【教学研究】初高中化学衔接专题知识讲座—物质间的相互转化.pdf
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1、初高中化学衔接物质间的相互转化初中化学所涉及的元素化合物知识主要包括以O2、H2、C、S、P 等为代表的非金属单质,以 Fe 为代表的金属单质,以CO、CO2等为代表的非金属氧化物,以Fe2O3、CuO等为代表的金属氧化物,以及酸、碱、盐等。这些物质之间的相互关系可以通过物质间相互转化关系图(即八圈图)。1.各类物质相同转化关系图(俗称八圈图)在上图中所涉及的反应规律可简记为:两条纵线通到底(七条规律)(1)(7)四条横线相联系(四条规律)(8)(11)六条交叉成网络(六条规律)(12)(17)17 条规律须牢记反应规律示例纵向:(1)金属+/2点燃O金属氧化物(碱性氧化物)ONaONa222
2、4CuOOCu222(2)碱性氧化物(可溶)+水碱(可溶)NaOHOHONa222(3)碱(难溶)高温/碱氧(难溶)+水2)(OHCuOHCuO2(4)酸+碱盐+水OHPONaPOHNaOH2434333OHCuSOSOHOHCu244222)((5)非金属+点燃2O非金属氧化物(酸性氧化物)22COOC点燃522254OPOP点燃(6)酸性氧化物(易溶)+水酸(易溶)3222COHOHCO4325223POHOHOP(7)酸(易挥发/难溶)酸氧+水(易挥发/难溶)2232COOHCOH2232SiOOHSiOH从纵向来看,金属碱性氧化物碱盐,其中金属元素相同。非金属酸性氧化物酸(含氧酸)盐,
3、其中非金属元素相同。横向:(8)金属+非金属(无氧酸)盐NaClClNa222点燃(9)碱氧+酸 氧(含氧 酸)盐32CaSiOSiOCaO高温(10)含氧酸盐碱氧+酸氧23COCaOCaCO高温(11)盐+盐两种新盐AgClNaNOAgNONaCl33交叉:(12)酸+碱氧盐+水OHCuSOCuOSOH2442(13)碱+酸氧盐+水OHCONaCONaOH23222(14)酸+盐新酸+新盐32423242COHSONaCONaSOH2232COOHCOH(15)碱+盐新碱+新盐2424)(2OHCuSONaCuSONaOH(16)金属+酸盐+2H2442)(HZnSOSOHZn稀(17)金属
4、+盐新盐+新金属44ZnSOCuCuSOZn以上十七条规律的应用:(1)可知某物质的性质。(2)可知某物质的制法。如:(4)、(8)、(9)、(11)(17)为盐的十种制法。(3)已知各类物质间的相互关系。说明:以上各规律为各物质间相互转化的一般规律,具体到某些物质有些规律要具体分析,未必均适用。例如:制取2ZnCl的方法与制取4CuSO的方法各有几种?(思考)答:制取2ZnCl:222HZnClHClZnOHZnClHClZnO222OHZnClHClOHZn22222)(22232COOHZnClHClZnCO22ZnClClZn点燃4224BaSOZnClBaClZnSOCuZnClCu
5、ClZn22因2ZnCl为无氧酸盐,故规律(9)、(13)不适用。因2)(OHZn为难溶碱,故规律(15)不适用。只有如上7 种制法。制取4CuSO:OHCuSOSOHCuO2442OHCuSOSOHOHCu244222)(224423COOHCuSOSOHCuCO因 Cu为 H 后金属,2)(OHCu为难溶碱、CuO 不能直接与SO3反应生成CuSO4,Ag2SO4为微溶物,不符合与CuCl2发生复分解反应的条件,也不能与Cu 发生置换反应等原因,CuSO4只有上述三种制取方法(初中范围内,方法也不常见)此外,在物质的制取中还有一些常见的规律,如:对于盐+酸新盐+新酸,有如下规律:强酸弱酸如
6、:22232COOHCaClHClCaCO 稳定的(不易分解的)酸不稳定的(另分解的)酸。如:22232COOHCaClHClCaCO 高沸点(不易挥发的)酸低沸点(易挥发的)酸。如:HClSONaNaClSOH2)(2)(4242固浓 可溶性酸难溶性酸。如:323222SiOHNaClHClSiONa 从反应规律与反应类型的关系来看。属于化合反应的有:规律(1)、(2)、(5)、(6)、(8)、(9)。属于分解反应的有:规律(3)、(7)、(10)。属于置换反应的有:规律(16)、(17)。属于复分解反应的有:规律(4)、(11)、(12)、(14)、(15)。规律(13)不属于任何一种基本
7、反应类型。初中阶段不属于任何一种基本反应类型的反应包括:OHCOOCH222422点燃OHCOOOHHC22252323点燃2COCuCuOCO酸氧+碱盐+水2.金属活动顺序表及其使用范围:(1)金属活动顺序:很活泼NaCaK较活泼FeZnAlMg)(HPbSn钝化不活泼AuPtAgHgCu(2)在金属活动性顺序里,位于氢以前的较活泼金属,能与盐酸或稀硫酸发生置换反应,置换出酸中的氢,氢后的金属则不能。较活泼的金属能将不活泼金属从它的盐溶液里置换出来。(3)很活泼的金属与某些盐溶液反应时,先与水反应生成碱,然后碱再与盐溶液发生复分解反应,无金属生成。2、酸、碱、盐的溶解性规律(1)酸:无机化合
8、物中,除硅酸(32SiOH)不溶于水,大多数常见的酸易溶于水。(2)碱:一水合氨(OHNH23)、2)(OHBaKOHNaOH、易溶;2)(OHCa微溶;其余碱不溶于水。(3)盐:铵盐、钾盐、钠盐、硝酸盐易溶;盐酸盐中22ClHgAgCl、(氯化亚汞)不溶,其余溶;硫酸盐中44PbSOBaSO、不溶,4CaSO、42SOAg微溶,其余都溶;碳酸盐中,NaKNH、4溶,2Mg微溶,其余不溶;磷酸盐、硫化物中除NaKNH、4溶外,其余不溶。(4)酸中342HNOSOHHCl、为强酸,43POH为中强酸,、3232COHSiOHCOOHCHSH32、为弱酸。(5)可溶性碱除OHNH23(弱碱)外均为
9、强碱,不溶性碱为弱碱。了解酸、碱、盐的溶解性的应用之一是判断某些复分解反应能否发生。4.复分解反应的发生条件(1)复分解反应需在溶液里才能发生,在固态时无自由移动的离子时不发生反应。还要看生成物是否满足下列条件之一:产生沉淀 放出气体 生成难电离的水(2)复分解反应常发生在下列几条反应规律中:酸+碱盐+水(有强酸或强碱,至少一种物质可溶,若碱不溶于水但能溶于酸)酸+碱性氧化物盐+水(碱氧可不溶于水,但要溶于酸,酸为强酸)酸+盐新酸+新盐(盐可不溶于水,但要溶于酸,酸为强酸)碱+盐新碱+新盐(反应物的碱和盐均要溶于水)盐+盐两种新盐(反应物均要溶于水)【典型例题】第一类:物质推断题解决这一类的题
10、目,要从现象入手,然后根据无机物之间的关系和无机物的性质,找到突破口,解决问题。例题 1有三种金属M、N、R,其氧化物中只有N的氧化物溶于水,且水溶液pH值大于 7,已知 R能从3AgNO溶液中置换出Ag,R 不溶于盐酸,M能在2O中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体物质。则M、N、R 在金属活动顺序表中的正确位置是()A.M、N、H、RB.R、M、H、NC.R、H、M、ND.N、M、H、R解析:本题考查根据实际反应推导金属活动性顺序,关键是先确定一个标准,其他的与它相比较。排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液里置换出来,而不管它是在氢前还是在氢后,但要注意金属与盐反应时,盐应为可溶性盐
11、。根据题意溶于水且水溶液pH 7 的碱性氧化物只有ONaOK22、和BaOCaO、,这些金属的活动性都很强。又据题干信息可知,AgRH,M 是铁,故M、N、R 的金属活动性顺序应为N、M、H、R。答案:D 例题 2有 A、B、C、D、E、F 六种物质的稀溶液,已知它们分别是K2CO3、BaCl2、Ca(NO3)2、NaCl、H2SO4、AgNO3中的某一种溶液。下图为常温时上述溶液两两混合的部分实验现象,其中“”表示生成沉淀,“”表示生成气体,“”表示无明显现象或生成微溶物。请回答下列问题:在下图中的空格内用“”“”“”表示出对应反应的实验现象,问:F是。解答:解决这道题目,可以先把K2CO3
12、、BaCl2、Ca(NO3)2、NaCl、H2SO4、AgNO3相互之间反映的现象各自列出来,例如:K2CO3与 BaCl2反应产生沉淀,与NaCl 反应无现象,与H2SO4反应产生气体,与AgNO3反映也产生气体。将其他物质互相反映的现象全部列出来,对照上面的表格,将A、B、C、D、E、F分别是什么列出来,解决本题目。(2)硝酸钙 或 Ca(NO3)2 例题 3现有 Cu、CuO、CuSO4、C、CO、CO2六种物质,它们的反应关系如下图所示(图中每个字母分别代表上述六种物质中的一种)。(1)请利用初中所学知识推断图中Y、Z、W、N 分别对应物质的化学式:Y、Z、W、N;(2)写出 M N
13、的化学方程式;(3)写出 X W 的化学方程式。解析:这是一道表格型的推理题,其实解决方法雷同,Cu、CuO、CuSO4、C、CO、CO2这六中物质两两反应的现象列出来,再根据表格,知道,X能得到的物质有三种,W能由四中物质分别得到,所以Z 是二氧化碳,由此推导出去。答案:(1)COCO2CuCuSO4(2)CuO H2SO4 CuSO4 H2O(3)2CuO C2Cu CO2第二类:实验题 例题 4镁是一种用途很广的金属材料,目前世界上60的镁从海水中提取。主要步骤如下:(1)为了使 MgCl2转化为 Mg(OH)2,试剂可以选用,要使 MgCl2完全转化为沉淀,加入试剂的量应。(2)加 入
14、 试 剂 后,能 够 分 离 得 到Mg(OH)2沉 淀 的 方 法是。(3)试剂可以选用。(4)无水MgCl2在熔融状态下,通电后会产生Mg和 Cl2,写出该反应的化学方程式。解析:根据所给的实验流程,由前向后,因为海水中含有氯化镁,而氯化镁要与碱反应产生沉淀氢氧化镁,所以试剂可以选用氢氧化钠。第二小题,要分离出沉淀,当然要用到过滤的方法,而氢氧化钠要得到氯化镁,需要与盐酸反应。答:(1)NaOH过量(2)过滤(3)稀盐酸来源:(4)例题 5有 A、B、C、D 四瓶失去标签的白色粉末(均为纯净物),已知它们可能是硫酸铜、碳酸钙、氯化钾、硫酸钾中的一种。某学生的鉴别实验过程记录如下:步骤 1:
15、取 A、B、C、D四种白色粉末各一药匙,分别放入四支洁净的试管中,各加蒸馏水 2 mL,振荡后静置。四支试管底部均有固体存在,只有盛放A的试管中液体呈蓝色,其他均呈无色。步骤 2:继续向盛放B、C、D的试管中加入等量的稀硫酸,只有 D的试管中有气泡产生,其他均无明显变化。步骤 3:将步骤2 盛放 B和 C的试管中固体滤出后,向滤液中分别滴加氯化钡溶液。请根据该学生的实验过程,回答下列问题:(1)步骤 1 中“四支试管底部均有固体存在”,与该学生预测的“只有一支试管中有固体存在,其他试管中均为澄清溶液”的现象不同,其原因可能是。(2)步骤3中,可能观察到的实验现象是。(3)根据该学生的实验,请选
16、择下列或中的一个问题回答:四种白色粉末均已一一鉴别出来,分别是(写代号及其对应物质的化学式)。四种白色粉末只能部分被鉴别出来,分别是(写代号及其对应物质的化学式);对尚未鉴别出来的物质,请设计实验进行确定,并填写下表。实验操作实验现象及结论解法 1:(1)取用固体过多(或加水量较少,或固体未能完全溶解)(2)B(或 C)的试管中出现大量白色沉淀,C(或B)的试管中出现少量白色沉淀(3)A是 CuSO4B(或 C)是 K2SO4C(或 B)是 KClD是 CaCO3解法 2:(1)取用固体过多(或加水量较少,或固体未能完全溶解)(2)两支试管中均出现白色沉淀(3)A是 CuSO4D是 CaCO3
17、实验操作实验现象及结论1.取少量 B、C 的粉末分别放入两支洁净的试管中,分别加入足量水,充分振荡后观察2.向两支试管中分别滴加氯化钡溶液两支试管中均为无色澄清溶液出现白色沉淀的原物质是K2SO4;仍是澄清溶液的原物质是KCl第四类:实验探究题 例题 6 铁暴露在空气中会生锈。不知你注意了没有,将苹果切开不久,果肉上就会产生一层咖啡色的物质,也好象是生了“锈”一样。某化学活动小组对此进行了探究。【提出问题】切开的苹果“生锈”与什么因素有关?【猜想与假设】猜想:可能与空气没有关系,只是果肉内的物质自身相互反应而“生锈”。猜想:可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”;猜想:可能是果肉中的物
18、质与空气中的氮气作用而“生锈”;猜想:可能是果肉中的物质与空气中的二氧化碳作用而“生锈”;猜想:可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”,并且苹果“生锈”的速度还可能与温度有关。【收集证据】(一)查阅有关资料:已知苹果“生锈”是果肉里的物质(酚和酶)与空气中的一种物质发生反应,生成咖啡色的物质。(二)实验探究:针对上面的猜想至猜想,化学活动小组依次设计了实验方案,进行了实验验证,并依次观察到下列实验现象。请你将他们设计的可行的实验探究方案,填写在下表中。【得出结论】。猜想可行的实验方案观察到的实验现象猜想将一小块果肉浸入盛有蒸馏水的烧杯中,观察现象。果肉表面不变色。猜想果肉表面变色。猜想
19、果肉表面不变色。猜想果肉表面不变色。猜想温度高的先变色。【反思与评价】(1)在四种猜想中,你认为猜想(填代号)最不合理,理由是。(2)在验证猜想时,同学们发现,如果水不与空气隔绝,果肉放在水中时间长了也会变色,其可能的原因是。【应用】根据上述结论,要防止果汁变质,果品加工厂加工和保存果汁时可采取的措施是。答案:猜想可行的实验方案猜想将一小块切开的苹果放入盛有氧气的集气瓶中,观察现象。猜想将切开的苹果放入盛有氮气的集气瓶中,观察现象。猜想将切开的苹果放入盛有二氧化碳的集气瓶中,观察现象。猜想各取一小块苹果分别放入两支集满氧气的试管中,将其中一支试管放入热水中,观察两试管中苹果的变色速度。【得出结
20、论】是果肉中的成分与氧气作用的结果,“生锈”的速度与温度有关,温度越高,果肉变色速度越快。【反思与评价】(1)氮气化学性质很稳定,通常不与其它物质反应。(2)水中溶解了氧气【应用】将水果在隔绝空气的条件下加工,采用真空包装并低温保存。第五类:综合题 例题 7某工厂中含有少量氧化铜和锌粉的废渣与废盐酸混合形成污水,若向污水中加入足量的铁粉,则处理后的水中一定含有的金属离子是()A.2Zn、2CuB.2Zn、2FeC.2Cu、2FeD.只有2Fe解析:理解题中各物质加入的先后顺序及量之间的关系是解此题的关键。含有少量氧化铜和锌粉的废渣在未加入铁粉前先与废盐酸作用:OHCuClHClCuO222,2
21、22HZnClHClZn,未反应完的废盐酸与加入的铁粉继续反应直至废盐酸消耗尽:222HFeClHClFe,另外,铁粉还要与溶液中的2CuCl反应:CuFeClCuClFe22,至2CuCl反应完,铁粉仍有剩余(铁粉足量),此时溶液中含有的金属阳离子只有2Fe与未参与反应的2Zn。答案:B 例题 8在某无色透明溶液中,下列离子能大量共存的是()A.Na、2Mg、Cl、OHB.H、2Cu、3NO、24SOC.2Mg、24SO、K、3NOD.Na、4MnO、2Ca、23CO解析:此题为离子共存问题的考察。溶液中大量共存的离子必须相互不起反应,另外还要注意题目中的隐含条件“无色”,说明虽能共存但有色
22、的离子也不符合要求。A中2Mg与OH,反应生成2)(OHMg;B 中2Cu为蓝色;D中4MnO为紫色,且2Ca与23CO反应生成3CaCO。答案:C 例题 9某溶液中可能有下列阴离子:24SO、23SO、23CO、Cl。(1)当溶液中存在大量H时,溶液中不能大量存在的离子是。(2)当溶液中存在大量2Ba时,溶液中不能大量存在的离子是。(3)当溶液中存在大量和离子时,上述阴离子都不能存在。解析:此题仍为离子共存问题,解题关键是要了解哪些离子不能共存,即符合复分解反应的发生条件,生成沉淀,气体或水,334BaCOBaSOAgClBaSO、为沉淀,H与23SO、23CO反应生成32SOH、32COH
23、,二者均易分解为水和气体(2SO和2CO)。答案:(1)23SO、23CO(2)24SO、23SO、23CO(3)Ag、2Ba 例题 10某化工厂有甲、乙两个车间,它们排放的工业废水澄清透明,共有K、Ag、2Cu、Cl、OH、3NO六种离子。(1)甲车间的废水中含有三种离子,明显呈碱性,则甲车间废水中不可能存在的阳离子是。(2)乙车间的废水中含有另外三种离子,其中阴离子是。(3)如果加足量的铁粉,把甲车间和乙车间的废水按适当的比例混合,可以使废水中的某些离子转化为两种沉淀,经过滤后的废水主要含(填化学式)可用来浇灌农田。解析:此题联系生产实际考查综合能力。根据两个车间排放的工业废水澄清透明,可
24、知废水中无沉淀物存在,每个车间废水中的离子间不会发生反应(能共存),由甲车间的废水含三种离子且呈碱性,说明甲车间的废水中含有OH,则无Ag、2Cu,甲车间废水中不可能存在的阳离子是Ag、2Cu,则只能 是OH、K、Cl,乙车间废水中含有另外三种离子只能是Ag、2Cu、3NO;如向乙的废水中加足量铁粉,可回收其中的Ag、Cu;如果将甲车间和乙车间的废水按适当的比例混合,可使废水中的Ag、2Cu、Cl、OH转化为AgCl、2)(OHCu两种沉淀,经过滤后废水中主要含有3KNO(属复合肥),其溶液可浇灌农田。答案:(1)Ag、2Cu;(2)3NO;(3)3KNO 例题 11铜器久置于空气中会和空气中
25、的水蒸气、CO2、O2作用产生“绿锈”,该“绿锈”俗称“铜绿”,又称“孔雀石”化学式为Cu2(OH)2CO3,“铜绿”能跟酸反应生成铜盐和 CO2、H2O。某同学利用下述系列反应实现了“铜铜绿铜”的转化。铜铜绿 ACu(OH)2BH2Cu(1)从三种不同分类标准回答,“铜绿”属于哪类物质?(2)请写出铜绿与盐酸反应的化学方程式。(3)写出 B的化学式 _。(4)上述转化过程中属于化合反应的是_,属于复分解反应的是 _。答案:(1)盐铜盐碳酸盐(2)Cu2(OH)2CO34HCl=2CuCl23H2O CO2(3)CuO(4)第三类:计算题 例题 12运用侯氏制碱法制得的纯碱中可能含有少量氯化钠
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