高考中陌生的非金屬元素——以非金屬元素為背景的高考化學(xué)試題解題策略三探

吉林 趙鑫光

無機(jī)非金屬元素一直以來都是高考命題的熱點(diǎn)，尤其在工藝流程題和實(shí)驗(yàn)綜合題中高頻出現(xiàn)，從化學(xué)基本概念、物質(zhì)的制備、化學(xué)反應(yīng)原理、性質(zhì)及檢驗(yàn)等方面綜合考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力和接受、提取、運(yùn)用陌生信息的能力。鹵族元素作為典型的非金屬元素，學(xué)生已經(jīng)在高中課本中系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過氯氣的相關(guān)性質(zhì)，但學(xué)生對(duì)其他鹵族元素和氯元素的一些化合物相對(duì)陌生，這給高考命題留出了較大空間。本文選擇氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等幾種典型的鹵族非金屬元素及其化合物加以介紹，并配以例題、解析，以期學(xué)生通過練習(xí)掌握該類試題的解題策略。

一、氟及其化合物

1.氟氣(F2)

(1)氟氣是淡黃綠色氣體，在任何溫度下都可與金屬直接化合，生成高價(jià)氟化物，F(xiàn)2與Cu、Ni、Mg作用時(shí)金屬表面生成一層致密氟化物保護(hù)膜而中止反應(yīng)，所以F2可儲(chǔ)存在Cu、Ni、Mg或合金制成的容器中。

(2)F2在低溫黑暗中即可與H2直接化合放出大量熱導(dǎo)致爆炸，無法控制。

2.氟化氫(HF)

3.氟化物

(1)氟化鈣(CaF2)又叫螢石，不溶于水，氟化銀(AgF)易溶于水，與其他鹵化物不同。

【典例1】氟和氟鹽是化工原料。由于氟氣性質(zhì)活潑，很晚才制取出來。

(2)利用化學(xué)反應(yīng)也能制取氟。請(qǐng)配平下列化學(xué)方程式

②其中還原產(chǎn)物是________。

(3)某溫度下測(cè)得濃度均為0.10 mol/L的KF和HF混合溶液的pH=4，近似計(jì)算HF的電離平衡常數(shù)Ka=____________________(寫出計(jì)算過程)。

(4)一定濃度的HF和Al2(SO4)3混合液中，鋁的各種微粒含量f隨pH的分布曲線如圖所示。用NaOH使混合液的pH從5調(diào)整到7，寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式：____________________________。

二、氯的化合物

1.二氧化氯(ClO2)

(1)ClO2為黃綠色有特殊刺激性氣味氣體，其液態(tài)時(shí)為紅褐色，固態(tài)時(shí)為淺紅色。主要用于自來水的消毒、木質(zhì)紙漿的漂白等。二氧化氯具有殺菌能力強(qiáng)、對(duì)人體及動(dòng)物沒有危害以及對(duì)環(huán)境不造成二次污染等特點(diǎn)。

(4)ClO2屬于強(qiáng)氧化劑，其氧化能力比Cl2強(qiáng)，還原產(chǎn)物為Cl-。

(5)ClO2可以用如下方法制備(①為實(shí)驗(yàn)室制法，其他為工業(yè)制法)：

2.次氯酸(HClO)及其鹽

(1)次氯酸是弱酸，其酸酐是一氧化二氯(Cl2O)。

(3)次氯酸鈉也具有強(qiáng)氧化性：

(4)在氯水中加入新生成的HgO或碳酸鹽可制得次氯酸：

3.亞氯酸(HClO2)及其鹽

(1)HClO2是弱酸，其酸性大于HClO，Ka=5.0×10-3。

4.氯酸(HClO3)及其鹽

(1)HClO3為強(qiáng)酸，僅存在于溶液中，減壓蒸餾冷溶液可得到黏稠的濃溶液。

(2)HClO3不穩(wěn)定，可按如下方式分解：

5.高氯酸(HClO4)及其鹽

(1)高氯酸是無機(jī)含氧酸中最強(qiáng)的酸。KClO4和NH4ClO4的溶解度較小。

混凝土的凝結(jié)和硬化是水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)的最終結(jié)果，要想保證混凝土的強(qiáng)度，就要建立適宜于水化反應(yīng)的環(huán)境。所以，養(yǎng)護(hù)對(duì)于混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要。通常采用的養(yǎng)護(hù)方法主要是覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)和覆膜養(yǎng)護(hù)，其關(guān)鍵在于為混凝土水化提供適宜的溫度和濕度條件，以促進(jìn)水化反應(yīng)的順利進(jìn)行。

(4)工業(yè)上制備高氯酸可采用電解氧化HCl(aq)法：

【典例2】亞氯酸鈉是重要漂白劑，某?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)探究小組設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)制備亞氯酸鈉(NaClO2)晶體。

[查閱資料]

Ⅰ：NaClO2飽和溶液在低于38℃時(shí)析出NaClO2·3H2O，高于38℃時(shí)析出NaClO2，高于60℃時(shí)NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]

(1)盛裝濃硫酸儀器名稱是________。

(2)裝置C的作用是________________。

(3)ClO2氣體與裝置D中混合溶液反應(yīng)生成NaClO2，生成NaClO2的離子方程式為____________________。

(4)反應(yīng)后，經(jīng)以下步驟可從裝置D的溶液獲得NaClO2晶體。請(qǐng)補(bǔ)充完整操作。

①55℃蒸發(fā)結(jié)晶；②趁熱過濾；③38～60℃熱水洗滌；④低于________干燥，得到成品。

[實(shí)驗(yàn)反思]

(5)如果撤去D中的冷水浴，可能導(dǎo)致產(chǎn)品中混有的雜質(zhì)是________。

(7)測(cè)定樣品中NaClO2的純度。測(cè)定時(shí)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

①確認(rèn)滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是________________。

②所稱取的樣品中NaClO2的物質(zhì)的量為________(用含c、V的代數(shù)式表示)。

【典例3】高氯酸可用于生產(chǎn)高氯酸鹽、人造金剛石提純、電影膠片制造、醫(yī)藥工業(yè)等方面。工業(yè)上用如圖工藝流程生產(chǎn)高氯酸，同時(shí)得到副產(chǎn)物亞氯酸鈉(NaClO2)粗品。

已知：①NaHSO4的溶解度隨溫度的升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出；

②高氯酸是迄今為止已知含氧酸中的最強(qiáng)酸，沸點(diǎn)為90℃；

③NaClO2固體受熱易分解。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)反應(yīng)器Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________，冷卻過濾的目的是________________，

能用蒸餾法分離出高氯酸的原因是________________。

(2)反應(yīng)器Ⅱ中通入SO2的目的是________________。

(3)從反應(yīng)器Ⅱ中獲得NaClO2粗品的實(shí)驗(yàn)操作依次是________(填字母，下同)，進(jìn)一步提純的操作為________。

a.過濾 b.重結(jié)晶 c.蒸餾 d.蒸發(fā)濃縮 e.蒸干灼燒 f.冷卻結(jié)晶 g.萃取分液

三、溴及其化合物

1.單質(zhì)溴(Br2)

(1)溴單質(zhì)是深紅棕色液體，是鹵素單質(zhì)中水溶性最好的，每100 g水中可溶解3.58 g單質(zhì)溴。

2.溴化氫(HBr)和溴化物

3.溴的含氧酸及其鹽

【典例4】溴及其化合物廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、纖維、塑料阻燃劑等制造上，回答下列問題：

(2)溴原子與氯原子能以共價(jià)鍵結(jié)合形成BrCl。BrCl分子中，________顯正電性。BrCl與水發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________。

在密閉容器中將過量CuBr2于487 K下加熱分解，平衡時(shí)p(Br2)為4.66×103Pa。

①如反應(yīng)體系的體積不變，提高反應(yīng)溫度，則p(Br2)將會(huì)________(填“增大”“不變”或“減小”)。

②如反應(yīng)溫度不變，將反應(yīng)體系的體積增加一倍，則p(Br2)的變化范圍為________。

四、碘及其化合物

2.碘量法在定量分析中的應(yīng)用

(2)剩余碘量法：是先在具有還原性的待測(cè)樣品中加入過量且定量的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，待I2與待測(cè)樣品完全反應(yīng)后，再用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的碘單質(zhì)，以求出待測(cè)樣品純度。

(3)間接碘量法：也稱置換碘量法，是先在具有氧化性的待測(cè)樣品中加入過量碘化鉀溶液，待測(cè)樣品將碘化鉀氧化，析出定量的碘，再用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定析出的碘，從而測(cè)出待測(cè)樣品的純度。

【典例5】KIO3是一種無色易溶于水的晶體，醫(yī)藥上可作防治地方甲狀腺腫的藥劑，目前碘酸鉀被廣泛應(yīng)用于食鹽加碘。一種由含碘廢水制取碘酸鉀的工藝如圖：

(1)檢驗(yàn)“含碘廢水”中含有的單質(zhì)I2，常用的試劑是________。

(2)進(jìn)行“過濾1”時(shí)，需同時(shí)對(duì)CuI沉淀進(jìn)行洗滌。在洗滌液中可通過滴加________鹽溶液來檢驗(yàn)其是否已洗滌干凈。

(3)“濾渣2”的成分為________(填化學(xué)式)。

(4)“制KI”時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________。

(5)食用加碘鹽新標(biāo)準(zhǔn)是每千克食鹽中碘元素含量為25毫克(波動(dòng)范圍為18～33 mg/kg)。測(cè)定食鹽試樣中碘元素含量的步驟如下：稱取4.000 g市售食鹽加入錐形瓶中，依次加入適量的水、稍過量KI及稀硫酸；充分反應(yīng)后，再加入12.00 mL 6.000×10-4mol·L-1Na2S2O3溶液，與生成的碘恰好完全反應(yīng)。有關(guān)反應(yīng)原理：

①計(jì)算該食鹽試樣中碘元素的含量(單位mg/kg，寫出計(jì)算過程)：________________。

②該食鹽試樣是否符合新的食用加碘鹽標(biāo)準(zhǔn)，并說明判斷依據(jù)：________________。

【典例6】碘及其化合物在生產(chǎn)、生活和科技等方面都有著重要的應(yīng)用。回答下列問題：

(2)碘不易溶于水，但易溶于碘化鉀溶液并生成多碘離子，反應(yīng)如下：

溫度降低時(shí)，反應(yīng)①的平衡常數(shù)將________(填“增大”“減小”或“不變”)；反應(yīng)②的平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=________。

①該反應(yīng)ΔH________(填“>”或“<”)0。

②反應(yīng)從開始到t1(t1=3 min)時(shí)間內(nèi)I2的平均反應(yīng)速率v(I2)=________。

③在450℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的值為________。

④能夠說明上述反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有________(填選項(xiàng)字母)。

A.I2與WI2的濃度相等

B.容器內(nèi)各氣體的濃度不再改變

C.容器內(nèi)混合氣體的密度不再改變

D.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不發(fā)生變化

五、小結(jié)