元素化合物推斷題解題方法與策略

■浙江省臨安市天目高級中學(xué) 徐超成

縱觀歷年高考卷,元素化合物推斷題是歷年高考的熱點(diǎn),且難度大,易失分。在進(jìn)行專題復(fù)習(xí)時(shí),可以從離子反應(yīng)型、框圖型、化工流程型三種形式來進(jìn)行復(fù)習(xí)。

一、離子反應(yīng)型元素化合物推斷題解題方法與策略

以離子反應(yīng)為基礎(chǔ)的推斷題是高考的常考內(nèi)容,考題的形式既有主觀題也有客觀題。這類試題側(cè)重元素化合物知識的相互聯(lián)系。

例1霧霾嚴(yán)重影響人們的生活與健康。某地區(qū)的霧霾中可能含有如下可溶性離子:某同學(xué)收集了該地區(qū)的霧霾,經(jīng)必要的預(yù)處理后獲得試樣溶液,設(shè)計(jì)并完成了如下的實(shí)驗(yàn):

根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象,該同學(xué)得出的結(jié)論不正確的是( )。

B.試樣中一定不含Al3+

C.試樣中可能存在Na+、Cl-

D.該霧霾中可能存在NaNO3、NH4Cl和MgSO4

答案：B

解析：試樣溶液中加入過量Ba(OH)2并加熱,生成的氣體1能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)色,說明氣體1是NH3,則試樣中含有向?yàn)V液中通入CO2,得到溶液2、沉淀2,溶液2中加入Al,生成氣體2,該氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)色,說明含有氣體2是NH3,根據(jù)已知條件知,溶液2中含有根據(jù)元素守恒知,原溶液中含有濾液1中通入CO2,得到沉淀2,向沉淀2中加入酸,沉淀溶解并放出氣體,說明沉淀2是碳酸鋇等難溶性碳酸鹽;沉淀1加入酸后,沉淀部分溶解,硫酸鋇不溶于酸,說明原來溶液中含有能和過量Ba(OH)2反應(yīng)生成能溶于酸的沉淀,根據(jù)提供的離子可知,該沉淀為Mg(OH)2,所以溶液中含有Mg2+。通過以上分析知,試樣中肯定存在和故A項(xiàng)正確;試樣中不能確定是否含有Al3+,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;試樣中可能存在Na+、Cl-,要檢驗(yàn)是否含有鈉離子或氯離子,可以采用焰色反應(yīng)鑒定鈉離子,用硝酸酸化的硝酸銀檢驗(yàn)氯離子,故C項(xiàng)正確;試樣中肯定存在可能存在Na+、Cl-,所以該霧霾中可能存在NaNO3、NH4Cl和MgSO4,故D項(xiàng)正確。

【解題流程】

B.該混合溶液通過繼續(xù)進(jìn)行焰色反應(yīng)可以間接確定是否含有I-

D.向該混合溶液中滴加酚酞試液后呈紅色

答案：D

解析：①第一份加入足量鹽酸,產(chǎn)生的氣體在空氣中變?yōu)榧t棕色,紅棕色氣體為NO2,則一定有被還原為NO,同時(shí)應(yīng)有離子被氧化,所以一定含有Fe2+,Fe2+與易發(fā)生雙水解,則一定不含在反應(yīng)后的溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀產(chǎn)生,沉淀為硫酸鋇,則一定存在②第二份逐滴滴加NaOH溶液至過量,產(chǎn)生沉淀但不溶解,則一定不含Al3+,并有氣體逸出,則氣體為氨氣,一定含加過量NaOH生成的沉淀為氫氧化亞鐵,也可能有氫氧化鐵,則可能含F(xiàn)e3+,各離子的濃度均約為0.1mol·L-1,若含F(xiàn)e3+不符合電荷守恒。綜上所述,一定含F(xiàn)e2+、可能含Na+、I-,一定不含根據(jù)以上分析,該混合溶液中一定不含有A項(xiàng)正確;因溶液中一定含遵循電荷守恒,若繼續(xù)進(jìn)行焰色反應(yīng)確定Na+,可以間接確定含有I-,B項(xiàng)正確;該混合溶液中肯定含有,C項(xiàng)正確;當(dāng)溶液中含時(shí),為強(qiáng)酸弱堿鹽,則溶液顯酸性,該混合溶液中滴加酚酞試液后為無色,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

二、框圖型元素化合物推斷題解題方法與策略

以框圖為基礎(chǔ)的無機(jī)化學(xué)推斷題主要考查鈉、鎂、鋁、鐵、銅、氯、硅、硫、氮等元素的單質(zhì)及其化合物。從題型上看,主要以元素及其化合物的綜合推斷為主,聯(lián)系基本概念、基本理論命題。從聯(lián)系上看,可以從社會(huì)、科技、環(huán)境等角度聯(lián)系元素化合物知識,還可以將實(shí)驗(yàn)、化學(xué)反應(yīng)原理等結(jié)合起來進(jìn)行綜合考查。

例2下列框圖中的字母分別代表一種常見的物質(zhì)或其溶液,相互之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下所示(部分產(chǎn)物及反應(yīng)條件已略去)。已知A、B為氣態(tài)單質(zhì),F是地殼中含量最多的金屬元素的單質(zhì),E、H、I均為氧化物,E為黑色固體,I為紅棕色氣體,M為紅褐色沉淀。

請回答下列問題:

(1)寫出F在元素周期表中的位置:___。

(2)由J的飽和溶液可以制得膠體,其原理是____(用化學(xué)方程式表示)。

(3)電解X溶液的離子方程式為____。

(4)D+E→B的反應(yīng)中,被氧化與被還原的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是____。

(5)G+J→M的離子方程式是____。

(6)Y受熱分解的化學(xué)方程式是____。

(7)G中離子濃度由大到小的順序?yàn)開___,將G蒸干灼燒得到的物質(zhì)為____(填化學(xué)式)。

解析：F是地殼中含量最多的金屬元素的單質(zhì),則F為Al;X電解生成A、B兩種氣態(tài)單質(zhì)和能與Al反應(yīng)的物質(zhì)C,可知X為飽和NaCl溶液,C為NaOH溶液,A、B為H2、Cl2中的一種,則D為HCl,D與黑色固體E反應(yīng)又生成B,可知E為MnO2,B為Cl2,故A為H2;G為NaAlO2溶液,M為紅褐色沉淀Fe(OH)3,則J中含有Fe3+,應(yīng)為FeCl3溶液,故氧化物H為Fe2O3;I為紅棕色氣體,且為氧化物,則I為NO2,從而可知N為HNO3溶液,故Y為Fe(NO3)3。(1)Al在元素周期表中位于第三周期ⅢA族。(2)實(shí)驗(yàn)室制備Fe(OH)3膠體的方法:將飽和FeCl3溶液逐滴加入沸水中,加熱煮沸至液體呈紅褐色時(shí)停止加熱,反應(yīng)的化學(xué)方程式為(3)電解飽和食鹽水生成NaOH、H2和Cl2。氧化劑為MnO2,HCl既表現(xiàn)還原性又表現(xiàn)酸性,各占一半,氧化劑被還原,還原劑被氧化,故被氧化與被還原的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比是2∶1。(5)Fe3+水解呈酸性,水解呈堿性,兩者相互促進(jìn),完全水解生成Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀受熱分解生成Fe2O3、NO2,N的化合價(jià)降低,故必有一種元素的化合價(jià)升高,從化學(xué)式來看,只能是O,故產(chǎn)物中還有O2。根據(jù)化合價(jià)升降守恒和原子守恒可配平化學(xué)方程式。(7)NaAlO2溶液中發(fā)生水解故溶液中離子濃度大小關(guān)系為加熱NaAlO2溶液時(shí),水解平衡向右移動(dòng),c(OH-)逐漸增大,Al(OH)3將會(huì)溶解,重新生成NaAlO2,故蒸干灼燒該溶液得到的固體仍然是NaAlO2。

【解題流程】

【跟蹤訓(xùn)練】根據(jù)下列轉(zhuǎn)化關(guān)系,回答有關(guān)問題。

(1)淺綠色溶液D主要成分的化學(xué)式為____,試劑1是____。

(2)下列物質(zhì)不能作為試劑2的是____(填序號)。

a.Cl2b.新制氯水 c.濃硫酸

d.硫 e.硝酸

(3)固體A溶于稀鹽酸的化學(xué)方程式為____。

(4)溶液C到溶液F紅色加深的原因是____。

(5)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)向E中加入了一種過量的固體物質(zhì),發(fā)現(xiàn)淡黃色褪去,現(xiàn)對褪色原因進(jìn)行探究。提出你的假設(shè):____。為了對你所提出的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證,你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是____。

答案：(1)FeCl2KSCN溶液(或NH4SCN溶液) (2)d (3)Fe3O4+8HCl══2FeCl3+FeCl2+4H2O (4)溶液中的Fe2+被氧化劑氧化成Fe3+,使Fe3+濃度增大,從而生成更多的硫氰化鐵,使紅色加深(5)加入還原劑將Fe3+還原 用膠頭滴管取少量淡黃色褪去后的溶液于試管中,滴加少量KSCN溶液,再加入幾滴氯水。如果溶液開始不出現(xiàn)紅色,加氯水后出現(xiàn)紅色,則說明假設(shè)正確;若溶液不變紅色,則假設(shè)不正確

解析：解答本題的關(guān)鍵是熟悉鐵的不同價(jià)態(tài)離子的溶液的顏色及其轉(zhuǎn)化條件。從框圖可知,鐵和稀鹽酸反應(yīng)生成FeCl2溶液,為淺綠色,即D的主要成分為FeCl2,加入試劑2后變?yōu)樽攸S色溶液,聯(lián)想最終變?yōu)樯罴t色溶液F(硫氰化鐵溶液),可以推斷溶液E的主要成分為Fe3+,試劑2為強(qiáng)氧化劑,S不符合條件。鐵和水蒸氣反應(yīng)生成固體Fe3O4,Fe3O4與鹽酸反應(yīng)的方程式為Fe3O4+8HCl══2FeCl3+FeCl2+4H2O,所以溶液B為FeCl3和FeCl2的混合溶液,加入試劑1(KSCN溶液)后,Fe3+變?yōu)榱蚯杌F,加入試劑2(強(qiáng)氧化劑),Fe2+被氧化為Fe3+,并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硫氰化鐵,所以溶液顏色加深。

【解題策略】在無機(jī)推斷中,主要是能找到題中的“題眼”,也就是一些特殊反應(yīng)或特殊現(xiàn)象,或某些物質(zhì)的特殊顏色等。只有抓住這些特征,我們才能夠?qū)⒏魑镔|(zhì)間的變化進(jìn)行串聯(lián),進(jìn)而推斷出各物質(zhì)的化學(xué)式以及它們之間發(fā)生的反應(yīng)。

三、化工流程型元素化合物推斷題解題方法與策略

無機(jī)化工流程題文字較少、涉及知識點(diǎn)較多,能較好地考查信息處理、推理等能力,是近年來高考命題的熱點(diǎn)題型。化學(xué)工藝流程題以工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為載體,以元素化合物知識為基礎(chǔ),綜合考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作,物質(zhì)的性質(zhì)、制備和轉(zhuǎn)化,環(huán)境保護(hù)等知識,它將實(shí)驗(yàn)、元素化合物和化學(xué)理論有機(jī)地結(jié)合在一起,綜合性強(qiáng),是化學(xué)卷考查的重頭戲。

例3重鉻酸鉀是一種重要的化工原料,一般由鉻鐵礦制備,鉻鐵礦的主要成分為FeO·Cr2O3,還含有硅、鋁等雜質(zhì)。制備流程如下所示。

上述反應(yīng)配平后FeO·Cr2O3與NaNO3的系數(shù)比為____。該步驟不能使用陶瓷容器,原因是____。

回答下列問題:

(2)濾渣1中含量最多的金屬元素是____,濾渣2的主要成分是____及含硅雜質(zhì)。

(3)步驟④調(diào)濾液2的pH使之變____(填“大”或“小”),原因是____(用離子方程式表示)。

答案：(1)2∶7 高溫下Na2CO3能與SiO2反應(yīng)生成硅酸鈉和CO2

(2)鐵 Al(OH)3

(3)小 增大溶液中H+,促進(jìn)平衡正向移動(dòng)

解析：(1)步驟①反應(yīng)中,FeO·Cr2O3中Fe與Cr元素化合價(jià)升高,1molFeO·Cr2O3轉(zhuǎn)移7mol電子,Na2CO3中N元素化合價(jià)降低,1molNaNO3轉(zhuǎn)移2mol電子,依據(jù)反應(yīng)中元素化合價(jià)升降相等,可得出FeO·Cr2O3與Na2CO3的系數(shù)比為2∶7;陶瓷容器的成分中含SiO2,高溫下與Na2CO3能反應(yīng)生成硅酸鈉和CO2,所以不能用陶瓷容器。(2)由于氧化鐵不溶于水,過濾后進(jìn)入濾渣1,所以濾渣1中含量最多的金屬元素是鐵元素;濾液1中含最后轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品,所以濾渣2中含氫氧化鋁和含硅雜質(zhì)。(3)步驟④調(diào)濾液2的pH的目的是使轉(zhuǎn)化為即發(fā)生反應(yīng)為使平衡正向移動(dòng)需使pH變小。

【解題流程】

【跟蹤訓(xùn)練】水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2,并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實(shí)驗(yàn)室測定水泥樣品中鈣含量的過程如下所示。

回答下列問題:

(1)在分解水泥樣品過程中,以鹽酸為溶劑,氯化銨為助溶劑,還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是____,還可使用____代替硝酸。

(2)沉淀A的主要成分是____,其不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為____。

(3)加氨水過程中加熱的目的是____。沉淀B的主要成分為____、___(寫化學(xué)式)。

答案：(1)將樣品中可能存在的Fe2+氧化為Fe3+H2O2

(2)SiO2(或H2SiO3) SiO2+4HF══SiF4↑+2H2O(或H2SiO3+4HF══SiF4↑+3H2O)

(3)防止膠體生成,易沉淀分離Al(OH)3Fe(OH)3

解析：(1)水泥熟料中CaO以及鐵、鋁、鎂的氧化物均與鹽酸反應(yīng),硝酸能將水泥樣品種含有的Fe2+氧化為Fe3+,便于水解除去;為了不引入新雜質(zhì),還可用H2O2代替硝酸。(2)由(1)中的分析可知,不溶于鹽酸和硝酸的沉淀A為SiO2(或H2SiO3);SiO2(或H2SiO3)能溶于唯一的酸——?dú)浞?生成SiF4。(3)加入氨水調(diào)節(jié)溶解的pH為4～5,并加熱,能防止膠體生成,使沉淀更加完全,易于分離;pH為4～5時(shí),發(fā)生水解的離子主要是Fe3+、Al3+,故此步驟除去的是Al3+和Fe3+,所得沉淀B的主要成分是Al(OH)3和Fe(OH)3。

【解題策略】化學(xué)工藝流程題是高考的熱點(diǎn)內(nèi)容,每年都會(huì)涉及,體現(xiàn)了化學(xué)知識與生產(chǎn)實(shí)際的緊密聯(lián)系;工藝流程題一般由多步連續(xù)的操作組成,每一步操作都有其具體的目標(biāo)、任務(wù);解答時(shí)要看框內(nèi),看框外,里外結(jié)合;邊分析,邊思考,易處著手;先局部,后全盤,逐步深入;而且還要看清問題,不能答非所問。要求用理論回答的試題應(yīng)采用“四段論法”:本題改變了什么條件(或是什么條件)→根據(jù)什么理論→所以有什么變化→結(jié)論;化學(xué)工藝流程一般涉及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)原理知識的運(yùn)用、化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識,只要理解清楚每步的目的,加上扎實(shí)的基礎(chǔ)知識,就能夠很好地完成此類題目。