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专项突破二 元素及其化合物 综合题的突破方法,元素及其化合物综合应用题是高考常考的题型之一,它集元素化合 物、基本概念、基本理论和化学计算等知识于一体,且试题结构紧凑、 文字表述少、包含信息多。具有考查面广、创新性强、思维容量大的 特点。这种题型能较好地考查考生的综合分析能力和逻辑推理能力。 该类型试题层次分明,区分度高,其中无机推断题是一种重要形式,浓缩 了元素及其化合物知识,此类试题具有学科特色强、题材广、可考查内 容多和容易控制卷面难度的题型特点,因而成了高考命题中一种十分重 要的命题形式。如2017年北京理综27题以降低NOx排放为素材对氮的,考法突破,化合物性质进行了综合考查;2016年北京理综27题以化学工艺流程形式 对铅的化合物性质进行了综合考查。 元素及其化合物知识是中学化学的主干知识,要学好元素及其化合物知识,需注意以下几点:回归教材,立足基础。注重知识点之间的联系, 形成知识网络,在“融会贯通”上下功夫。反思纠正作业、练习和考 试中出现的差错。,类型一、信息提供型元素及其化合物综合题 此类题目往往起点高、落点低,考查的是对信息的获取与问题解决 能力,解题的关键是理解新信息。当遇到这一类题时,第一步是读题,陌 生度较高的信息应逐字逐句阅读,挖掘关键字,排除定式思维的影响;第二 步是联想,在读题的基础上结合题目的问题联想分析考查的知识模 块,提取出已学的相关化学知识;第三步是解题,按要求填好相应的问题 答案,使化学意义顺畅。,典例1 工业上氰化物的用途广泛,在电镀、油漆、燃料、橡胶等行业 都会用到。 (1)氢氰酸(HCN)是一种酸性很弱的酸,其中碳元素的化合价为 ,氢氰酸分子的结构式为 。 (2)氰化钠(NaCN)溶液显强碱性,原因是(用离子方程式表示) 。已知Na2CO3溶液能和HCN反应:Na2CO3+HCN NaHCO3+ NaCN,则向NaCN溶液中通入少量CO2时反应的离子方程式为 。,(3)双氧水可消除氰化物(如NaCN)污染:NaCN+H2O2+H2O A+NH3, 则生成物A的化学式为 ,H2O2常被称为“绿色氧化剂”的理由 是 。 (4)在氯氧化法处理含CN-的废水过程中,液氯在碱性条件下可以将氰化 物氧化成氰酸盐(其毒性仅为氰化物的千分之一),氰酸盐进一步被氧化 为无毒物质。某厂废水中含KCN,其浓度为650 mgL-1。现用氯氧化法 处理,发生如下反应:KCN+2KOH+Cl2 KOCN+2KCl+H2O,投入过量 液氯,可将氰酸盐进一步氧化为氮气:2KOCN+4KOH+3Cl2 2CO2+N2 +6KCl+2H2O。若处理上述废水20 L,使KCN完全转化为无毒物质,至少 需液氯 g。,答案 (1)+2 (2)CN-+H2O HCN+OH- CN-+H2O+CO2 HC +HCN (3)NaHCO3 还原产物H2O没有污染 (4)35.5 解析 (1)根据价键规律,可知C、N之间以三键结合,H和C之间以单键 结合。H显+1价,N的非金属性比C强,N显-3价,则C显+2价。 (2)NaCN是强碱弱酸盐,CN-水解使溶液显碱性。HCN和Na2CO3反应生 成NaHCO3,说明HCN的酸性比H2CO3弱但比HC 强,在NaCN溶液中通 入少量CO2会生成HCN和NaHCO3。 (3)根据质量守恒,可知A为NaHCO3。H2O2作氧化剂时,其还原产物H2O 没有污染性,故H2O2常被称为“绿色氧化剂”。,(4)20 L废水中含KCN的质量为650 mgL-120 L=13 000 mg=13 g。合并 两步反应的化学方程式得2KCN+8KOH+5Cl2 10KCl+2CO2+N2+4H2 O,则m(Cl2)=(35513130) g=35.5 g。,1-1 用含有Al2O3、SiO2和少量FeOxFe2O3的铝灰制备Al2(SO4)318H2O, 工艺流程如下(部分操作和条件略): .向铝灰中加入过量稀H2SO4,过滤; .向滤液中加入过量KMnO4溶液,调节溶液的pH约为3; .加热,产生大量棕色沉淀,静置,上层溶液呈紫红色; .加入MnSO4至紫红色消失,过滤; .浓缩、结晶、分离,得到产品。 (1)H2SO4溶解Al2O3的离子方程式是 。 (2)将Mn 氧化Fe2+的离子方程式补充完整: 1Mn + Fe2+ 1Mn2+ Fe3+ (3)已知:,生成氢氧化物沉淀的pH,注:金属离子的起始浓度为0.1 molL-1 根据表中数据解释步骤的目的: 。 (4)已知:一定条件下,Mn 可与Mn2+反应生成MnO2。 向的沉淀中加入浓盐酸并加热,能说明沉淀中存在MnO2的现象是 。 中加入MnSO4的目的是 。,答案 (1)Al2O3+6H+ 2Al3+3H2O (2)5 8H+ 5 4H2O (3)pH约为3时,Fe2+和Al3+不能形成沉淀,将Fe2+氧化为Fe3+,可使铁完全沉 淀 (4)有黄绿色气体生成 除去过量的Mn 解析 (2)根据氧化还原反应的配平方法化合价升降法: n n2+得5e-、 失e-,确定Fe2+和Fe3+的化学计量数为5,再根据电 荷守恒与原子守恒配平。 (4)发生反应:MnO2+4HCl(浓) MnCl2+2H2O+Cl2,会产生黄绿色 气体;已知Mn 与Mn2+反应生成MnO2,因此加入MnSO4可以除去过量 的Mn 。,1-2 锂、铬、铈、镍均为金属元素,这些金属元素的化合物在工业生 产中有着重要作用。 (1)LiPF6是锂离子电池中广泛应用的电解质,LiPF6中P的化合价为 。 (2)自然界中Cr主要以+3价和+6价形式存在。+6价的Cr能引起细胞的 突变,可以用亚硫酸钠在酸性条件下将其还原为+3价的Cr。完成并配 平下列离子方程式: Cr2 + S + Cr3+ S + H2O (3)二氧化铈(CeO2)在平板电视显示屏的制造中有着重要应用。CeO2在 稀硫酸和H2O2的作用下可生成Ce3+,写出该反应的化学方程式: 。,(4)如图所示是由Ce3+再生Ce4+的装置示意图。电解总反应为2HS +4H +4Ce3+ S2 +4Ce4+3H2O。 生成Ce4+的电极反应式为 。,生成的含Ce4+溶液从电解槽的 (填字母序号)口流出。 (5)NiSO4nH2O是一种绿色、易溶于水的晶体,广泛应用于镀镍、电池 制造等领域,为测定NiSO4nH2O的组成,进行如下实验:称取2.682 6 g样 品,配制成250.00 mL溶液,准确量取配制的溶液25.00 mL,用0.040 00 molL-1的EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定Ni2+(离子方程式为Ni2+H2Y2- NiY2-+2H+),消耗EDTA标准溶液25.50 mL。则晶体样品的化学式 为 。,答案 (1)+5 (2)1 3 8H+ 2 3 4 (3)2CeO2+3H2SO4+H2O2 Ce2(SO4)3+4H2O+O2 (4)Ce3+-e- Ce4+ a (5)NiSO46H2O 解析 (1)根据化合物中各元素化合价代数和为0的原则,计算P的化合 价为+5; (3)CeO2在稀硫酸和H2O2的作用下可生成Ce3+,说明CeO2为氧化剂,H2O2 为还原剂,由此可写出化学方程式; (4)Ce3+生成Ce4+,Ce元素的化合价升高,发生氧化反应,应为阳极反应,因 此生成的含Ce4+溶液从电解槽的a口流出; (5)根据关系式:NiSO4nH2ONa2H2Y,列出计算式:0.040 000.025 50 10(155+n18)=2.682 6,解得n=6。,类型二、主题素材确定型元素及其化合物综合题 以某一主题组织素材的综合应用题,考查范围广,不但可考查常见元素 的单质及其化合物的相互转化,还可结合基本理论进行考查,如:物质结 构及元素周期律、化学平衡及电离平衡理论、氧化还原及电化学知识 等。解答这一类型题目时,先要仔细审题,了解命题意图及考查的知识 点,然后认真分析已知条件并结合已学知识分析注意事项、补充所缺项 目,使整个题目前后连贯起来,规范做出正确答案。,典例2 某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。回答下列问题: (1)丙组同学取10 mL 0.1 molL-1KI溶液,加入6 mL 0.1 molL-1 FeCl3溶液 混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验: 第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置,CCl4层显紫色; 第二支试管中加入1滴K3Fe(CN)6溶液,生成蓝色沉淀; 第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。 实验检验的离子是 (填离子符号);实验和说明:在I-过量 的情况下,溶液中仍含有 (填离子符号),由此可以证明该氧化还 原反应为 。 (2)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液 变成棕黄色,发生反应的离子方程式为 ;一段时,间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的 原因是 ,生成沉淀的原因是 (用平衡移动原理解释)。,答案 (1)Fe2+ Fe3+ 可逆反应 (2)H2O2+2Fe2+2H+ 2Fe3+2H2O Fe3+催化H2O2分解产生O2 H2O2分 解反应放热,促进Fe3+的水解平衡正向移动 解析 (1)根据Fe2+的检验方法,向溶液中加入1滴K3Fe(CN)6溶液,生成 蓝色沉淀,一定含有Fe2+,则实验检验的离子是Fe2+;碘易溶于CCl4,在 CCl4中呈紫色,Fe3+遇KSCN溶液显红色,实验和说明,在I-过量的情 况下,溶液中仍含有Fe3+,由此可以证明该氧化还原反应为可逆反应。 (2)H2O2溶液中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的 离子方程式为H2O2+2Fe2+2H+ 2Fe3+2H2O,含铁离子的溶液呈棕黄 色;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成,产生 气泡的原因是反应产生的Fe3+是H2O2分解的催化剂,促使H2O2分解生成,O2,同时H2O2分解反应是放热反应,促使Fe3+的水解平衡Fe3+3H2O Fe (OH)3+3H+正向移动,产生较多Fe(OH)3,聚集形成沉淀。,2-1 无水氯化铝是有机合成工业中一种重要的催化剂,工业上由Al2O3 制备无水氯化铝的反应为2Al2O3+6Cl2 4AlCl3+3O2。 (1)实验室制氯气的离子方程式为 ,氯气溶于水 生成的次氯酸的电子式为 。 (2)AlCl3可以作净水剂,其原理是(用离子方程式表示) 。 (3)Al-Mg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜,其离子方程式为 。 (4)为分析某铝合金的成分,用足量稀硝酸将其完全溶解后,用NaOH溶液 调pH,当pH=3.4时开始出现沉淀,分别在pH为5、9时过滤沉淀,继续滴加 NaOH溶液无沉淀生成。结合图像信息推断该合金中除铝外还含有的,金属是 。,答案 (1)MnO2+4H+2Cl- Mn2+Cl2+2H2O H (2)Al3+3H2O Al(OH)3+3H+ (3)Al2O3+2OH- 2Al +H2O (4)Cu(或铜) 解析 (1)实验室利用MnO2和浓盐酸在加热条件下制备氯气,离子方程 式为MnO2+4H+2Cl- Mn2+Cl2+2H2O。次氯酸的结构式为HO Cl,电子式为H 。(2)AlCl3可以作净水剂,是因为Al3+水解生成 的Al(OH)3胶体可以吸附水中的悬浮物质。(3)NaOH溶液处理Al2O3膜 时发生反应的离子方程式为Al2O3+2OH- 2Al +H2O。(4)根据题图 可知,pH=3时,Fe3+已经完全沉淀,则溶解液中一定不含Fe3+,而pH=9时Mg2 +,才开始沉淀,根据题意,过滤后继续滴加NaOH溶液无沉淀生成,则溶解 液中一定不含Mg2+,而Cu2+、Fe2+分别在pH=7、pH=9时完全沉淀,由于硝 酸过量,不可能生成Fe2+,故溶解液中一定含有Cu2+,因此合金中还含有的 金属为Cu。,2-2 硼及其化合物在工业上有许多用途。以铁硼矿(主要成分为Mg2B2 O5H2O和Fe3O4,还有少量Fe2O3、FeO、CaO、Al2O3和SiO2等)为原料制 备硼酸(H3BO3)的工艺流程如图所示: 回答下列问题: (1)写出Mg2B2O5H2O与硫酸反应的化学方程式: 。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取的 措施有 (写出两条)。,(2)利用 的磁性,可将其从“浸渣”中分离。“浸渣”中还剩 余的物质是 。(写化学式) (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,作用是 。然 后再调节溶液的pH约为5,目的是 。 (4)“粗硼酸”中的主要杂质是 (填名称)。 (5)以硼酸为原料可制得硼氢化钠(NaBH4),它是有机合成中的重要还原 剂,其电子式为 。 (6)单质硼可用于生产具有优良抗冲击性能的硼钢。以硼酸和金属镁为 原料可制备单质硼,用化学方程式表示制备过程 。,答案 (1)Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2H3BO3+2MgSO4 提高反应温 度、减小铁硼矿粉粒径 (2)Fe3O4 SiO2和CaSO4 (3)将Fe2+氧化成Fe3+ 使Fe3+与Al3+形成氢氧化物沉淀而除去 (4)(七水)硫酸镁 (5)Na+H H- (6)2H3BO3 B2O3+3H2O、B2O3+3Mg 2B+3MgO 解析 (1)硫酸可与硼酸盐反应制取酸性较弱的硼酸,所以Mg2B2O5H2O 与硫酸反应的化学方程式为:Mg2B2O5H2O+2H2SO4 2MgSO4+2H3BO3。为提高浸出速率,除适当增加硫酸浓度外,还可采取提高反应温,度、减小铁硼矿粉粒径等措施。 (2)Fe3O4有磁性,可利用其磁性将其从“浸渣”中分离;“浸渣”中还剩 余的物质是SiO2和CaSO4。 (3)“净化除杂”需先加H2O2溶液,其作用是把Fe2+氧化为Fe3+,然后调节 溶液的pH约为5,使Al3+和Fe3+以Al(OH)3、Fe(OH)3形式沉降而除去。 (4)“粗硼酸”中所含杂质主要是没有除去的易溶性镁盐,故为(七水)硫 酸镁。 (5)硼氢化钠的电子式为Na+H H-。 (6)利用Mg的还原性制取硼的化学方程式为2H3BO3 B2O3+3H2O、 B2O3+3Mg 2B+3MgO。,类型三、与环境保护和绿色化学相关的元素及其化合物综合题 结合元素及其化合物的性质,考查环境保护与绿色化学的应用是近几年 高考命题的热点;是与社会、生产、生活结合较为紧密的一类题目,题 中一些答案的制定经常具有一定的开放性,作答时,要联系生产、生活 实际,充分利用化学语言,敢于下笔。 1.环境污染的类型及防治措施,2.常见的环境污染及其成因,3.实现绿色化学的过程、目标及措施,典例3 研究CO2在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿 领域。 (1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HC 占95%。写出 CO2溶于水产生HC 的方程式: 。 (2)在海洋碳循环中,通过如图所示的途径固碳。,写出钙化作用的离子方程式: 。 同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质 的光合作用的化学方程式如下,将其补充完整: + (CH2O)x+x18O2+xH2O (3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上,其准确测量是研究海洋碳 循环的基础。测量溶解无机碳,可采用如下方法: 气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装 置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。,滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3,再用x molL-1 HCl 溶液滴定,消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度= molL-1。,(4)利用下图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。 结合方程式简述提取CO2的原理: 。 用该装置产生的物质处理b室排出的海水,合格后排回大海。处理至合格的方法是 。,答案 (1)CO2+H2O H2CO3、H2CO3 H+HC (2)2HC +Ca2+ CaCO3+CO2+H2O xCO2 2x O (3) (4)a室:2H2O-4e- 4H+O2,H+通过阳离子膜进入b室,发生反应:H+ +HC CO2+H2O c室的反应:2H2O+2e- 2OH-+H2,用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH,解析 (3)向盛有海水的装置中通入N2应长进短出,酸化海水应用难 挥发的H2SO4。 由NaHCO3+HCl NaCl+CO2+H2O可以看出,n(NaHCO3)=n(HCl), c(C)= = = molL-1。 (4)a室为阳极室,H2O放电生成的H+可通过阳离子膜进入b室与HC 反 应产生CO2;c室为阴极室,H2O放电生成OH-使c室溶液呈碱性,故用c室排 出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH后,再将 其排回大海。,3-1 煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用Na- ClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题: (1)NaClO2的化学名称为 。 (2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶 液浓度为510-3 molL-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果 如下表。,写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式: 。增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。 随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大” “不变”或“减小”)。 由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大 于”或“小于”)。原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可 能是 。 (3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分 压pc如图所示。,由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。 反应Cl +2S 2S +Cl-的平衡常数K表达式为 。,答案 (1)亚氯酸钠 (2)4NO+3Cl +4OH- 4N +2H2O+3Cl- 提高 减小 大于 NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高 (3)减小 ,解析 (1)NaClO2的化学名称为亚氯酸钠。(2)脱硝过程就是烟气中 的NO被NaClO2溶液吸收的过程,由表中数据可知NO与Cl 在溶液中 反应后主要生成N 和Cl-,离子方程式为4NO+3Cl +4OH- 4N + 2H2O+3Cl-;增加压强,NO在溶液中的溶解度增大,NO的转化率提高。 随着吸收反应的进行,c(OH-)减小,pH逐渐减小。由表中数据可知,反 应一段时间后溶液中S 的浓度大于N 的浓度,说明脱硫反应速率大 于脱硝反应速率。(3)由图像可知,升高温度,气体的平衡分压增大,说 明平衡逆向移动,平衡常数减小。,3-2 直接排放含SO2的烟气会形成酸雨,危害环境。利用钠碱循环法可 脱除烟气中的SO2。 (1)用化学方程式表示SO2形成硫酸型酸雨的反应: 。 (2)在钠碱循环法中,Na2SO3溶液作为吸收液,可由NaOH溶液吸收SO2制 得,该反应的离子方程式是 。 (3)吸收液吸收SO2的过程中,pH随n(S )n(HS )变化关系如下表:,由上表判断,NaHSO3溶液显 性,用化学平衡原理解释: 。 当吸收液呈中性时,溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母) 。 a.c(Na+)=2c(S )+c(HS ) b.c(Na+)c(HS )c(S )c(H+)=c(OH-) c.c(Na+)+c(H+)=c(S )+c(HS )+c(OH-),(4)当吸收液的pH降至约为6时,需送至电解槽再生。再生示意图如下: HS 在阳极放电的电极反应式是 。 当阴极室中溶液pH升至8以上时,吸收液再生并循环利用。简述再生 原理: 。,答案 (1)SO2+H2O H2SO3、2H2SO3+O2 2H2SO4 (2)SO2+2OH- S +H2O (3)酸 HS 存在:HS S +H+和HS +H2O H2SO3+OH-, HS 的电离程度强于水解程度 ab (4)HS +H2O-2e- 3H+S H+在阴极得电子生成H2,溶液中的c(H+)降低,促使HS 电离生成S , 且Na+进入阴极,吸收液得以再生,解析 (2)SO2被NaOH溶液吸收制备Na2SO3时:SO2+2OH- S +H2O。 (3)根据表中的数据可知n(S )n(HS )=991时,溶液的pH为6.2,故 NaHSO3溶液显酸性;在NaHSO3溶液中存在HS 的电离和水解,且电离 程度大于水解程度,故溶液呈酸性。当吸收液呈中性时,溶液中c(H+)=c (OH-),根据电荷守恒c(Na+)+c(H+)=2c(S )+c(HS )+c(OH-),推出c(Na+) =2c(S )+c(HS );由于n(S )n(HS )=11时,溶液的pH为7.2,故 溶液呈中性时一定有c(HS )c(S ),可推出:c(Na+)c(HS )c(S ) c(H+)=c(OH-)。 (4)根据电解槽所示的变化,可知HS 在阳极放电的电极反应式为HS +H2O-2e- 3H+S ;H+在阴极得电子生成H2,溶液中的c(H+)降低,促 使HS 电离生成S ,且Na+进入阴极,吸收液得以再生。,
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