洞察命題新動(dòng)向 有效復(fù)習(xí)元素及其化合物

■河南省鄢陵縣第一高級(jí)中學(xué) 馮存良 高小艷

元素化合物知識(shí)在高考試卷中貫穿始終,題型靈活,作用之大、運(yùn)用之廣,很直接地反映出了其在知識(shí)體系中的重要性。而且元素化合物知識(shí)不僅是試題要直接考查的內(nèi)容本身,更是用來解決其他相關(guān)問題的基礎(chǔ)和平臺(tái)。如今新舊高考模式并行,新高考命題思想滲透,研究命題動(dòng)向更加重要。本文通過對(duì)高考綜合改革省市試題的研究,總結(jié)出了元素化合物考查新動(dòng)向。

動(dòng)向一：“價(jià)—類”二維圖

【動(dòng)向解讀】“價(jià)—類”二維圖是一種以物質(zhì)類別為橫坐標(biāo)、以化合價(jià)為縱坐標(biāo)的二維圖,在二維平面內(nèi)繪制含有某元素的物質(zhì)的轉(zhuǎn)化圖像,既能體現(xiàn)“元素觀”也能體現(xiàn)“分類觀”和“轉(zhuǎn)化觀”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)元素化合物知識(shí)的系統(tǒng)化,有助于建立系統(tǒng)的知識(shí)體系,明確學(xué)習(xí)要點(diǎn),從而達(dá)到復(fù)習(xí)效果。

“價(jià)—類”二維認(rèn)知模型以探究變價(jià)元素為載體,將散落的物質(zhì)有序地排列,利用方程式進(jìn)行拓展、提升,是學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的重要方式之一。

例1圖1 是某元素的“價(jià)—類”二維圖,其中A 為正鹽,X 是一種強(qiáng)堿,通常條件下Z是無色液體,E 的相對(duì)分子質(zhì)量比D 大16。下列說法錯(cuò)誤的是( )。

圖1

A.物質(zhì)A 作肥料時(shí)不適合與草木灰混合施用

B.物質(zhì)B 是弱電解質(zhì),其水溶液呈弱堿性

C.物質(zhì)C一般用排水法收集

D.D→E 的反應(yīng)可用于檢驗(yàn)D

解析：A 與X 反應(yīng)可以生成B,A 為正鹽,X 為強(qiáng)堿,可確定A 為銨鹽,B 為NH3,Y為O2,C 為N2,D 為NO,E 為NO2,通常條件下,Z 是無色液體,可確定Z 為H2O,F 為HNO3,G 為硝酸鹽。銨鹽與草木灰混合會(huì)釋放出NH3,不適合與草木灰混合使用,A項(xiàng)正確。NH3屬于非電解質(zhì),其水溶液顯弱堿性,B項(xiàng)錯(cuò)誤。NO 難溶于水且可以與空氣中的O2發(fā)生反應(yīng),生成NO2,一般采用排水法收集,C 項(xiàng)正確。NO 被O2氧化,生成NO2,顏色會(huì)由無色變?yōu)榧t棕色,有明顯的顏色變化,可用于檢驗(yàn)NO,D 項(xiàng)正確。

答案：B

動(dòng)向二：碳達(dá)峰與碳中和

【動(dòng)向解讀】2020年我國(guó)首次提出:中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。專家指出:氣候變化是人類面臨的全球性問題,隨著各國(guó)二氧化碳排放,溫室氣體猛增,對(duì)生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下,世界各國(guó)以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體,我國(guó)由此提出“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)。

碳達(dá)峰:就是指在某一個(gè)時(shí)點(diǎn),二氧化碳的排放不再增長(zhǎng)達(dá)到峰值,之后逐步回落。

碳中和:是指國(guó)家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動(dòng)或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放總量,通過植樹造林、節(jié)能減排等形式,以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳或溫室氣體排放量,實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消,達(dá)到相對(duì)“零排放”。

例2我國(guó)提出爭(zhēng)取在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”,這對(duì)于改善環(huán)境、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展至關(guān)重要。CO2催化加氫制CO 技術(shù)是兼顧新能源和實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的重要途徑之一,該反應(yīng)機(jī)理如下頁圖2所示。下列說法錯(cuò)誤的是( )。

圖2

B.催化劑(In2O3)表面易形成豐富的氧空位,有效促進(jìn)CO2的吸附活化

C.步驟d、e中,CO2的吸附與轉(zhuǎn)化均存在化學(xué)鍵的斷裂與形成

D.催化劑(In2O3)能提高催化加氫的速率,是因?yàn)榻档土朔磻?yīng)的活化能

解析：對(duì)轉(zhuǎn)化反應(yīng),升溫c(H2)降低,說明平衡向正向移動(dòng),則說明正反應(yīng)ΔH＞0,A項(xiàng)正確。觀察反應(yīng)機(jī)理圖可知,催化劑先吸附氫氣、氫原子與氧成鍵后脫水,得到較多的氧空位,促進(jìn)了CO2的吸附活化,B 項(xiàng)正確。步驟d中,CO2只是進(jìn)入氧空位被催化劑吸附,不存在化學(xué)鍵的斷裂與形成,C 項(xiàng)錯(cuò)誤。催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能從而提高化學(xué)反應(yīng)速率的,D 項(xiàng)正確。

答案：C

動(dòng)向三：含氯消毒劑

【動(dòng)向解讀】含氯消毒劑是生活中常用的消毒劑。在防控新型冠狀病毒期間,含氯消毒劑功不可沒,這是一類高效低毒的殺菌劑,消毒效果好且抗菌譜廣。常見含氯消毒劑包括“84”消毒液、漂白粉、一氧化二氯、二氧化氯、NaClO2(亞氯酸鈉)等。

例3二氧化氯(ClO2)是國(guó)際上公認(rèn)的綠色消毒劑,下面是ClO2的制備以及由ClO2制備一種重要的含氯消毒劑NaClO2的工藝流程:

已知:純ClO2易分解爆炸,一般用稀有氣體或空氣稀釋。

下列說法正確的是( )。

A.電解槽中總的離子方程式為Cl-+

解析：飽和氯化鈉溶液在無隔膜電解槽pH=9 的條件下電解生成NaClO3,NaClO3和稀硫酸、SO2反應(yīng)生成ClO2(用空氣稀釋ClO2),再將ClO2與NaOH、雙氧水反應(yīng)生成NaClO2溶液,經(jīng)過一系列過程得到NaClO2·3H2O。 電解槽中陽極得到NaClO3,陰極得到H2,其總的離子方程式為,A 項(xiàng)正確。根據(jù)信息,純ClO2易分解爆炸,一般用稀有氣體或空氣稀釋,說明ClO2發(fā)生器中通入空氣的目的是稀釋ClO2,B 項(xiàng)錯(cuò)誤。吸收器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)生成NaClO2,則反應(yīng)的離子方程式為O2↑,C項(xiàng)錯(cuò)誤。從ClO2發(fā)生器進(jìn)入吸收器的氣體可能會(huì)含有SO2,會(huì)與H2O2反應(yīng)生成,濾液中不存在,D 項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：A

動(dòng)向四：多硫含氧酸鹽與多硫化物

【動(dòng)向解讀】形式多樣的多硫含氧酸鹽是高考命題的熱點(diǎn)。以多硫含氧酸鹽的性質(zhì)為載體,從生活、生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)發(fā)現(xiàn)并提出具有探究?jī)r(jià)值的問題,設(shè)計(jì)探究方案加以探究,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰皠?chuàng)新意識(shí),發(fā)展化學(xué)社會(huì)意識(shí)。

例4焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在印染、電鍍、釀造等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,其制備流程如下所示。

已知:NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水得到Na2S2O5。

下列說法正確的是( )。

A.反應(yīng)Ⅰ制備Na2CO3,反應(yīng)時(shí)先通入氨氣,再通入CO2

B.氣體a為SO2,反應(yīng)Ⅲ為Na2CO3+

C.調(diào)pH=7～8,并再次通入氣體a的目的是得到NaHSO3過飽和溶液

D.結(jié)晶后的脫水反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)

解析：飽和NaCl溶液中通入NH3和CO2,生成NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液;過濾出沉淀,加熱,溶于水得到Na2CO3飽和溶液;通入氣體a(SO2),調(diào)節(jié)pH=4.1,得到NaHSO3溶液,加入Na2CO3調(diào)節(jié)pH=7～8,此時(shí)NaHSO3轉(zhuǎn)化為Na2SO3,再通入SO2,并使pH=4.1,則生成NaHSO3過飽和溶液,結(jié)晶脫水得Na2S2O5。反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ是通過侯氏制堿法制備碳酸鈉,反應(yīng)Ⅰ制備NaHCO3的化學(xué)方程式為NaCl +CO2+,反應(yīng)時(shí)先通入氨氣,再通入CO2,反應(yīng)Ⅱ?yàn)镹aHCO3加熱分解生成Na2CO3,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)已知信息可知,反應(yīng)Ⅲ是為了制備NaHSO3,發(fā)生反應(yīng)CO2,B 項(xiàng)錯(cuò)誤。 由于反應(yīng)Ⅲ得到的NaHSO3不是過飽和溶液,加碳酸鈉固體、并再次充入SO2的目的是得到NaHSO3過飽和溶液,C項(xiàng)正確。由流程可知,NaHSO3失水得到Na2S2O5,過程中各元素化合價(jià)不變,為非氧化還原反應(yīng),D 項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：C

動(dòng)向五：物質(zhì)之間的“類比”

【動(dòng)向解讀】類比是指通過兩個(gè)或兩類不同的對(duì)象進(jìn)行比較,找出它們的相似或相同之處,以此為依據(jù),把其中的某一對(duì)象的有關(guān)知識(shí)或結(jié)論遷移到另一對(duì)象中去。通過類比,可溝通新舊知識(shí)之間的聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移,達(dá)到化難為易、化生為熟的效果,這也是一種重要的創(chuàng)造性思維方法。近年來高考化學(xué)試題中的新情境題,凸出了起點(diǎn)高、落點(diǎn)低,在基礎(chǔ)知識(shí)上開鑿深的特點(diǎn),考查考生運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的靈活性和應(yīng)變能力,類比法已成為重要的解題途徑。值得注意的是,在運(yùn)用類比時(shí),必須抓住事物的本質(zhì)特征,要防止從表象出發(fā)進(jìn)行機(jī)械類比,胡亂類推。

例5下列推理合理的是( )。

A.NaCl 固體與濃硫酸加熱可制取HCl,則NaI固體與濃硫酸加熱可制取HI

B.Na2O2與CO2反應(yīng)生成Na2CO3和O2,則Na2O2與SO2反應(yīng)生成Na2SO3和O2

C.實(shí)驗(yàn)室可利用AlCl3與足量氨水反應(yīng)來制備Al(OH)3,則也可利用CuCl2與足量氨水反應(yīng)生成Cu(OH)2

D.Fe與S反應(yīng)生成FeS,則Cu與S 反應(yīng)生成Cu2S

解析：濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,能夠?qū)aI氧化為I2,不能用NaI固體與濃硫酸加熱制HI,A 項(xiàng)錯(cuò)誤。Na2O2與SO2發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Na2SO4,B 項(xiàng)錯(cuò)誤。Cu(OH)2溶于過量氨水生成[Cu(NH3)4]2+,因此不能利用CuCl2與足量氨水反應(yīng)生成Cu(OH)2,C項(xiàng)錯(cuò)誤。硫的氧化性較弱,只能將金屬氧化到較低價(jià)態(tài),Fe與S 反應(yīng)生成FeS,Cu 與S反應(yīng)生成Cu2S,D 項(xiàng)正確。

答案：D

動(dòng)向六：新型化合物

【動(dòng)向解讀】以新型化合物為載體,可全面檢測(cè)考生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。近年來高考化學(xué)科命題出現(xiàn)以新型化合物為載體來考量自主學(xué)習(xí)的能力。新型化合物的正確解讀便成了解題的關(guān)鍵,試題中介紹陌生無機(jī)物的任何內(nèi)容都可看做是信息,從信息呈現(xiàn)的方式看,可分為直接信息和潛在信息。針對(duì)試題中出現(xiàn)的新型化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的預(yù)測(cè),關(guān)鍵是弄清物質(zhì)的類別、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),靈活運(yùn)用反應(yīng)的基本原理進(jìn)行分析解決。

預(yù)測(cè)新型化合物性質(zhì)的三個(gè)角度如下:

1.依據(jù)周期表中的位置預(yù)測(cè)物質(zhì)的穩(wěn)定性、最高價(jià)含氧酸的強(qiáng)弱。

2.依據(jù)化合物中元素的化合價(jià)預(yù)測(cè)氧化性及還原性。

3.依據(jù)物質(zhì)的類別預(yù)測(cè)物質(zhì)與酸、堿、水等的反應(yīng)。

例6通過電氧化合成法可制得特殊高價(jià)金屬化合物高銅酸鈉(化學(xué)式為NaCuO2)。關(guān)于該物質(zhì)的推測(cè),下列有關(guān)說法不正確的是( )。

A.NaCuO2具有強(qiáng)氧化性

B.NaCuO2與濃鹽酸作用會(huì)產(chǎn)生無色無味氣體

C.強(qiáng)堿性條件下,通過次氯酸鈉氧化氫氧化銅可制得NaCuO2

D.NaCuO2與氫氣反應(yīng)可能有紫紅色固體生成

解析：在高銅酸鈉(化學(xué)式為NaCuO2)中Cu元素化合價(jià)為+3 價(jià),不穩(wěn)定,容易獲得電子,表現(xiàn)強(qiáng)氧化性,A 項(xiàng)正確。NaCuO2具有強(qiáng)氧化性,濃鹽酸具有強(qiáng)還原性,NaCuO2與濃鹽酸混合會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生黃綠色有刺激性氣味的Cl2,B 項(xiàng)錯(cuò)誤。次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性,H2具有強(qiáng)的還原性,次氯酸鈉在強(qiáng)堿性條件下有可能將氫氧化銅氧化產(chǎn)生 NaCuO2,H2有可能將NaCuO2還原產(chǎn)生單質(zhì)Cu,C、D 項(xiàng)正確。

答案：B

動(dòng)向七：陌生物質(zhì)的推斷

【動(dòng)向解讀】無機(jī)推斷題濃縮了元素及其化合物知識(shí),具有極強(qiáng)的學(xué)科特色,因其題材廣、可考查內(nèi)容多且容易控制卷面難度的題型特點(diǎn),成了高考命題中一種重要形式。近年來的考查形式已不囿于傳統(tǒng)的無機(jī)推斷,改頭換面以小流程結(jié)合定量計(jì)算進(jìn)行推斷的形式出現(xiàn)。

例7化合物X由5種元素組成且不含結(jié)晶水。某興趣小組按如下流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

已知:

①上述流程中,除沉淀A→紅棕色固體B的轉(zhuǎn)化外,其余均為非氧化還原反應(yīng)。

②氣體B 能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán),標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)得體積為2.24 L。

請(qǐng)回答:

(1)組成X 的元素有_____,X 的化學(xué)式是_____。

(2)紅棕色固體B在KOH 高溫環(huán)境下,與KNO3反應(yīng),固體B 中金屬元素化合價(jià)升高。同時(shí)生成KNO2,寫出該化學(xué)反應(yīng)方程式:___。

(3)將氣體B 通入CuSO4溶液中,先產(chǎn)生藍(lán)色絮狀沉淀,繼續(xù)通入氣體B,藍(lán)色沉淀消失,呈深藍(lán)色透明溶液,請(qǐng)寫出相應(yīng)的離子反應(yīng)方程式:___,___。

(4)濾液A 中溶質(zhì)的成分是____。

(5)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,用化學(xué)方法確定沉淀A 中陽離子的成分:____。

解析：X 加水溶解后過濾得到的沉淀A經(jīng)過灼燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到紅棕色固體B,B為氧化鐵,物質(zhì)的量為0.005 mol,A 為氫氧化亞鐵,根據(jù)鐵元素守恒,物質(zhì)的量為0.01 mol,X 中含F(xiàn)e元素。濾液A 加NaOH溶液得到的氣體B能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán),氣體為NH3,標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為2.24 L,物質(zhì)的量為0.1 mol,說明X 中含N和H 元素。濾液B加過量的Ba(OH)2得到的白色沉淀C不溶于鹽酸,C 為硫酸鋇,說明X 中含硫酸根,物質(zhì)的量為0.03 mol。綜上,X 中含F(xiàn)e(+2 價(jià))元素0.01 mol,硫酸根0.03 mol,推測(cè)該物質(zhì)的化學(xué)式可能為FeSO4·2(NH4)2SO4,根 據(jù) 質(zhì) 量 守 恒:5.18

g-0.01 mol×(56+96)g·mol-1-0.02 mol×(18×2+96)g·mol-1=1.02 g,借助0.06mol推知有NH3分子以配體形式存在于化合物中,故 X 的 化 學(xué) 式 為Fe(NH3)6SO4·2(NH4)2SO4。至此,題目涉及的信息型方程式書寫、溶質(zhì)的判斷、亞鐵離子的檢驗(yàn)可迎刃而解。

答 案：(1)Fe、H、N、O、S Fe(NH3)6SO4·2(NH4)2SO4

(4)(NH4)2SO4、NH3

(5)取少量沉淀A 于試管中,加入適量稀硫酸溶解,向其中加入少量KSCN 溶液,無明顯變化,加入氯水,溶液呈紅色,說明沉淀A 中含有Fe2+

動(dòng)向八：熱點(diǎn)金屬及其化合物制備流程

【動(dòng)向解讀】化工流程題是近年高考中備受關(guān)注的一類題型,熱點(diǎn)金屬及其化合物工業(yè)制備是其主要出題方向。此類試題集綜合性、真實(shí)性、開放性于一體,包含必要的操作名稱、化工術(shù)語或文字說明,考查知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、思維容量大。題干的呈現(xiàn)形式多為流程圖、表格和圖像;設(shè)問角度一般為操作措施、物質(zhì)成分、化學(xué)反應(yīng)、條件控制的原因和產(chǎn)率計(jì)算等,能力考查側(cè)重于獲取信息的能力、分析問題的能力、語言表達(dá)能力和計(jì)算能力;涉及的化學(xué)知識(shí)有基本理論、元素化合物和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)等。

例8我國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊鉛蓄電池約330萬噸。從含鉛廢料(含PbSO4、PbO2、PbO 等)中回收Pb 意義重大。一種回收鉛的工藝流程如下。

(1)鉛蓄電池的總反應(yīng)式為PbO2+,放電時(shí)PbO2作_____(填“正極”或“負(fù)極”),該電極附近溶液的pH____(填“增大”“減小”或“不變”)。

(2)含鉛廢料需要進(jìn)行粉碎處理,目的是_____,反應(yīng)①體現(xiàn)Na2SO3的____性,操作a、b的名稱是____。

(3)PbCO3和PbSO4加熱升溫過程中固體的質(zhì)量變化如圖3所示。工業(yè)上用PbCO3熱分解制備PbO,而不直接熱分解PbSO4制備PbO,主要原因是_____。

圖3

(4)將反應(yīng)③得到的PbO 粗產(chǎn)品溶解在HCl 和 NaCl 的混合溶液中,得到含Na2PbCl4的電解液。電解Na2PbCl4溶液生成Pb,裝置如圖4所示,則陰極的電極反應(yīng)式為_____。

圖4

解析：含鉛廢料和足量亞硫酸鈉溶液反應(yīng)生成硫酸鉛和硫酸鈉,過濾,硫酸鉛和PbO與足量碳酸鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鉛、PbO 和硫酸鈉,過濾,將濾渣灼燒得到PbO,再經(jīng)過一系列反應(yīng)最后得到鉛。

(1)鉛蓄電池的總反應(yīng)式為PbO2+,放電時(shí)PbO2中Pb 化合價(jià)降低,得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),作正極,,該反應(yīng)中H+不斷消耗,因此該電極附近溶液的pH 增大。

(2)含鉛廢料需要進(jìn)行粉碎處理,目的是增大反應(yīng)物接觸面積,加快反應(yīng)速率,反應(yīng)①是亞硫酸鈉和二氧化鉛反應(yīng)生成硫酸鉛,亞硫酸鈉化合價(jià)升高,因此反應(yīng)①體現(xiàn)Na2SO3的還原性,根據(jù)操作a、b后固體和溶液分開得到操作a、b的名稱是過濾。

(3)PbCO3和PbSO4加熱升溫過程中固體的質(zhì)量變化如圖3所示,PbSO4在較高溫度分解為PbO 和硫的氧化物,PbCO3熱分解制備PbO 和CO2,工業(yè)上用PbCO3熱分解制備PbO,而不直接熱分解PbSO4制備PbO,主要原因是因?yàn)镻bSO4分解溫度高,消耗能量多,產(chǎn)生硫的氧化物,污染大。

(4)電解Na2PbCl4溶液生成Pb,化合價(jià)降低,則陰極的電極反應(yīng)式為。

答案：(1)正極 增大

(2)增大反應(yīng)物接觸面積,加快反應(yīng)速率還原 過濾

(3)因?yàn)镻bSO4分解溫度高,消耗能量多,產(chǎn)生硫的氧化物,污染大