元素及其化合物轉(zhuǎn)化問(wèn)題的突破視角

董嬋娟

(寧夏回族自治區(qū)銀川高級(jí)中學(xué))

元素及其化合物是中學(xué)階段化學(xué)知識(shí)的基石,涉及的知識(shí)點(diǎn)較多,而且規(guī)律性不強(qiáng),記憶困難,因此掌握元素及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,并能將其靈活遷移應(yīng)用是十分必要的.本文從不同視角整合了元素及其化合物的相關(guān)知識(shí),旨在幫助學(xué)生從本質(zhì)上理解、掌握元素及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系.

1 性質(zhì)視角

元素及其化合物的性質(zhì)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ),掌握與金屬元素和非金屬元素有關(guān)的基本概念和基本理論是完成元素及其化合物相互轉(zhuǎn)化的基本保障.縱觀近年高考化學(xué)試題,Na、Fe、Al、Cu、C、N、S、Cl等元素是高頻考點(diǎn),在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中,要引導(dǎo)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”的化學(xué)特征思維方式,熟悉物質(zhì)的重要性質(zhì),理解性質(zhì)與用途之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

例1A 是日常生活中最常見(jiàn)的金屬,其轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖1所示(部分反應(yīng)物或生成物已略去).

圖1

(1)寫(xiě)出B 的化學(xué)式:_________;溶液C 的顏色是_________.

(2)寫(xiě)出下列轉(zhuǎn)化的離子方程式:

①A→C:________.

②C→D:________.

(3)E轉(zhuǎn)化為F 的過(guò)程中,可觀察到白色沉淀迅速變成灰綠色,最后變成紅褐色,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)________.

(1)由以上分析可知,B 為Fe3O4,C 為FeCl2,溶液顏色為淺綠色.(2)①A→C 為鐵與鹽酸的反應(yīng),生成FeCl2和H2,反應(yīng)的離子方程式為Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑.②C→D 為FeCl2與Cl2的反應(yīng),生成FeCl3,反應(yīng)的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl—.(3)Fe(OH)2被O2氧化生成Fe(OH)3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3.

2 化合價(jià)視角

依據(jù)元素常見(jiàn)的化合價(jià)推斷物質(zhì)所具有的性質(zhì),是突破元素及其化合物轉(zhuǎn)化問(wèn)題的重要視角,核心是氧化還原反應(yīng)知識(shí)的應(yīng)用.“價(jià)—類(lèi)”二維圖頻繁出現(xiàn)在各類(lèi)化學(xué)考試中,解答此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是靈活應(yīng)用化合價(jià)與氧化性、還原性之間的關(guān)系,熟悉常見(jiàn)物質(zhì)中各元素的化合價(jià).

例2圖2為氮、硫及其部分化合物的“價(jià)—類(lèi)”二維圖,下列說(shuō)法不正確的是( ).

圖2

A.坐標(biāo)軸左側(cè)區(qū)域代表的是氮及其化合物

B.a→b→c→d→e的轉(zhuǎn)化均能一步實(shí)現(xiàn)

C.c、d和i、j均屬于酸性氧化物

D.f與l可以是同一種物質(zhì)

3 工藝流程視角

工藝流程涉及復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系,要求學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì),依據(jù)線性或循環(huán)轉(zhuǎn)化關(guān)系推斷各流程發(fā)生的反應(yīng)或進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作,主要考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力.

例3釩的用途十分廣泛,有金屬“維生素”之稱.用含釩石煤(主要成分是V2O3、V2O4,含有SiO2、FeS2及Mg、Al、Mn等雜質(zhì))制備單質(zhì)釩的工藝流程如圖3所示.

圖3

已知:①該工藝條件下,溶液中金屬離子開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH 如表1所示.

表1

②Ksp(CaCO3)＝2.8×10—9、Ksp(CaSiO3)＝2.5×10—8、Ksp[Ca(VO3)2]遠(yuǎn)大于Ksp(CaCO3).

③一般認(rèn)為平衡常數(shù)K＞105反應(yīng)較完全.

回答下列問(wèn)題:

(1)為了提高“焙燒”效率,可采用的措施有________、________.

(2)“焙燒”時(shí),V2O3、V2O4都轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2,寫(xiě)出V2O3轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2的化學(xué)反應(yīng)方程式:________.

(3)“水浸”加入Na2CO3調(diào)節(jié)溶液的pH 為8.5,可完全除去的金屬離子有_________,及部分的_________.“水浸”加入Na2CO3不能使CaSiO3完全轉(zhuǎn)化,原因是_________.

(4)“離子交換”與“洗脫”可表示為[RCl4]＋為強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂,為在水溶液中的實(shí)際存在形式),則“洗脫”過(guò)程“淋洗液”最好選用________.

(5)下列金屬冶煉方法與本工藝流程中加入鈣冶煉V 的方法相似的是________(填序號(hào)).

A.高爐煉鐵

B.電解熔融NaCl制鈉

C.利用鋁熱反應(yīng)制錳

D.氧化汞分解制汞

(1)為了提高“焙燒”效率,可采用的措施有將含釩石煤粉碎,適當(dāng)提高焙燒溫度或者適當(dāng)增大氧氣流量等措施.(2)焙燒時(shí)通入氧氣和CaCO3,V2O3、V2O4轉(zhuǎn)化為Ca(VO3)2,根據(jù)轉(zhuǎn)化關(guān)系,利用電子守恒及元素守恒即可得到化學(xué)方程式:V2O3＋CaCO3＋＋CO2.(3)pH 為8.5,由表格可得,已完全沉淀的離子有Fe3＋、Al3＋,部分沉淀的有Mg2＋、Mn2＋;CaSiO3與CaCO3沉淀轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式為的平衡常數(shù)105,故不能完全轉(zhuǎn)化.(4)“洗脫”過(guò)程是讓[RCl4]＋反應(yīng)逆向進(jìn)行,即需要加入Cl—,為了不引入其他雜質(zhì),最好選用便宜易得的飽和NaCl溶液.(5)本工藝中加入鈣冶煉V的方法為熱還原法,高爐煉鐵為熱還原法,選項(xiàng)A 正確.電解熔融NaCl制鈉是電解法,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.利用鋁熱反應(yīng)制錳是熱還原法,選項(xiàng)C 正確.氧化汞分解制汞是熱分解法,選項(xiàng)D 錯(cuò)誤.答案為A、C.

綜上,近年高考化學(xué)試題中元素及其化合物之間考查的創(chuàng)新點(diǎn)在于素材的選擇,學(xué)生在平時(shí)的復(fù)習(xí)中除了要掌握扎實(shí)的基本知識(shí)和基本理論外,還要明確突破此類(lèi)試題的視角,從不同角度了解物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化,并在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)靈活地遷移應(yīng)用.

(完)