1 专题十一 常见非金属及其重要化合物

1.高纯度单晶硅是典型的无机非金属材料,又称“半导体”材料,它的发现和使用曾引起计算机的一场“革命”。这种材料可以按下列方法制备:

SiO 2

Si(粗)SiHCl 3Si(纯) 下列说法正确的是 ( )

A.步骤①的化学方程式为SiO 2+C

Si+CO 2↑ B.步骤①②③中每生成或反应1 mol Si,转移4 mol 电子

C.二氧化硅能与氢氟酸反应,也能与氢氧化钠溶液反应,属于两性氧化物

D.SiHCl 3(沸点33.0 ℃)中含有少量的SiCl 4(沸点67.6 ℃),通过蒸馏可提纯SiHCl 3

2.肼(N 2H 4)和氧气的反应情况受温度影响。某同学设计方案探究温度对产物影响的结果如图Z11-1所示。下列说法不正确的是 (

)

图Z11-1

A.温度较低时, 肼和氧气主要发生的反应为N 2H 4+O 2

N 2+2H 2O

B.900 ℃时,能发生N 2+O 22NO

C.900 ℃时, N 2的产率与NO 的产率之和可能小于100%

D.该探究方案是将一定量的肼和氧气在密闭容器中进行不断升温实验

3.生物脱H 2S 的原理如下:

反应1:H 2S+Fe 2(SO 4) 3

S ↓+2FeSO 4+H 2SO 4 反应2:4FeSO 4+O 2+2H 2SO 42Fe 2(SO 4)3+2H 2O

硫杆菌存在时,FeSO 4被氧化的速率是无菌时的5×105倍,氧化速率随温度和pH 变化关系如图

Z11-2。下列说法正确的是 ( )

2

图Z11-2

A.该过程最终将H 2S 转化为Fe 2(SO 4)3

B.H +是反应2的反应物,c (H +)越大反应速率越快

C.反应1消耗11.2 L H 2S,转移的电子数目约为6.02×1023个

D.反应温度过高,Fe 2+氧化速率下降,其原因可能是硫杆菌失去活性

4.在给定条件下,下列选项所示的物质间转化均能实现的是 ( ) A.C CO 2CO

CO 2 B.Na 2SO 3SO 2

H 2SO 3 C.CaCO 3CaCl 2

Ca(ClO)2 D.N 2NO HNO 3 5.由SO 2和O 2制备SO 3(熔点16.8 ℃,沸点44.8 ℃)的模拟装置如图Z11-3所示(加热和夹持装置省略

):

图Z11-3

下列说法正确的是 ( )

A.装置①中的试剂为饱和NaHSO 3溶液

B.实验室可用铜与稀硫酸在加热条件下制取SO 2

C.装置③反应管中的铂石棉用作反应的催化剂

D.从装置⑤逸出的气体有过量的SO 2和O 2

6.已知甲、乙、丙三种物质均含有同种元素X,其转化关系如图Z11-4:

图Z11-4

下列说法错误的是( )

A.若A为NaOH溶液,乙为白色沉淀,则X可能为短周期金属元素

B.若A为硝酸,X为金属元素,则甲与乙反应可生成丙

C.若A为氧气,丙在通常状况下为红棕色气体,则甲可能为非金属单质

D.若乙为NaHCO3,则甲或丙可能是CO2

7.中学教材中常见的金属和非金属元素及其化合物在工业和生活中有重要应用,请回答下列问题:

(1)从海水中提溴是将Cl2通入浓海水中,生成溴单质,而氯气氧化溴离子是在酸性条件下进行的,其目的是避免。

(2)ClO2是高效、低毒的消毒剂,工业上用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为。

(3)磷的含氧酸有多种形式,如H3PO4、H3PO2(次磷酸)、H3PO3(亚磷酸)等。H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,写出H3PO3的第二步电离方程式: 。H3PO3和碘水反应,棕黄色褪去,再滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀生成,请写出H3PO3和碘水反应的化学方程式: 。

(4)一种新型燃料电池以液态肼(N2H4)为燃料,氧气为氧化剂,某固体氧化物为电解质,工作温度高达700~900 ℃时,O2-自由移动,反应、生成物均为无毒无害的物质。则该电池的负极反应式为。

(5)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H

+Mg2++2H

2O,则正极反应式

为。常温下若起始电解质溶液pH =1,则pH=2时溶液中Mg2+浓度为。已知K sp[ Mg(OH)2]=5.6×10-12,当溶液pH=6时, (填“有”或“没有”)Mg(OH)2沉淀。

8.亚硝酸钠是一种重要的工业用盐,某同学针对亚硝酸钠设计了如图Z11-5所示实验(已知:Na2O2+2NO2NaNO2;Na2O2+2NO 22NaNO3)。

图Z11-5

(1)该同学用以上仪器制备NaNO2,则装置的连接顺序为A→→→→→E。(填

3

序号,可重复)

(2)仪器a的名称为。

(3)NO在E中可被氧化成

N,写出反应的离子方程

式: 。

(4)比色法测定样品中的NaNO2含量:

①在5个有编号的带刻度试管中分别加入不同量的NaNO2溶液,各加入1 mL的M溶液(M遇NaNO2呈紫红色,NaNO2的浓度越大颜色越深),再加蒸馏水至总体积均为10 mL并振荡,制成标准色阶:

②称量0.10 g制得的样品,溶于水配成500 mL溶液,取5 mL 待测液,加入1 mL M溶液,再加蒸馏水至10 mL 并振荡,与标准色阶比较。

③比色的结果是待测液的颜色与 d 组标准色阶相同,则样品中NaNO2的质量分数为。

(5)滴定法测定样品中的NaNO2含量:

①称量0.500 0 g制得的样品,溶于水配成500 mL溶液,取25.00 mL待测液于锥形瓶中,加

入a mL KI 酸性溶液(足量),发生反应2N+2I-+4H+2NO↑+I2+2H2O。

②滴入2~3滴作指示剂,用0.010 0 mol·L-1 Na2S2O3溶液进行滴定,当看到的现象时,即为滴定终点(已知2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI)。

③重复实验后,平均消耗Na2S2O3溶液的体积为20.50 mL,则样品中NaNO2的质量分数为(保留3 位有效数字)。

④下列操作会导致测定结果偏高的是(填序号)。

A.滴定过程中向锥形瓶中加少量水

B.滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失

C.观察读数时,滴定前仰视,滴定后俯视

D.滴定时摇瓶幅度过大,标准溶液滴到瓶外

9.某校合作学习小组的同学设计实验验证Na2SO4与焦炭高温加热后的产物。回答下列问题:

4

5 (1)Na 2SO 4与焦炭反应的实验装置如图Z11-6所示

:

图Z11-6

①先通入N 2,然后加热,直至反应结束,整个过程中N 2的作用是 。

②装置B 的作用是 。

(2)该同学认为气体产物中可能含有CO 2、CO 及SO 2,并进行验证,选用上述实验中的装置A 、B 和如图Z11-7所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。

图Z11-7

①实验装置连接的合理顺序为A 、B 、 。装置H 中黑色粉末是 。 ②能证明产物中有CO 的现象是 。

③若含有SO 2,E 装置的作用是 (用化学方程式说明)。

(3)某同学利用图Z11-8中的装置验证固态产物,能证明固态产物中含有Na 2S 的现象是 。若实验中发现固态产物完全反应后,锥形瓶底部还产生少量黄色沉淀,说明固体产物中除含Na 2S 还含有少量的 (填一种可能的物质)。

图Z11-8

专题限时集训(十一)

1.D [解析] 二氧化硅高温下与C 反应生成CO 气体,即步骤①的化学方程式为SiO 2+2C Si+2CO ↑,A 错误;步骤①中Si 的化合价降低4,每生成1 mol Si,转移电子的物

质的量为4 mol,步骤②中生成SiHCl3,Si的化合价升高2,步骤③中每生成1 mol Si,转移2 mol电子,B错误;SiO2是酸性氧化物, C错误;沸点相差30 ℃以上的两种液体可以采用蒸馏的方法分离,D正确。

2.D [解析] 由图可知,温度较低时,肼和氧气主要发生的反应为N2H4+O 2N2+2H2O,A正确;由图可知,在400 ℃到900 ℃之间,N2的产率逐渐减小、NO的产率逐渐升高,所以,900 ℃时,能发生N2+O 22NO,B正确;由图可知,当温度高于900 ℃后,N2的产率与NO的产率都降低了,说明两个反应都是可逆反应,所以900 ℃时,N2的产率与NO的产率之和可能小于100%,C正确;该探究方案是在密闭容器中将一定量的肼和氧气在不同温度下达到平衡的实验,反应达到平衡需要一定的时间,所以不能不断升高温度,D错误。

3.D [解析] 由反应1和反应2可知,该过程将H2S转化为单质S,A错误;由Fe2+氧化速率随pH变化图可知,当pH<2时,c(H+)越大反应速率反而越慢,B错误;没有指明H2S所处状况,无法计算,C错误;温度过高,反应速率下降的原因是高温使得硫杆菌失去活性,催化作用减弱,D 正确。

4.A [解析] C在O2中完全燃烧生成CO2,CO2与C高温下反应生成CO,CO与Fe2O3高温下反应生成Fe和CO2,三步反应均能实现,A正确;Na2SO3与H2SO4反应生成Na2SO4、H2O和SO2,SO2与溴水反应生成H2SO4和HBr,B错误;CaCO3与HCl反应生成CaCl2、H2O和CO2,CaCl2与O2不反应,C 错误;N2与O2高温下反应生成NO,NO与H2O不反应,D错误。

5.C [解析] 进入高温反应管的气体必须干燥,①应是浓硫酸,A错误;铜与稀硫酸不反应,B 错误;通常情况下,SO2和O2反应很慢,需用催化剂催化,C正确;④中逸出的气体主要是SO2和O2及少量的SO3气体,则⑤中应盛放碱石灰,可除去SO2、SO3,所以从装置⑤逸出的气体不会有SO2,D错误。

6.B [解析] 若A为NaOH溶液,乙是白色沉淀且能和NaOH溶液反应,则白色沉淀为Al(OH)3,甲是铝盐,丙是偏铝酸盐,X为短周期金属元素Al,A正确;若A为硝酸,X为金属元素,X应是变价金属元素,则甲可能是Fe,乙是Fe(NO3)2,丙是Fe(NO3)3,甲与乙不反应,B错误;若A为氧气,丙在通常状况下为红棕色气体即NO2,则甲是N2,乙是NO,C正确;若乙为NaHCO3,则甲是CO2,A是NaOH,丙是Na2CO3,或者甲是Na2CO3,A是HCl,丙是CO2,D正确。

7.(1)Cl2歧化生成HCl和HClO (2)2∶1

(3)H2

P H++HP

H3PO3+I2+H2O H3PO4+2HI

6

(4)N2H4-4e-+2O 2-N2+2H2O

(5)H2O2+2H++2e -2H2O 0.045 mol·L-1没有

[解析] (1)氯气能与水发生可逆反应生成HCl与HClO,酸性条件下避免Cl2发生歧化反应生成HCl和HClO。(2)KClO3在H2SO4存在下与Na2SO3反应制得ClO2,可知S被氧化成S,

由得失电子、电荷守恒可知该离子反应为2Cl +S+2H +2ClO2↑+S+H2O,氧化剂为KClO3,还原剂为Na2SO3,由离子反应可知该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为2∶1。

(3)H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,说明HP不能继续电离出氢离

子,H3PO3的第二步电离方程式为H2

P H++HP;H3PO3和碘水反应,棕黄色褪去,亚磷酸

被氧化生成磷酸,再滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀AgI生成,则H3PO3和碘水反应的化学方程式为H3PO3+I2+H2O H3PO4+2HI。(4)该燃料电池总反应为N2H4+O 2N2+2H2O,负极参加反应的是N2H4,进而写出电极反应式。(5)镁-H2O2酸性燃料电池的反应机理为Mg+H2O2+2H +Mg2++2H2O,正极上是过氧化氢得到电子生成水的反应,正极反应式为H2O2+2H++2e -2H2O;若起始电解质溶液pH=1,则pH=2时,溶液中氢离子浓度减小0.1 mol·L-1-0.01 mol·L-1=0.09 mol·L-1,

依据反应方程式得到c(Mg2+)=c(H+)减小=0.045 mol·L-1;K sp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,当溶液pH=6

时,c(Mg2+

)=c(H+)减小

≈×0.1mol·L-1=0.05 mol·L-1,c(OH-)=10-8mol·L-1,则

Q c=c(Mg2+)×c2(OH-)=0.05×10-16=5×10-18<K sp[Mg(OH)2],说明无氢氧化镁沉淀生成。

8.(1)D B C B

(2)硬质玻璃管

(3)5NO+3Mn+4H +5N+3Mn2++2H2O

(4)③60%

(5)②淀粉溶液加入最后一滴液体,锥形瓶内溶液恰好从蓝色变为无色,且维持半分钟不变色③56.6%④BD

[解析] (1)由题中信息可知,A用于制备二氧化氮,二氧化氮经D转化为NO,NO经B干燥后通入C与过氧化钠反应制备亚硝酸钠,为防止过氧化钠吸收水蒸气,需要用B保护C,剩余的NO 用E装置吸收。(4)③待测液的颜色与d组标准色阶相同,由表中数据可知,NaNO2的含量为60 mg·L-1,10 mL待测液中所含NaNO2的质量为10×10-3L×60 mg·L-1=0.6 mg,所以,样品

7

中NaNO2的质量分数为×100%=60%。(5)③重复实验后,平均消耗Na2S2O3溶液的体积为20.50 mL。由题中2个反应可得到关系式

2N~I2~2Na2S2O3,n(NaNO2)=n(Na2S2O3)=20.50×10-3L×0.010 0 mol·L-1=2.050×10-4 mol,

则样品中NaNO2的质量分数为×100%≈56.6%。④滴定过程中向锥形瓶中加少量水,对测定结果无影响;滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失,则读取反应消耗的标准溶液的体积偏大,测定结果偏高;观察读数时,滴定前仰视,滴定后俯视,则读取反应消耗的标准溶液体积偏小,导致测定结果偏低;滴定时摇瓶幅度过大,标准溶液滴到瓶外,则导致消耗的标准溶液体积偏大,测定结果偏高。综上所述,会导致测定结果偏高的是BD。

9.(1)①排出装置中空气并将生成的气体吹出②安全瓶

(2)①F、E、C、D、G、H、C CuO

②H中黑色粉末变为红色,其后连接的C中澄清石灰水变浑浊

③5SO2+2KMnO4+2H2O K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

(3)试管中有黑色沉淀Na2SO3(或Na2S2O3等其他合理答案)

[解析] (1)①碳能够与空气中的氧气反应生成碳的氧化物,为了防止氧气对实验的干扰,先通入N2,然后加热,直至反应结束,可以排出装置中空气并将生成的气体吹出;②Na2SO4与焦炭高温加热后的产物中可能含有二氧化硫等易溶于水的气体,装置B可以防止因二氧化硫等气体的吸收造成的倒吸。(2)①气体中可能含有CO2、CO 及SO2,由于二氧化硫和二氧化碳都能使澄清的石灰水变浑浊,需要首先检验二氧化硫,然后除去二氧化硫后再检验二氧化碳,最后除去二氧化碳后检验一氧化碳,实验装置连接的合理顺序为A、B、F、E、C、D、G、H、C;一氧化碳具有还原性,可以与金属氧化物发生氧化还原反应,装置H中黑色粉末可以是氧化铜。

②H中黑色粉末变为红色,其后连接的C中澄清石灰水变浑浊,即可证明产物中有CO。③二氧化硫能够使酸性高锰酸钾溶液褪色,反应的化学方程式为5SO2+2KMnO4+2H2O K2SO4+2MnSO4+2H2SO4。(3)Na2S能够与硫酸反应生成硫化氢气体,硫化氢

8

与硫酸铜溶液反应生成黑色的硫化铜沉淀;实验中发现固态产物完全反应后,锥形瓶底部还产生少量黄色沉淀,该黄色沉淀可能是亚硫酸钠与硫化钠反应生成的硫,说明固体产物中除含有Na2S外,还可能含有少量的Na2SO3。

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