2024高考化学课件 发展素养(六) 科学探究-以非金属及其化合物为主体的“微实验”和“微流程”

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化工生产中的重要

非金属元素发展素养(六)科学探究——以非金属及其化合物为主体的

“微实验”和“微流程”探究点1

非金属及其化合物的制备“微实验”探究点2

非金属及其化合物的制备

“微流程”作业手册探究命题角度发展核心素养以非金属及其化合物的制备为主体的“微实验”“微流程”及分析是高考命题的热点之一,考查非金属及其化合物的性质与转化、化学实验基本操作、反应条件的控制等,突出考查考生的综合分析能力、实验探究能力、创新思维能力等[科学探究与创新意识]通过对非金属及其化合物为主体的“微实验”“微流程”及分析,能发现和提出有探究价值的问题;能从问题和假设出发,确定探究目的,运用化学实验、调查等方法进行实验探究探究点1

非金属及其化合物的制备“微实验”例1已知Ca3N2遇水发生水解反应,需密封保存。利用如图所示装置制取氮气,并用氮气制备Ca3N2,下列说法不正确的是(焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)(

)A.装置①中发生反应的化学方程式为NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2OB.装置③④⑥中依次盛装浓硫酸、焦性没食子酸溶液、碱石灰C.装置②为安全瓶,防止停止加热时,装置③中的溶液进入装置①中D.实验结束后,取装置⑤中少量产物于试管中,加适量蒸馏水,再滴加石蕊溶液,溶液变蓝

[解析]由实验装置图可知,装置①为氯化铵溶液与亚硝酸钠固体共热反应制备氮气的装置,装置②作安全瓶,防止停止加热时,装置③中的溶液进入装置①中,装置③中盛有的焦性没食子酸溶液用于除去氮气中混有的氧气,防止氧气与装置⑤中的钙反应,装置④中盛有的浓硫酸用于干燥氮气,防止钙与水蒸气反应,装置⑤为钙与氮气共热反应制备氮化钙的装置,装置⑥中盛有的碱石灰用于吸收水蒸气,防止水蒸气进入装置⑤中导致氮化钙水解,装置⑦中盛有的焦性没食子酸溶液用于吸收空气中的氧气,防止氧气与装置⑤中的钙反应。由分析可知,装置①中氯化铵溶液与亚硝酸钠固体共热反应生成氯化钠、氮气和水,反应的化学方程式为NaNO2+NH4ClNaCl+N2↑+2H2O,故A正确;装置③中盛有的试剂为焦性没食子酸溶液,装置④中盛有的试剂为浓硫酸,故B错误;装置②作安全瓶,防止停止加热时,装置③中的溶液进入装置①中,故C正确;向氮化钙中加适量蒸馏水,氮化钙与水发生水解反应生成氢氧化钙和氨,氢氧化钙溶液能使石蕊溶液变蓝色,故D正确。

变式题[2023·浙江舟山普陀中学返校考]某学习小组设计实验制取H2S并探究其性质,装置如图所示。下列说法正确的是

(

)A.若F中产生黑色沉淀,则说明H2SO4的酸性比H2S强B.若G中产生黄色沉淀,则说明H2S的还原性比Fe2+强C.若H中溶液变红色,则说明H2S是二元弱酸D.若E中FeS换成Na2S,该装置也可达到相同的目的

[解析]H2S和CuSO4溶液反应生成黑色沉淀CuS和H2SO4,不能说明H2SO4的酸性比H2S强,只能说明CuS不溶于硫酸,A错误;若G中产生黄色沉淀,证明H2S可以被Fe3+氧化成S,而Fe3+被还原为Fe2+,则说明H2S的还原性比Fe2+强,B正确;若H中溶液变红色,则说明H2S的水溶液呈酸性,但不能说明H2S是二元弱酸,C错误;若E中FeS换成Na2S,由于Na2S可溶于水,无法达到该装置随开随用、随关随停的目的,D错误。探究点2

非金属及其化合物的制备“微流程”例2水合肼(N2H4·H2O)的性质类似氨水。利用水合肼处理铜氨{[Cu(NH3)4]2+}废液回收铜粉的实验流程如图所示。下列说法错误的是(

)A.上述三步反应过程均为氧化还原反应B.反应1的目的是制备NaClOC.合成水合肼的反应中,消耗1molCO(NH2)2转移电子数为NA(设NA为阿伏伽德罗常数的值)D.反应2完成后要用到过滤操作

[解析]反应1是氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠,氯元素化合价变化;次氯酸钠把尿素氧化为水合肼,Cl元素、N元素化合价变化;反应2是{[Cu(NH3)4]2+}被水合肼还原为Cu,Cu、N元素化合价变化,上述三步反应过程均为氧化还原反应,A正确。

反应1是氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠,反应1的目的是制备NaClO,用NaClO将尿素氧化为水合肼,B正确。NaClO将尿素氧化为水合肼,氮元素化合价由-3价升高为-2价,消耗1molCO(NH2)2转移电子数为2NA,C错误。

反应2完成后要把铜粉分离出来,用到过滤操作,D正确。

变式题[2023·山东临沂开学摸底]一种以硼镁矿(含2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量FeO、Fe2O3、Al2O3等)为原料生产硼酸(H3BO3)的工艺流程如下。已知:H3BO3与足量NaOH溶液反应生成Na[B(OH)4]。下列说法错误的是(

)A.H3BO3的电离方程式为H3BO3+H2O⇌H++[B(OH)4]-B.“热过滤”的目的是防止H3BO3从溶液中结晶析出C.“除杂”过程中加入的试剂X依次为MgO、H2O2D.“母液”经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得到硫酸镁晶体

[解析]根据H3BO3与足量NaOH溶液反应生成Na[B(OH)4],则H3BO3是一元酸,电离方程式为H3BO3+H2O⇌H++[B(OH)4]-,A正确;“热过滤”的目的是防止H3BO3从溶液中结晶析出,B正确;“除杂”过程中加入的试剂X应该首先是H2O2溶液,将亚铁离子转化为铁离子,再加入MgO调节溶液的pH,使铁离子、铝离子均转化为沉淀,C错误;“母液”中主要含有硫酸镁和硼酸,则经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得到硫酸镁晶体,D正确。1.[2022·江苏卷]实验室制取少量SO2水溶液并探究其酸性,下列实验装置和操作不能达到实验目的的是(

)A.用装置甲制取SO2气体

B.用装置乙制取SO2水溶液C.用装置丙吸收尾气中的SO2

D.用干燥pH试纸检验SO2水溶液的酸性1234567891011探究点一以非金属及其化合物为主体的“微实验”

[解析]硫酸的酸性强于H2SO3,利用60%硫酸与NaHSO3(s)发生反应,可制得SO2气体,A正确;SO2溶于水,装置乙中左侧安全瓶起到防止倒吸的作用,右侧集气瓶可制取SO2水溶液,B正确;SO2不易溶于饱和NaHSO3溶液,也不发生反应,不能吸收尾气中的SO2,C错误;SO2水溶液呈酸性,但不能漂白指示剂,故可用干燥pH试纸检验SO2水溶液的酸性,D正确。12345678910112.实验室可用反应2CuSO4+2KI+SO2+2H2O=2CuI↓+2H2SO4+K2SO4来制备CuI(CuI受热易被氧化)。下列实验装置和操作不能达到实验目的的是

(

)

A.制备SO2

B.制备CuI

C.分离出CuI

D.干燥CuI固体

1234567891011[解析]Cu与浓硫酸加热生成SO2,可制备SO2,A正确;由制备CuI反应原理可知,SO2通入CuSO4、KI混合液,发生氧化还原反应可制备CuI,B正确;CuI难溶于水,可利用过滤的方法分离出CuI,C正确;CuI受热易被氧化,干燥CuI固体要在干燥器中进行,不能选用蒸发装置,D错误。12345678910113.

[2023·湖北四地六校联考]利用下列装置模拟“侯氏制碱法”,通过制备的NH3和CO2与饱和食盐水反应先制备NaHCO3。下列说法正确的是(

)A.实验时装置Ⅰ产生的气体要最先通入装置Ⅳ中B.装置Ⅲ中的试剂为浓硫酸C.导管口的连接顺序为a→e,f←d←c←bD.实验过程中,装置Ⅳ内会出现浑浊现象

1234567891011[解析]利用装置Ⅰ(碳酸钙和稀盐酸反应)产生的气体是CO2,用饱和NaHCO3溶液除去CO2气体中混有的HCl杂质;利用装置Ⅱ(熟石灰与氯化铵反应)产生氨气,氨气极易溶于水(注意防倒吸),且水溶液显碱性,利于CO2气体的吸收,实验过程先通氨气,后通二氧化碳。实验时装置Ⅰ产生的气体是CO2,应后通入装置Ⅳ中,A错误;装置Ⅲ中的试剂为饱和NaHCO3溶液,主要吸收CO2中的HCl杂质,B错误;实验室制得的氨气先通入饱和食盐水中,再把已经除杂的CO2气体通入饱和食盐水中,导管口的连接顺序为a→d→c→e,f←b,C错误;实验过程中,二氧化碳、氨气和饱和食盐水共同作用生成NaHCO3晶体,装置Ⅳ内会出现浑浊现象,D正确。12345678910114.探究是培养创新精神和实践能力的手段。用如图所示装置探究氯气的性质,三支试管口均放置浸有NaOH溶液的棉花。下列对实验现象的分析错误的是(

)A.①中淀粉KI试纸变蓝,说明Cl2的氧化性强于I2B.②中产生白色沉淀,说明氯气与水反应生成Cl-C.③中的溶液变为棕黄色,说明氯气具有氧化性D.④中溶液先变红后褪色,说明氯水有酸性和漂白性

1234567891011[解析]

Cl2可与KI反应生成I2,使淀粉KI试纸变蓝,Cl2是氧化剂,I2是氧化产物,则Cl2的氧化性强于I2,A正确;浓盐酸易挥发出HCl,伴随Cl2进入AgNO3溶液,故不能说明Cl2与水反应生成Cl-,B错误;Cl2与FeCl2溶液反应,FeCl2被氧化生成FeCl3,溶液变为棕黄色,Cl2作氧化剂,表现氧化性,C正确;Cl2与水反应生成HCl和HClO,溶液呈酸性,使紫色石蕊溶液变红色,HClO具有漂白性,可使指示剂褪色,D正确。12345678910115.[2023·山东日照校际联考]碳酸镧[La2(CO3)3]常用于慢性肾衰患者高磷血病的治疗,实验室用如图所示装置,利用反应2LaCl3+6NH4HCO3

=La2(CO3)3↓+6NH4Cl+3CO2↑+3H2O来制取。下列说法错误的是(

)A.装置X中盛放的试剂应为饱和NaHCO3溶液B.实验中各装置导管口的连接方式为F→B→A→D,E←CC.实验时可以不用X装置,将W中的盐酸用稀硫酸代替,实验效果相同D.实验时,应先打开Y中分液漏斗的活塞,一段时间后再打开W中分液漏斗的活塞

1234567891011[解析]装置X是为了除去二氧化碳中混有的HCl杂质,试剂应为饱和NaHCO3溶液,A正确;装置Y用于制氨气,氨气极易溶于水,通入LaCl3溶液时要注意防倒吸,则C连E,装置W用于制二氧化碳,制取的二氧化碳中混有HCl杂质,需通过装置X除去HCl气体,则F连接B,A连接D,导管口的连接方式为F→B→A→D,E←C,B正确;装置W用于制取二氧化碳,将盐酸用稀硫酸代替,生成的CaSO4附着在石灰石表面,不利于气体的产生,C错误;实验开始时,先打开Y中分液漏斗的活塞,先通入氨气,使LaCl3溶液呈碱性以吸收更多的二氧化碳,一段时间后再打开W中分液漏斗的活塞,D正确。12345678910116.某小组利用如图所示装置,正确检验出了草酸的分解产物CO和CO2,下列有关实验现象描述错误的是(

)A.装置前后的澄清石灰水都会变浑浊B.盛浓硫酸的洗气瓶,瓶外壁或溶液温度上升C.红色氧化铁变黑D.倒扣的玻璃漏斗尖端燃烧时有蓝色火焰,同时火焰夹带黄色

1234567891011[解析]第一个澄清石灰水的作用是判断氢氧化钠溶液是否除尽CO2,保证结论正确,此石灰水没有变浑浊,A错误;浓硫酸吸收水蒸气放热,洗气瓶外壁或溶液温度上升,B正确;草酸分解生成二氧化碳和一氧化碳,一氧化碳还原氧化铁生成黑色铁,C正确;倒扣玻璃漏斗尖端有剩余CO燃烧,产生淡蓝色火焰,由于玻璃漏斗含有钠元素,燃烧时存在钠的焰色,带有黄色,D正确。1234567891011

探究点二

以非金属及其化合物为主体的“微流程”

1234567891011[解析]电解NH4Cl溶液和稀盐酸混合液得到NCl3和气体X,NH4Cl→NCl3发生氧化反应,酸性条件下不能生成NH3,气体X必然是还原产物,则X应为H2,电解方程式为NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3;NCl3溶液中加入NaClO2溶液,得到ClO2、气体Y和溶液Z,化学方程式为6NaClO2+NCl3+3H2O=6ClO2↑+NH3↑+3NaCl+3NaOH,则Y为NH3,Z为NaCl和NaOH的混合溶液。气体X为H2,为阴极的还原产物,气体Y为NH3,既不是氧化产物,又不是还原产物,A错误。1234567891011

12345678910118.

[2023·江苏南京六校联合体调研]工业上以SO2和纯碱为原料制备无水NaHSO3的主要流程如图,下列说法不正确的是

(

)已知:NaHSO3溶液呈弱酸性A.工业上用黄铁矿(FeS2,其中硫元素为-1价)在高温下和氧气反应制备SO2B.结晶后母液中含有NaHCO3C.中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3D.侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl

1234567891011[解析]由流程可知,结晶析出大量NaHSO3晶体,分离得到的湿料进行气流干燥,最终得到纯净的NaHSO3产品,母液含饱和NaHSO3和过量的二氧化硫形成的亚硫酸,溶液呈酸性,所以加入纯碱进行中和,中和时发生H2SO3+2Na2CO3

=Na2SO3+2NaHCO3、NaHSO3+Na2CO3=Na2SO3+NaHCO3,所以调节pH为8进行中和后得到Na2SO3和NaHCO3,通入二氧化硫气体进行混合吸收,此时吸收过程中发生反应为Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3、SO2+NaHCO3

=CO2+NaHSO3。1234567891011黄铁矿(FeS2,其中硫元素为-1价)在高温下和氧气反应制备SO2,同时生成Fe2O3,发生反应的化学方程式为4FeS2+11O2

8SO2+2Fe2O3,故A正确;母液含NaHSO3和过量的二氧化硫溶于水形成的亚硫酸,不含NaHCO3,故B错误;中和时发生H2SO3+2Na2CO3

=Na2SO3+2NaHCO3,NaHSO3+Na2CO3=Na2SO3+NaHCO3,则中和后溶液中含Na2SO3和NaHCO3,故C正确;侯氏制碱法以H2O、NH3、CO2、NaCl为原料制备NaHCO3和NH4Cl,反应原理为