在問題中感悟物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律

■浙江省杭州第四中學(xué) 王愛富

物質(zhì)的性質(zhì)只有在實際問題中能充分表現(xiàn)其變化的形式、變化的條件以及變化的類型等,學(xué)習(xí)物質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)化通過問題的解決才能更好地感悟物質(zhì)性質(zhì)的各種變化規(guī)律。下面以問題的解決為基礎(chǔ),從物質(zhì)的轉(zhuǎn)化形式、條件、量比關(guān)系、實驗推理等角度闡述物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律。

一、從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件與形式感悟物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律

物質(zhì)往往在一定條件下才能轉(zhuǎn)化,不同的物質(zhì),其轉(zhuǎn)化的形式不同,可以從物質(zhì)的分類角度看物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。中學(xué)階段的物質(zhì)轉(zhuǎn)化是基于“Na、Mg、Al、Fe、Cu五大金屬及其重要化合物的性質(zhì)轉(zhuǎn)化”和“Cl、N、S、Si、C五大非金屬及其重要化合物的性質(zhì)轉(zhuǎn)化”的核心知識體系。一般情況下,金屬及其化合物之間的轉(zhuǎn)化形式是:金屬→金屬氧化物→金屬氧化物的水化物→鹽。如金屬鈉及

非金屬及其化合物之間的轉(zhuǎn)化形式:

如氮及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系:

在掌握物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的基本形式的同時,需要理解不同物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的條件。下面從一道高考題感受物質(zhì)的轉(zhuǎn)化形式及其轉(zhuǎn)化條件。

例1(2017年江蘇卷)在給定條件下,下列選項所示的物質(zhì)間轉(zhuǎn)化均能實現(xiàn)的是( )。

【考點定位】該試題考查鐵及其化合物、硫及其化合物、氮及其化合物、碳和硅及其化合物各知識體系中物質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系。

【考查意圖】本題考查物質(zhì)的性質(zhì)及與轉(zhuǎn)化關(guān)系,主要對硫、鐵、氮、碳及其化合物性質(zhì)轉(zhuǎn)化的理解判斷。

【名師點睛】本題難度不大,關(guān)鍵在于充分理解物質(zhì)的轉(zhuǎn)化形式與轉(zhuǎn)化條件。

【錯因分析】選項A錯誤的原因是因氯氣具有強氧化性,則鐵與氯氣反應(yīng)生成三氯化鐵,而不是氯化亞鐵;選項B的錯誤原因在于因硫與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫,而不是三氧化硫;選項C,CaCO3高溫分解生成堿性氧化物CaO,和酸性氧化物二氧化硅高溫反應(yīng)生成鹽硅酸鈣,故C正確;選項D中氨氣催化氧化生成NO,NO和水不反應(yīng),不能生成硝酸,故D錯誤。

【同類題型】物質(zhì)性質(zhì)轉(zhuǎn)化類型問題,首先要抓住中學(xué)階段各大金屬與非金屬及其化合物之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的核心知識體系,然后理解實現(xiàn)轉(zhuǎn)化過程所需要的條件,可以再看2015年福建理綜試題中第9題:純凈物X、Y、Z轉(zhuǎn)化關(guān)系如右所示,下列判斷正確的是( )。

A.X可能是金屬銅

B.Y不可能是氫氣

C.Z可能是氯化鈉

D.Z可能是三氧化硫

該試題是基于轉(zhuǎn)化條件來實現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)轉(zhuǎn)化的判斷,從轉(zhuǎn)化條件“點燃”分析,金屬Na、Cu等以及非金屬H2等均能在Cl2中燃燒,只有SO3是不可能通過燃燒得到的。從轉(zhuǎn)化條件“電解”分析,電解氯化鈉水溶液生成的是H2、Cl2、NaOH,不符合題中轉(zhuǎn)化關(guān)系。不難分析該題的正確答案是A。

【復(fù)習(xí)建議】構(gòu)建基于“Na、Mg、Al、Fe、Cu五大金屬及其重要化合物的性質(zhì)轉(zhuǎn)化”和“Cl、N、S、Si、C五大非金屬及其重要化合物的性質(zhì)轉(zhuǎn)化”的核心知識體系,并充分理解實現(xiàn)各轉(zhuǎn)化關(guān)系所需要的轉(zhuǎn)化條件。

二、從反應(yīng)物的“量變”感悟物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律

物質(zhì)的轉(zhuǎn)化不但需要一定的條件,也要考慮物質(zhì)反應(yīng)的不同環(huán)境,因為不同的反應(yīng)環(huán)境往往影響物質(zhì)性質(zhì)的不同反應(yīng)結(jié)果,如溶液酸堿性環(huán)境、反應(yīng)物的不同“量比”關(guān)系等。但從量的變化角度考慮物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化更能進一步揭示物質(zhì)變化的本質(zhì)與規(guī)律。從“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化的規(guī)律,猶如我們在外出的路上,雖然對目的地充滿了期待,但也能領(lǐng)略途中的優(yōu)美風(fēng)景。如何領(lǐng)略研究化學(xué)途中的“優(yōu)美風(fēng)景”,需要建立正確的認識方式。以“在一定量的NaOH溶液中慢慢通入CO2反應(yīng)”為例,建立“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化規(guī)律的一般模式:

例2已知還原性:向含有amolKI和amolK2SO3的混合液中通入bmolCl2充分反應(yīng)(不考慮Cl2與I2之間的反應(yīng))。下列說法不正確的是( )。

A.當a≥b時,發(fā)生的離子反應(yīng)為

B.當5a=4b時,發(fā)生的離子反應(yīng)為

C.當a≤b≤1.5a時,反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e-)為amol≤n(e-)≤3amol

D.當a＜b＜1.5a時,溶液中與Cl-的物質(zhì)的量之比為a∶(3a-2b)∶2b

【考點定位】基于“Cl2的氧化性,還原性的理論基礎(chǔ),用離子方程式表示反應(yīng)物的不同“量比”關(guān)系時氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律。

【考查意圖】考查考生對氧化還原反應(yīng)變化規(guī)律的理解與離子反應(yīng)的書寫。

【名師點睛】以Cl2的氧化性氧化不同還原性物質(zhì)為背景,以量變?yōu)槭侄误w現(xiàn)反應(yīng)過程性,以離子反應(yīng)方程式為表現(xiàn)形式來揭示氧化還原反應(yīng)及其規(guī)律。本題屬于中等偏上難度。

【錯因分析】根據(jù)“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化規(guī)律的一般模式分析:

【同類題型】在500mLFe2(SO4)3、CuSO4的混合液中,金屬陽離子的濃度均為2.0mol·L-1?，F(xiàn)加入amol鐵粉,充分振蕩反應(yīng)后,下列說法不正確的是( )。

A.當a≤0.5時,發(fā)生的反應(yīng)為2Fe3++Fe══3Fe2+

B.當a=1時,發(fā)生的反應(yīng)為2Fe3++Cu2++2Fe══4Fe2++Cu

C.當0.5≤a＜1.5時,溶液中Cu2+、的物質(zhì)的量之比為(3-2a)∶(2+2a)∶5

D.當a≥1.5時,反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目大于3NA

該題從氧化性Fe3+＞Cu2+出發(fā),結(jié)合反應(yīng)物的“量比”變化體現(xiàn)氧化還原反應(yīng)的氧化性的相對強弱、得失電子守恒的基本規(guī)律,并用離子反應(yīng)方程式表示其變化過程?；旌先芤褐衝(Fe3+)=n(Cu2+)=1mol,當加入的鐵粉a=0.5mol時,剛好與Fe3+完全反應(yīng);當a=1.5mol時,混合溶液中Fe3+和Cu2+均完全反應(yīng);當a≥1.5時,鐵粉剩余,所以D選項反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目應(yīng)為3NA。

【復(fù)習(xí)建議】學(xué)會從不同視角認識化學(xué)反應(yīng)的多樣性,運用定性、定量相結(jié)合的方式揭示化學(xué)變化的本質(zhì)特征。歸納中學(xué)里有關(guān)“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化的典型事例。如以鈉的化合物轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的二氧化碳與NaOH反應(yīng)、碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)等;以Cl2的氧化性為基礎(chǔ)的Cl2與FeBr2、FeI2、Na2SO3等反應(yīng);以鋁的化合物兩性轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的Al3+與分別與強堿和強酸反應(yīng);以Fe、Cu及其化合物性質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的鐵粉和銅粉與FeCl3溶液反應(yīng),鐵粉和銅粉與CuCl2、FeCl3的混合溶液反應(yīng)等。

三、從實驗與推理中感悟物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律

不同物質(zhì)的變化常伴隨著一定的實驗現(xiàn)象,如變化中常常伴隨發(fā)光、放熱、顏色變化、產(chǎn)生氣體、生成沉淀等。一些物質(zhì)的性質(zhì)變化常常有其自身的變化特征,如將某氣體通入含BaCl2的FeCl3溶液中,有白色沉淀生成,通入品紅試液褪色,說明該氣體為SO2;某溶液中滴入KSCN試劑,溶液變血紅色,則可推得原溶液中有Fe3+。也可以從一些實驗事實中推得物質(zhì)性質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律,如該轉(zhuǎn)化正好體現(xiàn)離子反應(yīng)的本質(zhì)是向著離子濃度減小的方向進行。因此根據(jù)一定的實驗現(xiàn)象與實驗事實可以推理物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律。

推理過程不僅可以從實驗現(xiàn)象的變化反映物質(zhì)的性質(zhì)轉(zhuǎn)化,還可從隨著反應(yīng)物的量的變化反映出物質(zhì)性質(zhì)變化的規(guī)律。在推理過程中還需要分析反應(yīng)的環(huán)境與條件,如溶液的酸堿性不同,一些金屬陽離子沉淀的pH也不同等。

例3下列是某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組對某無色水樣成分的檢驗過程,已知該水樣中只可能含有中的若干種離子。該小組同學(xué)取100mL水樣進行實驗:向樣品中先滴加氯化鋇溶液,再滴加1mol·L-1鹽酸,實驗過程中沉淀質(zhì)量的變化如圖1所示?；卮鹣铝袉栴}:

圖1

(1)水樣中肯定不存在的離子是____,可能存在的離子是____。

(3)有同學(xué)認為溶液中肯定存在K+,且c(K+)≥0.6mol·L-1,該同學(xué)的觀點____(填“正確”或“錯誤”)。

(4)寫出bc段的離子方程式:___。

【考點定位】常見離子的檢驗方法、離子共存以及電荷守恒的應(yīng)用等。

【考查意圖】一定問題背景下離子組成的推斷及離子反應(yīng)與離子方程式的書寫,考查學(xué)生靈活應(yīng)用物質(zhì)性質(zhì)變化知識解釋實驗過程中物質(zhì)的變化原因,從而考查考生分析問題、解決實際問題的能力。

【名師點睛】本題綜合程度較高,但難度中等。能根據(jù)實驗過程中的現(xiàn)象變化以及實驗事實推理有關(guān)離子的性質(zhì)變化,在平時學(xué)習(xí)中要求能將自己學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)理論知識與實際問題結(jié)合起來,加強理論聯(lián)系實際問題,提高分析問題、解決問題的能力。

【錯因分析】該水樣為無色溶液,則Fe3+、Cu2+不存在,依據(jù)圖像分析,加入氯化鋇溶液生成沉淀,加入稀鹽酸,沉淀部分溶解,證明水樣中一定含有,因Ag+、Ca2+和發(fā)生反應(yīng)生成沉淀不能大量共存,所以Ag+、Ca2+不存在。根據(jù)圖像變化可知,m(BaSO4)=2.33g,m(BaCO3)=6.27g-2.33g=3.94g,所以

因Cl-不能確定,依據(jù)電解質(zhì)溶液中電荷守恒,陽離子K+一定存在,且c(K+)≥0.1mol·L-1×2+0.2mol·L-1×2=0.6mol·L-1。

【同類題型】已知:Ag2SO4微溶于水,可溶于硝酸。溶液X中可能含有中的幾種離子。為了確定其組成,某同學(xué)進行了如下實驗:

下列說法正確的是( )。

A.溶液X中一定含有Na+、Cl-和

B.溶液X中一定不含Ca2+、Br-

D.在溶液X中依次滴入鹽酸、雙氧水和硫氰化鉀溶液后,溶液將變成血紅色

該試題難度不大,考查中學(xué)化學(xué)中常見離子的檢驗及離子共存問題。根據(jù)向溶液X中加入過量稀鹽酸有氣體放出,可以推斷X中含有CO2-3,根據(jù)離子共存原則,沒有Ca2+、Fe2+;根據(jù)電荷守恒,一定有Na+;根據(jù)沉淀,X中一定有根據(jù)向溶液1中加入過量AgNO3溶液產(chǎn)生的現(xiàn)象,X中一定沒有Br-,因為沒有產(chǎn)生淡黃色沉淀;根據(jù)實驗過程分析,可能有

【復(fù)習(xí)建議】復(fù)習(xí)時多關(guān)注中學(xué)化學(xué)里重要物質(zhì)的性質(zhì)體現(xiàn),如陽離子等,陰離子等,這些離子在實際問題中的相互轉(zhuǎn)化及其檢驗方法。如從不同鹽類與不同強弱的堿反應(yīng)的變化規(guī)律歸納如下:

物質(zhì)轉(zhuǎn)化的多樣性體現(xiàn)了物質(zhì)性質(zhì)的多樣性,通過上述各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律的討論與分析,只有將這些規(guī)律應(yīng)用于實際問題的解決中,才能更好地感悟物質(zhì)的變化規(guī)律。

【問題解決】向1L含0.01molNaAlO2和0.02molNaOH的溶液中緩慢通入二氧化碳,隨n(CO2)增大,先后發(fā)生三個不同的反應(yīng),當0.01mol＜n(CO2)≤0.015mol時發(fā)生的反應(yīng)是2NaAlO2+CO2+2H2O══2Al(OH)3↓+Na2CO3。下列對應(yīng)關(guān)系正確的是( )。

選項n(C O 2)/m o l溶液中離子的物質(zhì)的量濃度_________________________A 0 c(N a+)＞c(A l O-2)+___________________c(O H-)B 0.0 1 c(N a+)＞c(A l O-2)＞____________________c(O H-)＞c(C O 2-3)C 0.0 1 5 c(N a+)＞c(H C O-3)＞___________________c(C O 2-3)＞c(O H-)D 0.0 3 c(N a+)＞c(H C O-3)＞____________________c(O H-)＞c(H+)

該題是根據(jù)反應(yīng)物的一定“量變”體現(xiàn)混合體系中反應(yīng)順序的變化規(guī)律,根據(jù)“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化的規(guī)律的一般模式進行分析,過程依然可用數(shù)軸顯化方式表示:

然后根據(jù)不同階段的反應(yīng)結(jié)果,由反應(yīng)所得的溶液成分分析溶液中各離子濃度的相對大小,顯然選項D是正確的。如果向1L含0.01molNaAlO2和0.02molNaOH的溶液中逐滴滴入1.000mol·L-1的鹽酸,隨V(HCl)增大,先后又發(fā)生哪幾個不同的反應(yīng)呢?不同階段所得溶液的成分又是什么呢?根據(jù)上述“量變”體現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)變化的規(guī)律的一般模式分析可知,反應(yīng)經(jīng)過了以下三個階段:①V(HCl)≤20.00mL,NaOH+HCl══NaCl+H2O;②20.00mL＜V(HCl)≤30.00mL,NaAlO2+HCl+H2O══NaCl+Al(OH)3↓;③30.00mL＜V(HCl)≤60.00mL,Al(OH)3+3HCl══AlCl3+3H2O。