5.4 化工生产中的重要非金属元素单元复习（能力训练）【四大能力点】- 2023-2024学年高一化学同步知识点解读与能力训练（人教版2019必修第二册）

5.4化工生产中的重要非金属元素单元复习（能力训练）【四大能力点】【能力点归纳】一．无机框图推断题的解题策略（共3小题）二．常见气体的制备（共5小题）三．常见气体的检验（共5小题）四．无机化工流程题的解题策略（共3小题）【能力点训练】一．无机框图推断题的解题策略（共3小题）1．有A、B、C、D四种化合物，分别由中的两种组成，它们具有下列性质：①A不溶于水和盐酸；②B不溶于水但溶于盐酸并放出无色无味的气体E；③C的水溶液呈碱性，与稀硫酸反应生成A；④D可溶于水，与稀硫酸作用时放出气体E，E可使澄清石灰水变浑浊。(1)推断化学式：A：；B：；C：；D：。(2)写出下列反应的离子方程式。①D与氯化钙溶液反应。②B与足量盐酸反应。③C与少量的D的酸式盐溶液反应：。【答案】(1)BaSO4BaCO3Ba(OH)2K2CO3(2)【分析】①A不溶于水和盐酸，A是BaSO4；②B不溶于水但溶于盐酸并放出无色无味的气体E，E可使澄清石灰水变浑浊，E是CO2、B是BaCO3；③C的水溶液呈碱性，与稀硫酸反应生成BaSO4，C是Ba(OH)2；④D可溶于水，与稀硫酸作用时放出CO2气体，则D是K2CO3；【解析】（1）根据以上分析，A是BaSO4；B是BaCO3；C是Ba(OH)2；D是K2CO3。（2）①K2CO3与氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钾，反应的离子方程式为。②BaCO3与足量盐酸反应生成氯化钡、二氧化碳、水，反应的离子方程式为。③Ba(OH)2与少量的D的酸式盐KHCO3溶液反应生成碳酸钡沉淀、氢氧化钾、水，反应的离子方程式为。2．已知为金属单质且A的焰色为黄色，的+3价氧化物为红棕色；乙为黄绿色气体，为中学常见的化合物，它们之间能发生如图反应(图中的产物和条件未全部标出)根据推断结果回答下列问题：(1)写出下列物质的化学式：B．，丙.。(2)写出③的化学方程式：。(3)写出⑤的离子方程式：。(4)在乙的单质中燃烧的实验现象：。(5)F与D反应后的产物在空气中转化为H的化学方程式为。【答案】(1)AlHCl(2)(3)(4)安静燃烧，发出苍白色火焰(5)【分析】A是金属，焰色反应显黄色，则A是钠，钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，则甲是氢气，D是氢氧化钠，NaOH与金属Al生成氢气，乙为黄绿色气体，则乙是氯气，氯气和氢气化合生成氯化氢，即丙是氯化氢，溶于水得到盐酸，E为盐酸，C的氧化物为红棕色氧化物Fe2O3，则C为Fe，Fe与盐酸反应生成F为FeCl2，FeCl2与氯气反应生成FeCl3为G，FeCl3为与NaOH生成Fe(OH)3红褐色沉淀，以此分析；【解析】（1）根据分析，B为Al；丙为HCl；故答案为：Al；HCl；（2）根据分析，铝与NaOH生成氢气，；故答案为：；（3）⑤为氯化亚铁与氯气生成氯化铁，；故答案为：；（4）氢气与氯气安静燃烧，发出苍白色火焰生成氯化氢气体；故答案为：安静燃烧，发出苍白色火焰；（5）F为FeCl2与NaOH生成Fe(OH)2，Fe(OH)2与氧气生成氢氧化铁；故答案为：。3．已知：A、F为金属单质，D、E为气体单质，E是黄绿色气体，其余均为化合物，其中B为黑色粉末，C的焰色试验呈黄色，金属单质F既可以与C溶液反应，也可以与G溶液反应，且均产生D气体。各物质间的转化关系如图所示(部分生成物已略去)。回答下列问题：(1)实验室中少量的单质A应保存在中。(2)B与G的浓溶液反应时，每生成标准状况下33.6LE气体，被氧化的G的物质的量为。(3)描述D在E中燃烧的实验现象为：。(4)写出C溶液与F反应的化学方程式为：。(5)相同质量的两份F，分别放入足量的G和C溶液中，产生的D气体在同温同压下的体积之比为。【答案】(1)煤油(2)3mol(3)安静燃烧，产生苍白色火焰，瓶口产生大量白雾(4)2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑或2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑(5)1：1【分析】A、F为金属单质，D、E为气体单质，E是黄绿色气体，E是Cl2，其余均为化合物，C的焰色试验呈黄色，C中含有钠元素，则A是金属Na，C是NaOH、D是H2，氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，G是HCl；其中B为黑色粉末，能与浓盐酸反应放出氯气，B是MnO2；金属单质F既可以与氢氧化钠溶液反应，也可以与盐酸反应，且均产生氢气，F是Al。【解析】（1）钠易与氧气、水反应，实验室中少量的单质Na应保存在煤油中；（2）MnO2与浓盐酸反应方程式为MnO2+4HClMnCl2+Cl2+2H2O，氯元素化合价升高被氧化为氯气，根据氯元素守恒，每生成标准状况下33.6LE气体，被氧化的HCl的物质的量为。（3）氢气在氯气中燃烧的实验现象为：安静燃烧，产生苍白色火焰，瓶口产生大量白雾；（4）NaOH溶液与Al反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑；（5）相同质量的两份Al，分别放入足量的氢氧化钠和HCl溶液中，铝元素化合价均由0价升高为+3，反应转移的电子数相等，根据得失电子守恒，产生氢气的物质的量相等，所以在同温同压下的体积之比为1:1。【名师归纳】解答无机推断题五步骤一审：审清题意，从题干→问题→框图迅速浏览一遍，尽量在框图中把相关信息表示出来。二找：找“题眼”即找到解题的突破口。“题眼”主要有：物质的特殊颜色、特征反应现象、特殊反应条件、特征转化关系、特征数据等。三析：从“题眼”出发，联系新信息及所学的旧知识，大胆猜测，顺藤摸瓜，应用正逆向思维、横向纵向思维等多种思维方式进行综合分析、推理，初步得出结论。四验：验证确认，将结果放入原题检验，完全符合才算正确。五答：按题目要求写出答案。二．常见气体的制备（共5小题）1．如图是气体制取装置，下列选项中能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是A．大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B．锌粒和稀硫酸制取氢气C．用二氧化锰与双氧水制取氧气 D．用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气【答案】B【解析】A．硫酸钙微溶，不能用硫酸和大理石制取二氧化碳，故A错误；B．锌粒和稀硫酸反应能置换出氢气，且锌粒为固体颗粒，可以做到“随开随用、随关随停”，故B正确；C．二氧化锰是固体粉末，在多孔塑料板上会漏到溶液中，不能做到固液分离，故C错误；D．二氧化锰是固体粉末，在多孔塑料板上会漏到溶液中，不能做到固液分离，且该反应需要加热，故D错误；故选B。2．下列关于Cl2的制备、净化、收集及尾气处理的装置能达到实验目的的是A．用装置甲制取氯气 B．用装置乙除氯化氢C．用装置丙收集氯气 D．用装置丁吸收尾气【答案】D【解析】A．二氧化锰和浓盐酸需要加热才反应，故A错误；B．除氯气中的氯化氢用饱和食盐水，故B错误；C．氯气密度比空气大，因此用向上排空气法收集或排饱和食盐水法收集，故C错误；D．氯气可以与碱发生反应，故可用丁收集尾气，故D正确；故选D。3．利用下列各组物质制备和收集气体，能采用如图装置的是①大理石与稀盐酸反应制CO2②二氧化锰与浓盐酸反应制Cl2③双氧水在二氧化锰催化下制O2④锌与稀硫酸反应制H2A．①② B．③④ C．①③ D．②④【答案】C【解析】①大理石和稀盐酸制CO2，符合固体与液体反应不需要加热制备气体，且气体的密度比空气的密度大，利用向上排空气法收集，故选；②浓盐酸和二氧化锰制Cl2，需要加热，故不选；③双氧水和二氧化锰制O2，符合固体与液体反应不需要加热制备气体，且气体的密度比空气的密度大，利用向上排空气法收集，故选；④锌粒和稀硫酸制H2，但气体的密度比空气的密度小，利用向下排空气法收集，故不选；故选C。4．可用如图所示装置来收集的气体是A． B． C． D．【答案】A【解析】A．可用碱石灰干燥，用向上排空气法收集，导气管倒插入集气瓶，收集气体，故A符合题意；B．可用碱石灰干燥，应使用向下排空法集气，故B不符合题意；C．不能用碱石灰干燥，故C不符合题意；D．不能用碱石灰干燥，故D不符合题意；故答案选A。5．已知氨气为碱性气体，常温常压下其密度比空气小，且极易溶于水。实验室利用(固)(固)制取。下列装置及目的均正确的是选项ABCD装置目的制取收集干燥吸收尾气中的【答案】D【解析】A．加热氯化铵和氢氧化钙固体，试管口应略向下倾斜，A错误；B．氨气密度比空气小，应短导管通入，长导管逸出，B错误；C．氨气是碱性气体，不能用浓硫酸干燥，C错误；D．氨气极易溶于水，可用水吸收氨气，D正确；答案选D。【名师归纳】气体净化与干燥的先后顺序(1)若采用溶液除杂，应该是除杂在前，干燥在后。其原因是气体除杂过程中会从溶液中带出水蒸气，干燥剂可除去水蒸气。如实验室中利用大理石与稀盐酸反应制备CO2，欲制得干燥、纯净的CO2，可先将产生的气体通过饱和NaHCO3溶液，除去混入其中的HCl气体，再通过浓硫酸除去水蒸气。(2)若采用加热除杂，则一般是干燥在前。如N2中混有O2、CO2、H2O(g)，可先将混合气体通过碱石灰，除去CO2和H2O(g)，再将从干燥管中导出的气体通过装有灼热铜网的硬质玻璃管，除去O2，即可得到干燥、纯净的N2。若将混合气体先通过灼热的铜网，因气体中混有水蒸气，易使硬质玻璃管炸裂。三．常见气体的检验（共5小题）1．某无色气体可能含有CO2、CO、H2中的一种或几种，依次进行以下实验(假设每步反应均完全进行)：①通过炽热的炭层后，恢复到原状态，气体体积不变；②通过灼热的氧化铜时，粉末变成红色；③通过白色硫酸铜粉末时，粉末变成了蓝色晶体；④通过澄清石灰水，石灰水变浑浊。下列判断正确的是A．原混合气体中一定含有CO2、CO和H2B．原混合气体中一定含有H2、CO，一定没有CO2C．原混合气体中一定含有H2、CO，可能含有CO2D．原混合气体中一定含有H2、CO2，可能含有CO【答案】B【分析】①通过炽热的炭层后，恢复到原状态，气体体积不变，说明无色气体中不含有CO2，否则根据C+CO22CO可知，气体体积将增加；②通过灼热的氧化铜时，粉末变成红色，则说明无色气体中至少含有CO、H2中的一种，或者两种气体都存在；③通过白色硫酸铜粉末时，粉末变成了蓝色晶体，说明H2与氧化铜反应生成了水，H2一定存在；④通过澄清石灰水，石灰水变浑浊，说明CO与氧化铜反应生成了CO2，CO一定存在。【解析】A．原混合气体中一定不存在CO2，故A错误；B．原混合气体中一定含有H2、CO，一定没有CO2，故B正确；C．原混合气体中一定不存在CO2，故C错误；D．原混合气体中一定存在CO，一定不存在CO2，故D错误；故答案选B。2．下列能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体是A．CH4 B．NH3 C．HCl D．CO【答案】B【解析】A．CH4难溶于水，且呈中性，不能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，A不符合题意；B．NH3极易溶于水，且能与水反应生成一水合氨，使溶液呈碱性，从而使湿润的红色石蕊试纸变蓝，B符合题意；C．HCl易溶于水，其水溶液呈酸性，不能使湿润的红色石蕊试纸变色，C不符合题意；D．CO难溶于水，且呈中性，不能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，D不符合题意；故选B。3．某无色混合气体含有NH3、HCl、SO2、Cl2、CO2、O2中的几种。将气体先通过浓硫酸，气体体积明显减小；再通过品红溶液，品红溶液褪色；最后通过澄清石灰水，石灰水变浑浊。下列推断错误的是A．肯定存在CO2 B．可能存在O2C．肯定不存在HCl D．肯定存在NH3【答案】A【分析】Cl2为黄绿色气体，与无色不符，则混合气体中一定不含Cl2；气体先通过浓硫酸，气体体积明显减小，则一定含NH3，NH3能与HCl反应，可知原混合气体不含HCl；再通过品红溶液，品红溶液褪色，则混合气体中一定含SO2；最后通过澄清石灰水，石灰水变浑浊，则至少含SO2、CO2中的一种，上述现象不能确定是否含O2。以此解答本题。【解析】A．由上述分析可知，可能含CO2，故A错误；B．上述现象不能确定是否含O2，则可能存在O2，故B正确；C．由上述分析可知，一定含NH3，则原混合气体一定不含HCl，故C正确；D．由上述分析可知，肯定存在NH3，故D正确；故答案：A。4．某无色气体可能含有H2O、CO2、CO、H2中的一种或几种，若将该气体依次通过以下实验装置(假设每步操作中，参加反应的气体均完全反应或吸收)，下列实验设计能达到预期要求的是A．气体依次通过E-D来验证是否含有H2O和CO2B．气体依次通过A-E来验证是否含有H2C．气体依次通过A-D来验证是否含有COD．气体依次通过E-D-C-B-A-D-E来验证是否含有H2O、CO2、CO、H2【答案】A【解析】A．E变蓝，可检验H2O，D变浑浊，可检验CO2，A正确；B．气体通过A，由氧化铜变为红色得知可能含CO或H2，由E变蓝得知有H2O，但H2O的来源可能是原来就有的，也可能是H2生成的，所以不能判断是否含H2，B错误；C．气体通过A，由氧化铜变为红色得知可能含CO或H2，D如果变浑浊，则证明有二氧化碳，但不能确定是原来混合气体里存在的CO2，还是CO反应生成的，而且也无法确定H2是否存在，所以C错误；D．气体依次通过E-D-C-B-A-D-E，E变蓝证明有水，通入D中，D变浑浊，则证明有CO2，然后通入C中，除去二氧化碳，在B中干燥后再通入A中发生反应，若通入D，D变浑浊，证明有CO2，说明有CO，再通入E中，气体中已经有水，即使E中无水硫酸铜变蓝，也证明不了是否有H2，所以D项错误；故选A。5．下列鉴别空气、氧气和二氧化碳气体的方法中，正确的是A．闻气味 B．观察颜色 C．加入澄清石灰水 D．插入燃着的木条【答案】D【解析】A．空气、氧气和二氧化碳都是无色无味的气体，闻气味的方法不能鉴别空气、氧气和二氧化碳，故不选A；B．空气、氧气和二氧化碳都是无色无味的气体，观察颜色的方法不能鉴别空气、氧气和二氧化碳，故不选B；C．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，澄清石灰水不能鉴别空气、氧气，故不选C；D．燃着的木条插入空气中，木条正常燃烧；燃着的木条插入氧气中，木条燃烧更旺；燃着的木条插入二氧化碳中，木条熄灭；插入燃着的木条可以鉴别空气、氧气和二氧化碳，故选D。【归纳总结】气体检验中干扰因素的排除方法：一般是先检验出一种可能会产生干扰的气体,并除去该气体,而且要确认该气体已经除尽,再检验其余气体。如在SO2存在的条件下检验CO2,可设计如下检验思路:品红溶液检验SO2→酸性高锰酸钾溶液除去SO2→品红溶液检验SO2是否除尽→澄清石灰水检验CO2。与此类似的还有检验实验室制取的乙烯中含有SO2等。四．无机化工流程题的解题策略（共3小题）1．氧化铁红颜料跟某些油料混合，可以制成防锈油漆．以黄铁矿为原料制硫酸产生的硫酸渣中含（难溶于稀硫酸），用硫酸渣制备铁红的过程如图：(1)“酸溶”过程中，加入过量稀硫酸充分反应后的溶液中含有的阳离子除了,还有（填离子符号），写出与稀硫酸反应的离子方程式：．(2)实验室中过滤需要用到的玻璃仪器有．(3)滤渣A的主要成分是是一种常见的酸性氧化物，与类似，可与强碱反应，写出与溶液反应的化学方程式：．(4)“氧化”时，可观察到的现象为．若加入的溶液过量，则滤液B中的溶质除了外，还有（填化学式，下同）；若加入的溶液不够，则制得的铁红中可能含有的杂质为．【答案】(1)(2)烧杯、漏斗、玻璃棒(3)(4)有白色沉淀生成，部分转化为灰绿色，最终变为红褐色【分析】硫酸渣中含Fe2O3、SiO2、Al2O3等，稀硫酸溶解主要除去不与酸反应的SiO2，加入FeS2将溶液中的Fe3+还原为Fe2+，再加氢氧化钠和空气，生成Fe(OH)3沉淀，铝离子转化为四羟基合铝酸根离子，滤液B为Na[Al(OH)4]，洗涤、烘干、研磨使氢氧化铁分解生成氧化铁，从而得到铁红。【解析】（1）“酸溶”中稀硫酸可与金属氧化物反应生成对应的盐和水，与稀硫酸反应生成Al2(SO4)3，反应后阳离子有Al3+，还有过量的稀硫酸产生的H+，氧化铁与稀硫酸反应的离子方程式：；（2）过滤需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒；（3）二氧化硅是一种常见的酸性氧化物，与碱反应生成盐和水，SiO2与NaOH溶液反应生成Na2SiO3和水，反应的化学方程式：；（4）“氧化”时，Fe2+先加入NaOH溶液生成Fe(OH)2白色沉淀，通入氧气，沉淀被氧化为Fe(OH)3，可观察到的实验现象为部分转化为灰绿色，最终变为红褐色。若加入的NaOH溶液过量，NaOH溶液会与硫酸铝反应生成四羟基合铝酸钠和硫酸钠等，则“滤液B”中的溶质除了NaOH外，还含有NaSO4、Na[Al(OH)4]；若加入的NaOH溶液不足，则产生氢氧化铝沉淀，制得的铁红中可能含有的杂质为氧化铝。2．海水提纯精盐的过程是用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子和，有学生设计出如下粗盐提纯工艺流程图(1)①上述溶解过程所需仪器除烧杯外，还需要的玻璃仪器为。(2)②除杂的原则尽量不引入新杂质，但图中新引入的杂质离子①为，②对应的物质是。(3)上述流程图中③处加入的试剂是(填名称)，写出流程中③处发生的离子反应方程式，。(4)化学沉淀法中和加入的顺序能否交换？(填“能”或“否”)。(5)③处加入的市售试剂通常较浓，配制1L1mol/L的③处溶液，所需1.19g/mL，质量分数为的浓溶液，体积L(保留两位有效数字)。【答案】(1)玻璃棒(2)Ba2+BaCO3(3)盐酸(4)否(5)0.084【分析】粗盐中加入BaCl2，去除溶液中得硫酸根，加入碳酸钠既能除去溶液中的钙离子，也能去除过量的氯化钡，加入NaOH，去除镁离子，将沉淀进行过滤分离，向滤液中加入盐酸去除溶液中的碳酸根及氢氧根，加热HCl挥发，从而得到精盐，以此分析；【解析】（1）溶解过程中需要用烧杯及玻璃棒；故答案为：玻璃棒；（2）加入BaCl2，去除溶液中得硫酸根同时引入新的杂质Ba2+；加入碳酸钠，既能除去溶液中的钙离子，也能去除过量的氯化钡，生成碳酸钙及碳酸钡；故答案为：Ba2+；BaCO3；（3）根据分析，③为盐酸去除溶液中的Na2CO3及NaOH；故答案为：盐酸；；；（4）根据分析，碳酸钠的作用为既能除去溶液中的钙离子，也能去除过量的氯化钡，故不能交换顺序；故答案为：否；（5），，，V(浓)=0.084L；故答案为：0.084。3．模拟用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程，如下图：请回答下列问题。(1)将海水浓缩的方法是。(2)步骤②通入热空气吹出，利用了的性质。(3)步骤①中的氯气改为过氧化氢，则其反应的离子方程式是，步骤③反应的离子方程式是。从理论上分析，下列也能吸收溴的是(不定项选择)。A．

B．

C．

D．(4)已知海水中含量为，在上述流程步骤①的氯气氧化过程中，若将海水中的溴元素完全氧化得到含的混合物Ⅰ，至少需要标准状况下的体积L(Cl2在水中溶解和与水反应均忽略)。【答案】(1)蒸发(2)挥发性(3)ABD(4)19.04【分析】海水中通入氯气氧化溴离子得到溴和水的混合物，用热空气吹出溴单质得到含有溴的空气，通过二氧化硫收集后富集溴元素得到吸收液，再通入氯气氧化溴化氢得到高浓度的溴水，蒸馏得到溴单质。【解析】（1）通过太阳光照射海水进行蒸发；故答案为：蒸发；（2）步骤②通入热空气吹出Br2，利用了Br2的挥发性质；故答案为：挥发；（3）步骤①中，过氧化氢具有氧化性，与溶液中Br-生成溴单质，；反应③中溴与具有还原性得SO2反应生成溴化氢和硫酸，SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr；从理论上分析，就是通过发生氧化还原反应，将溴单质变为溴离子，可以加入还原剂，也可以加入强碱溶液使溴单质发生自身氧化还原反应，即能吸收溴的是ABD；故答案为：；；ABD；（4）若将1000L海水中的溴元素转化为工业溴，则1000L海水溴离子含量为1000L×68mg·L-1=68000mg=68g，溴离子物质的量为，根据离子方程式Cl2+2Br-=2Cl-+Br2，在步骤1和步骤④都要用氯气来氧化，因此用氯气是一次计算的二倍即0.85mol氯气，至少需要标准状况下Cl2的体积为；故答案为：19.04。【归纳总结】工艺流程题的解题方法1.积累常考的答题模板(1)除杂：除去……中的……(2)干燥：除去……气体中的水蒸气，防止……(3)增大原料浸出率(离子在溶液中的含量多少)的措施：搅拌、升高温度、延长浸出时间、增大气体的流速(浓度、压强)，增大气液或固液接触面积。(4)加热的目的：加快反应速率或促进平衡向某个方向(一般是有利于生成物生成的方向)移动。(5)温度不高于××℃的原因：适当加快反应速率，但温度过高会造成挥发(如浓硝酸)、分解(如H2O2、NH4HCO3)、氧化(如Na2SO3)或促进水解(如AlCl3)等，影响产品的生成。(6)从滤液中提取一般晶体(溶解度随温度升高而增大)的方法：蒸发浓缩(至