专题36 元素的循环和物质的转化（原卷版）

专题36元素的循环和物质的转化【思维导图】【知识点回顾】一、自然界中的碳循环、氧循环eq\a\vs4\al(考点1知道自然界中碳循环的主要途径)大气中的二氧化碳通过植物的________转变为________，固定的碳以有机物的形式供给动、植物利用，同时又通过呼吸作用、微生物的分解、燃料燃烧等方式释放二氧化碳返回大气，周而复始地进行着循环。eq\a\vs4\al(考点2知道自然界中氧循环的主要途径)大自然中氧气的含量会随着生物的________和物质的________等而减少，但又随着植物的________而增加，周而复始地进行着循环。产生氧气的主要途径：________。消耗氧气的主要途径：①动、植物的呼吸作用；②燃料燃烧；③微生物分解动、植物遗体；④其他氧化反应(如：生锈、食物腐败)。二、物质间的相互转化考点3说明金属、金属氧化物、碱之间的转化关系；说明非金属、非金属氧化物、酸之间的转化关系1．金属→________→碱，如：Ca→CaO→Ca(OH)2。2．非金属→________→酸，如：C→CO2→H2CO3。3．物质间的相互转化注意：(1)极少数非金属氧化物不与碱起反应，如CO等。(2)根据物质之间的相互转化关系图可查找各类物质的主要化学性质。(3)根据物质之间的相互转化关系图可查找各类物质的可能制法。【例题精析】例1．（2021•杭州）二氧化碳的资源化利用是实现碳减排的重要途径。如图是一种实现二氧化碳转化为重要原料二甲醚（化学式为C2H6O）的途径：（1）转化①是二氧化碳与一种常见单质反应生成甲醇和水，这种单质的化学式为。（2）转化②是甲醇发生分解反应生成二甲醚和水，反应中生成二甲醚和水的分子数之比为。例2．（2020•宁波）铁的化合物有广泛用途，如碳酸亚铁（FeCO3）可作补血剂。某硫酸厂产生的炉渣中除了有Fe2O3、FeO，还有一定量的SiO2．兴趣小组利用炉渣尝试制备FeCO3，其流程如图：【已知：Fe+Fe2（SO4）3═3FeSO4；SiO2不溶于水，也不与稀硫酸反应】（1）操作①的名称是。（2）溶液A中的溶质除H2SO4外，还存在。（3）上述流程中生成固体c的化学方程式。例3．（2020•杭州）医用消毒酒精为75%的乙醇溶液，化工生产中可用A（主要成分的化学式为C8H18）作原料，经以下流程制取乙醇：（1）步骤①的转化属于（选填“化学”或“物理”）变化。（2）步骤②是乙烯和含两种元素的化合物B发生化合反应，则B中所含元素是。例4．（2020•金华）“飞花令”是中国诗词的一种接龙游戏。科学兴趣小组模仿“飞花令”游戏规则，进行物质间转化的接龙比赛，其比赛规则是：从同一物质开始进行转化，接龙物质不能重复且必须含有指定元素，以转化路径长且正确者为比赛胜者。某两场比赛的过程记录如下（“→”表示某一种物质经一步反应可转化为另一种物质）。（1）指定元素：氢元素起始物质：HCl比赛胜者：乙同学甲同学：HCl→H2O乙同学：HCl→H2O→□乙同学在方框中应填物质的化学式是（写一种即可）。（2）指定元素：钡元素起始物质：BaO比赛胜者：丁同学丙同学：BaO→Ba（OH）2→BaSO4下列能使丁同学获胜的方案有（填字母）。A．BaO→BaSO4→Ba（OH）2→BaCO3B．BaO→BaCl2→Ba（NO3）2→BaSO4C．BaO→Ba（OH）2→BaCO3→BaCl2→Ba（NO3）2→BaSO4D．BaO→BaCl2→BaCO3→Ba（NO3）2→Ba（OH）2→BaSO4例5．（2021•湖州）20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门利用18O分别标记H2O和CO2，将C18O2和CO2分别通入含小球藻的H2O和H218O中（如图所示），迅速收集产生的氧气。（1）18O和16O互为原子，H218O和H2O以及CO2和C18O2具有相同的化学性质，因此可以用来跟踪物质变化情况。（2）该实验是为了研究。（3）该实验必须在条件下进行。（4）制备含有较多小球藻的液体时，需在盛有小球藻的液体中加入（选填“无机盐”或“无机盐和有机物”），并置于适宜环境下培养。例6．（2021•绍兴）2021年3月，中央财经会议明确把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，争取在2060年前实现碳中和。“碳中和”是指在一定时间内产生的二氧化碳排放总量，通过二氧化碳去除手段来抵消掉这部分碳排放，达到“净零排放”的目的。（1）二氧化碳是引起温室效应的主要气体，根据图甲回答支持这一结论的信息是：。（2）科学家已经研究出多种方式来实现二氧化碳的转化。①固碳的另一种方法是将收集的二氧化碳和水混合后注入地下玄武岩中，最终与岩石中的矿物质作用形成固态的石头碳酸盐。这种固碳方式属于变化（选填“物理”或“化学”）。②我国研发的“液态太阳燃料合成技术”（图乙），甲醇（CH3OH）等液体燃料被形象地称为“液态阳光”。甲醇制取过程中能量转化是：太阳能→电能→能。甲醇合成时，若碳元素全部来自于二氧化碳，则制取10吨甲醇需要消耗二氧化碳吨。（二氧化碳转化成甲醇的方程式为：CO2+3H2一定条件¯CH3OH+H2例7．（2020•衢州）如图所示，是小科建构的铜及其化合物之间相互转化的关系图。（1）写出图中“？”处物质的化学式。（2）要一步实现图中“Cu→Cu2+”的转化，可将铜加入适量的某种盐溶液中，则该溶液的溶质是。（3）根据图中的转化关系，利用硝酸铜溶液制备纯净的硫酸铜晶体。请设计一个实验方案，要求写出主要操作步骤及所需要的试剂。例8．（2020•杭州）一种制备氢氧化镁的生产流程如图所示，MgCl2和NaOH按恰好完全反应的比例加料。（1）写出步骤c中发生反应的化学方程式：。（2）x＝。（3）过滤得到的粗产品还要经过洗涤，洗涤时主要除去的杂质是。（4）如图流程中若用下列物质代替氢氧化钠，也能制得氢氧化镁的是。①盐酸②氯化钙③氨水④硫酸镁例9．（2020•湖州）一水硫酸四氨合铜的化学式为[Cu（NH3）4]SO4•H2O，是一种高效、安全的杀菌剂。它在乙醇﹣﹣水混合溶剂中的溶解度随乙醇体积分数的变化曲线如图甲所示。小明在实验室以氧化铜为主要原料合成该物质，他设计的合成路线如图乙所示：（1）溶液A中一定存在的溶质为。（2）溶液B中含硫酸四氨合铜，“一系列操作”是指向溶液B中加入适量、过滤、洗涤、干燥等。【习题巩固】一．选择题（共7小题）1．下列制备物质的设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理的是（）A．COCuO¯△CO2→NaOH溶液Na2COB．Cu→AgNO3溶液Cu（NO3）2溶液C．Fe→点燃O2Fe2O3→稀硫酸Fe2（SO4D．CaO→H2OCa（OH）22．“五水共治”大大美化了河道环境，某学校实验室排出的废水中含有Ag+、Ba2+和NO3﹣三种离子，该校实验小组设计实验从该废水中回收银，并得到副产品碳酸钡固体，操作步骤和实验结果如图：已知滤液B中只含有一种溶质，则下列说法不正确的是（）A．蓝色沉淀是Cu（OH）2 B．乙一定是氢氧化钡 C．若丙是K2CO3，滤液C结晶后可以作为化学肥料 D．若得到19.7g碳酸钡，则证明原废水中含有13.7g钡3．如图所示是小金绘制的思维导图，通过□内物质与序号代表的物质一步反应制取Al2（SO4）3，其中序号所代表的物质错误的是（）A．①﹣Al（OH）3 B．②﹣Fe2（SO4）3 C．③﹣H2SO4 D．④﹣Al4．下列各组所示的化学变化中，不可能实现的是（）A．Cu→加硫酸钠溶液E→加烧碱溶液F→B．Fe2（SO4）3→加氯化钡溶液滤液X→加烧碱溶液沉淀Y→加硫酸Fe2（SO4C．CuO→通氢气△R→加硝酸银溶液滤液J→加烧碱溶液D．BaCO3→加盐酸M→加硝酸银溶液滤液Q→5．火柴头原本是一种不被磁铁吸引的物体，但火柴烧过后，却能被磁铁吸引，原因是很多火柴头用氧化铁着色，点燃后会与木棒中的碳反应产生四氧化三铁和二氧化碳，由此作出的推断不合理的是（）A．Fe3O4与Fe2O3磁性不同，体现他们物理性质不同 B．Fe3O4中铁的质量分数大于Fe2O3 C．火柴头燃烧的方程式为C+O2+6Fe2O3点燃¯4Fe3O4+CO2D．火柴头不被磁铁吸引的是因为不易被磁化6．下列各组物质的转化设计，能够实现的是（）A．CO→NaOHNa2CO3→BaClB．CuO→H2OCu（OH）2→C．Fe→点燃O2Fe2O3→H2SOD．CaO→H2OCa（OH）7．用同一种基本反应类型，经过两步反应，不能实现的转化是（）A．S→H2SO3 B．Fe→Fe（OH）3 C．H2CO3→O2 D．K2CO3→Ba（NO3）2二．填空题（共7小题）8．垃圾的分类回收再利用越来越受社会的关注。如图是某工厂处理含铜垃圾的生产流程：（1）根据相关现象可知加入的A单质可能是。（2）若在回收含铜垃圾中发现混有金属铝，它（填“会”或“不会”）出现在最终得到的红色粉末中。9．2020年奥运会奖牌制作原料来自于电子垃圾中提炼出来的金属。从废线路板中提炼贵重金属和制备硫酸铜晶体的一种工艺流程如图：已知：在酸性环境中有过氧化氢存在时，铁和铜分别会转化为铁离子和铜离子。（1）操作①的名称是；（2）调节pH的主要目的是除去滤液中（填离子符号）；（3）写出粗铜中的铜与稀硫酸和过氧化氢的混合溶液发生反应的化学方程式：。10．Ba（NO3）2可用于生产信号弹、炸药等。利用钡泥（主要含有BaCO3、BaSO3、Fe2O3）可制取Ba（NO3）2，其部分流程如图：（1）写出Fe2O3与稀HNO3反应的化学方程式：。（2）试剂Y为。11．小乐用镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌（ZnSO4•7H2O）相关信息如下：①金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH范围金属离子pH开始沉淀完全沉淀Fe3+1.52.8Fe2+5.58.3Zn2+5.48.2②ZnSO4的溶解度随温度变化曲线。（1）步骤Ⅰ，可用于判断镀锌层完全反应的实验现象是。（2）步骤Ⅱ，需加入过量H2O2，理由是。（3）步骤Ⅲ，合适的pH范围是。12．某工业废水含有大量的硫酸亚铁、少量硫酸铜和污泥。为了从工业废水中制备硫酸亚铁晶体（FeSO4•7H2O）并回收铜，小乐设计了如图所示方案，已知硫酸亚铁晶体受热易分解。（1）步骤②和步骤③加入的药品依次为。（2）写出步骤④的操作。13．某种矿石由氧化镁、氧化铁、氧化铜和二氧化硅组成，用它制备氢氧化镁产品的流程示意图如图所示（已知：二氧化硅不溶于水也不与稀盐酸反应）。请回答下列问题：（1）溶液A中含有的阳离子是。（2）在溶液A中加入熟石灰调节溶液的pH，可以使溶液中的金属阳离子逐步转化为沉淀。该实验条件下，使金属阳离子沉淀的相关pH数据见表。为保证产品纯度、减少产品损失，并便于操作，所得溶液B的pH的取值范围为。氢氧化物Fe（OH）3Cu（OH）2Mg（OH）2开始沉淀的pH1.54.28.6完全沉淀的pH3.26.711.114．自然界的矿物中有一种重晶石矿的主要成分是BaSO4，它不溶于任何酸。碱和水，纯净的硫酸钡可供医疗等方面应用，某同学用重晶石和焦炭为原料，制取纯净硫酸钡，部分流程如下（设矿物中杂质不与焦炭反应，也不溶于水）：（1）步骤①的化学反应中，属于还原剂的是，（2）步骤②中溶液A中溶质的化学式：；（3）写出利用溶液A中的溶质为主要原料制取BaSO4的化学方程式：。（4）步骤②产生有毒气体H2S，应加以改进，为使实验既不产生H2S又能获得纯净BaSO4，请你提出改进意见。。三．实验探究题（共2小题）15．某废弃物只含铜和氧化铜。查阅资料知道，氧化铜能与稀盐酸反应生成氯化铜和水，某兴趣小组设计了如图实验流程来回收金属铜。请回答下列问题：（1）液体A中所含的溶质是（填化学式）。（2）将过量铁粉加到液体A中，能观察到有无色气泡冒出，对应反应的化学方程式是。（3）请简述从固体B提纯铜粉的实验操作：。（4）理论上，这个实验能回收到铜粉g。16．Fe（OH）2是白色难溶于水的物质，可用于制颜料、药物等，但很容易被空气中的氧气氧化为Fe（OH）3，氧化过程中白色沉淀转化为灰绿色沉淀，最后变为红褐色沉淀。现用铁片、稀盐酸、氢氧化钠溶液、水等试剂制取少量的Fe（OH）2，装置如图。（1）检查气密性。关闭阀门A和B，让1中液体进入到容器2中。虚线框所在装置，发生的反应的化学方程式是。（2）容器2中充满氢气后，打开阀门A，关闭阀门B，应出现的现象是。（3）实验完毕，关闭阀门A和B，制得的Fe（OH）2在容器（选填“3”或“4”）中。（4）本实验中所有配制溶液的水需煮沸，容器2、3均密闭，其主要原因是。四．解答题（共4小题）17．二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌消毒剂。以粗盐水（含可溶性杂质MgSO4、CaCl2）为原料，制取ClO2的工艺流程如图：（1）试剂A为。（2）步骤⑤涉及的物质中氯元素化合价最高的物质是。（3）如图流程中可循环利用的物质有