高中化學(xué)魯科版第四章元素與材料世界單元測(cè)試 高質(zhì)作品

第4章材料家族中的元素本章重難點(diǎn)專題突破一如何學(xué)好硅及其化合物1．抓住轉(zhuǎn)化關(guān)系，形成知識(shí)體系硅及其化合物是生產(chǎn)生活中應(yīng)用較為廣泛的物質(zhì)，這就需要熟練掌握硅及其化合物的性質(zhì)，下面我們從硅及其化合物之間的轉(zhuǎn)化角度入手來形成硅及其化合物的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。從這個(gè)轉(zhuǎn)化關(guān)系中，通過書寫發(fā)生轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式，以及該反應(yīng)常用于解釋的問題，來形成硅及其化合物的知識(shí)體系。(1)Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2(硅是親氧元素，自然界中沒有游離態(tài)的硅，只有化合態(tài)的硅)(2)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(HF是唯一可以與SiO2發(fā)生反應(yīng)的酸，HF是弱酸；盛裝氫氟酸的試劑瓶不能用玻璃瓶)(3)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，該方程式可解釋為什么盛堿液的試劑瓶常用橡膠塞，而不用玻璃塞)(4)SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3(解釋水泥和玻璃的成分中都含有硅酸鈣)(5)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(工業(yè)上制備粗硅的方法)(6)H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))SiO2＋H2O(硅酸易失去水)(7)Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(膠體)＋2NaCl或Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓(在溶液中H＋與SiOeq\o\al(2－,3)不能大量共存)Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓(SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3))；通入過量CO2時(shí)，Na2SiO3＋2H2O＋2CO2=H2SiO3↓＋2NaHCO3(解釋硅酸鹽溶液在空氣中長(zhǎng)時(shí)間放置所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)；還可以證明硅酸的酸性小于碳酸；利用該反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室中制備硅酸)通過上面的分析，利用物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，就可以把某種元素形成的各種物質(zhì)串成一個(gè)知識(shí)塊，這種學(xué)習(xí)方法是學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)的一種有效方法，在以后的學(xué)習(xí)中要多總結(jié)?！镜淅?】A、B、C、D、E分別代表單質(zhì)或化合物，它們之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖所示。A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似。請(qǐng)回答下列問題：(1)形成單質(zhì)A的原子的結(jié)構(gòu)示意圖為______________，它的最高化合價(jià)為______________。(2)B的化學(xué)式為________，B與炭反應(yīng)生成A和E的化學(xué)方程式是________________________________________________________________________。(3)C的化學(xué)式為______________________，D的化學(xué)式為______________________。解析由“A為地殼中含量?jī)H次于氧的非金屬元素的單質(zhì)，其晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似”推知A為Si，根據(jù)Beq\o(→,\s\up7(加炭),\s\do5(高溫))A＋E，Beq\o(→,\s\up7(加氧化鈣),\s\do5(高溫))C，B加氫氧化鈉,D＋H2O，不難推知B為SiO2，C為CaSiO3，D為Na2SiO3。答案(1)＋4價(jià)(2)SiO2SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO32．注重歸納總結(jié)，熟知特殊性質(zhì)硅作為非金屬元素應(yīng)該具有非金屬的性質(zhì)，但是在學(xué)習(xí)硅及其化合物時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)硅的某些性質(zhì)表現(xiàn)出與其他非金屬的不同，現(xiàn)歸納如下：(1)硅的還原性比碳強(qiáng)，而碳在高溫下能從SiO2中還原出Si。即SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。此反應(yīng)之所以能夠發(fā)生是因?yàn)樯傻腃O是氣體，它離開反應(yīng)體系使得反應(yīng)向生成Si的方向進(jìn)行到底。(2)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)一般不生成氫氣，而硅與氫氧化鈉等強(qiáng)堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。(3)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，而硅不但與氫氟酸反應(yīng)，而且有氫氣生成，化學(xué)方程式為Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。(4)酸性氧化物一般不與酸發(fā)生反應(yīng)，而二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)，生成四氟化硅和水。(5)無機(jī)酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸卻難溶于水。(6)在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，二氧化碳與硅酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈉和硅酸沉淀。在高溫下碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，其原因是在高溫條件下，生成的二氧化碳離開反應(yīng)體系而使反應(yīng)進(jìn)行到底。(7)Na2SiO3水溶液俗稱水玻璃、泡花堿，但泡花堿是鹽溶液而非堿，這是由于水玻璃顯堿性。從上面的分析可以看出，硅及其化合物的這些特殊點(diǎn)并不是真的特殊，而是由于某些原因?qū)е鹿杓捌浠衔锉憩F(xiàn)出了與其他同類物質(zhì)不同的性質(zhì)。在學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)時(shí)，一定要注重理解而不要盲目的記憶規(guī)律。【典例2】有A、B、C、D四種含有硅元素的物質(zhì)，它們能發(fā)生如下反應(yīng)：①C與燒堿反應(yīng)生成A和水；②已知A溶液的焰色反應(yīng)為黃色，A溶液與鈣鹽反應(yīng)生成白色沉淀D；③B在空氣中燃燒生成C；④C在高溫下，與碳酸鈣反應(yīng)生成D和一種氣體；⑤C在高溫下與碳反應(yīng)生成單質(zhì)B。根據(jù)上述變化，(1)寫出化學(xué)式：B________，D________。(2)寫出C與燒堿反應(yīng)生成A和水的反應(yīng)方程式：________________________________________________________________________。解析①C能與燒堿反應(yīng)，含硅，C可能是SiO2和H2SiO3；②A溶液是鈉鹽，又含硅，A確定為Na2SiO3，D為CaSiO3；③B＋O2→C(可能是SiO2和H2SiO3)，確定B為Si、C為SiO2；④反應(yīng)為SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑；⑤反應(yīng)為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑。答案(1)SiCaSiO3(2)SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O二Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－的轉(zhuǎn)化及其圖像1．Al3＋、Al(OH)3、[Al(OH)4]－間的相互轉(zhuǎn)化——“鋁三角”(1)Al3＋→Al(OH)3①可溶性鋁鹽與少量NaOH溶液反應(yīng)：Al3＋＋3OH－(少量)=Al(OH)3↓②可溶性鋁鹽與氨水反應(yīng)：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)(2)Al(OH)3→Al3＋Al(OH)3溶于強(qiáng)酸溶液：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O(3)Al3＋→[Al(OH)4]－可溶性鋁鹽與過量的強(qiáng)堿反應(yīng)：Al3＋＋4OH－(過量)=[Al(OH)4]－(4)[Al(OH)4]－→Al3＋四羥基合鋁酸鹽溶液與足量的鹽酸反應(yīng)：[Al(OH)4]－＋4H＋=Al3＋＋4H2O(5)[Al(OH)4]－→Al(OH)3①四羥基合鋁酸鹽溶液中加入少量鹽酸：[Al(OH)4]－＋H＋(少量)=Al(OH)3↓＋H2O②四羥基合鋁酸鹽溶液中通入CO2：2[Al(OH)4]－＋CO2(少量)=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3)＋H2O[Al(OH)4]－＋CO2(過量)=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)(6)Al(OH)3→[Al(OH)4]－Al(OH)3溶于強(qiáng)堿溶液：Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－2．氫氧化鋁圖像解析方法(1)向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至過量發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為OA段：Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓AB段：Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－從圖中不難看出，向氯化鋁溶液中滴加氫氧化鈉溶液，若達(dá)不到最大沉淀量時(shí)，對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉溶液的體積有兩種情況：一是氯化鋁過量即加入的氫氧化鈉不足；二是加入的氫氧化鈉將生成的氫氧化鋁溶解了一部分。(2)向鋁鹽溶液中滴入氨水或向氨水中滴加鋁鹽溶液由于氫氧化鋁只能與酸或強(qiáng)堿反應(yīng)，氨水是一種弱堿，所以氫氧化鋁不會(huì)溶解在氨水中，則向鋁鹽溶液中滴入氨水或向氨水中滴加鋁鹽溶液，反應(yīng)現(xiàn)象是相同的。若向鋁鹽中滴加氨水，離子反應(yīng)方程式為3NH3·H2O＋Al3＋=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)，當(dāng)氨水增加到n(Al3＋)∶n(NH3·H2O)＝1∶3時(shí)，產(chǎn)生最大沉淀量。(3)向四羥基合鋁酸鹽溶液中滴入強(qiáng)酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為OA段：[Al(OH)4]－＋H＋=Al(OH)3↓＋H2OAB段：Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O當(dāng)n[Al(OH)4]－∶n(H＋)＝1∶1時(shí)，產(chǎn)生最大沉淀量，繼續(xù)滴入強(qiáng)酸，沉淀逐漸溶解。(4)向Na[Al(OH)4]溶液中通入CO2由于碳酸的酸性大于氫氧化鋁，所以四羥基合鋁酸鈉能與二氧化碳反應(yīng)，生成氫氧化鋁，產(chǎn)生的Al(OH)3沉淀不溶解在碳酸中，所以產(chǎn)生的沉淀不消失。(5)向AlCl3、MgCl2的酸性溶液中滴加NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式依次為H＋＋OH－=H2OMg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－出現(xiàn)的現(xiàn)象是先產(chǎn)生沉淀，到沉淀最大值，繼續(xù)滴加NaOH，沉淀部分溶解，最后剩余的為氫氧化鎂沉淀，消失的是氫氧化鋁沉淀。關(guān)于氫氧化鋁的圖像，實(shí)際上就是氫氧化鋁、鋁鹽和四羥基合鋁酸鹽之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，需要熟練記憶有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式，再結(jié)合數(shù)學(xué)上函數(shù)圖像的有關(guān)知識(shí)，一定會(huì)把握住這個(gè)知識(shí)點(diǎn)！【典例3】某溶液中可能含有H＋、Na＋、NHeq\o\al(＋,4)、Mg2＋、Fe3＋、Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)等離子，已知①該溶液的焰色反應(yīng)沒有黃色；②當(dāng)向該溶液中加入某濃度的NaOH溶液時(shí)，發(fā)現(xiàn)生成沉淀的物質(zhì)的量隨NaOH溶液的體積變化如圖所示。由此可知：(1)該溶液中肯定含有的離子是________________________________________________________________________，各離子的物質(zhì)的量之比為________________________________________________________________________。(2)肯定不含的陽離子是_______________________________________________________________________。解析不難判斷出最初兩份NaOH是與H＋反應(yīng)。也不難判斷出溶液中無Mg2＋、Fe3＋，因?yàn)樽詈鬅o沉淀。也判斷出有Al3＋，從圖形的“先三份堿使其沉淀、后一份堿使其溶解”可以確定。關(guān)鍵是尋找平臺(tái)上與OH－反應(yīng)、而又使沉淀量不變化的離子，從題給離子中可以找出是NHeq\o\al(＋,4)。在H＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)共存時(shí)，加入OH－，與OH－反應(yīng)的前后順序是H＋、Al3＋、NHeq\o\al(＋,4)。原因是電解質(zhì)的強(qiáng)弱是H2O＜Al(OH)3＜NH3·H2O，最弱者先形成，所以是上述反應(yīng)順序。三者的強(qiáng)弱可以從下面三個(gè)反應(yīng)來證明：Al3＋＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NHeq\o\al(＋,4)[證明Al(OH)3比氨水弱]Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2O[證明H2O比Al(OH)3弱]待溶液中成為Al(OH)3、NH3·H2O時(shí)，再加入OH－，才能溶解Al(OH)3。這是因?yàn)锳l(OH)3與弱堿不反應(yīng)，只有與強(qiáng)堿反應(yīng)時(shí)才溶解。該題還有個(gè)陷阱就是易把SOeq\o\al(2－,4)當(dāng)作是不能確定的。由于溶液是電中性的，必須有陰離子，所以SOeq\o\al(2－,4)一定存在。現(xiàn)在，從圖像不難判斷出n(H＋)∶n(NHeq\o\al(＋,4))∶n(Al3＋)∶n(SOeq\o\al(2－,4))＝2∶3∶1∶n(SOeq\o\al(2－,4))，再利用電荷守恒：n(H＋)＋n(NHeq\o\al(＋,4))＋3n(Al3＋)＝2n(SOeq\o\al(2－,4))即：(2＋3＋3×1)mol＝2n(SOeq\o\al(2－,4))得n(SOeq\o\al(2－,4))＝4mol。答案(1)H＋、NHeq\o\al(＋,4)、Al3＋、SOeq\o\al(2－,4)2∶3∶1∶4(2)Na＋、Mg2＋、Fe3＋【典例4】向物質(zhì)的量濃度均為1mol·L－1的AlCl3和鹽酸的混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，如圖中[n表示Al(OH)3的物質(zhì)的量、V表示NaOH溶液的體積]能正確表示這個(gè)反應(yīng)過程的是()解析向混合溶液中逐滴滴入NaOH溶液，反應(yīng)情況分為三個(gè)階段：第一階段為OH－＋H＋=H2O，此時(shí)無沉淀產(chǎn)生；第二階段有白色沉淀產(chǎn)生，反應(yīng)的離子方程式為Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓；第三階段滴加NaOH溶液至過量，沉淀逐漸溶解最后完全消失，反應(yīng)的離子方程式為Al(OH)3＋OH－=[Al(OH)4]－，結(jié)合反應(yīng)方程式及濃度關(guān)系可知三個(gè)階段消耗NaOH物質(zhì)的量之比為1∶3∶1。答案D三金屬與酸反應(yīng)的計(jì)算規(guī)律和方法1．金屬與酸反應(yīng)的定量規(guī)律(只考慮生成氫氣的情況)(1)金屬與酸反應(yīng)，金屬失去電子的物質(zhì)的量等于酸得到電子的物質(zhì)的量。(2)1mola價(jià)金屬與足量酸反應(yīng)，可生成eq\f(a,2)mol氫氣。(3)當(dāng)參加反應(yīng)的金屬與產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量差相等時(shí)，則反應(yīng)后兩溶液增加的質(zhì)量相等。(4)相同物質(zhì)的量的金屬與足量的酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的量之比等于反應(yīng)后對(duì)應(yīng)金屬呈現(xiàn)的化合價(jià)之比。(5)特別注意，在鈉等極活潑金屬與酸反應(yīng)時(shí)，金屬過量時(shí)還會(huì)跟水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。2．鋁分別與酸、堿反應(yīng)產(chǎn)生氫氣量的比較(1)等量的鋁分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，消耗鹽酸和NaOH的物質(zhì)的量之比為3∶1。(2)等量的鋁分別與足量的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生H2的體積比為1∶1。(3)足量的鋁分別與等物質(zhì)的量濃度、等體積的鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生H2的體積比為1∶3。3．摩爾電子質(zhì)量和平均摩爾電子質(zhì)量(1)摩爾電子質(zhì)量：某物質(zhì)在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)該物質(zhì)的質(zhì)量，如Mg的摩爾電子質(zhì)量為eq\f(24,2)g·mol－1＝12g·mol－1，Al的摩爾電子質(zhì)量為eq\f(27,3)g·mol－1＝9g·mol－1。(2)平均摩爾電子質(zhì)量：兩種或兩種以上物質(zhì)的混合物在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)混合物的質(zhì)量，如2g金屬混合物生成LH2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則平均摩爾電子質(zhì)量為eq\f(2g,×2mol)＝10g·mol－1?！镜淅?】計(jì)算填空：(1)取wg鈉、鎂、鋁分別與足量鹽酸反應(yīng)，在相同條件下產(chǎn)生氫氣的體積之比是____________。(2)取mol鈉、鎂、鋁分別與足量鹽酸反應(yīng)，在相同條件下產(chǎn)生氫氣的體積之比是________。(3)若產(chǎn)生相同體積(同溫同壓)的氫氣，所需鈉、鎂、鋁三種金屬的物質(zhì)的量之比是______________；質(zhì)量之比是____________。(4)若將mol鈉、鎂、鋁分別投入到10mL1mol·L－1鹽酸中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生氫氣的體積大小順序是________________。解析(1)利用電子守恒，產(chǎn)生氫氣的體積之比即為金屬轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比：(eq\f(w,23)×1)∶(eq\f(w,24)×2)∶(eq\f(w,27)×3)。(2)mol鈉、鎂、鋁分別與足量鹽酸反應(yīng)，金屬轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為mol×1)∶mol×2)∶mol×3)，所以產(chǎn)生氫氣的體積之比為1∶2∶3。(3)與前兩問恰好反過來，氫氣的體積相等，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，即金屬的失電子數(shù)相等。(4)Mg、Al過量應(yīng)以鹽酸的量計(jì)算生成的氣體的體積(轉(zhuǎn)移電子為mol)，Na也過量，但過量的鈉可以與水反應(yīng)(共轉(zhuǎn)移電子mol)。答案(1)eq\f(1,23)∶eq\f(1,12)∶eq\f(1,9)(2)1∶2∶3(3)6∶3∶223∶12∶9(4)V(Na)>V(Al)＝V(Mg)【典例6】?jī)煞蒌X屑，第一份與足量的鹽酸反應(yīng)，第二份與足量的NaOH溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的體積比為1∶2，則第一份與第二份鋁屑的質(zhì)量比為()A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．2∶1解析鋁與足量的酸或堿反應(yīng)，相同質(zhì)量的鋁產(chǎn)生等量的氫氣，故氫氣的體積比即為鋁的質(zhì)量比。答案B四無機(jī)推斷題的方法思路與判斷1．解題主要思路首先通讀全題，把握題目的概況。其次要認(rèn)真讀題、審題，準(zhǔn)確掌握解題要求和已知條件及其特征。再次是嘗試解題，包括歸納出已知條件中的最有效信息、最先用信息，確定解題的突破口、推斷方向(正推斷或逆推斷)；若遇到困難，一要檢查是否有隱含信息尚未發(fā)現(xiàn)，二要看是否可從現(xiàn)有條件中推導(dǎo)出新的條件，還可以假設(shè)被推斷的物質(zhì)或結(jié)論。最后要做全面檢查，驗(yàn)證結(jié)論是否正確。2．解題主要突破口(1)特殊物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)如遇水顯堿性的氣體是氨；可溶于氫氟酸的酸性氧化物是二氧化硅；跟強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成氫氣的單質(zhì)是鋁和硅等；既可溶于強(qiáng)酸又可溶于強(qiáng)堿溶液的化合物可能是氫氧化鋁等。(2)特殊物質(zhì)的物理性質(zhì)有色氣體：氟氣(淺黃綠色)、氯氣(黃綠色)、二氧化氮(紅棕色)等。無色但在空氣中變紅棕色的氣體：一氧化氮。有刺激性氣味的氣體：氨氣、二氧化硫、氯氣。有臭雞蛋氣味的氣體：硫化氫。溶解度最大的氣體：氨氣。最輕的氣體：氫氣。銀白色、有金屬光澤的液體：汞、鈉鉀合金。深紅棕色液態(tài)純凈物：?jiǎn)钨|(zhì)溴。有色溶液：Fe2＋(淡綠色)、Cu2＋(綠色或藍(lán)色)、Fe3＋(黃色或棕黃色)、MnOeq\o\al(－,4)(紫紅色)、氯水(淡黃綠色)、溴水(橙色)、碘水(褐色)、氫氧化鐵膠體(紅褐色)。有色固體：銅、氧化亞銅(均為紅色)；氧化銅、氧化亞鐵、四氧化三鐵、硫化亞鐵、硫化亞銅(均為黑色)；氫氧化銅(藍(lán)色)；氫氧化鐵(紅褐色)；單質(zhì)硫、過氧化鈉、溴化銀(淡黃色)。(3)具有特征的化學(xué)反應(yīng)催化反應(yīng)，如：SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))2SO32H2O2eq\o(=,\s\up7(MnO2))2H2O＋O2↑N2＋3H2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(高溫、高壓))2NH34NH3＋5O2eq\o(=,\s\up7(催化劑),\s\do5(△))4NO＋6H2O在酸性溶液和堿性溶液中都生成氣體的反應(yīng)，如：氫氣eq\o(→,\s\up7(NaOH溶液))鋁eq\o(→,\s\up7(H2SO4溶液)