jì)算值，而且各元素的組成也符合計(jì)算值，所以不可能發(fā)生2Na2SO3O2=2Na2SO4反應(yīng)。但將它溶于水，即發(fā)現(xiàn)溶液的堿性大大高于期望值，說明生成了一種比亞硫酸鈉熱穩(wěn)定性更強(qiáng)更容易水解的鹽，在由Na、S、O三種元素可能組成的鈉鹽中，比亞硫酸鈉穩(wěn)定性更強(qiáng)更容易水解的鹽也只有Na2S，由Na2SO3中的4價(jià)硫到Na2S中2價(jià)硫是被還原的過程，誰被氧化？只能是硫，且到6價(jià)。即Na2SO3發(fā)生歧化反應(yīng)。 （1）4Na2SO3=3Na2SO4Na2S （2）在此題給出的信息中并未明確（1）中的歧化是否100%地將Na2SO3完全轉(zhuǎn)化為Na2SO4和Na2S，因此，只有全面考慮存在完全轉(zhuǎn)化和不完全轉(zhuǎn)化兩種情形，并對(duì)兩種情形的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)才是全面完整的。取強(qiáng)熱后的樣品少許溶于水，向溶液中滴加過量的稀鹽酸，若有淡黃色沉淀生成，說明強(qiáng)熱后的樣品含有Na2SO3和Na2SO。然后再將該支試管中的上層清液取出于另一試管中，滴加氯化鋇溶液，有白色沉淀生成，證明有Na2SO4生成，從而說明Na2SO3部分歧化。如若在第一步滴加過量的稀鹽酸中，沒有淡黃色沉淀生成，有臭雞蛋氣味的氣體生成，用濕潤的醋酸沿試紙檢驗(yàn)時(shí)看到變黑，后續(xù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與前一樣，說明清北學(xué)堂 Na2SO3完全歧化了。 注：學(xué)生的思維能力必須要在平時(shí)的教學(xué)中加以培養(yǎng)。此題給出的信息未明確第1題所示的歧化是否100%地將Na2SO3完全轉(zhuǎn)化為Na2SO4和Na2S，因此，只有全面考慮存在完全轉(zhuǎn)化和不完全轉(zhuǎn)化兩種情形，并分別對(duì)兩種情形的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)才是完整的答案。 2、次磷酸H3PO2是一種強(qiáng)還原劑，將它加入CuSO4水溶液，加熱到4050，析出一種紅棕色的難溶物A。經(jīng)鑒定：反應(yīng)后的溶液是磷酸和硫酸的混合物；X射線衍射證實(shí)A是一種六方晶體，結(jié)構(gòu)類同于纖維鋅礦（ZnS），組成穩(wěn)定；A的主要化學(xué)性質(zhì)如下：溫度超過60，分解成金屬銅和一種氣體；在氯氣中著火；與鹽酸反應(yīng)放出氣體?；卮鹑缦聠栴}： （1）寫出A的化學(xué)式。 （2）寫出A的生成反應(yīng)方程式。 （3）寫出A與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。 （4）寫出A與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。 解析：整個(gè)試題圍繞著A是什么物質(zhì)?？梢园延嘘P(guān)的信息用如下的圖形來綜合：首先可以把A寫成MX。其中的M是銅是無疑的，因A經(jīng)加熱分解可以得到銅（M=Cu）。X是什么？這是本題的難點(diǎn)。先根據(jù)MX具有ZnS的結(jié)構(gòu)，是M：X=11的組成，A 只可能是CuS、CuP、CuO和CuH，等等，顯然，只有CuH才是與其他信息對(duì)應(yīng)的，若是CuS或CuO，生成反應(yīng)中就找不到被強(qiáng)還原劑酗(NaH2)還原的元素，若是CuP，與銅清北學(xué)堂 和磷的化合價(jià)矛盾(按化合價(jià)，應(yīng)是Cu3P或者Cu3P2，均不是ZnS的組成)，所以A是CuH。如果選手以為A是Cu、Cu2O、CuH2PO3、Cu3 P、Cu3 P2、CuH2P、CuHP等等物質(zhì)，與A的晶體結(jié)構(gòu)屬ZnS型(11的MX)矛盾，更無后面所述的幾種化學(xué)性質(zhì)，不可取。解決了A是什么(本題的關(guān)鍵），其余的問題引刃而解。答案：(1)CuH (2)4CuSO43H3PO26H2O=4CuH3H3PO4 (3)2CuH3Cl2=2CuCl22HCl (4)CuHHCI=CuClH2。 注：本題涉及的化學(xué)概念有氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)、化合價(jià)、化合物(大學(xué)化學(xué)里也沒有)，完全是新的，但試題本身的信息迫使學(xué)生認(rèn)可它的若干基本性質(zhì)。中學(xué)化學(xué)里有NaH的知識(shí)點(diǎn)，因此，不能認(rèn)為負(fù)氫離子是新知識(shí)，問題是負(fù)氫離子的性質(zhì)中學(xué)化學(xué)并沒有，但試題給了足夠的信息：在高溫下發(fā)生分解(自身氧化還原反應(yīng)）；負(fù)氫離子是強(qiáng)還原劑（與氯氣反應(yīng)，當(dāng)然CuH中的Cu同時(shí)也被氧化）；與正氫離子反應(yīng)放出氫氣。本題的思路中的科學(xué)假設(shè)與科學(xué)論證是科學(xué)思維的最基本形式；本題較好地考察了競賽學(xué)生思維的嚴(yán)密性、敏捷性、深刻性、廣闊性和創(chuàng)造性；既考察發(fā)散，又考察收斂；既需要邏輯思維，又需要高度的想象：解題本身就是創(chuàng)新思維。 3、磷的氯化物有PCI3和PCI5，氮的氯化物只有NHl3，為什么沒有NCI5？_。白磷在過量氯氣(其分子有三種不同的相對(duì)分子質(zhì)量)中燃燒時(shí)，其產(chǎn)物共有_種不同分子。 解析：考查分子雜化軌道的基礎(chǔ)知識(shí)，N原子最外層無d軌道，不能發(fā)生sp3d雜化，故無NCl5。 考查雜化與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系，及對(duì)同分異構(gòu)體(或不同分子）的計(jì)算，應(yīng)熟練掌握常見多面體的空問結(jié)構(gòu)規(guī)律。本題中用同位素考查不同分子是一種新的測試方法，應(yīng)了解。該Cl2有兩種不同原子，PCI5空間結(jié)構(gòu)為三角雙錐，5個(gè)P原子處于炳種不同位置，種數(shù)為l23321共有12種。 清北學(xué)堂 4、1996年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予三位大學(xué)教授，以表彰他們?cè)?985年發(fā)現(xiàn)碳的球狀結(jié)構(gòu)。碳的球狀結(jié)構(gòu)，就是富勒烯家族的由若干個(gè)碳原子組成的籠狀分子結(jié)構(gòu)。這種籠 狀分子的典型代表是C60。C60是具有60個(gè)碳原子并組成1個(gè)酷似足球的籠狀分子，見右圖： （1）下列關(guān)于C60的說法，正確的有_。 AC60的固體是一種半導(dǎo)體 BC60可作為眾多化學(xué)反應(yīng)的載體 CC60熔點(diǎn)為2 136 K，難溶于水 DC60分子中有60個(gè)單鍵和30個(gè)雙鍵 EC60中碳原子的雜化類型為sp2 FC60具有一定的穩(wěn)定性，在空氣中可長期保存 G. C60可在星際空間和火山口找到H. C60、金剛石、石墨的密度關(guān)系為：C60金剛石石墨 （2）目前，化學(xué)家們已經(jīng)找到10余種富勒烯家族的Cx，它們分子結(jié)構(gòu)中都由正五邊形和正六邊形構(gòu)成，C80是其中一種。列式計(jì)算C80中五邊形和六邊形的個(gè)數(shù)。 （3）下列物質(zhì)不屬于富勒烯家族的有_。 AC18 BC44 CC71 DC70 EC83 解析：(1)一般籠狀物質(zhì)都可做載體；C60是分子晶體，可在星際寬間找到；存在火山口的是金剛石；密度：C60石墨金剛石。故正確的有：A、B、D、E、F。 （2）設(shè)五邊形與六邊形數(shù)目分別為a和b。 由點(diǎn)線面的關(guān)系可得：0.5(5a6b)=0.5380 利用封閉多面體的不飽和度有：8022=2(40ab1) 清北學(xué)堂 a=12；b=30，故五邊形數(shù)有12個(gè)，六邊形數(shù)有30個(gè)。 （3）由(2)可知，兩式相減消去b，a=12在富勒烯家族Cx中恒成立，b=0.5x10，x為大于20的偶數(shù)。答案為A、C、E。 5、市場上出現(xiàn)過一種一氧化碳檢測器，其外觀像一張塑料信用卡，正中有一個(gè)直徑不到2cm的小窗口，露出橙紅色固態(tài)物質(zhì)若發(fā)現(xiàn)橙紅色轉(zhuǎn)為黑色而在短時(shí)間內(nèi)不復(fù)原，表明室內(nèi)一氧化碳濃度超標(biāo)，有中毒危險(xiǎn)。一氧化碳不超標(biāo)時(shí)，橙紅色雖也會(huì)變黑卻能很快復(fù)原。已知檢測器的化學(xué)成分：親水性的硅膠、氯化鈣、固體酸H8Si(Mo2O7)628H2O、CuCl22H2O和PdCl22H2O（注：橙紅色為復(fù)合色，不必細(xì)究）。 （1）CO與PdCl：2H2O的反應(yīng)方程式為_。 （2）題(1)的產(chǎn)物之一與CuCl22H2O反應(yīng)而復(fù)原，化學(xué)方程式為_。 （3）題(2)的產(chǎn)物之一復(fù)原的反應(yīng)方程式為_。 解析：鑒于試題涉及的器件的化學(xué)組成很復(fù)雜，命題人從中挑選了學(xué)生的知識(shí)背景足以理解的問題，也正好是該器件性能的主要化學(xué)原理，甚至提示應(yīng)試者集中精力解決主要問題，舍棄不必細(xì)究的枝節(jié)，這本身也是一種如何理論聯(lián)系實(shí)際的教育。命題人在組題時(shí)進(jìn)一步幫助應(yīng)試人理清器件化學(xué)原理的思考程序，分三個(gè)問題要求學(xué)生思考，但每一個(gè)問題都留有需應(yīng)試者通過原有知識(shí)基礎(chǔ)來補(bǔ)充完善的內(nèi)容，以此來考察應(yīng)試者的應(yīng)變能力。第一個(gè)問題的關(guān)鍵是：CO和PdCl22H2O誰是氧化劑? 當(dāng)然有兩種正好相反的假設(shè)，假設(shè)1，得到c和某種高價(jià)鈀化合物，假設(shè)2，得到CO2。和金屬鈀。哪一個(gè)假設(shè)正確?要從第二問得到啟示。顯然，第二問需要應(yīng)試者自己得出結(jié)論的首先是CuCl22H2O不可能是還原劑，只可能是氧化劑，因?yàn)樵谒w系里銅的價(jià)態(tài)不能再升高。如果應(yīng)試者沒有這種基本思路，就無助于對(duì)第1問兩種假?zèng)]的抉擇。有了這種思路，必然對(duì)“題1的產(chǎn)物之一”對(duì)準(zhǔn)C和Pd。問：其中哪一個(gè)可以跟CuCl22H2O反應(yīng)?中學(xué)課本上討論過碳的氧化，使用的都是強(qiáng)氧化劑，如清北學(xué)堂 空氣中的氧氣、濃硫酸、濃硝酸等，而且都需加熱，可見碳不是強(qiáng)還原劑，把它氧化不那么容易，應(yīng)當(dāng)排除，于是“定音”，假設(shè)2是正確的，這是一箭雙雕，既答了第1問，又答了第2問。當(dāng)然，第2問又存在兩種可能，銅被還原得銅(I)呢還是得銅(O)。怎樣判斷?需要第3問來幫助，第3問要求寫出第2問中產(chǎn)物之一被復(fù)原，自然是指銅(I)或銅(o)的復(fù)原。先不必問氧化劑是誰，應(yīng)試者就清楚，銅(I)比銅(O)易復(fù)原，即容易被氧化。這是不是中學(xué)知 識(shí)?筆者認(rèn)為是。由此選擇了銅(I)為第2問的答案，完成第2問的解答。再接著思考第3問：使銅(I)復(fù)原為銅()使用了什么試劑?首先要明確，它一定是氧化劑(應(yīng)試者明確嗎?)，于是被逼到“華容道”上去了，只能選擇空氣中的氧氣，別無它路，全題得解。當(dāng)然，解完后應(yīng)回顧器件的整個(gè)化學(xué)組成來討論它們各自的作用，但試題沒有設(shè)問，留給應(yīng)試者自己思索。答案：(1)COPdCl22H2O=CO2Pd2HClH2O，寫PdCl2不寫PdCl22H2O同時(shí)配平也 是對(duì)的。(2)Pd2CuCl22H2O=PdCl22H2O2CuCl2H2O。（3）4CuCl4HCl6H2OO2=4CuCl22H2O 注：許多學(xué)生第一個(gè)反應(yīng)并未按預(yù)計(jì)的思路解題，以為鈀可以跟CO生成羰基化合物，結(jié)果前兩個(gè)反應(yīng)全做錯(cuò)了。即使在試題上寫明第一個(gè)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，這種錯(cuò)誤也不能避免。這或許就應(yīng)了學(xué)得太多反而不利的說法。 6、PCl5是一種白色固體，加熱到160不經(jīng)過液態(tài)階段就變成蒸氣，測得180下的蒸氣密度(折合成標(biāo)準(zhǔn)狀況)為9.3 gL，極性為零，PCl鍵長為204 pm和211 pm兩種。繼續(xù)加熱到250時(shí)測得壓力為計(jì)算值的兩倍。PCl5在加壓下于148液化，形成一種能導(dǎo)電的熔體，測得PCl的鍵長為198 pm和206 pm兩種。（P、Cl相對(duì)原子質(zhì)量為31.0、35.5)回答如下問題： (1)180下PCl5蒸氣中存在什么分子?為什么?寫出分子式，畫出立體結(jié)構(gòu)。 (2)在250下PCl5蒸氣中存在什么分子?為什么?寫出分子式，畫出立體結(jié)構(gòu)。 清北學(xué)堂 (3)PCl5熔體為什么能導(dǎo)電?用最簡潔的方式作出解釋。 (4)PBr5氣態(tài)分子結(jié)構(gòu)與PCl5相似，它的熔體也能導(dǎo)電，但經(jīng)測定其中只存在一種PBr鍵長。PBr5熔體為什么導(dǎo)電?用最簡枯的形式作出解釋。 解析：本題是四個(gè)雖相關(guān)卻又相互獨(dú)立的問題。問題(1)只涉及第一句話給出的信息。由折合成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的蒸氣密度和五氯化磷的化學(xué)式量，經(jīng)過屬于中學(xué)教學(xué)內(nèi)容的簡單的計(jì)算，就可以得出：180下的PCl5是單體，即PCl5就是它的分子式。PCl5分子有5個(gè)Cl原子圍繞著P原子排列，信息表明其中有兩種不同鍵長的PCl鍵，可見不可能是平面的五角形的分子(它的磷氯鍵是一種），一定具有三維立體結(jié)構(gòu)；三維立體結(jié)構(gòu)還可能有兩種：三角雙錐或四角錐體，后者的極性不等于零，所以PCI。分子是三角雙錐型分子。問題(2)的相關(guān)信息是第二句話給出的。該信息無疑表明，PCl5分子在加熱到250時(shí)分解了，生成等物質(zhì)的量的兩種氣態(tài)分子。這種分解反應(yīng)從類型上說，有的學(xué)生可能是熟悉的，例如氧化銅分解生成氧化亞銅和氧氣，二氧化錳分解生成四氧化三錳和氧氣，三氧化硫分解生成二氧化硫和氧氣等等。本題是將這種知識(shí)遷移到氯化物上來。所以，可以想見，五氯化磷的分解產(chǎn)物是三氯化磷和氯氣。如果答不上來，也不會(huì)影響解答后面的問題。問題(3)涉及的是電解質(zhì)的基本概念：電解質(zhì)的定義之一是它的熔體能夠?qū)щ?。但是中學(xué)課本里對(duì)熔體的導(dǎo)電粒子的討論很少。本問題首先給出PCl5熔體導(dǎo)電的信息，由這個(gè)信息應(yīng)當(dāng)想見其中有正、負(fù)兩種離子存在。那么，是哪兩種離子呢?本題的信息是該熔體中有兩種不同的PC1鍵長，這就排除了一種是Cl另一種是4PCl+ 的可能，因?yàn)樗呐湮坏?PCl+無論如何不會(huì)有兩種不同的鍵長（不管它是正四面體型還是平面四邊形)，所以兩種離子可能是4PCl+和6PCl。這個(gè)小題在表述中避免了畫出結(jié)構(gòu)式之類的用語，是為減少暗示。問題(4)是對(duì)問題(3)的一個(gè)反饋性的暗示。意思無非是說，若將氯改換成溴，與6PCl相似的6PBr是不能形成的，因而其中的陰離子只是氯離子。如果學(xué)生腦中浮現(xiàn)溴離子比氯離子大得多的圖象，就會(huì)想象，6個(gè)溴離子包清北學(xué)堂 在半徑很小的P5+外面可能實(shí)在太擠了，擠不下了，而較小的氯離子則是有可能的。答案： （1）9.522.4=208.3 g/mol； PCl5相對(duì)分子質(zhì)量31.035.55=208.5；蒸氣組成為PCl5(結(jié)構(gòu)式如下圖所示)；呈三角雙錐體。三角雙錐分子無極性，有兩種鍵長。(注：若答成四方錐體不給分，因?yàn)樗袠O性，與題面給的信息不符) （2）PCl5=PCl3Cl2 氯分子ClCl 三氯化磷分子（結(jié)構(gòu)式為）（壓力為計(jì)算值的兩倍表明1 mol PCl5完全分解成 1mol PCl3和1mol Cl2，共2 mol。氣體由等摩系PCl3和Cl2組成。 （3）PCl5=4PCl+6PCl（注：含4PCl+和6PCl兩種離子，前者為四面體，后者為八面體，因此前者只有一種鍵長，后者也只有一種鍵長，加起來有兩種鍵長。） （4）PBr5=4PBr+Br 4PBr+結(jié)構(gòu)同4PCl+。 注：實(shí)際的應(yīng)答時(shí)，有不少學(xué)生，五氯化磷和五溴化磷的電離式寫出來了，但畫不出這些離子的立體結(jié)構(gòu)，丟了分。這說明我們?cè)O(shè)計(jì)的競賽水平是擊中要害的。不是學(xué)生頭腦中沒有這些幾何體的概念，而是沒有把這些知識(shí)用于考察微觀化學(xué)物種。 7、用黃銅礦煉銅按反應(yīng)物和生成物可將總反應(yīng)寫成：CuFeS2SiO2O2CuFeSiO3SO2。事實(shí)上冶煉反應(yīng)是分步進(jìn)行的。黃銅礦在氧氣作用下生成硫化亞銅和硫化亞鐵；硫化亞鐵在氧氣作用下生成氧化亞鐵，并與二氧化硅反應(yīng)生成礦渣；硫化亞銅與氧氣反應(yīng)生成氧化亞銅；硫化亞銅與氧化亞銅反應(yīng)生成銅。 (1)寫出上述各個(gè)分步反應(yīng)(，)的化學(xué)方程式。 (2)給出總反應(yīng)方程式的系數(shù)。 (3)據(jù)最新報(bào)道，有一種叫ThibaciIlus ferroxidans的細(xì)菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化PClClCl清北學(xué)堂 成硫酸鹽。反應(yīng)是在酸性溶液中發(fā)生的。試寫出配平的化學(xué)方程式。 (4)最近我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)，以精CuFeS2礦為原料在沸騰爐中和O2(空氣)反應(yīng)，生成物冷卻后經(jīng)溶解、除鐵、結(jié)晶，得到CuSO45H2O，成本降低了許多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 沸騰爐爐渡/ 560 580 600 620 640 660 生成物 水溶性Cu/% 90.12 91.24 93.50 92.38 89.96 84.23 酸溶性Cu/% 92.00 93.60 97.08 97.82 98.16 98.19 酸溶性Fe/% 8.56 6.72 3.46 2.78 2.37 2.28 回答如下問題： CuFeS2和O2主要反應(yīng)的方程式為_。 實(shí)際生產(chǎn)過程的沸騰爐溫度為600620?？刂品磻?yīng)溫度 的方法是_。 溫度高于600620生成物中水溶性Cu()下降的康疊 是_。 解析：本題的第一部分比較簡單，寫四個(gè)分步反應(yīng)的方程式的考核點(diǎn)只是把題面的表述轉(zhuǎn)換成化學(xué)方程式，但題面并沒有指出生成物中的硫的形態(tài)i根據(jù)中學(xué)化學(xué)知識(shí)，可以想見它是SO2，大多數(shù)學(xué)生應(yīng)該不會(huì)寫錯(cuò)。其中第四個(gè)反應(yīng)就是所謂“冰銅反應(yīng)，比較特殊，但試題已經(jīng)告訴大家反應(yīng)產(chǎn)物的含銅物質(zhì)應(yīng)該只有一種，即金屬銅，這就降低了難度，可見應(yīng)答時(shí)永遠(yuǎn)不應(yīng)離開試題提供的知識(shí)背景。（1）2CuFeS2O2=Cu2S2FeSSO2（寫S、SO3不寫SO2不得分）；2FeS3O2=2FeO2SO2（寫S、SO3不寫SO2不得分）；FeOSiO2=FeSiO3（寫其他產(chǎn)物不得分）；2Cu2S3O2=2Cu2O2SO2（寫S、SO3不寫SO2不得分）；Cu2S2Cu2O=6CuSO2（寫S、SO3不寫SO2不得分）。（2）2CuFeS22SiO25O2=2Cu2FeSiO34SO2。問題(3)也是寫方程式，熟悉過去競賽試題的選手可能覺得似曾相識(shí)，但并非陳題。清北學(xué)堂 根據(jù)給出的信息，不難首先得出這樣的結(jié)論：反應(yīng)得到的溶液由CuSO4和Fe2(SO4)3組成。因?yàn)橛醒鯕鈪⒓臃磻?yīng)，銅和鐵均應(yīng)形成水溶液中的穩(wěn)定高價(jià)，