高考中陌生的非金屬元素——以非金屬元素為背景的高考化學試題解題策略三探

2020-11-16 08:31:52吉林趙鑫光

教學考試(高考化學) 2020年4期

吉林趙鑫光

無機非金屬元素一直以來都是高考命題的熱點，尤其在工藝流程題和實驗綜合題中高頻出現，從化學基本概念、物質的制備、化學反應原理、性質及檢驗等方面綜合考查學生分析問題、解決問題的能力和接受、提取、運用陌生信息的能力。鹵族元素作為典型的非金屬元素，學生已經在高中課本中系統的學習過氯氣的相關性質，但學生對其他鹵族元素和氯元素的一些化合物相對陌生，這給高考命題留出了較大空間。本文選擇氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等幾種典型的鹵族非金屬元素及其化合物加以介紹，并配以例題、解析，以期學生通過練習掌握該類試題的解題策略。

一、氟及其化合物

1.氟氣(F2)

(1)氟氣是淡黃綠色氣體，在任何溫度下都可與金屬直接化合，生成高價氟化物，F2與Cu、Ni、Mg作用時金屬表面生成一層致密氟化物保護膜而中止反應，所以F2可儲存在Cu、Ni、Mg或合金制成的容器中。

(2)F2在低溫黑暗中即可與H2直接化合放出大量熱導致爆炸，無法控制。

2.氟化氫(HF)

3.氟化物

(1)氟化鈣(CaF2)又叫螢石，不溶于水，氟化銀(AgF)易溶于水，與其他鹵化物不同。

【典例1】氟和氟鹽是化工原料。由于氟氣性質活潑，很晚才制取出來。

(2)利用化學反應也能制取氟。請配平下列化學方程式

②其中還原產物是________。

(3)某溫度下測得濃度均為0.10 mol/L的KF和HF混合溶液的pH=4，近似計算HF的電離平衡常數Ka=____________________(寫出計算過程)。

(4)一定濃度的HF和Al2(SO4)3混合液中，鋁的各種微粒含量f隨pH的分布曲線如圖所示。用NaOH使混合液的pH從5調整到7，寫出有關反應的離子方程式：____________________________。

二、氯的化合物

1.二氧化氯(ClO2)

(1)ClO2為黃綠色有特殊刺激性氣味氣體，其液態時為紅褐色，固態時為淺紅色。主要用于自來水的消毒、木質紙漿的漂白等。二氧化氯具有殺菌能力強、對人體及動物沒有危害以及對環境不造成二次污染等特點。

(4)ClO2屬于強氧化劑，其氧化能力比Cl2強，還原產物為Cl-。

(5)ClO2可以用如下方法制備(①為實驗室制法，其他為工業制法)：

2.次氯酸(HClO)及其鹽

(1)次氯酸是弱酸，其酸酐是一氧化二氯(Cl2O)。

(3)次氯酸鈉也具有強氧化性：

(4)在氯水中加入新生成的HgO或碳酸鹽可制得次氯酸：

3.亞氯酸(HClO2)及其鹽

(1)HClO2是弱酸，其酸性大于HClO，Ka=5.0×10-3。

4.氯酸(HClO3)及其鹽

(1)HClO3為強酸，僅存在于溶液中，減壓蒸餾冷溶液可得到黏稠的濃溶液。

(2)HClO3不穩定，可按如下方式分解：

5.高氯酸(HClO4)及其鹽

(1)高氯酸是無機含氧酸中最強的酸。KClO4和NH4ClO4的溶解度較小。

混凝土的凝結和硬化是水泥與水發生水化反應的最終結果，要想保證混凝土的強度，就要建立適宜于水化反應的環境。所以，養護對于混凝土的質量至關重要。通常采用的養護方法主要是覆蓋澆水養護和覆膜養護，其關鍵在于為混凝土水化提供適宜的溫度和濕度條件，以促進水化反應的順利進行。

(4)工業上制備高氯酸可采用電解氧化HCl(aq)法：

【典例2】亞氯酸鈉是重要漂白劑，某校化學實驗探究小組設計如圖實驗制備亞氯酸鈉(NaClO2)晶體。

[查閱資料]

Ⅰ：NaClO2飽和溶液在低于38℃時析出NaClO2·3H2O，高于38℃時析出NaClO2，高于60℃時NaClO2分解成NaClO3和NaCl。

[進行實驗]

(1)盛裝濃硫酸儀器名稱是________。

(2)裝置C的作用是________________。

(3)ClO2氣體與裝置D中混合溶液反應生成NaClO2，生成NaClO2的離子方程式為____________________。

(4)反應后，經以下步驟可從裝置D的溶液獲得NaClO2晶體。請補充完整操作。

①55℃蒸發結晶；②趁熱過濾；③38～60℃熱水洗滌；④低于________干燥，得到成品。

[實驗反思]

(5)如果撤去D中的冷水浴，可能導致產品中混有的雜質是________。

(7)測定樣品中NaClO2的純度。測定時進行如下實驗：

①確認滴定終點的現象是________________。

②所稱取的樣品中NaClO2的物質的量為________(用含c、V的代數式表示)。

【典例3】高氯酸可用于生產高氯酸鹽、人造金剛石提純、電影膠片制造、醫藥工業等方面。工業上用如圖工藝流程生產高氯酸，同時得到副產物亞氯酸鈉(NaClO2)粗品。

已知：①NaHSO4的溶解度隨溫度的升高而增大，適當條件下可結晶析出；

②高氯酸是迄今為止已知含氧酸中的最強酸，沸點為90℃；

③NaClO2固體受熱易分解。

請回答下列問題：

(1)反應器Ⅰ中發生反應的化學方程式為________________，冷卻過濾的目的是________________，

能用蒸餾法分離出高氯酸的原因是________________。

(2)反應器Ⅱ中通入SO2的目的是________________。

(3)從反應器Ⅱ中獲得NaClO2粗品的實驗操作依次是________(填字母，下同)，進一步提純的操作為________。

a.過濾 b.重結晶 c.蒸餾 d.蒸發濃縮 e.蒸干灼燒 f.冷卻結晶 g.萃取分液

三、溴及其化合物

1.單質溴(Br2)

(1)溴單質是深紅棕色液體，是鹵素單質中水溶性最好的，每100 g水中可溶解3.58 g單質溴。

2.溴化氫(HBr)和溴化物

3.溴的含氧酸及其鹽

【典例4】溴及其化合物廣泛應用于醫藥、農藥、纖維、塑料阻燃劑等制造上，回答下列問題：

(2)溴原子與氯原子能以共價鍵結合形成BrCl。BrCl分子中，________顯正電性。BrCl與水發生反應的化學方程式為__________________________。

在密閉容器中將過量CuBr2于487 K下加熱分解，平衡時p(Br2)為4.66×103Pa。

①如反應體系的體積不變，提高反應溫度，則p(Br2)將會________(填“增大”“不變”或“減小”)。

②如反應溫度不變，將反應體系的體積增加一倍，則p(Br2)的變化范圍為________。

四、碘及其化合物

2.碘量法在定量分析中的應用

(2)剩余碘量法：是先在具有還原性的待測樣品中加入過量且定量的碘標準溶液，待I2與待測樣品完全反應后，再用硫代硫酸鈉標準溶液滴定剩余的碘單質，以求出待測樣品純度。

(3)間接碘量法：也稱置換碘量法，是先在具有氧化性的待測樣品中加入過量碘化鉀溶液，待測樣品將碘化鉀氧化，析出定量的碘，再用硫代硫酸鈉標準溶液滴定析出的碘，從而測出待測樣品的純度。

【典例5】KIO3是一種無色易溶于水的晶體，醫藥上可作防治地方甲狀腺腫的藥劑，目前碘酸鉀被廣泛應用于食鹽加碘。一種由含碘廢水制取碘酸鉀的工藝如圖：

(1)檢驗“含碘廢水”中含有的單質I2，常用的試劑是________。

(2)進行“過濾1”時，需同時對CuI沉淀進行洗滌。在洗滌液中可通過滴加________鹽溶液來檢驗其是否已洗滌干凈。

(3)“濾渣2”的成分為________(填化學式)。

(4)“制KI”時，發生反應的化學方程式為____________________。

(5)食用加碘鹽新標準是每千克食鹽中碘元素含量為25毫克(波動范圍為18～33 mg/kg)。測定食鹽試樣中碘元素含量的步驟如下：稱取4.000 g市售食鹽加入錐形瓶中，依次加入適量的水、稍過量KI及稀硫酸；充分反應后，再加入12.00 mL 6.000×10-4mol·L-1Na2S2O3溶液，與生成的碘恰好完全反應。有關反應原理：

①計算該食鹽試樣中碘元素的含量(單位mg/kg，寫出計算過程)：________________。

②該食鹽試樣是否符合新的食用加碘鹽標準，并說明判斷依據：________________。

【典例6】碘及其化合物在生產、生活和科技等方面都有著重要的應用。回答下列問題：

(2)碘不易溶于水，但易溶于碘化鉀溶液并生成多碘離子，反應如下：