2024年初升高化学衔接讲义（全国通用）

初高中化学衔接讲义（2024） 目录 初高中化学衔接教材（2024） 1 第1讲　人类对原子结构的认识 2 答案精析 9 第2讲　元素分类及其性质的表示(化合价) 10 第3讲　用分类的方法研究物质 16 答案精析 24 答案精析 26 第4讲　用分类的方法研究化合物 27 答案精析 34 第5讲　无机化学反应一般原理 36 答案精析 45 第6讲　用分类的方法研究化学反应 46 答案精析 54 第7讲　沉淀反应及其应用 57 答案精析 63 第8讲　蒸发和灼烧　蒸发结晶和冷却结晶 66 答案精析 73 第9讲　常见气体的实验室制备 75 答案精析 86 第10讲　气体制备或性质实验装置气密性的检查 88 答案精析 95 第11讲　物质的量与阿伏加德罗常数——新的基本物理量 98 答案精析 104 第12讲　摩尔质量和气体摩尔体积—— 105 出两种新的导出物理量 105 答案精析 111 第13讲　理想气体状态方程和阿伏加德罗定律 113 答案精析 118 第14讲　以物质的量为核心的有关化学方程式的计算 120 答案精析 124 第15讲　有关溶解度的计算 128 答案精析 133 过关测试 136 答案精析 141 第1讲　人类对原子结构的认识 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生了解分子、原子、离子都是构成物质的一种微粒，了解原子是由原子核和核外电子构成，以及相对原子质量和相对分子质量的概念和意义。 在高中化学中，要加深对原子结构的认识，掌握原子、电子、质子、中子之间的定量关系，理解核外电子的运动规律，能用原子结构示意图、电子式来表示原子核外电子排布特点，推断元素性质。学会计算原子、原子团的电子数。 1．原子 原子的英文名(Atom)是从äτομοζ(atomos，“不可切分的”)转化而来。很早以前，希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世纪时，化学家发现了物理学的依据：对于某些物质，不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期，物理学家发现了亚原子粒子以及原子的内部结构，由此证明原子并不是不能进一步切分。 原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位，一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子，原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。在原子中，质子数与电子数相同，原子表现为电中性。如果质子数和电子数不相同，就成为带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同，质子数决定了该原子属于哪一种元素。原子是一个极小的物体，其质量也很微小，原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的质子和中子有着相近的质量，目前可用扫描隧道显微镜观察并拨动单个原子，下图为超高真空多功能扫描隧道显微镜，中图为显微镜下的硅原子结构，右图为在扫描隧道显微镜下科学家拨动49个铁原子排列在钢表面上形成的一个圆形栅栏。 2．构成物质的微粒 构成物质的微粒有原子、分子和离子。 原子是化学变化中的最小微粒，能直接构成物质，如金刚石、石墨等。 分子是构成物质的一种微粒，更多的研究结果表明，分子是由原子结合而成的，如：He、O2、O3、H2O、CO2、H2SO4等。 原子可以通过得到或失去电子形成离子，离子也是构成物质的微粒，如氯化钠就是由Na＋和Cl－构成的。 1．原子结构的演变 原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹，一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。原子结构模型主要经历了以下演变过程： 道尔顿原子模型(1803年)：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球体。 汤姆生原子模型(1904年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，形成中性原子，俗称“枣糕式”模型，糕体相当于原子核，分散在其中的枣子相当于电子。 卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就像行星围绕太阳运转。 玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。 2．原子的组成 原子是化学反应中的最小微粒，在化学反应中不可分割。科学研究表明，绝大多数原子的原子核由质子和中子构成，质子、中子和电子的质量、所带电荷各不相同。1个质子带1个单位的正电荷，1个电子带1个单位的负电荷，中子不显电性。原子核内的质子数与原子核外的电子数相等，所以原子呈电中性。原子核所含质子数，也就是所带的正电荷数又称核电荷数。科学家发现不同元素的原子所含的质子数各不相同，而且目前发现的所有原子中，其质子数按1、2、3、4、5……依次递增，刚好和自然整数序列一致，习惯上，人们就把原子中所含质子数称为原子序数，原子序数在数值上等于其核电荷数。中学阶段一般要求了解原子序数在18以内的原子所带的质子数、核外电子数。 原子核电荷数＝质子数＝核外电子数＝原子序数 原子 3．原子核外电子排布 在化学家们想像的模型中，每一个原子中的核外电子都绕核作高速运动，永不停止，也不劳累。在多电子原子中，则近似认为电子在原子核外的不同区域内绕核运动，又称为分层运动或分层排布。原子核外，由里到外、由近到远地分布着不同的电子层，供不同的电子绕核运动，尤如大都市中心城区外围所修的绕城公路，供不同性能、不同用途的机动车运行，从而保证交通有序运行。 人们常把原子中电子的这种分层运动用下图表示，中心圆圈表示原子核，围绕其外围的圆表示各个电子层，每个弧线上的小圆圈代表在其上运动着的电子。 通常由里到外依次称为第一层(又称K层，层序数n＝1)、第二层(又称L层，层序数n＝2)、第三层(又称M层，层序数n＝3)…………反过来，排在最外面的层也称为最外层，然后依次为倒数第二层(习惯上称为次外层)、倒数第三层……去掉最外层，其他的层统称为内层。 这种表示方法虽然形象但过于繁琐，通常将以上图示简化为右图，其中“小圆圈”代表原子核，“＋”表示原子核带正电荷，“8”表示原子核内质子数，也就是核所带电荷数，右边弧线从左至右表示电子层，其上数字表示在该层运动的电子数。如图表示核内有8个质子的原子核外电子的分层排布情况，第一层有2个电子，第二层有6个电子，这种图示被称为“原子结构示意图”，用于表示原子的核外电子分层排布。 根据距离中心城区的远近，通过制订一定的交通规则，让不同动力、不同用途的机动车在不同的绕城公路上行驶，有效地降低了车辆的拥堵现象，改善了城市交通秩序，提高了人们的生活质量。与此一样，对于多电子原子，不同能量的电子也必须遵守一定的“交通规则”，才能让它们“和谐”相处。核外电子分层排布的基本原则主要有以下几条(随着学习的深入，会逐步增加条例，这和城市交通规则的不断改进道理一样)： (1)电子分层排布时，要先排离核最近的电子层，只有当其排满时才能再往外排，这样会使得体系的能量处于比较低的状态，保持相对稳定，该原则称为“能量最低”原则。 (2)每一层最多排2n2个电子，即第一层最多排2个电子，第二层最多排8个电子…… (3)最外层最多排8个电子，如果只有一层，则最多排2个电子。 [试一试]　1.请你画出核电荷数为6、9、13、16的原子结构示意图。 在具体分析各原子核外电子排布时，须综合考虑以上三个原则，如19号元素，按此部分原则，可能会排出2、8、9三层形式，第三层上有9个电子，虽未突破“每层最多有2n2个电子”原则，但却不符合最外层不超过8的规定，这种排列不符合“交通规则”。正确方法是按2、8、8、1四层形式排布，这样就能 同时满足三个规则。从这个例子中也可以发现，“每层最多有2n2个电子”并不一定要求每一层都达到2n2个，这是在实际排布时要注意的一个问题。 4．元素的性质与原子核外电子排布的关系 在通常情况下，稀有气体性质稳定，很难与其他物质发生化学反应，因此稀有气体又被称为惰性气体。观察部分稀有气体、活泼金属钠和活泼非金属氯形成的稳定离子结构示意图，可看出性质稳定的微粒结构上有许多共性。 从原子结构中我们不难看出，稀有气体原子最外层都排有8个电子(仅He有2个电子)，钠离子和氯离子最外层有了8个电子后也不再活泼，而其他活泼原子最外层电子数均未达到8个，在一定条件下，均有达到8个电子(或2个电子)的倾向。这正是稀有气体很难与其他物质发生化学反应的根本原因，也是“结构决定性质”的完美诠释。如镁原子最外层只有2个电子，它只要失去2个电子，次外层变成最外层，也就达到了8电子的稳定构型；如果用得到电子的方式，它需要6个电子才能达到8电子的相对稳定，不如第一种方式容易。而硫原子最外层有6个电子，它得到2个电子就能满足8电子稳定构型；如果以失去电子的方式，它需要失去6个电子才能达到8电子的相对稳定，也不如第一种方式容易。通常最外层电子数较少的原子(一般小于4个)，和其他元素化合时，失电子是它的本能，这种元素就具有金属性，如钠、镁、铝等；而最外层电子数较多的原子(一般大于4个)，和其他元素化合时，得电子是它的本能，这种元素就具有非金属性，如氯、硫、氧、氮等。当最外层电子数为4个电子时，和其他元素化合时，原子既难失去电子又难得到电子，所以较难形成离子。 5．电子式 原子核外电子在分层排布时，一般内层往往是排满的，属于相对稳定结构，除稀有气体元素原子外，其他元素的原子最外层都未排满，未达到8个电子(或2个电子)。在原子相互化合过程中，内层电子基本上不发生改变，只是最外层电子数可能发生变化，人们常说原子的最外层电子数决定了原子的化学性质就是这个道理。如：钠的最外层电子数较少，与活泼非金属反应时容易失去电子，形成稳定的电子层结构；而氯的最外层电子数较多，与活泼金属反应时容易得到电子，形成稳定的电子层结构，我们可以用原子结构示意图的变化来表示两者的形成过程。 资料卡片　显然氯化钠中不再有钠原子和氯原子，氯和钠分别以阴阳离子的形式存在。像氯化钠这样，由金属阳离子(或铵根离子)和阴离子构成的化合物称为离子化合物。 既然，原子在相互化合时，一般不涉及内层电子的变化，只有最外层电子数发生改变，因此原子结构示意图还可进一步简化。在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子或离子的最外层电子分布情况，这种式子被称为电子式。下表列出几种常见原子及其离子的电子式。 微粒 原子 阳离子 阴离子 案 Na Na＋ []－ 例 Mg2＋ []2－ Al3＋ []3－ 写法 可在元素符号“上右下左”四个方向逐一放置“·” 一般直接用离子符号表示(原来的最外层上不再有电子了) 元素符号周围布满了“·”或“×”(一般是8个)，并且用“[]”圈住电子，在其右上角标上所带的电荷数(反映得到的电子数) [试一试]　2.请你写出H、N、O、Al3＋、S2－的电子式。 6．微粒质子数和电子数的计算 在电中性的原子中，质子数等于核外电子数；分子是由原子构成的，所以分子中的电子总数也就等于质子总数；其他任何不显电性的微粒，电子总数也都等于质子数，如羧基(—COOH由一个C原子和2个O原子和1个H原子组成)不带电荷，其电子数等于6＋8×2＋1＝23。而离子是由原子通过得失电子形成的，阳离子是由原子失去电子形成的，失去一个电子，就形成带一个单位正电荷的阳离子，失去两个电子，就形成带两个单位正电荷的阳离子……因此阳离子的电子数就等于原子的质子数减去所失去的电子(也就是离子所带的正电荷数)。 阳离子的电子总数＝质子总数－电荷数。 阴离子是由原子得电子形成的，其电子总数就等于质子总数加上所得电子数(也就是离子所带负电荷数)。 阴离子的电子总数＝质子总数＋电荷数 每个CO2分子由1个碳原子和2个氧原子构成，质子总数为6＋8×2，也就是22，因电子数等于质子数，所以1个CO2的电子总数也就是22。每个CO由1 个碳原子和3个氧原子得到2个电子后形成，质子总数为6＋8×3，所以1个CO的电子总数等于其质子总数再加2，即等于6＋8×3＋2＝32。 [试一试]　3.求算以下分子的电子数：N2、HCl、NH3、H2O2、C2H6。 [试一试]　4.求算以下离子的电子数：Al3＋、F－、NH、OH－、H3O＋、CH、CH。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括8小题，每小题4分，共32分，每题只有1个正确答案) 1．在化学发展史上，第一位提出了“原子”概念的科学家是(　　) A．道尔顿 B．汤姆生 C．卢瑟福 D．玻尔 2．已知最外层电子数相等的元素原子具有相似的化学性质。氧元素原子的核外电子分层排布示意图为，下列原子中，与氧元素原子化学性质相似的是(　　) A．氖 B．碳 C．镁 D．硫 3．下列关于原子的说法中，正确的是(　　) A．原子不显电性，说明原子内的质子数等于中子数 B．同种元素的原子所含质子数相同 C．离子的核外电子数＝核内质子数 D．原子核外最外层电子数越多，越易失去电子成为阳离子 4．下列各组微粒中，质子总数不相等的是(　　) A．Na＋和Na B．CO和N2 C．Na＋和NH D．NO和CO 5．几种微粒，具有相同的质子数，则可说明(　　) A．可能属于同一种元素 B．一定是同一种元素 C．一定不是同一种元素 D．核外电子数一定相等 6．爆炸性的高能N阳离子由美国加州爱德华空军基地空军研究室高能材料化学家Karl O．Christe与同事Wilson合成。关于N的说法正确的是(　　) A．该微粒中的质子数为34 B．该微粒的电子数是34 C．该微粒由5个氮分子构成 D．它是一种由5个氮原子构成的单质分子 7．下列各组微粒中，核外电子总数相等的是(　　) A．Na＋和Li＋ B．CO和CO2 C．H2O和H3O＋ D．NO和CO 8．原子总数和价电子总数相等的微粒叫等电子体，下列各组微粒属于等电子体的是(　　) A．N2O4和NO2 B．CH4 和NH C．Al3＋ 和OH－ D．NO 和CO 二、填空题(本题包括两小题，共18分) 9．(9分)观察下列A、B、C、D、E五种粒子(原子或离子)的结构示意图，回答有关问题： (1)属于离子结构示意图的是________(填编号)。 (2)属于金属元素的是________(填编号) (3)性质最稳定的原子是(填写编号，下同)______，最容易失去电子的原子是________，最容易得到电子的原子是________。 (4)写出B的电子式为____________，E的电子式为________(用元素符号回答，下同) (5)在核电荷数1～18的元素内，列举两个与B核外电子排布相同的离子，写出离子的符号________、________。 10．(9分)有A、B、C、D四种元素，已知A元素原子的K层和M层电子数相同；B元素原子的L层比K层电子数多5个；C元素的＋3价阳离子和氖原子具有相同的电子数；D元素的最外层电子数是次外层电子数的3倍。 (1)写出元素符号：A________，D________。 (2)A的原子结构示意图__________，B的离子结构示意图________，C的离子结构示意图________。 (3)C原子的电子式________________。 (4)A和B元素组成的物质的化学式为________，它是由________(选填“原子”、“离子”或“分子”)构成的物质。 (5)由C和D可组成CD离子，一个CD离子所带电子数为________。 答案精析 试一试　1. 试一试　2.H　 　 　Al3＋　[]2－ 试一试　3. 分子 N2 HCl NH3 H2O2 C2H6 电子数 14 18 10 18 18 试一试　4. 离子 Al3＋ F－ NH OH－ H3O＋ CH CH 电子数 10 10 10 10 10 10 8 限时作业 1．A　[道尔顿首先提出了原子的概念。] 2．D　[最外层电子数决定元素的化学性质，氧和硫最外层电子数相同，都是6个，化学性质相似。] 3．B　[A中原子不显电性，是因为原子核内的带正电荷的质子与核外带负电荷的电子数相等，中子不显电性；B中质子数决定元素种类，元素相同，质子数相同；C中离子是由原子得或失电子形成，核外电子数发生变化，与核内质子数不相等；D中最外层电子数越少，越容易失去电子。] 4．D　[质子数等于微粒中各个原子的质子数之和，与粒子是否带电荷无关。] 5．A　[参照上题，质子数相同的微粒，可能是同种元素的离子或原子，也可能是不同元素组成的分子或离子。] 6．B　[N的质子数为7×5＝35，它带一个单位的正电荷，即失去一个电子，所以电子数为34，它是阳离子而不是单质分子。] 7．C　[原子或分子的电子总数等于质子总数；阳离子电子总数＝质子总数－电荷数；阴离子电子总数＝质子总数＋电荷数。] 8．B 9．(1)BE　(2)DE　(3)C　D　A　(4)[]2－　Mg2＋　(5)N3－　F－(或Mg2＋、Na＋、Al3＋) 10．(1)Mg　O (2)　(3) 　(4)MgF2　离子　(5)30 第2讲　元素分类及其性质的表示(化合价) 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生掌握元素和元素符号，了解自然界中元素的存在、元素与人体健康的一些常识性知识。 在高中化学中，我们要加深对元素性质(特别是金属性和非金属性、化合价)的理解，知道元素的常见分类和存在状态。 世间万物都是由元素组成的，不管是氧分子中的氧原子还是水分子中的氧原子，都是氧元素的原子。元素是同一类原子(核电荷数相同的原子)的总称。不同元素的原子不同，到目前为止，人们在自然界中发现的元素有90余种，人工合成的元素有20余种，都收录在我们课本附录的元素周期表中。元素符号是学习和研究化学的人都应该认识的符号，元素符号除了表示一种元素外，也可表示这种元素的一个原子，如Cl除表示氯元素，还表示一个氯原子。 在元素符号右上角标出离子所带正、负电荷数后就成为离子符号。例如“Na＋”就表示钠原子失去一个电子后成为带一个单位正电荷的钠离子，“ Mg2＋”表示镁原子失去两个电子后成为带两个单位的镁离子，“O2－”表示氧原子获得两个电子后成为带两个单位负电荷的氧离子。 1869年以前，科学家已经陆续发现了63种元素，这些元素之间似乎没有任何联系，好像互不相干。 俄国科学家门捷列夫(Dmitry Ivanovich Mendeleev,1834～1907)在前人工作的基础上，对元素及其性质进行了系统的研究，他将当时已知的63种元素依据相对原子质量大小规律进行排列，制成的表格成为现代元素周期表的雏形。利用周期表，门捷列夫成功预测了当时尚未发现的元素(镓、钪、锗)。 1913年英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线，发现原子序数越大，X射线的频率就越高，因此他认为核的正电荷数决定了元素的化学性质，并把元素依照核内正电荷数(即质子数)排列，经过多年修订后才成为当代的周期表。 随着人们对元素地进一步认识，元素周期表得到了完善，现在元素周期表已经成为人们研究化学、研究物质的一个必备的工具。 在化学学科领域中使用的元素周期表提供的信息更突出了元素的原子结构信息。 元素周期表中现收录112种元素。元素有多种分类方式，按组成单质性质的不同可以分为金属元素和非金属元素。如钠、镁、铝等是金属元素，一般用“钅”作偏旁；而碳、氧、溴等为非金属元素，一般以“石”、“气”、“氵”作偏旁。从元素的偏旁不但可以看出是金属元素还是非金属元素，还可以看出这些元素的单质在常温常压下的状态，一般以“石”为偏旁的单质在常温常压下为固体，以“气”为偏旁的单质为气体，而以“氵”为偏旁的单质为液体，从这些意义上看，元素的中文名称比元素符号多出更多的涵义，这全要归功于科学家徐寿。 资料卡片　徐寿(1818.2.26～1884.9.24)字雪邨，号生元，是我国近代化学的启蒙者，19世纪60年代，在我国系统介绍了近代化学的基础知识。在徐寿生活的年代，我国不仅没有外文字典，甚至连阿拉伯数字也没有，要把西方科学技术的术语用中文表达出来是项开创性的工作，做起来实在是困难重重。西方的拼音文字和我国的方块汉字，在造字原则上有极大不同，几乎全部的化学术语和大部分化学元素的名称，在汉字里没有现成的名称，这可能是徐寿在译书中遇到的最大困难，为此徐寿花费了不少心血。对金、银、铜、铁、锡、硫、碳及养气(今译氧气)、轻气(今译氢气)、绿气(今译氯气)、淡气(今译氮气)等大家已较熟悉的元素，他沿用前制，根据它们的主要性质来命名。对于其他元素，徐寿巧妙地应用了取西文第一音节而造新字的原则来命名，例如钠、钾、钙、镍等。徐寿采用的这种命名方法，后来被我国化学界接受，一直沿用至今。 通常我们还可以根据元素含量的多少，把元素分为常量元素和微量元素；根据元素的来源，可以分为自然界中存在的元素和人工合成的元素；根据元素原子是否具有放射性，分为放射性元素和非放射性元素等等。 一种元素可以存在于不同的物质中，如水、二氧化碳、生石灰、石灰石中都存在氧元素，而氧气、臭氧也是由氧元素组成的，在前一类物质中氧都和其他元素共存，也就是存在于化合物中；后一类物质中只存在氧一种元素，也就是存在于单质中。通常，我们把化合物中元素的状态称为化合态，把单质中的元素状态称为游离态，绝大部分元素在自然界中都有两种存在形态，有些元素在自然界中只存在化合态，没有游离态，如钠元素主要以Na2CO3、NaCl等化合物的形式存在，在自然界中没有单质钠。食盐中的氯元素，也是只有化合态没有游离态，因为氯气性质过于活泼，无法在自然条件下和其他物质和谐相处。 一般来说，金属元素具有金属性，非金属元素具有非金属性，位于周期表中金属与非金属交界处的元素，往往既有金属性又有非金属性。所谓元素金属性，通俗的讲，就是其单质一般有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等物理通性；而其原子在化学变化中，一般具有失去电子的倾向。 [想一想]　1.画出钠、镁的原子结构示意图。有人认为镁原子能失去2个电子，而钠原子只能失去1个电子，所以镁的金属性比钠强，你同意这种观点吗？ 事实上金属元素原子的最外层电子数一般都较少(≤3)，为了达到类似稀有气体的相对稳定结构，它们往往都会选择失去最外层电子，元素的这种性质就是所谓的金属性。不同元素的原子失去最外层电子的能力不同，越容易失去最外层电子的金属，其元素的金属性就越强，对应的金属单质也就越活泼。如金属活动顺序表中K排在Na的前面，就意味着K比Na活泼，K比Na容易失去最外层电子，钾元素的金属性就比钠元素的金属性强。 [想一想]　2.画出氧、硫的原子结构示意图，从结构上说明氧元素非金属性比硫元素强的原因。 非金属元素的原子最外层电子数一般都较多(≥4)，为了达到类似稀有气体的相对稳定结构，它们往往都会选择得到电子，元素的这种性质就是所谓的非金属性。不同非金属元素的原子得电子能力不同，越容易得到电子的非金属，元素的非金属性就越强，对应的非金属单质也就越活泼。如F的非金属性比Cl强，F原子比Cl原子容易得到电子，氟气比氯气更活泼，一般条件下，我们很难制备并保存氟气。 元素的金属性和非金属性也可以以化合价体现。当元素处于游离态时其化合价为零，当元素处于化合态时其化合价就有正、负之分。化合物中标定元素的化合价要遵循以下原则： (1)化合物中元素的正负化合价总数相等。这是确定化合价的最基本的原则，在化合物MnO2中，O元素呈现－2价，根据守恒原则可确定多价态金属Mn呈现＋4价。 (2)金属无负价(在化合物中都呈现正价)，钠、镁、铝等常见金属的价态是唯一的。在化合物AlN中，我们知道Al只有＋3价，则很容易推出N呈现－3价；在化合物NaH中，Na呈现＋1价，则H为－1价；在化合物Na2O2中，Na呈现＋1价，则O为－1价。 (3)两种非金属元素化合时非金属性强的显示负价。虽然我们现在还不会去比较非金属性的强弱，但在所有非金属氢化物中H都呈现＋1价，而氧化物中O都呈现负价，知道这些有利于标定各种化合物中元素价态，例如：化合物NH3中，H呈现＋1价，则N呈现－3价；化合物SiO2中，O呈现－2价，则Si为＋4价。 (4)常见元素的最高价不高于其原子的最外层电子数，最低价不低于最外层电子数－8。 掌握这个原则，就不会出现乱标价态的现象。如S原子最外层有6个电子，所以S最高为＋6价，最低为－2价，在化合物Cu2S中，若Cu为＋2价，则S体现－4价，就与事实不符，所以Cu就只能为＋1价，而S体现－2价。 [试一试]　请标出下列物质中加着重号的元素的化合价。 NH3、H2SO3、K2CrO4、KMnO4、FeS、Cu2O、 KClO3、NH4NO3、Na3N、HClO、H2O2、P4、 MgSO4、NaAlO2、CaH2。 遵循先简单后复杂的基本思想，一般先标定只有单一化合价的元素，化合价种类越多的元素越在后标定。在复杂化合物中标定化合价的基本顺序为单一价态金属(K、Ca、Na、Mg、Al、Zn等)→H→O→其他非金属或多价态金属。对于不含单一价态金属，也不含H和O的化合物，一般都要依据规则(4)解决问题。化合物FeS2中，若Fe呈＋3价，则S为－1.5价，一般元素价态无小数，不成立；若Fe呈＋2价， 则S显－1价。化合物Na2FeO4中，先Na后O再Fe，Na为＋1价，O为－2价，根据化合价代数和为0可求得Fe为＋6价。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括13小题，每小题3分，共39分，每题只有1个正确答案) 1．下列关于化合价的叙述： ①化合价是元素的一种性质，因此称为元素的化合价，而不应称为原子的化合价 ②化合价有正价、负价和0价，金属元素在化合物中的化合价通常为正值 ③一种元素只有一种化合价 ④在化合物中非金属元素的化合价一定为负值 其中正确的是(　　) A．①② B．①③ C．②③④ D．①④ 2．下列是 X、 Y两种元素的核电荷数，能形成Y2X的是(　　) A．12、17 B．8、2 C．8、11 D．9、13 3．具有＋5价元素的化合物是(　　) A．P2O5 B．H2SO4 C．KMnO4 D．K2CO3 4．具有＋1价原子团的化合物是(　　) A．Mg(OH)2 B．FeSO4 C．KCl D．(NH4)2CO3 5．下列物质中硫元素化合价最低的是(　　) A．S B．SO2 C．H2SO4 D．H2S 6．某金属元素R没有可变化合价，其氧化物化学式为RO，则其氯化物的化学式为(　　) A．R2Cl B．RCl C．RCl2 D．RCl3 7．下列物质的名称与化学式相符合的是(　　) A．氯化钾(KClO3) B．高锰酸钾(K2MnO4) C．氢氧化亚铁[Fe(OH)2] D．硫化钠(NaS) 8．若将工业用盐亚硝酸钠(NaNO2)误作食盐，会使人中毒死亡。亚硝酸钠中氮元素化合价是(　　) A．＋2 B．＋3 C．＋4 D．＋5 9．A和B两种原子的电子层数都是3层，已知A原子的最外层电子数是1，B原子的最外层电子数为6，则A和B形成的化合物的化学式是(　　) A．AB B．A2B C．AB2 D．A2B3 10．在化合物KMnO4和K2MnO4中不同的是(　　) A．钾元素的化合价 B．氧元素的化合价 C．所含元素的种类 D．锰元素的化合价 11．下列含碳的化合物中，碳元素的化合价相同的一组是(　　) A．CO2和Na2CO3 B．CO和CO2 C．CO和H2CO3 D．CH4和CO2 12．某化合物的化学式是H2ROn，已知该化合物中R的化合价为＋6价，则n的值是(　　) A．1 B．2 C．3 D．4 13．下列关于化合价的说法正确的是(　　) A．化合物中，氧元素只显－2价 B．化合物中，非金属元素一定显负价 C．氢气中氢元素的化合价为＋1价 D．化合物中正负化合价的代数和一定为零 二、填空题(本题包括5小题，共11分) 14．(1分)在KMnO4中锰元素的化合价为________，在Na2ZnO2中锌元素的化合价为________。 15．(4分)写出下列符号中数字的含义。 H2________________________________________________________________________； Mg2＋________________________________________________________________________； 2Cu________________________________________________________________________； Cl________________________________________________________________________。 16．(2分)下列含氯的化合物：①HClO　②Cl2　③NaCl　④KClO3　⑤HClO4，按氯元素的化合价由高到低的顺序排列为(填序号)_____________________________________。 17．(2分)某化合物的化学式为Ca(H2RO4)2，则元素R的化合价是________，写出该元素以相同化合价形成的氧化物的化学式____________________。 18．(2分)X、Y、Z三种元素组成的化合物里，Y为＋2价，X为＋5价，Z为－2价。X、Z两元素在化合物里组成的原子团为－3价，且有5个原子。则此化合物的化学式为____________。 第3讲　用分类的方法研究物质 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生知道几种常见的酸、碱、盐、氧化物及其简单性质，初步接触有机化合物。 在高中化学中，要求学生用酸、碱、盐、酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物类的通性分析更多物质的化学性质，但高中教材本身并不作系统分析。 人的胃液中含有盐酸，汽车常用的电瓶(蓄电池)中有硫酸溶液，食醋中含有3%～5%的醋酸，酸雨中含有极少量的硫酸和硝酸。盐酸、硫酸、硝酸、醋酸和碳酸是最常见的几种酸。根据初中化学知识，我们知道酸一般具有以下通性： ①与排在金属活动顺序表H之前的金属反应产生盐和氢气； ②与碱发生中和反应生成盐和水； ③与碳酸钙、碳酸钠反应产生二氧化碳、水和新盐； ④与金属氧化物反应生成盐和水； ⑤能使酸碱指示剂变色。 [试一试]　1.以稀硫酸为例，各举一例化学反应方程式说明其一般性质。 氢氧化钠俗称烧碱、火碱或苛性钠，氢氧化钙俗称消石灰或熟石灰，NH3·H2O是NH3的水溶液，即氨水，它们都是常见的碱。根据初中化学知识，我们知道碱一般具有以下通性： ①与酸发生中和反应生成盐和水； ②与CO2反应生成盐和水； ③与CuCl2等盐反应生成新盐和新碱； ④能使酸碱指示剂变色。 [试一试]　2.以氢氧化钙为例，各举一例化学反应方程式说明其一般性质。 盐是我们每天都离不开的调味品，生活中的盐是指食盐，也就是氯化钠，化学学科中的盐是指由碱的阳离子和酸的阴离子组成的化合物。我们在生产、生活中经常用到各种各样的盐，如食盐、碳酸钙(大理石)、硫酸铝、碳酸氢钠(小苏打)、硫酸铵、碳酸氢铵等等。一般来说，盐可以和酸、碱、其他盐发生化学反应，不同组成的盐性质各不相同。 二氧化碳、氧化镁、四氧化三铁等是由两种元素组成的化合物，其中一种元素是氧，这样的化合物叫做氧化物。不同的氧化物性质各不相同，如CuO能和酸反应，CO2既能和碱反应又能和水反应。 图书馆里有许许多多的书籍，为什么你能够很快就找到你所需要的图书？大型超市里有成千上万种商品，为什么你能够迅速挑出你所需要的商品？这是因为人们在将这些书籍或商品陈列到书架或货架之前，已经事先对它们进行了分类处理。把大量事物按照事先设定的“标准”进行分类，是人们最熟悉，也是最方便的一种工作方法，这种方法在社会生活、经营管理和科学技术中得到了广泛的应用。 经过收集例证和思索，我们可以发现分类法应用的普遍性。当分类的标准确定之后，同类中的事物在某些方面的相似性可以帮助我们做到举一反三；对于不同类事物的了解使我们做到由此及彼。所以分类法是一种行之有效，简单易行的科学方法。生物学中把动植物按照界、门、纲、目、科、属、种进行分类的方法是最有代表性的实例之一，对生物学的发展起到重要作用。 对于数以千万计的化学物质和为数更多的化学反应，分类法的作用几乎是无可替代的。例如，在初中化学中，我们曾经把元素分为金属元素和非金属元素，把化合物分为酸、碱、盐和氧化物，把化学反应分为化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应等等。 由于一种分类方法所依据的标准有一定局限，所能提供的信息较少，人们在认识事物时往往需要采用多种分类方法(如交叉分类法)，来弥补单一分类方法的不足，例如，对于Na2CO3，从其组成的阳离子来看，属于钠盐；而从其组成的阴离子来看，则属于碳酸盐。 有时，物质或反应进行一次分类所产生的结果，相似性还不够明显，这时我们可以对其中的每一类物质或反应进行再分类，形成更科学的认识。化学上，通常可根据物质的组成、状态、性质等对物质进行分类。例如：根据物质的存在状态，将物质分为气态物质、液态物质和固态物质；根据物质的导电性，将物质分为导体、半导体和绝缘体；根据物质在水中的溶解性，将物质分为可溶性物质、微溶性物质和难溶性物质。从学习物质化学性质的需要出发，我们更喜欢根据物质的组成和性质特点，对物质进行分类。根据组成物质所含分子种类，可以将物质分成纯净物和混合物；再根据组成元素的种类，又可将纯净物分成单质和化合物；根据组成元素的种类不同，还可将单质分成金属单质和非金属单质；根据是否含有碳元素又可将化合物分成有机化合物和无机化合物……理论上，我们可以不断地对所得分类结果进行再分类，这种分类关系一般可用树状图进行表示，所以这种分类方法又称为“树状分类法”(下图为化学上对物质的常见树状分类)。 [试一试]　3.用树状图表示下列物质的分类：镁(Mg)、 氯气(Cl2)、氯化铁(FeCl3)溶液、硫酸(H2SO4)、硝酸钡[Ba(NO3)2]、三氧化二铁(Fe2O3)、 氢氧化钠(NaOH)、葡萄糖(C6H12O6)、 乙醇(C2H5OH)、碘酒、二氧化碳。 资料卡片　在无机酸分子中，一般分子中有几个氢就是几元酸，但我们不能简单根据有机酸分子中H个数确定它是几元酸，如醋酸(CH3COOH)有4个H，但它是一元酸。 在水溶液中产生的阳离子全部是氢离子的化合物称之为酸。盐酸、硫酸、硝酸、碳酸和醋酸是几种最常见的酸。人们还可以根据它们在组成、性质上的差异，进行更为细致的划分。如根据组成中是否含氧元素可以分为含氧酸和无氧酸，硫酸、硝酸、碳酸和醋酸就是常见的含氧酸，而盐酸则是无氧酸；根据酸产生氢离子的程度可以分为强酸和弱酸，如盐酸、硫酸、硝酸是强酸，而碳酸、醋酸是弱酸；根据每个酸分子电离产生的氢离子个数可以分为一元酸、二元酸、三元酸，如盐酸、硝酸是一元酸，硫酸、碳酸是二元酸，磷酸(H3PO4)是三元酸；根据酸是否具有挥发性，可以分成难挥发性酸和挥发性酸，硫酸和磷酸是难挥发性酸，盐酸、硝酸、醋酸都是挥发性酸；还可以根据在有机化合物和无机化合物中的归属，将酸分为无机酸和有机酸，醋酸是最常见的有机酸，其他一般都是无机酸。 资料卡片　严格意义上说，盐酸、氨水是混合物，不能称之为酸、碱，而应该称HCl、NH3·H2O为酸、碱，只是人们一直沿用习惯了，学习中要注意这一习惯。 在水溶液中产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物称之为碱，氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铜是几种重要的碱。对碱进行再分类，将更加有利于我们理解碱的化学性质。一般可根据碱产生氢氧根离子的难易程度分为强碱和弱碱，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡[Ba(OH)2]是常见的强碱，而氢氧化铁、氢氧化铜、NH3·H2O是常见的弱碱；根据溶解性差异可分为可溶性碱、微溶性碱和难溶性碱，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、NH3·H2O是可溶性碱，氢氧化钙是微溶性碱，氢氧化铁、氢氧化铜是难溶性碱。可溶性或微溶性碱一般是强碱，可以由对应的金属氧化物和水化合而成，在加热条件下不易分解；而难溶性碱一般是弱碱，在加热条件下可以分解成对应金属氧化物和水，但不能由对应金属氧化物和水化合而成。 [想一想]　能否通过一步反应完成下列转变：Fe2O3→Fe(OH)3和K2O→KOH。 由金属阳离子(或铵根)与酸根离子构成的化合物称之为盐。碳酸钙、氯化钠、硫酸铜都是重要的盐。对盐的进一步分类，有利于我们更好的学习盐的化学性质。盐可以依据组成分为钠盐、钾盐、钙盐等，也可以分为盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等；根据在水中的溶解性分为可溶性盐、微溶性盐和难溶性盐。依据所含的金属阳离子的密度大小，又可以分为轻金属盐和重金属盐，BaCl2、CuSO4、FeCl3属于重金属盐；还可以根据盐能否产生H＋或OH－，把盐分为酸式盐和碱式盐，NaHCO3、NaHSO4是常见的酸式盐，Cu2(OH)2CO3是常见的碱式盐，对于NaCl、CuSO4等既没有H＋也没有OH－，它们被称为正盐，初中化学学习的盐大部分都是这种正盐。 [试一试]　4.Mg(OH)Cl属于盐还是碱？如果是盐它又能归属于哪些类型。 资料卡片　水体重金属离子污染，是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。冶矿、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水(含有铬、镉、铜、汞、镍等重金属离子)，是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属离子是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不与其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受到污染，造成农作物及水生生物重金属离子的富集，通过食物链最终对人体产生严重危害。 镉污染：自1995年起，居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等多处关节疼痛，后来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常痛得直喊“痛……”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折，一些人痛不欲生，自杀身亡。经过调查，造成这种”骨痛病“的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此河水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病”。 汞污染：五十年代初期，在日本九州熊本县水俣镇，由于人食用受甲基汞毒害的鱼类而导致甲基汞中毒，283人中毒，其中60人死亡。症状：口齿不清、步履不稳、面部痴呆进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后精神失常，身体弯曲至死亡。产生原因是由于工厂生产氯乙烯和醋酸乙烯时采用氯化汞和硫酸作催化剂，最后把含有机汞的废水、废渣排入水俣湾，使鱼、贝壳类受到污染，这起事件被史学家称为“水俣事件”。 锰污染：四十多年前，日本有个村庄发生了一起可怕的集体“发疯”事件，有16个村民突然一起“发疯”了。这些“疯子”一会儿哭哭啼啼，一会儿又哈哈大笑；发作时两手乱摇，颤抖不止，且下肢发硬僵直，如此反复发作，直至“疯死”。调查发现这些人喝的是同一口水井中的水，考察水井，又在旁边挖出了大量废旧、破烂的干电池。原来这是水井受干电池中某些有害成分污染而造成的。据环境科学家研究表明，废旧干电池中的锌、二氧化锰等成分长期埋在地下，会与土壤中化学物质发生作用，生成锌锰酸式盐，它渗入地下，极易污染饮用水，而这一群村民正是长期饮用这种水，造成蓄积性锰中毒，才有上述“发疯”症状。 干电池在制造过程中还使用一定量的汞，含汞最多的是锌汞电池，高达20% ～30%，碱性干电池约为13%，普通锌锰电池含汞较少。因此干电池不仅是锰污染源，同时还是汞污染源，在享受干电池给我们生活带来便利的同时，必须关注废旧电池对环境的危害，采取切实有效的回收方法，以减轻电池对环境的危害。据统计，我国每年生产干电池50亿只，其中锌汞电池和碱性电池1亿只，每年电池用汞100吨，人们习惯用完电池后随意乱丢，日晒雨淋或埋入地下往往污染环境，废旧电池回收是目前我们必须解决的一个重要环境问题。 二氧化碳、一氧化碳、水、氧化铜、氧化钙、氧化镁、四氧化三铁等都是常见的氧化物，不同氧化物性质既有相同点，也有不同点，对氧化物进一步分类，有助于找出各类物质的基本通性。一般氧化物可以按组成分为金属氧化物和非金属氧化物，如CO、CO2、SiO2就是非金属氧化物，Mn2O7、CuO、Fe2O3就是金属氧化物。另一种常用方法是根据氧化物能否和酸、碱反应生成盐和水，将其分成不成盐氧化物和成盐氧化物，如CO、NO为不成盐氧化物，而CO2、SiO2、CuO、Fe2O3为成盐氧化物。根据成盐氧化物和酸、碱反应的可能性又可分成不同类型，与碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物，如CO2、SiO2；与酸反应生成盐和水的氧化物称为碱性氧化物，如CaO、Na2O。 CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O Mn2O7＋2KOH===2KMnO4＋H2O CaO＋2HCl===CaCl2＋H2O CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O [试一试]　5.不同分类结果之间的归属关系，是氧化物概念的考查重点，那么金属氧化物一定是碱性氧化物吗？酸性氧化物一定是非金属氧化物吗？ 事实上，有些氧化物不但可以和酸反应生成盐和水，也可以和碱反应生成盐和水，这种氧化物就被称为两性氧化物，氧化铝是其中的典型代表。 Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O(NaAlO2称为偏铝酸钠) (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括12小题，每小题2分，共24分，每题只有1个正确答案) 1．上海环保部门为了使城市生活垃圾得到合理利用，近年来逐步实行了垃圾分类投放的方法。其中塑料袋、废纸、旧橡胶制品等属于(　　) A．无机物 B．有机物 C．盐类 D．非金属单质 2．将下列各组物质按酸、碱、盐分类顺序排列正确的是(　　) A．硫酸、纯碱、石膏 B．硫酸、烧碱、绿矾 C．硫酸氢钠、生石灰、醋酸钠 D．磷酸、熟石灰、苛性钠 3．Na2CO3俗名纯碱，下面是采用不同分类法对纯碱的分类，其中不正确的是(　　) A．Na2CO3是酸式盐 B．Na2CO3是正盐 C．Na2CO3是钠盐 D．Na2CO3是碳酸盐 4．根据某种共性，可将CO2、P2O5、SO2归为一类，下列物质中也可归为此类物质的是(　　) A．CaO B．CO C．SiO2 D．H2O 5．门捷列夫在前人已经发现的几十种元素的基础上，先按照它们的相对原子质量大小排成一行，后又把性质相似的元素排成一列，最后得到了一个表，这就是元素周期表。在对元素周期表中的元素进行研究的基础上，门捷列夫成功预测了几种元素的存在，并很快被证实。试判断下列说法不正确的是(　　) A．门捷列夫采用了分类的方法 B．预测是一种研究方法 C．比较也是一种科学方法 D．实验是化学唯一的研究方法 6．下列说法正确的是(　　) A．非金属氧化物都是酸性氧化物 B．凡是碱性氧化物都可以直接与水反应生成对应的碱 C．碱性氧化物一定能与酸反应生成盐和水 D．金属氧化物都是碱性氧化物 7．下列说法中正确的是(　　) A．硫酸、纯碱、醋酸钠和生石灰分别属于酸、碱、盐和氧化物 B．SO2能与碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物 C．NH4Cl组成中不含金属离子，不属于盐 D．CH3COOH中有4个氢原子，所以是四元酸 8．下列物质属于纯净物的是(　　) A．冰水混合物 B．爆鸣气 C．天然气 D．纯净的无污染的空气 9．下列物质的分类正确的是(　　) 选项 碱 酸 盐 碱性氧化物 酸性氧化物 A Na2CO3 H2SO4 NaOH SO2 CO2 B NaOH NH3 NaCl Na2O CO C NaOH CH3COOH CaF2 CO SO2 D KOH HNO3 CaCO3 CaO SO2 10.想一想，NaOH(固)、P2O5(固)、无水CaCl2(固)，为什么可归为一类。据此从A～D中选出一种最适宜与这三种物质归为一类的物质是(　　) A．浓硫酸 B．氯化钠溶液 C．碱石灰 D．生石灰 11．据报道，重庆开县发生了天然气矿井“井喷”事件，喷出的气体主要成分是甲烷，还含有硫化氢(H2S)、氰化氢(HCN)等多种有毒气体，造成290多人中毒死亡。你认为喷出的气体是(　　) A．一种纯净物 B．全部由无机化合物组成的混合物 C．全部由有机化合物组成的混合物 D．由无机化合物和有机化合物组成的混合物 12．目前有些中小学生喜欢使用涂改液，涂改液中含有许多挥发性的有害物质，二氯甲烷(CH2Cl2)就是其中一种。下面是关于二氯甲烷的几种说法：①它是由碳、氢、氯三种元素组成的化合物；②它是由氯气(Cl2)和甲烷组成的化合物；③它的分子中碳、氢、氯三种元素的原子个数比为1∶2∶2；④它是由多种原子构成的一种化合物。这些说法中正确的是(　　) A．①③④ B．②④ C．②③④ D．①③ 二、填空题(本题包括5小题，共26分) 13．(7分)有以下几种物质： ①空气　②液态氧　③硝酸钾溶液　④硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)　⑤二氧化碳　⑥氧化铜　⑦金刚石　⑧纯碱　⑨甲烷　⑩氢氧化铜 其中，属于纯净物的是________(填序号，下同)；属于混合物的是________；属于氧化物的是______；属于盐的是________；属于有机物的是________；属于碱的是________；属于单质的是________。 14．(9分)将Ⅰ中物质与Ⅱ中物质类别用短线连起来。 Ⅰ　　　　　　　　　　Ⅱ Na2SO4 含氧酸盐 KHSO4 无氧酸盐 NaCl 钠盐 BaSO4 硫酸盐 NaHCO3 酸式盐 Ⅰ 　Ⅱ H2SO4 含氧酸 HCl 一元酸 HNO3 挥发性酸 CH3COOH 有机酸 15．(2分)下列两组物质：①CO2、P2O5、CaO、SO2，②Cu、Mg、Zn、Al。每组中有一种物质在某些化学性质或分类上与其他几种物质不同，这两种物质是①__________________，②__________________。 16．(4分)同学们吃的零食的包装袋中经常有一个小纸袋，上面写着“干燥剂”，其主要成分是生石灰(CaO)。 (1)生石灰属于哪种类型的物质？ ________________________________________________________________________。 (2)生石灰可做干燥剂的理由是(用化学方程式表示)_____________________________ ________________________________________________________________________。 (3)生石灰还可以跟哪些类别的物质发生化学反应？列举两例，并写出化学方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 17．(4分)金属单质、非金属单质、酸性氧化物、碱性氧化物、酸、碱、盐等物质在一定条件下能够发生转化，请结合你所学过的知识，填写下表(要求产物中有盐生成)： 酸性氧化物与碱性氧化物反应生成盐 CaO＋CO2===CaCO3 答案精析 试一试　1.①Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ ②H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O ③H2SO4＋Na2CO3===Na2SO4＋H2O＋CO2↑ ④H2SO4＋CuO===CuSO4＋H2O ⑤能使紫色石蕊试液变红 试一试　2.①Ca(OH)2＋2HCl===CaCl2＋2H2O ②Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O ③Ca(OH)2＋CuCl2===CaCl2＋Cu(OH)2↓ ④Ca(OH)2能使酚酞试液变红 试一试　3. 想一想　Fe2O3不能一步转化为Fe(OH)3，K2O可以一步转化为KOH。 试一试　4.Mg(OH)Cl属于盐，可称为镁盐、盐酸盐、碱式盐等。 试一试　5.金属氧化物不一定是碱性氧化物，如Mn2O7属于酸性氧化物，Al2O3属于两性氧化物。同理，酸性氧化物也不一定是非金属氧化物，如酸性氧化物Mn2O7属于金属氧化物。 限时作业 1．B　2.B　3.A 4．C　[CO2、P2O5、SO2都属于酸性氧化物，所以SiO2属于该类别。] 5．D 6．C　[A中如CO是非金属氧化物，但不是酸性氧化物；B中如CuO是碱性氧化物，但不能与水反应；D中如Al2O3是金属氧化物但不是碱性氧化物。] 7．B 8．A　[B中是可燃性气体与助燃性气体的混合气体；C中是混有杂质气体的CH4；D中主要是N2、O2的混合气体。] 9．D 10．D　[NaOH(固)、P2O5(固)、无水CaCl2(固)都是常用的固体干燥剂，且都是纯净物，所以选D。] 11．D　12.A 13．②④⑤⑥⑦⑧⑨⑩　①③　⑤⑥　④⑧　⑨　⑩ ②⑦ 14. 15．①CaO　②Cu 16．(1)碱性氧化物 (2)CaO＋H2O===Ca(OH)2 (3)与酸反应，CaO＋2HCl===CaCl2＋H2O； 与酸性氧化物反应，CaO＋CO2===CaCO3 17. 酸性氧化物与碱性氧化物反应生成盐 CaO＋CO2===CaCO3 金属单质与酸反应生成盐和H2 Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑ 酸性氧化物与碱反应生成盐和水 CO2 ＋2NaOH===Na2CO3 ＋H2O 碱性氧化物与酸反应生成盐和水 CaO＋2HCl===CaCl2＋H2O 酸与碱反应生成盐和水 HCl＋NaOH===NaCl＋H2O 答案精析 想一想　1. 不同意。镁的金属性不如钠强，因为元素金属性强弱只和失电子能力有关，并非由失电子数目决定。 想一想　2. 氧和硫最外层电子数相同，但硫原子比氧原子多一个电子层，导致硫原子得电子能力不及氧，所以氧元素非金属性强。 试一试　H3、H23、K2O4、KnO4、Fe、2O、KO3、H4O3、Na3、HO、H22、4、MgO4、NaO2、Ca2。 限时作业 1．A　[同种元素可能有多种化合物，如Fe有＋2、＋3；所以③不对；非金属元素也可能呈现正价，如CO2中C元素为＋4价，所以④不对。] 2．C　3.A 4．D　[NH因为带一个单位正电荷，所以是＋1价的原子团。] 5．D　6.C 7．C　[A中KClO3为氯酸钾，B中高锰酸钾应为KMnO4，D中硫化钠应为Na2S。] 8．B 9．B　[根据信息A为Na，B为S，所以组成的化合物为Na2S。] 10．D　11.A　12.D 13．D　[A中如H2O2中O为－1价；B中如CO2中C呈现＋4价；C中H2中H为0价。] 14．＋7　＋2 15．一个H2分子由2个H原子构成　一个镁离子带2个单位正电荷　2个铜原子　NaCl中Na元素的化合价为＋1 16．⑤④①②③ 17．＋5　R2O5 18．Y3(XZ4)2 第4讲　用分类的方法研究化合物 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生知道酸、碱、盐、氧化物是最常见的无机化合物，有机化合物和无机化合物是化合物的两种重要类别。 在高中化学中，除要求学生通过组成和性质对化合物进行分类外，还要学会从其他角度对化合物进行分类，如离子化合物和共价化合物；电解质和非电解质，强电解质和弱电解质等。 由两种或两种以上元素组成的纯净物称为化合物。酸、碱、盐、氧化物是最常见的化合物。酸在水中能产生H＋，能与碱、碱性氧化物、活泼金属、某些盐反应；碱在水中能产生OH－，能与酸、酸性氧化物、某些盐反应；盐在水中能产生金属阳离子(或铵根离子)和酸根离子，酸、碱、盐在工农业生产和日常生活中的广泛应用，促进了人类文明的进步和社会的可持续发展。 地球上含碳的化合物非常多，在已发现的物质中含碳的化合物占绝大部分，人们把像葡萄糖这类含碳的化合物叫做有机化合物，简称有机物；组成中不含碳的化合物一般叫做无机化合物，如水、氧化铜、氢氧化钠、硫酸、氯酸钾、氯化钠、硝酸铵等都属于无机化合物。我们熟悉的一氧化碳、二氧化碳、碳酸钙等少数含碳化合物，由于它们的组成和性质与无机化合物很相似，人们就将它们归入无机化合物来研究。 我们知道活泼金属(如K、Ca、Na、Mg等)原子结构最外层电子数较少，有失去电子达到8电子相对稳定构型的倾向；而活泼非金属(如F、O、Cl等)原子结构最外层电子数较多，有得到电子达到8电子相对稳定构型的倾向。因此，当活泼金属与活泼非金属化合时，活泼金属原子失去最外层上的电子形成阳离子，活泼非金属原子结合电子形成阴离子，阴、阳离子间通过物理静电作用形成了稳定化合物，我们把这种由阴阳离子构成的化合物称为离子化合物。 除活泼金属与活泼非金属会形成离子化合物外，带正电荷的原子团(如铵根)与带负电荷的酸根离子(如Cl－、NO、SO、CO)也会形成离子化合物。大部分碱和盐、活泼金属氧化物等都是离子化合物，在固体状态下，阴、阳离子间因为有较强的静电作用，这些离子均不能自由移动。 在目前已知化合物中，许多化合物并不存在金属元素，而是全部由非金属元素组成的。当非金属元素与非金属元素相化合时，因为非金属原子都有得到电子的倾向，不容易失去电子，也就不会形成阴、阳离子，它们构成的化合物一般被称为共价化合物，如HCl、H2O、CH4、CO2、HClO(次氯酸)、C2H5OH(乙醇)。一般来说，酸、非金属氧化物、大部分有机物等都属于共价化合物。共价化合物大都是由分子构成的，如HCl、HClO，也有极少部分是由原子构成的，如石英SiO2、金刚砂SiC。 [想一想]　1.非金属元素形成的化合物一定是共价化合物吗？ [试一试]　1.下列物质中，哪些是离子化合物，哪些是共价化合物？ 氯化氢(HCl)、硝酸钠(NaNO3)、氢氧化钾(KOH)、葡萄糖(C6H12O6)、硫酸(H2SO4)、氯化铵(NH4Cl)、二氧化碳(CO2)、碳酸钙(CaCO3)、氨气(NH3)、生石灰(CaO)。 在离子化合物固体状态中，阴阳离子间因静电作用而不能自由移动。对可溶性离子化合物而言，将其溶于水中时，固体会溶解消失，其本质是水分子在阴阳离子间渗透，不断拆散阴阳离子，使它们形成能够自由移动的离子。水分子对离子化合物的这种破坏作用，尤如堤坝因洪水冲刷而倒塌，水是值得我们每个人都必须敬畏的一种物质。 [想一想]　2.食盐是一种典型的离子化合物，设计简单实验证明在食盐固体中的离子不能自由移动，而在食盐水溶液中的离子可以自由移动。(提示：可在家中选用电池、铅笔芯、贺卡中的发光二极管和导线等设计实验) 由阴阳离子构成的化合物，除在水中可被拆散为自由移动的离子外，用加热熔融的方式，也可以破坏阴阳离子间的静电作用，使其成为自由移动的离子。 在“火”的作用下，固体氯化钠可被强拆为自由移动的Na＋和Cl－，这一过程是工业电解熔融氯化钠制备金属钠的前提；固体氧化铝(加入冰晶石，降低氧化铝的熔点)可以被强拆为自由移动的Al3＋和O2－，这一过程是工业电解熔融氧化铝制备金属铝的前提。火是人类文明进步的象征，也是引发化学变化的一种重要方法。 大部分共价化合物在水中和熔融状态都不能被直接拆分为自由移动的离子，只有极少部分的共价化合物如酸分子，可以在水中被拆分为自由移动的阴阳离子，如HCl分子可被水“拆散”为H＋和Cl－，H2SO4分子可被水“拆散”为H＋和SO。 在水中或熔融状态下，化合物被拆散成自由移动离子的过程，被称为电离。离子化合物既可以在水中发生电离，也可以在熔融状态下发生电离；共价化合物中一般只有酸分子可以直接在水中发生电离。也就是酸只在水中发生电离，而碱和盐既可在水中，也可在熔融状态下发生电离。电离过程可用电离方程式表示，不写条件一般就是指在水中发生电离。 H2SO4===2H＋＋SO NaOH===Na＋＋OH－ NaCl===Na＋＋Cl－ [想一想]　3.判断下列化合物是否可以发生电离，如果能够电离，则用电离方程式表示电离过程。 氯化氢、氢氧化钡、氢氧化钾、硫酸钠、碳酸钠、二氧化碳、一氧化碳、乙醇、葡萄糖。 通常，我们把能发生电离的化合物称为电解质，不能发生电离的化合物称为非电解质，也就是酸、碱、盐和金属氧化物属于电解质，而非金属氧化物、大部分有机物属于非电解质。 蔗糖、酒精、一氧化碳等化合物，无论是在水溶液中还是在熔融状态下均以分子形式存在，因而不能导电；酸、碱、盐和金属氧化物可以在水中或熔融状态下发生电离，可以导电。习惯上，在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物叫做电解质，在水溶液和熔融状态下都不能导电的化合物叫做非电解质。 正确地分析和判断物质在水溶液中是否电离、电离生成哪些离子，有助于研究物质在水溶液中发生的化学反应。 [想一想]　4.金属铜能导电，那么铜是不是属于电解质？ [试一试]　2.请用干电池、铅笔芯、音乐贺卡中的发光二极管及导线等，设计实验证明食盐、醋酸是电解质，而蔗糖是非电解质。 [试一试]　3.下列物质中，哪些是电解质，哪些是非电解质？ 氯化氢(HCl)、硝酸铵(NH4NO3)、氢氧化钡[Ba(OH)2]、葡萄糖(C6H12O6)、硫酸(H2SO4)、氯化钡(BaCl2)、碳酸钙(CaCO3)、明矾[KAl(SO4)2·12H2O](一种可溶性盐)、Al2O3、CO2。 [试一试]　4.到目前为止，你能从哪些角度对化合物进行分类。 在相同条件下把相同浓度、相同体积的盐酸溶液、CH3COOH溶液、NaOH溶液、NaCl溶液和氨水分别倒入五只烧杯中，接通电源后灯泡亮度如图所示(现象：接盐酸、NaOH溶液、NaCl溶液的灯泡很明亮，而接CH3COOH溶液、氨水的灯泡相对较暗)。我们知道，灯泡亮度不同代表着溶液中存在的离子浓度不同，对于相同组成(AB型)的电解质而言，表明水拆解这些化合物成为自由移动离子的能力不同，灯泡亮度越大，被拆解成为自由移动离子的程度越大，不同电解质在水中的电离程度就不同。根据精确实验表明HCl、NaOH、NaCl等化合物在水中几乎全部可以发生电离，而CH3COOH、氨水(NH3·H2O)在水中只能部分发生电离，大部分仍以分子的形式存在，存在离子数量很少，浓度很低。通常我们把在水中完全电离成离子的电解质称为强电解质，电离方程式用“===”表示；而在水中部分发生电离的电解质称为弱电解质，电离方程式用“”表示。 强电解质 弱电解质 相同点 都是化合物，在水溶液中都能电离、导电 电离 程度 完全 极小部分电离 溶质 形式 离子 主要是分子，小部分为离子 物质类别 强酸、强碱、大多数盐类 弱酸、弱碱、水等 实例 HCl、NaOH 、KCl、NaHSO4、NaHCO3、BaSO4 CH3COOH、H2CO3、NH3·H2O、H2O 电离表示 NaCl===Na＋＋Cl－ CH3COOHCH3COO－＋H＋ [试一试]　5.在下列物质中，哪些是电解质，哪些是非电解质，哪些是强电解质，哪些是弱电解质，写出对应的电离方程式？ ①NaNO3　②Fe　③H2SO4　④CO2　⑤Ba(OH)2 ⑥CH3COOH　⑦NH3　⑧NH3·H2O　⑨AgCl　⑩H2CO3 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括13小题，每小题2分，共26分，每题只有1个正确答案) 1．下列关于电解质的说法正确的是(　　) A．固态氯化钠不导电，所以氯化钠是非电解质 B．NH3溶于水形成的溶液能导电，所以NH3是电解质 C．铜丝能导电，所以铜是电解质 D．BaSO4在水溶液中难导电，但熔融状态下能导电，所以BaSO4是电解质 2．下列物质的水溶液能导电，但属于非电解质的是(　　) A．Cl2 B．HCl C．SO2 D．NH4Cl 3．下列关于酸、碱、盐的各种说法中，正确的是(　　) A．化合物电离时，生成的阳离子有氢离子的是酸 B．化合物电离时，生成的阴离子有氢氧根离子的是碱 C．化合物电离时，只生成金属阳离子和酸根阴离子的才是盐 D．NH4Cl的电离方程式是NH4Cl===NH＋Cl－ 4．下列关于电解质的叙述中正确的是(　　) A．在水溶液或熔融状态下不导电的化合物叫非电解质 B．电解质、非电解质一定是化合物，不可能是单质或溶液 C．在水中能导电的化合物一定是电解质 D．纯水的导电性很差，所以水不是电解质 5．NaHSO4在水溶液中能够电离出Na＋、H＋和SO，下列对于NaHSO4的分类不正确的是(　　) A．NaHSO4是盐 B．NaHSO4是酸式盐 C．NaHSO4是钠盐 D．NaHSO4是酸 6．下列物质的分类组合全部正确的是(　　) 选项 强电解质 弱电解质 非电解质 A NaCl HF Cl2 B H2SO4 BaCO3 CS2 C AgCl HClO Cu D Ba(OH)2 H2CO3 C2H5OH 7.下列电离方程式中正确的是(　　) A．HNO3===H＋＋N5＋＋3O2－ B．Ca(OH)2===Ca2＋＋(OH－)2 C．AlCl3===Al＋3＋3Cl－ D．Al2(SO4)3===2Al3＋＋3SO 8．仅能在水溶液中导电的电解质是(　　) A．KOH B．C2H5OH C．CO2 D．HCl 9．下列物质中，含有自由移动的Cl－的是(　　) A．KClO3溶液 B．CaCl2溶液 C．NaCl固体 D．氯化氢气体 10．下列叙述错误的是(　　) A．离子化合物中一定含有阴离子和阳离子 B．离子化合物中一定含有金属元素 C．共价化合物中也可能含有金属元素 D．共价化合物中一定不含有离子 11．能形成离子化合物的是(　　) A．任意两种元素之间的化合 B．两种非金属元素之间的化合 C．任何金属元素与非金属元素之间的化合 D．活泼金属元素与活泼非金属元素之间的化合 12．下列性质中，可以证明某化合物一定是离子化合物的是(　　) A．水溶液能导电 B．由金属和非金属元素组成 C．熔融状态能导电 D．可以溶于水 13．下列化合物的水溶液中不只存在一种分子的是(　　) A．NaHSO4 B．HClO C．Ba(OH)2 D．HCl 二、填空题(本题包括4小题，共24分) 14．(8分)有下列物质：①氢氧化钠固体　②铜丝　③氯化氢气体　④稀硫酸　⑤二氧化碳气体　⑥氨水　⑦碳酸钠粉末　⑧蔗糖晶体　⑨熔融氯化钠　⑩CuSO4·5H2O晶体。请用序号填空： (1)能导电的是_________________________________________________________； (2)属于电解质的是_____________________________________________________； (3)属于非电解质的是___________________________________________________； (4)属于电解质但上述状态下不能导电的是________。 15．(4分)写出下列物质在水溶液中的电离方程式： (1)Ba(OH)2：_____________________________________________________________； (2)KHSO4：______________________________________________________________； (3)HNO3：_______________________________________________________________； (4)Na2CO3：_____________________________________________________________。 16．(6分)在如图所示的串联装置中，发现灯泡不亮，但若向其中一个烧杯中加水，则灯泡会亮起来： 请问： (1)哪个烧杯中液体加水灯泡会亮起来，为什么？ (2)哪两个烧杯液体混合后导电能力会减弱？为什么？ 17．(6分)氮化钠(Na3N)是科学家制备的一种重要化合物。它与水作用可产生氨气(NH3)。试回答下列问题： (1)氮化钠(Na3N)中N元素化合价是________，该化合物属于________化合物(填“离子”或“共价”，下同)，生成的NH3属于________化合物。 (2)氮化钠(Na3N)与水反应的方程式是__________________________________________ ________________________________，反应类型是________(填基本反应类型)。 答案精析 想一想　1.非金属元素形成的化合物也可以是离子化合物，如铵盐。 试一试　1.离子化合物必含金属元素或铵根，所以硝酸钠(NaNO3)、氢氧化钾(KOH)、氯化铵(NH4Cl)、碳酸钙(CaCO3)、生石灰(CaO)是离子化合物，其余是共价化合物。 想一想　2.有自由移动离子的物质可以导电；只有离子，但不能移动时，该物质也不可导电。所以有无自由移动离子可通过能否导电得到证明。将食盐固体和食盐水溶液分别与电池、铅笔芯、发光二极管用导线组成闭合回路，发现接食盐固体的二极管不发光，接食盐水的二极管发光。 想一想　3.电解质在水中总可以发生电离，非电解质不发生电离。其中氯化氢、氢氧化钡、氢氧化钾、硫酸钠、碳酸钠可以发生电离，其他不能发生电离。 HCl===H＋＋Cl－　KOH===K＋＋OH－ Ba(OH)2===Ba2＋＋2OH－　Na2CO3===2Na＋＋CO　Na2SO4===2Na＋＋SO 想一想　4.铜导电是依靠自由移动的电子，但铜属于单质，不属于电解质。 试一试　2.一般证明电解质只需证明它在水溶液中可导电，而证明非电解质需证明它在水中和熔融状态下都不能导电。将食盐、醋酸溶于水分别与干电池、铅笔芯、发光二极管用导线组成闭合回路，二极管发光，证明食盐、醋酸为电解质。将加热熔融的蔗糖和蔗糖溶液分别与干电池、铅笔芯、发光二极管用导线组成闭合回路，二极管均不发光，证明蔗糖是非电解质。 试一试　3.酸、碱、盐、金属氧化物是电解质，而非金属氧化物和有机物是非电解质，这是判断电解质和非电解质最有用的方法。只有葡萄糖(C6H12O6)和CO2是非电解质，其余都是电解质。 试一试　4.根据组成和性质化合物可分为酸、碱、盐和氧化物；根据有无碳元素化合物可分为无机物和有机物；根据是否可发生电离分成电解质和非电解质；根据构成微粒是否存在离子，化合物可分为离子化合物和共价化合物。 试一试　5.电解质有①③⑤⑥⑧⑨⑩，非电解质有④⑦，其中①③⑤⑨为强电解质，⑥⑧⑩为弱电解质。对应电离方程式如下：①NaNO3===Na＋＋NO　③H2SO4===2H＋＋SO　⑤Ba(OH)2===Ba2＋＋2OH－　⑥CH3COOHH＋＋CH3COO－　⑧NH3·H2ONH＋OH－　⑨AgCl===Ag＋＋Cl－　⑩H2CO3H＋＋HCO 限时作业 1．D　[A中NaCl是电解质；B中NH3·H2O是电解质，而NH3是非电解质；C中Cu是单质，不是电解质也不是非电解质。] 2．C　[SO2的水溶液虽然能导电，但那是因为SO2与H2O反应生成的H2SO3发生了电离，而SO2自身应属于非电解质。] 3．D 4．B　[A中应将“或”改成“和”；C中该化合物一定要自身能发生电离，如SO2、NH3等虽然水溶液能导电，但它们却属于非电解质；D中H2O是电解质。] 5．D 6．D　[Cl2和Cu是单质，既不是电解质也不是非电解质，A、C错；碳酸钡属于盐，盐一般是强电解质，B错。] 7．D　8.D　9.B 10．B　[NH4Cl是离子化合物，但却不含有金属元素。] 11．D　12.C 13．B　[若水溶液中只存在一种分子，这种分子只能是水分子，也就是溶质必须在水中完全电离，为强电解质，A、C、D都是常见的强电解质，故选B。] 14．(1)②④⑥⑨　(2)①③⑦⑨⑩　(3)⑤⑧ (4)①③⑦⑩ 15．(1)Ba(OH)2===Ba2＋＋2OH－ (2)KHSO4===K＋＋H＋＋SO (3)HNO3===H＋＋NO (4)Na2CO3===2Na＋＋CO 16．(1)在盛有纯醋酸的C烧杯中加水，灯泡就会亮起来；理由是纯醋酸中没有离子，所以不导电，醋酸加水后就会发生电离，从而产生自由移动的离子，能够导电。 (2)A和D；因为两者混合发生反应：H2SO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋2H2O，离子浓度降低。 17．(1)－3价　离子　共价 (2)Na3N＋3H2O===NH3↑＋3NaOH　复分解反应 第5讲　无机化学反应一般原理 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，主要通过对金属、非金属、酸、碱、盐、CuO、CO2等具体物质化学性质的了解，掌握基本的化学反应类型，了解一些物质转化的具体案例。 在高中化学中，熟练运用各类物质之间的反应规律指导认识物质的化学性质(分散在必修1有关元素单质及其化合物性质学习中，但无专门的分析)。 初中化学所涉及的元素化合物知识主要包括以O2、H2、C、S、P等为代表的非金属单质，以Fe、Cu、Na为代表的金属单质，以CO、CO2等为代表的非金属氧化物，以Fe2O3、CuO等为代表的金属氧化物，以H2SO4、HNO3、HCl为代表的酸，以NaOH、Ca(OH)2为代表的碱，以NaCl、CuSO4、Na2CO3、CaCO3为代表的盐。这些物质之间的相互转化关系可用下图描述。 在初中化学中，通常把常见无机物分成单质、氧化物、酸、碱和盐等五大类。从结构和性质角度来分析，把无机物分成以下几类可能更合理些：①金属(包括游离的金属单质和合金)，②非金属(非金属单质)，③碱性物质(包括碱性氧化物和碱，基本上都是离子化合物)，④酸性物质(包括酸性氧化物和酸，基本上都是共价化合物)，⑤盐(都可以看成是碱性物质和酸性物质的反应产物)。 同一类物质一般有相似的性质，由于无机物种类不多，所以貌似复杂纷繁的无机化学反应，大多数可以归纳到以下三大类反应。 ①酸性物质和碱性物质之间的反应　性质对立的这两类物质，一般都能反应，反应生成盐或盐和水。 ②酸、碱、盐等电解质在溶液里的反应　反应过程中一般有水、沉淀和气体生成。 ③氧化还原反应　在结构上容易得电子的物质和容易失电子的物质之间的化学反应。 初中化学中，没有单质参加的反应大部分属于前两类化学反应，但都是以个别反应为示例，未形成一般性规律，使我们无法用来分析高中阶段所接触物质的基本性质。而反应物涉及单质的反应大多数为氧化还原反应，但反应本质的理解也不作为要求，氧化还原反应规律正是高中阶段接触的最重要的化学反应规律。 下面，我们将着重补充有关前两类反应的基本规律，以帮助我们更好地理解必修1中常见无机物的化学性质。 1．酸性物质和碱性物质的反应 (1)酸性物质和碱性物质 碱性物质包括碱和对应的碱性氧化物，除氨水外，结构上都可看成是由金属阳离子和OH－或O2－构成，状态上一般都是不挥发性固体。 酸性物质包括酸和酸性氧化物，酸又可分为无氧酸(如盐酸HCl、氢氟酸HF、氢硫酸H2S、氢氰酸HCN等)和含氧酸(如H2SO4、HNO3、H2CO3、H3PO4、高锰酸HMnO4、次氯酸HClO)，无机含氧酸都是酸性氧化物的水化物；酸性氧化物又可分为非金属氧化物和金属氧化物(如CrO3、Mn2O7等)。酸性物质在结构上一般都是由分子构成(少量的直接以原子构成，如B2O3、SiO2)，在水分子作用下，酸分子可被离解成氢离子和其他阴离子；酸性氧化物在水中并不会被直接离解成阴阳离子，但部分酸性氧化物会与水化合形成酸。中学阶段，大多数非金属酸性氧化物都是气体(P2O5、B2O3、SiO2是固体)，而金属酸性氧化物大多是固体。 (2)酸性物质和碱性物质的反应 酸性物质和碱性物质之间可发生以下四种反应类型： 酸性氧化物＋碱性氧化物===含氧酸盐 酸性氧化物＋碱===盐＋水 碱性氧化物＋酸===盐＋水 酸＋碱===盐＋水 从中可以看出，当反应物中只有氧化物时，生成物只有盐；而反应物中有酸或碱时，生成物是盐和水。 酸性物质跟碱性物质，两者的性质对立越强烈，也就是反应物间酸碱性差异越大，反应越容易发生。弱酸性物质和弱碱性物质，往往较难发生反应，如碳酸和氢氧化铁就不发生反应。 ①酸性氧化物和碱性氧化物生成含氧酸盐 酸碱性对立越强烈，两种氧化物间反应生成含氧酸盐就越容易发生，反过来，生成的含氧酸盐就越稳定，越难分解。参加反应的两种氧化物中，如果有一种是强酸性或强碱性的，反应往往都能进行。 Na2O＋CO2===Na2CO3(Na2O是碱性较强的物质，对应水化物为烧碱) CaO＋CO2===CaCO3(CaO是碱性较强的物质，对应水化物为熟石灰) CuO＋SO3===CuSO4(SO3酸性较强，对应水化物为硫酸) 如果两种氧化物的酸、碱性都不强，它们一般不能发生反应，例如氧化铜跟二氧化碳就不能直接化合。 在这种反应类型中，人们还发现，极难挥发的酸性氧化物(如P2O5、B2O3、SiO2，其中SiO2熔点高达1 700 ℃左右，极高温度下也不挥发)跟碱性氧化物混合强热时能化合生成对应盐。如钢铁冶炼中的高温造渣反应，本质是SiO2和各种金属氧化物的反应。 CaO＋SiO2===CaSiO3　FeO＋SiO2===FeSiO3 ②碱性氧化物和酸的反应 碱性氧化物和酸的性质对立越强烈，反应越容易。不溶性碱性氧化物(对应水化物往往是弱碱，碱性较弱)一般不能跟极弱的酸(如碳酸、次氯酸HClO)反应。 碱性氧化物遇酸时，结构中的氧离子跟H＋结合生成水，金属阳离子和酸根离子结合成盐。强酸能跟所有碱性氧化物反应，工业生产中常利用酸除去金属表面的氧化物锈斑，例如： Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O 醋酸这类较强的弱酸，也几乎能跟所有碱性氧化物反应，如： Fe2O3＋6CH3COOH===2(CH3COO)3Fe＋3H2O ③酸性氧化物和碱的反应 酸性氧化物跟碱反应，一般生成盐和水。反应在溶液中进行时，可以看成酸性氧化物先跟水反应变成酸，酸再和碱反应生成盐和水。如： 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O(Na2CO3读作碳酸钠) 2NaOH＋SO2===Na2SO3＋H2O(Na2SO3读作亚硫酸钠) 两者性质对立越强，反应越容易，不溶性氢氧化物(大多为弱碱)一般不跟极弱的酸性氧化物(如CO2、SiO2)反应，像SiO2这种极弱的不溶性酸性氧化物跟强碱作用时反应也很慢，与强碱共熔时才有很好的反应，如硅酸钠、硅酸钾等盐常利用二氧化硅跟强碱共熔制备，硅酸钠、硅酸钾的水溶液有很强的粘性，俗称水玻璃，是常用的无机矿物胶。 2NaOH＋SiO2Na2SiO3＋H2O 2KOH＋SiO2K2SiO3＋H2O 其实，碱和酸性氧化物要生成盐和水，碱必须相对过量，酸性氧化物少量。如果反应中酸性氧化物过量，而碱不足时就只能生成酸式盐，如 NaOH＋CO2===NaHCO3(NaHCO3读作碳酸氢钠) NaOH＋SO2===NaHSO3(NaHSO3读作亚硫酸氢钠) [试一试]　1.写出氨水(NH3·H2O)和CO2生成正盐和酸式盐的两种化学反应方程式。 由此可见，酸性氧化物和碱反应生成物与其相对量有关，相对量不同，生成的盐也不同，导致基于此类反应的有关实验制备、化学计算更趋复杂。 ④酸跟碱的反应 酸跟碱的反应，本质上是酸组成中的H＋与碱组成中的OH－结合成水，金属阳离子(或铵根离子)与酸根离子结合成盐。酸和碱生成盐和水的反应，又称为中和反应，它是最典型的复分解反应之一。 NaOH＋HCl===NaCl＋H2O NaOH＋HClO===NaClO＋H2O(HClO读次氯酸，为弱酸) NaOH＋CH3COOH===CH3COONa＋H2O NaOH＋HNO2===NaNO2＋H2O(HNO2读亚硝酸，为弱酸) 2NaOH＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O 酸和碱的性质对立越强，反应越容易，一般只有极弱的酸跟极弱的碱之间才不会反应，其他酸和碱一般都能反应，例如不溶性氢氧化物一般不溶于碳酸、硅酸等极弱的酸溶液。 2．酸、碱、盐等电解质在溶液里的反应 碱、酸和盐在水溶液里全部或部分电离成离子，都是电解质，在溶液里可两两反应。其中酸和碱的反应称为中和反应，生成水是相互间反应的基本条件。另外，酸和盐、碱和盐也能发生反应，其反应规律分别如下。 (1)酸和盐的反应 在中学阶段，我们所接触的酸以可溶性酸为主，溶质在水中电离成氢离子和酸根离子，当向其中加入盐时，只要其中任何一种离子的浓度能降低，盐和酸的反应就能发生。 在盐酸中加入碳酸钠固体，因为碳酸钠在水中可电离出碳酸根离子，它和H＋能快速结合成不稳定的碳酸，分解成CO2和水，导致该反应发生。同样，加入碳酸钙或碳酸钡固体时，虽然固体溶解度不大，但溶解部分电离产生的碳酸根仍能和H＋结合，所以照样可以反应，不过相同条件下产生气泡不如碳酸钠剧烈。其反应方程式如下： Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O BaCO3＋2HCl===BaCl2＋CO2↑＋H2O 在硫酸中加入醋酸钠固体时，醋酸钠在水中可电离出醋酸根离子，它和H＋结合形成醋酸(一种弱酸，水溶液中主要以分子形态存在)，这将大大降低了H＋浓度，促成反应进行到底。次氯酸钠、磷酸钠等弱酸盐和硫酸、盐酸等强酸的反应原理与此相似，习惯上被初中化学教师概括为强酸制弱酸。反应方程式如下： 2CH3COONa＋H2SO4===Na2SO4＋2CH3COOH 2NaClO＋H2SO4===Na2SO4＋2HClO [试一试]　2.一定条件下，稀硫酸和氯化钡溶液，氯化钠与硝酸银溶液混合都有白色沉淀生成，写出反应方程式，说明反应充分进行的理由。 向硫酸铜溶液中，滴入新制的饱和氢硫酸(H2S、二元弱酸)时，能观察到黑色沉淀，表明二者能发生化学反应，其反应方程式如下： CuSO4＋H2S===H2SO4＋CuS ↓ 该反应的发生证明，弱酸在一定条件下也可生成强酸，所以“强酸制备弱酸”规律是有缺陷的、不严密的、有条件的。从本质上看，硫酸铜电离产生的Cu2＋能和氢硫酸部分电离产生的S2－形成难溶于水(也难溶于酸)的CuS沉淀，铜离子浓度降低，反应能够发生。从表面看，这一反应发生的理由仍然是因为生成物出现了不溶性沉淀物，降低了离子浓度。 (2)碱和盐的反应 一定条件下，在氯化铁溶液中滴加氢氧化钠溶液可以产生红褐色沉淀，该反应往往被用来验证溶液中是否存在铁离子，其反应方程式是FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl。工业生产中，通过向氢氧化钙悬浊液中加入饱和碳酸钠溶液制备烧碱，其反应方程式是Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH。向氯化铵稀溶液中加入烧碱固体，能放出有刺激性气味的氨气，这是铵盐的一个重要性质，其反应方程式是NH4Cl＋NaOH===NaCl＋NH3↑＋H2O。 一般来说，盐和碱的反应中，两种反应物都是可溶性化合物，如果都不溶解，反应将很难进行。 (3)盐和盐的反应 酸和酸、碱和碱、盐和盐理论上也可能发生反应，酸和酸、碱和碱的反应，反应原理复杂，在高中化学中会逐步接触个别案例；而盐与盐的反应在初中化学中已有接触，在高中会增加更多案例。 如我们熟知的硝酸银与氯化钠的反应，被用来检验溶液中是否存在氯离子；氯化钡和硫酸钠的反应，被用来检验溶液中是否存在硫酸根离子；碳酸钠和氯化钡溶液混合时也会产生白色沉淀。目前所接触的案例中，大多数盐和盐的反应均发生在两种可溶性盐之间，在高中选修“化学反应原理”模块，会学习不溶性盐和另一种可溶性盐溶液之间的反应，如分析化学中常用饱和碳酸钠溶液处理硫酸钡固体，将不溶于水的硫酸钡转化为可溶于酸的碳酸钡，这种反应方式常被用于无机化合物的制备、提纯和废水处理中。 以上发生在溶液中的两种化合物间的反应，如碱性氧化物和酸、酸和碱、酸和盐、碱和盐、盐和盐的反应，都是两种电解质之间的反应，两种化合物先“分解”成两种成分(阳离子和阴离子)，再重组为两种新的化合物，这类反应习惯上称为复分解反应。理论上，任何两种电解质，只要彼此组分中的阴阳离子都不相同，相互交换组成又能形成沉淀(溶解度更小的物质)、气体(挥发性物质)、水(高中化学将此扩展为水、醋酸等弱电解质)等产物，就有可能发生复分解反应。从形式上看，形成沉淀、气体或水是复分解反应发生的三种主要原因；从本质上看都是通过降低原反应物中某种离子的浓度而实现的。 3．氧化物跟其对应水化物间的相互转化 含氧酸和碱分别是酸性氧化物和碱性氧化物的水化物(和水化合形成产物的简称)，它们之间往往有如下转换关系： 碱性氧化物＋水―→碱 酸性氧化物＋水―→酸 下面综合讨论氧化物与其水化物间的转化规律。 (1)碱性氧化物和碱之间的相互转化 大部分碱性氧化物不能跟水直接化合成对应的水化物，一般来说，只有可溶性碱才可以此碱性氧化物和水直接化合形成，中强碱氢氧化镁也适用此规律，但化合速率不如可溶性的烧碱。例如： Na2O＋H2O===2NaOH MgO＋H2O===Mg(OH)2 碱性氧化物跟水接触时，在水分子作用下，晶体中的金属离子和氧离子被水分子入侵后离解成自由移动的离子，其中的氧离子被水中微量的H＋捕获成为OH－，这样就使氧化物转变成碱。 碱在加热时一般可分解为碱性氧化物和水，其分解倾向与碱性氧化物和水结合倾向的强弱相反。一般地说，越容易由碱性氧化物和水化合生成的碱就越难分解，也就是说，可溶性碱一般加热不分解，而不溶性碱加热时可分解成碱性氧化物和水。强碱类的氢氧化钙要强热才分解，中强碱的氢氧化镁在加热时可分解，氢氧化铜在热水中就可分解成黑色沉淀，而氢氧化银极不稳定，在含Ag＋的溶液中加入碱，析出的氢氧化物马上分解成氧化物，只能得到氧化物(Cu＋、Hg2＋与Ag＋类似)。 Ca(OH)2CaO＋H2O Mg(OH)2MgO＋H2O Cu(OH)2CuO＋H2O 总之，一般可溶性碱可由其氧化物和水化合形成，高温也难分解；不溶性碱不能由其氧化物与水化合形成，但受热会分解成对应氧化物和水。 (2)酸性氧化物和酸之间的相互转化 一般来说，可溶于水的酸性氧化物都能和水直接化合成对应的含氧酸(元素有相同的价态)。例如： SO3＋H2O===H2SO4 SO2＋H2OH2SO3 而不溶性氧化物(如SiO2，沙子、石英、水晶的主要成分)一般和水就不能直接化合，因此对应含氧酸H2SiO3就只能用其他方法合成。二氧化钛(TiO2)、三氧化钨(WO3)等酸性氧化物不能和水化合的原因与此相似。制取二氧化硅可以和氧化钠或氢氧化钠反应得到硅酸钠，硅酸钠再和盐酸、稀硫酸等酸发生反应转化为硅酸，即SiO2→Na2SiO3→H2SiO3两步完成转化。 [试一试]　3.以SiO2和其他常见试剂为原料，制取硅酸，写出相应的化学反应方程式。 绝大部分含氧酸能分解成对应的氧化物(被形象地称为酸酐)和水。对应酸酐不挥发、不溶解(难溶或微溶)的，容易受热分解成酸酐和水，如硅酸、磷酸；对应酸酐为低价态气体的，只能存在于溶液中，也就是极易分解，如碳酸、亚硫酸。 H2SiO3SiO2＋H2O H2SO3SO2＋H2O [试一试]　4.HNO2也只能在稀溶液中存在，已知亚硝酸钠溶液和硫酸可以发生复分解反应，请写出相应的化学反应方程式。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，每题只有1个正确答案。) 1．图中相连物质间在一定条件下可以发生反应，下表提供的四组物质符合要求的是(　　) 甲 乙 丙 丁 A H2 O2 HCl CuO B Mg HCl CuCl2 NaOH C Ca(OH)2 CO2 NaOH CuSO4 D Na2CO3 BaCl2 HCl Ca(OH)2 2.下表中“——”表示相连的物质间能发生反应，“→”表示这种物质经一步反应可转化为另一种物质，则甲、乙、丙、丁四种物质不符合对应“转化关系”的是(　　) 选项 A B C D 转化关系 物质 甲 Ca(OH)2 C Fe Na2CO3 乙 HCl O2 HCl Ca(OH)2 丙 Na2CO3 Fe2O3 CaCl2 BaCl2 丁 Ba(OH)2 CO NaOH H2SO4 3.下列各组物质的溶液，不能发生复分解反应的是(　　) A．HCl和Ca(OH)2 B．Na2CO3和H2SO4 C．AgNO3和BaCl2 D．KCl和CuSO4 4．在水溶液中，一般不与其他物质发生复分解反应的是(　　) A．硝酸钠 B．碳酸钾 C．氢氧化铁 D．硝酸 5．下列各选项中括号内物质不是对应酸酸酐的是(　　) A．H2SO4(SO3) B．H2SiO3(SiO2) C．H3PO4(P2O5) D．HNO3(NO2) 6．下列变化，不能通过一步反应实现的是(　　) A．Na2CO3→NaOH B．BaCl2→Ba(OH)2 C．FeCl3→Fe(OH)3 D．CaCO3→CaCl2 7．下列物质间的反应能一步实现的是(　　) A．Na2O→NaOH B．SiO2→H2SiO3 C．FeO→Fe(OH)2 D．FeO→FeCO3 8．下列物质间的化学反应不属于复分解反应的是(　　) A．Na2O和HCl B．SiO2和NaOH C．Ba(OH)2和H2SO4 D．AgNO3和HCl 9．下表所列各组物质中，物质之间通过一步反应就能实现如图所示转化的是(　　) 物质 选项　　 a b c A Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 B CuO Cu(OH)2 CuCl2 C SiO2 Na2SiO3 H2SiO3 D CO2 CuCO3 Na2CO3 10.往盐酸和氯化钙的混合溶液中逐滴加入碳酸钠溶液，观察到的现象是(　　) A．开始冒气泡，后出现白色沉淀 B．只有白色沉淀析出 C．只有大量的气泡冒出 D．开始出现白色沉淀，后冒出大量气泡 二、填空题(本题包括两小题，共10分) 11．(6分)以铜为原料制取氢氧化铜，设计必要步骤并写出相应的化学方程式。 12．(4分)氯化钠和硫酸一定条件下可发生反应，即2NaCl＋H2SO4Na2SO4＋2HCl↑，该反应类型是________________反应，反应能够趋于完全进行的理由是__________________________________，为保证该反应进行，从反应物状态或浓度看其最佳条件是____________________________________。 答案精析 试一试　1.2NH3·H2O＋CO2===(NH4)2CO3＋H2O NH3·H2O＋CO2===NH4HCO3 试一试　2.H2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2HCl，NaCl＋AgNO3===NaNO3＋AgCl↓。 两个反应完全进行都是因为生成了沉淀，降低了对应离子的浓度。 试一试　3.2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ 试一试　4.2NaNO2＋H2SO4===N2O3＋Na2SO4＋H2O 限时作业 1．C　2.C　3.D 4．A　[A选项中的Na＋和NO不能与别的离子或物质反应生成沉淀或气体，无法发生复分解反应。] 5．D　[酸酐中元素的化合价与酸中对应元素的化合价相同。D中HNO3中N为＋5价，NO2中N的化合价为＋4价，故NO2不是HNO3的酸酐，N2O5才是HNO3的酸酐。] 6．B　7.A 8．B　[B选项中SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，该反应不是复分解反应，不符合复分解反应AB＋CD===AD＋CB的一般规律。] 9．C　10.A 11．制备流程是Cu→CuO→CuCl2→Cu(OH)2。 相应的化学方程式： Cu＋O2CuO CuO＋2HCl===CuCl2＋H2O CuCl2＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋2NaCl 12．复分解反应　生成挥发性的HCl气体　选用食盐固体与浓硫酸反应 解析　由于HCl气体极易溶于水，为使氯化氢尽量逸出，应尽可能减少含水量，选用食盐固体与浓硫酸反应效果最佳。 第6讲　用分类的方法研究化学反应 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，要求学生根据反应物和生成物的组成和数量判断化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应(俗称四类基本反应)。理解酸与碱生成盐和水的复分解反应又称为酸碱中和反应。知道氧化反应和还原反应。 在高中化学中，除要求学生知道四种基本反应类型不能包含所有化学反应外，更侧重引导学生从反应本质对化学反应进行分类。如从是否存在化合价发生升降的元素来认识氧化还原反应；从反应过程中是否存在离子来认识离子反应。从而进一步了解氧化还原反应、离子反应充分发生的条件、表示方法等。 概念：初中化学涉及的基本反应类型有四类，即化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。由两种或两种以上物质反应生成一种化合物的反应，称为化合反应，即“由多变一”的反应；一种化合物反应生成两种或两种以上物质的反应，称为分解反应，即“由一变多”的反应；一种单质与一种化合物反应，生成另一种单质与另一种化合物的反应，称为置换反应；两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应，称为复分解反应。 重点：根据置换反应中单质的不同类型又可分为①较活泼的金属置换出较不活泼的金属，如Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu；②较活泼的非金属置换出较不活泼的非金属，如C＋H2OCO＋H2；③非金属置换出金属，如H2＋CuOH2O＋Cu；④金属置换出非金属(常见为氢气)Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑。 规律：置换反应：溶液中金属所发生的置换反应，可根据金属活动顺序表进行推理。排在H前面的金属可与盐酸、稀硫酸等酸反应生成盐和氢气(硝酸除外)，排在前面的金属能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来(K、Ca、Na三种金属例外)，排在Fe前面的金属只能与其亚铁盐发生置换反应(铁盐一般不发生)，而铁与其后的金属盐溶液反应只生成对应的亚铁盐。 复分解反应：根据复分解反应中化合物不同的组成类型又可分为“金属氧化物和酸反应生成盐和水、酸和碱反应生成盐和水、盐和酸反应生成另一种盐和另一种酸、盐和碱反应生成另一种盐和另一种碱、盐和盐反应生成另两种新盐”【你能列举出相应的化学反应方程式吗？】。 并不是所有化合物和化合物相互间就一定能发生复分解反应。从反应物角度看，反应物中不出现盐的复分解反应，两种反应物至少有一种可溶，反应才能发生；反应物中出现盐的复分解反应，两种反应物要求全部可溶，反应才能发生。从生成物角度看，只有生成物中出现不溶性气体、不溶性沉淀或者有水生成时，复分解反应才能完全进行。 四类反应很重要，但并不能包含所有的化学反应，如Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2、CH4＋2O2CO2＋2H2O，既不是置换反应，也不是复分解反应，。 碳、铁、氢气等可燃物与氧(气)的反应称为氧化反应或者可燃物的氧化【你能写出对应的化学方程式吗？】。 当这种反应现象不易被察觉时，又称为缓慢氧化反应；而剧烈的、发光、发热的氧化反应就称为燃烧；二者的本质区别就是反应快慢不同。而Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2、CuO＋H2Cu＋H2O等反应中，金属氧化物失去氧转化为金属单质的过程，称为金属氧化物的还原。 [想一想]　1.在初中化学的学习中，我们知道化学反应的基本类型有四种，即分解、化合、置换和复分解。在这四类反应中，一定会有单质生成的是________反应；可能会有氧化物生成的反应有________类(填数字)。 氧化反应、还原反应、氧化还原反应： 在初中，我们以是否有氧元素的得失判断是否发生氧化反应、还原反应。例如：CuO＋H2Cu＋H2O，在此反应中，氧化铜失去氧变成铜的过程，称为氧化铜的还原反应。 根据质量守恒定律，我们知道氧化铜失去的氧元素原子是不会消失的，它只是从氧化铜转移给了氢(气)，反过来看，氢气得到氧后形成了水，这种氢气得到氧的过程，也就是氢气的氧化过程，可称为氢气的氧化反应。 可见氧化过程和还原过程，不可能孤立的进行，它们总是相伴相生的，一个反应中存在氧化过程，就必然同时存在还原过程，我们把这种反应就称为氧化还原反应，下图较好的描述了氧化反应和还原反应的这种对立统一性。 这一过程常用下列方式表示，习惯上称为双线桥法。 [想一想]　2.在下列反应中，①至④均发生了“氧的得失过程”，是氧化还原反应。而⑤和⑥虽然反应物中也存在氧元素，但它们不属于氧化还原反应。请分别标出下列六个反应中各元素的化合价。 ①Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 ②C＋H2OCO＋H2 ③CH4＋2O2CO2＋2H2O ④2CO＋O22CO2 ⑤2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O ⑥NaOH＋HCl===NaCl＋H2O ⑦2Na＋Cl2===2NaCl ⑧Zn＋2HCl===ZnCl2＋ H2↑ 从以上过程可以看出，①至④的反应中，均存在化合价发生改变的元素，而且有一种元素化合价是升高的，同时有另一种元素的化合价是降低的；而⑤和⑥中元素的化合价均未发生改变。这表明“得失氧”并不是氧化还原反应的唯一判断依据，我们还可以从元素化合价是否发生改变来判断反应是否为氧化还原反应。在发生氧化还原反应的过程中，得氧过程对应于元素化合价升高的过程，而失氧过程对应于元素化合价降低过程，因此，我们可以把元素化合价升高的过程称为氧化反应(或氧化、被氧化)，而元素化合价降低的过程称为还原反应(或还原、被还原)，同样可以用“双线桥”简单表示氧化还原反应的这一特征。 因为氧元素不能无中生有，也不会凭空消失，所以氧化反应和还原反应统一存在于一个完整的反应中。不可能发生只存在氧化过程而没有还原过程的反应，同样道理，由于任何物质中元素化合价代数和为0，所以在一个反应中各物质中所有元素的化合价代数和也为0。就是说，如果有一种元素的化合价升高了，为了维持“代数和为0”的平衡，必然要存在化合价发生降低的元素。这种特点可用下图表示： 按元素化合价升降观点看，⑦和⑧也是氧化还原反应，它扩大了氧化还原反应的范畴，有利于更好的总结化学反应的基本类型，用分类思想简化化学的研究对象。⑦和⑧反应中化合价升降的“双线桥”可表示如下： 在反应⑦中，钠发生氧化反应，而氯气发生了还原反应；在反应⑧中，锌发生氧化反应，而氯化氢发生了还原反应。通常在氧化还原反应中，发生氧化反应的物质被称为还原剂，如⑦和⑧中的钠和锌；而发生还原反应的物质被称为氧化剂，如⑦和⑧中的氯气和氯化氢。氧化剂和还原剂也统一存在于同一氧化还原反应中，不可能存在只有氧化剂的氧化还原反应，也不可能存在只有还原剂的氧化还原反应。 [想一想]　3.判断下列反应是不是氧化还原反应。如果是氧化还原反应，则用“双线桥”表示出元素化合价的升降关系，指出氧化剂和还原剂。 ①2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ ②CaCO3CO2↑＋CaO ③4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 ④CO2＋H2O===H2CO3 ⑤Cl2＋2KBr===Br2＋2KCl ⑥CO2＋2Mg2MgO＋C ⑦CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ ⑧Fe(OH)3 ＋ 3HCl===FeCl3 ＋ 3H2O ⑨Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O ⑩MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O 从中还可以发现一些规律：①置换反应一定是氧化还原反应(习惯上总结出有单质存在的反应一般是氧化还原反应，但有例外，如一定条件下氧气转化为臭氧的变化，3O2===2O3就不是氧化还原反应)。②复分解反应一定不是氧化还原反应。③分解反应和化合反应中只有部分是氧化还原反应。④也有一些氧化还原反应不属于四类反应。这种关系我们可用下列图示表示： [想一想]　4.用化学方程式表示出下列物质的反应。并指出其中的强电解质、弱电解质和非电解质。 ①硫酸溶液和烧碱溶液的反应，②硫酸溶液和氢氧化钡溶液的反应，③氧化铜和稀硫酸的反应，④氧化铜和CO的反应，⑤氢气和氧气的反应，⑥盐酸溶液和烧碱溶液的反应，⑦醋酸溶液和氨水(NH3·H2O)的反应，⑧锌和稀硫酸的反应。 除反应④和⑤外，其他反应都是在溶液中进行的，根据物质的溶解度和电解质的电离程度，将溶液中发生的各个反应的反应物和生成物存在的主要微粒形式进行表示，可归纳出溶液中这些反应的共同特点。硫酸钡虽然是强电解质，可完全电离，但因溶解度小，在溶液中主要以沉淀形式存在；Zn和H2属于单质，都不与水发生反应，在溶液中仍以单质形式存在；CuO等金属氧化物只在熔融状态下发生电离，它不溶于水，在溶液中仍以固体形式存在；H2O、CH3COOH、NH3·H2O是弱电解质，电离部分很小，主要以分子形式存在；其他电解质都属于可溶性、完全电离的强电解质，它们以离子形式存在于溶液中。由此上述反应可表示如下： ①2H＋＋SO＋2Na＋＋2OH－===2Na＋＋SO＋2H2O，②2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O，③2H＋＋SO＋CuO===Cu2＋＋SO＋H2O，⑥H＋＋Cl－＋Na＋＋OH－===Na＋＋Cl－＋H2O，⑦CH3COOH＋NH3·H2O===CH3COO－＋NH＋H2O，⑧Zn＋2H＋＋SO===Zn2＋＋SO＋H2↑。 在这些反应中，或者是反应物或者是生成物都出现了自由移动的离子，通常我们把存在离子的一类化学反应就称为离子反应，不存在离子的化学反应就叫作非离子反应。前后相同的离子表示这类离子在溶液中没有发生实质性的变化，如果将前后相同的离子等量删除，可以进一步发现溶液中的离子反应的基本特征，有些离子并不参加反应，而能够表示这种离子反应本质的式子，就称为离子反应方程式。 以上反应的离子方程式可表示如下： ①H＋＋ OH－===H2O，②2H＋＋SO＋Ba2＋＋2OH－===BaSO4↓＋2H2O，③2H＋＋CuO===Cu2＋＋H2O，⑥H＋＋OH－=== H2O，⑦CH3COOH＋NH3·H2O===CH3COO－＋NH＋H2O，⑧Zn＋2H＋===Zn2＋＋ H2↑。 ①和⑥是不同的酸碱中和反应，但最终的离子反应方程式是一样的，从这一点可以看出，离子反应方程式不仅可表示某具体物质之间的反应，它还可以表示一类反应，如H＋＋ OH－===H2O就表示强酸和强碱生成可溶性盐和水的中和反应。“表示反应本质相同的一类反应”正是我们提出“离子反应”概念的原因之一，它将帮助我们更好的整理溶液中反应的类型，简化对反应类型的记忆。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括10小题，每小题3分，共30分，每题只有1个正确答案) 1．氢氧化钾在我国古代纺织业长期作漂洗的洗涤剂，古人将贝壳(主要成分为碳酸钙固体)灼烧后的固体(主要成分是氧化钙)与草木灰(主要成分是碳酸钾)在水中相互作用，就生成了氢氧化钾。在上述反应过程中没有涉及的化学反应类型是(　　) A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应 2．下列关于氧化还原反应的说法正确的是(　　) A．被氧化的物质是氧化剂 B．置换反应一定是氧化还原反应 C．元素由化合态变为游离态时，该元素一定被还原 D．离子反应不可能是氧化还原反应 3．中国科技大学的钱逸泰教授等以CCl4和金属钠为原料，在700 ℃时制造出纳米级金刚石粉末，发生的反应是4Na＋CCl4===C＋4NaCl。该成果被科学家们高度评价为“稻草变黄金” 。同学们对此有下列一些“理解”，其中错误的是(　　) A．金刚石属于金属单质 B．反应过程中元素种类没有改变 C．该反应属于氧化还原反应 D．该反应是置换反应 4．下列说法正确的是(　　) A．化合反应一定是氧化还原反应 B．分解反应一定是氧化还原反应 C．置换反应一定是氧化还原反应 D．复分解反应一定是氧化还原反应 5．氧化还原反应与四种基本反应类型的关系如下图所示，则下列化学反应属于区域3的是(　　) A．Cl2＋2KBrBr2＋2KCl B．2NaHCO3===Na2CO3＋H2O＋CO2↑ C．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 D．CuO ＋ COCu＋CO2 6．氧化和还原发生在同一元素间的反应是(　　) A．Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O B．Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu C．2KClO3===2KCl＋3O2↑ D．2H2O2H2↑＋O2↑ 7．离子方程式H＋＋OH－===H2O可表示的化学反应是(　　) A．盐酸和氢氧化钡的反应 B．硝酸和氢氧化镁的反应 C．硫酸和氢氧化钡的反应 D．盐酸和氨水反应 8．下列反应中，不能用离子方程式Ba2＋＋SO===BaSO4↓来表示的是(　　) A．稀硫酸与硝酸钡溶液的反应 B．硫酸钾溶液与氯化钡溶液的反应 C．稀硫酸与氢氧化钡溶液的反应 D．硫酸钠溶液与硝酸钡溶液的反应 9．下列各组物质间的反应，既属于氧化还原反应，又属于离子反应的是(　　) A．锌与稀硫酸 B．盐酸与硝酸银溶液 C．氢气在氯气中燃烧 D．氧化钠溶于水 10．离子方程式BaCO3＋2H＋===CO2↑＋H2O＋Ba2＋中的H＋不能代表的物质是(　　) ①HCl　②H2SO4　③HNO3　④NaHSO4 ⑤CH3COOH A．①②③ B．③④⑤ C．②④⑤ D．②③④ 二、填空题(本题包括3小题，共20分) 11．(5分)将符合下列反应类型的化学方程式的序号填入相应的横线中： ①Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2 ②2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑ ③Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ ④CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑ ⑤C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O ⑥3Fe＋2O2Fe3O4 ⑦CuO＋H2Cu＋H2O 属于化合反应的是________________，属于分解反应的是__________________，属于复分解反应的是____________，属于置换反应的是____________，属于氧化还原反应的是______________________。 12．(5分)分类作为一种重要的科学思想，在科学研究中占有重要地位。氧化还原反应有多种分类方法，其中根据参与化合价升降元素种类是否相同的分类方法最为常见。下列反应中化合价升降发生在相同价态的同种元素之间的有________________，化合价升降发生在不同价态的同种元素之间的有________________，化合价升降发生在不同元素之间的有________________。(填序号) ①C＋CO22CO ②NH4NO3===N2O＋2H2O ③2KClO32KCl＋3O2↑ ④S＋2KNO3＋3C===K2S＋N2↑＋3CO2↑ ⑤3Cl2＋6NaOH===5NaCl＋NaClO3＋3H2O 13．(10分)写出下列反应的化学方程式，若属于离子反应的，直接用离子方程式表示；若属于氧化还原反应，请用双线桥表示出化合价升降方向及反应本质。 (1)K2CO3溶液与Ba(OH)2溶液反应 (2)氯化钠溶液和硝酸银溶液混合 (3)醋酸与NaOH溶液反应 (4)铁和硫酸铜溶液混合 答案精析 [想一想]　1.置换　4 解析　在四种基本反应类型的化学反应中，化合反应、复分解反应的生成物中一定不含单质；分解反应的生成物中可能含有单质，如实验室制取氧气；置换反应是单质和化合物生成单质和化合物的反应，生成物中一定含有单质。水是最常见的氧化物，只要有水生成即可满足题意。化合反应可能生成氧化物，如氢气和氧气反应生成水；分解反应可能生成氧化物，如过氧化氢分解生成水和氧气；置换反应可能生成氧化物，如氧化铜和氢气反应生成铜和水；复分解反应可能生成氧化物，如盐酸和氢氧化钠反应生成氯化钠和水，所以可能生成氧化物的反应有四类。 [想一想]　2.①＋ ＋ ②＋2 ＋ ③4＋ ＋22 ④＋ ⑤2＋ ===＋2 ⑥＋ ===＋2 ⑦＋ ===2 ⑧＋ ===2＋↑ [想一想]　3.属于氧化还原反应的有①③⑤⑥⑨⑩，对应的化合价升降用双线桥表示如下，①氧化剂为KMnO4，还原剂为KMnO4；③氧化剂为O2，还原剂为Fe(OH)2；⑤氧化剂为Cl2，还原剂为KBr；⑥氧化剂为CO2，还原剂为Mg；⑨氧化剂为Cl2，还原剂为Cl2；⑩氧化剂为MnO2，还原剂为HCl。 [想一想]　4.①H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O， ②H2SO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋2H2O， ③H2SO4＋CuO===CuSO4＋H2O，④CO＋CuOCu＋CO2，⑤2H2＋O22H2O，⑥HCl＋NaOH===NaCl＋H2O，⑦CH3COOH＋NH3·H2O===CH3COONH4＋H2O，⑧Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。其中的强电解质有H2SO4、NaOH、Na2SO4、Ba(OH)2、BaSO4、CuO、CH3COONH4、ZnSO4、HCl、NaCl、CuSO4，弱电解质有H2O、CH3COOH、NH3·H2O，非电解质有CO、CO2。Cu、Zn、H2和O2属于单质，既不是电解质，也不是非电解质。 限时作业 1．C　[碳酸钙分解为CaO和CO2，CaO和水化合成Ca(OH)2，Ca(OH)2和K2CO3交换形成KOH，显然无置换反应。] 2．B　[被氧化是指化合价升高的过程，氧化剂指含化合价降低元素的反应物，A错；化合态如果呈正价，变为游离态过程就被还原，发生还原反应，化合态如果呈负价，变为游离态过程就被氧化，发生了氧化反应，C错；锌和稀硫酸的反应，Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，既是离子反应，也是氧化还原反应，D错。] 3．A　[金刚石是非金属元素组成的单质。] 4．C　[一般存在单质的化合反应或分解反应是氧化还原反应，否则属于非氧化还原反应，A、B错误；复分解反应一定不是氧化还原反应，D错误。] 5．D　[图中3表示这种反应不属于化合、分解、复分解和置换四类基本反应，但可归属于氧化还原反应。] 6．A　[氧化和还原发生在同一元素，也就是化合价升降发生在同一元素。] 7．A　[B中Mg(OH)2不溶于水，以固体形式存在，不能拆成离子，错误；C中生成的硫酸钡不溶于水，以固体形式存在，不能拆成离子，错误；D中氨水是弱电解质，只有极少分子发生电离，主要以NH3·H2O存在，不能拆成离子，错误。] 8．C　[C中除生成硫酸钡外，还生成了弱电解质水，离子方程式中一定还有H2O。] 9．A　[一般有单质存在的反应是氧化还原反应，A和C满足，在水溶液中发生的含电解质的反应是离子反应，A、B、D满足。] 10．C　[CH3COOH是弱电解质，不能拆分成离子；H2SO4和NaHSO4中的硫酸根离子和钡离子能形成硫酸钡沉淀，硫酸钡不可拆分成离子，所以答案为C。] 11．⑥　②　④　③⑦　①②③⑤⑥⑦ 12．⑤　①②　③④ 13．(1)CO＋Ba2＋===BaCO3↓ (2)Ag＋＋Cl－===AgCl↓ (3)CH3COOH＋OH－===CH3COO－＋H2O (4) 第7讲　沉淀反应及其应用 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 学会利用沉淀反应检验离子(如Cl－、SO)和进行物质的提纯，能用过滤操作将沉淀从溶液中分离。 能利用沉淀反应进行更多离子的检验、物质的提纯、物质纯度的测定。能从实验的定量化要求判断沉淀反应是否完成。在过滤实验中，根据沉淀及其附着物性质选择洗涤剂、洗涤温度和判断洗涤是否干净等操作。 1．沉淀反应 有沉淀生成是化学反应过程中伴随的一种常见现象，是我们判断反应发生的常用方法，沉淀物组成不同，颜色也不一样。初中化学中常见沉淀大多为白色沉淀，如AgCl、BaSO4、CaCO3、BaCO3、Mg(OH)2、Al(OH)3等，而Cu(OH)2 、CuCO3为蓝色沉淀，Fe(OH)3为红褐色沉淀。 请分别写出一个生成上述沉淀的化学反应方程式： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 溶液中Cl－的检验方法___________________________________________________。 溶液中SO的检验方法__________________________________________________。 知识卡片　常见不溶性物质 盐酸盐中除(亚)汞银(盐酸盐里除氯化银和氯化亚汞外都溶)，硫酸盐中除钡铅(硫酸盐中不溶的是硫酸钡和硫酸铅)，钾钠铵钡碱可溶(氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钡和一水合氨均可溶)，钾钠硝铵盐均溶(钾盐、钠盐、硝酸盐和铵盐都溶于水)。 微溶物：Ca(OH)2　MgCO3　CaSO4　Ag2SO4 2．利用沉淀反应检验或推断物质 【例题1】　一澄清透明的溶液中可能含有下列离子中的一种或几种：K＋、 Ba2＋、Cl－、NO、CO、SO。现依次做以下实验： (1)取少量溶液，加入用稀盐酸酸化的BaCl2溶液，只观察到产生白色沉淀； (2)将(1)过滤，向滤液中加入硝酸银溶液，又产生白色沉淀。 由此可以推断： 溶液中肯定存在的离子有________________；溶液中肯定不存在的离子有________________；溶液中还不能确定是否存在的离子有________________。 3．利用沉淀反应进行物质的提纯 【例题2】　海水晒盐得到的固体，经过重结晶后得到粗制食盐，但其中仍含有硫酸钠、氯化镁、氯化钙等可溶性杂质，通常利用沉淀反应来除去这些杂质以获得纯净的食盐。其净化工艺流程如下： 　　 ―→―→ (1)请分别写出加入过量氯化钡、碳酸钠和烧碱溶液所发生反应的方程式，并说明除去对象的化学式。 ①_______________________________________________________________，目的是除去(　　　　) ②_______________________________________________________________，目的是除去(　　　　) ③_______________________________________________________________，目的是除去(　　　　) 以上三步中，所加试剂为何要过量？原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)①②③三步中试剂加入顺序是否可调整为②①③？原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 还有其他顺序么，有则请排出顺序(若无，此空不用作答)__________________。 (3)过滤后的滤液中存在的溶质有____________________________，向其中加入盐酸所发生的反应是__________________________________________，过量盐酸是如何除去的？_____________________。 (4)过滤实验中使用的主要玻璃仪器有______________________________________。 总之，利用化学反应将溶液中可溶性杂质转化为沉淀，借助过滤方法是除去杂质的一种重要方法，为了保证杂质离子被完全除去，添加沉淀剂一般要过量。过量试剂在除去目标对象后，其多余部分必然又会成为新的杂质，必须在后续步骤中除去，若不能利用物理方法除去，就需要再通过化学方法将其转化为易从体系中分离出去的物质。在提纯过程中，如果使用两种以上试剂的话，必然会存在一个最佳顺序的问题，分析原则就是要保证每一种试剂最后都能除去。 4．利用过滤将沉淀物从溶液中分离 (1)仪器：铁架台、铁圈、烧杯、滤纸、________。 (2)原理：把液体与________液体的固体进行分离。 (3)操作：①一贴：滤纸紧贴__________；②二低：滤纸边沿低于____________；滤液面低于________。③三靠：玻璃棒末端紧靠________；烧杯尖嘴部紧靠________；漏斗颈部紧靠________。 (4)作用：除去液体中____________杂质或用于混合物的分离提纯 (5)经多次过滤后，滤液仍然浑浊的原因可能是 ①滤纸____________，②液面高于____________，③仪器不干净等。 根据是否产生沉淀以及沉淀的颜色可以定性判断一些离子或物质的存在，这属于定性判断，也可以利用沉淀反应除去溶液中一些可溶性杂质。在定性判断中，我们可以根据实验现象判断有什么离子，没有什么离子，但不能确定该物质的具体质量。要确定某物质的含量，通常是利用化学反应将其转化为沉淀、气体等易测量物，最方便的是通过测量沉淀的质量，借助化学反应方程式的质量比就可以推断被沉淀物质的含量。为使定量实验误差尽量的小，对过滤实验就会有更高的要求，要求沉淀反应尽可能完全进行，沉淀剂就必须足量；沉淀物表面不能吸附其他杂质，因此对沉淀就需要洗涤；需要根据沉淀本身及其附着物的性质选择恰当的洗涤剂，以保证能溶解杂质而沉淀物本身损失又尽量小；还要根据沉淀物吸附离子的性质，选择恰当方法快速检验沉淀是否洗涤干净。 家庭实验　用一个碗配制一碗浓的食盐水，然后放入一个干净的黑色石块，片刻后取出，晾干。观察石块表面是否有白色晶体附着。大家有这样的生活经验，一把勺子从浓的盐水中拿出来不冲洗，直接晾干，勺子表面会有一层白色的固体附着。其实白色固体是氯化钠，当勺子从氯化钠溶液中取出时，表面附着了溶液中的Na＋、Cl－，同样沉淀从溶液中过滤出来以后，也会附着溶液中可溶性的离子，如果不除去沉淀上附着的这些离子，会使沉淀不纯。 在夏天多汗的时候，衬衫衣领上经常会产生很多盐霜，其实是人体排放出汗水中的氯化钠等电解质，水分蒸发后，结晶附着在纤维组织上。同样道理，在硫酸钠与氯化钡反应产生的硫酸钡沉淀表面，也会吸附溶液中可溶性物质，如钠离子、氯离子，所不同的是，这些离子我们肉眼是无法察觉的。 生活中，我们常将脏衣服投入水中，让衣服上附着的可溶性物质溶解而除去，查看衣服上是否还有附着物或洗涤水是否干净，就可检验衣服是否洗干净。滤纸表面沉淀物的洗涤不可能像衣服一样，也将其投入大量水中去洗涤。只要我们改变一下方向，将水缓慢滴在沉淀物表面，让水因重力而自然流过沉淀物，在水的自然下降过程中，溶解沉淀表面附着的可溶性离子，从而达到洗涤目的。也可以将蒸馏水沿玻璃棒引流至滤纸表面沉淀物，至刚好没过沉淀，待水滤出后重复2～3次。 同样，我们也不可能像检查衣服是否洗净一样，去检查沉淀物表面是否还吸附离子，只能把重点放在检查洗涤所用滤液中是否存在其他离子，如果不含有其他离子，说明流过沉淀物的水是纯水，也就是洗净了。如洗涤硫酸钠与氯化钡反应产生的硫酸钡沉淀，就是检查最后一次洗涤水(滤液)中是否含有Na＋、 Cl－，通常可以选择证明其中是否存在氯离子的方法来设计实验。在最后的洗涤液中滴加少量硝酸银溶液，如果没有白色浑浊物出现就证明洗净了；如果有，就没洗净。 我们知道，衣服上粘附不同类型的污渍，需要选用不同性能的洗涤剂，对于吸附灰尘、泥浆等水溶性物质的衣服，一般只需要用清水就可洗涤；对于吸附食用油、脂肪等有机物的衣服，就需要使用汽油、酒精等有机溶剂类洗涤剂。现代日用化工，已为家庭主妇们开发了针对血迹、机油、色素等各种性质污渍的专用洗涤剂。真丝类衣服表面上吸附的食用油，我们不能选用汽油作洗涤剂，因为你不能在溶解污渍的同时，也溶解真丝衣服材料本身。和此道理一样，不同性质的沉淀物吸附不同类型的杂质，洗涤剂只能溶解杂质，沉淀物本身在其中的溶解度要尽量的小。对于难溶性沉淀物表面吸附的可溶性杂质离子一般可用蒸馏水洗涤。对于易溶性沉淀物表面吸附的可溶性杂质离子，当沉淀本身溶解度随温度升高而增大时，最好用冰水洗涤，从而减少沉淀物本身的溶解。如洗涤CuSO4·5H2O晶体可以用冰水或酒精洗涤；当沉淀物的溶解度随温度的升高而减小时，最好用热水洗涤，以减少沉淀物本身的损耗，如洗涤氢氧化钙表面吸附离子时，热水效果要好于冷水。总之，我们要根据沉淀物本身及其附着物的溶解特点，选择恰当的洗涤剂，控制恰当的温度，尽量使吸附物在其中溶解度要大，沉淀物在其中溶解度要小。 【例题3】　向含Na2CO3、NaNO3的混合溶液中加入BaCl2使CO完全沉淀，以测定碳酸钠和硝酸钠混合物中碳酸钠的质量分数。如何判断沉淀反应中BaCl2已经足量？ 实验室判断沉淀反应是否完成时，一般是向静置后的上层清液中继续小心滴加沉淀剂溶液，若不再产生沉淀则原来沉淀剂已过量。 【例题4】　实验室有一含有硝酸钠和硫酸钠的混合物，现通过实验测定其中硫酸钠的百分含量，实验步骤如下：(1)称取样品W1克，(2)将样品溶解配成溶液，(3)在溶液中加入过量的氯化钡溶液，(4)静置一段时间后，过滤和洗涤沉淀，(5)烘干沉淀，恢复到室温后称得质量为W2克，(6)计算样品中硫酸钠的质量分数． 试回答以下问题： (1)过滤实验用到的主要玻璃仪器名称是________。 (2)洗涤沉淀的原因是________________________。若不洗涤沉淀，最后测得的硫酸钠的质量分数将________(“偏高”、“偏低”或“无影响”)。洗涤沉淀的方法是________________________________________________________________________。 判断沉淀已经洗涤干净的方法是____________________________________________。 (3)硫酸钠的质量分数表达式是_____________________________________________。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分，每题只有1个正确答案) 1.某学生发现滴瓶中的溶液有悬浮物，拟用如图所示操作进行过滤，操作中错误的地方有(　　) A．0处 B．1处 C．2处 D．3处 2．只用一种试剂就能将Na2CO3、Ba(OH)2、NaOH三种溶液区别开来，这种试剂是(　　) A．H2SO4 B．HCl C．CaCl2 D．NH4Cl 3．测定一定质量硫酸铵和氯化铵混合物中氯化铵的质量分数，一般是通过加入一种试剂，发生反应形成沉淀或气体，然后通过测量沉淀或气体的量完成实验目的。完成这一任务最好的试剂是(　　) A．NaCl B．BaCl2 C．AgNO3 D．NaOH 4．上题实验基本流程之一是：称量样品→溶解→加过量试剂→过滤出沉淀→洗涤沉淀→烘干沉淀→称量沉淀→处理数据。若过滤所得沉淀未经洗涤即烘干称量，测定结果“氯化铵的质量分数”将(　　) A．偏高 B．偏低 C．无影响 D．无法确定 5．Ag2O2是银锌碱性电池的正极活性物质，用如下方法制备：在过量KOH溶液中加入适量AgNO3溶液，生成Ag2O沉淀；保持反应温度为80 ℃，再边搅拌边将一定量K2S2O8溶液缓慢加到上述混合物中。反应完全后，过滤、洗涤、真空干燥就可得到固体样品。整个制备过程可用下列化学反应方程式描述：2AgNO3＋4KOH＋K2S2O8Ag2O2↓＋2KNO3 ＋2K2SO4＋2H2O。 在上述制备过程中，沉淀表面吸附物质不含有(　　) A．KNO3 B．K2SO4 C．KOH D．AgNO3 二、填空题(本题包括3小题，共30分) 6．(6分)有一包固体粉末，可能含有碳酸钙、硫酸铜、硝酸钾、硫酸钠、氯化钡中的一种或几种。为确定其组成，进行了如下实验： (1)取该固体粉末少量加入足量水中，搅拌，静置，得到白色沉淀，上层为无色溶液； (2)过滤，在白色沉淀中加入足量稀盐酸，白色沉淀不溶解。 根据以上实验可推断原固体粉末成分，还不能确定的物质是________________。 (3)为确定这包固体粉末的组成，小华同学称取了原固体粉末7.00 g，加足量水充分溶解后过滤，将沉淀洗涤、干燥，称得质量为4.66 g。通过计算确定这包固体粉末的组成是________________________________________________________________________。 7．(14分)某NaOH固体中含有Na2CO3杂质。老师安排第一小组同学除去NaOH中的Na2CO3；第二小组同学测定固体混合物中的Na2CO3的质量分数。 Ⅰ.第一小组同学取一定量固体溶于水，得到混合溶液，为了除去溶液中的Na2CO3杂质，甲、乙、丙、丁四位同学分别选择下列试剂进行实验，其中合理的是________。 甲：适量稀盐酸　乙：过量KOH溶液 丙：适量Ba(OH)2溶液　丁：适量CaCl2溶液 Ⅱ.第二组同学测定NaOH和Na2CO3混合物(质量为a g)中Na2CO3的质量分数的操作流程如下： 溶液CaCO3质量为c g (1)如果A是两种元素组成的盐，则A是________(填化学式)。 (2)B操作的名称是________，该操作中用到的玻璃仪器是________。 实验要求加入的A溶液必须过量，以保证反应物完全进行。检查原溶液中被反应对象已经反应完的方法是_______________________________________________________________。 (3)实验中洗涤碳酸钙沉淀的方法是__________________________________。检验沉淀已经洗涤干净的方法是_____________________________________________________________。 (4)混合物中Na2CO3的质量分数为______________用a、c的代数式表示)。 8．(10分)为了测定由NaCl和Na2SO4组成混合物中Na2SO4的质量分数，某同学设计了如下实验步骤：①称取a克样品，加水溶解；②加入过量试剂A；③将所得的沉淀过滤、洗涤、干燥；④称量所得沉淀的质量为b克。 请回答下列问题： (1)所选择的试剂A最好是________(请从下列选项中选择)。 A．AgNO3 B．BaCl2 C．CaCl2 D．前三种都不好 (2)试剂A必须过量，以保证反应物完全沉淀。判断试剂A已经过量的方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)实验过程中洗涤沉淀的方法是________(请从下列选项中选择)。 A．将滤纸上的沉淀转移至烧杯中，加水后用玻璃棒充分搅拌，然后再次过滤 B．直接在过滤器中加水淋洗，并用玻璃棒不断搅拌，静置，重复此操作三次 C．向置于过滤器上的沉淀加蒸馏水至完全淹没，静置，重复此操作三次 (4)实验过程中判断沉淀已经洗涤干净的方法是_______________________________。 (5)根据上述数据计算Na2SO4的质量分数为______(用a、b表示)。 答案精析 1．AgNO3＋NaCl===NaNO3＋AgCl↓ H2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2HCl Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH BaCl2＋Na2CO3===BaCO3↓＋2NaCl MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl CuSO4＋2NaOH===Cu(OH)2↓＋Na2SO4 CuSO4＋Na2CO3===CuCO3↓＋Na2SO4 FeCl3＋3NaOH===Fe(OH)3↓＋3NaCl 向溶液中加稀硝酸和AgNO3溶液，有白色沉淀产生 先向溶液中加入足量稀盐酸，再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀 【例题1】　K＋、SO　Ba2＋、CO　Cl－、NO 解析　根据实验(1)中产生白色沉淀的现象，可推出溶液中有SO。Ba2＋和SO因生成沉淀而不能大量共存，则无Ba2＋。其他现象表明溶液中也无CO。 (2)中有白色沉淀生成，说明所取溶液中有Cl－。所取溶液并非为原样品，而是来自(1)中过滤后的滤液，(1)使用了“盐酸”、“BaCl2溶液”，必然带入氯离子，从而干扰判断，所以无法确定原溶液中是否含Cl－。 溶液中不可能只存在阴离子，有阴离子就一定要有阳离子，Ba2＋已不可能存在，那么溶液中就只能存在K＋了。 【例题2】　(1)①Na2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2NaCl Na2SO4 ②Na2CO3＋CaCl2 ===CaCO3↓＋2NaCl，Na2CO3＋BaCl2 ===BaCO3↓＋2NaCl　CaCl2和过量的BaCl2 ③2NaOH＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋2NaCl　MgCl2　确保每一种杂质都被完全除去 (2)不可以。从(1)的反应中可以看出，Na2CO3有两个作用，一是除去原有的CaCl2，二是除去上一反应中过量的BaCl2。若改为②①③，则过量的BaCl2无法除去，由此可知Na2CO3必须放在BaCl2的后面，即①②　③①②或①③② (3)NaCl，Na2CO3，NaOH　NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O　过量的盐酸在加热蒸发时除去 (4)漏斗、烧杯、玻璃棒 解析　这是目前江苏高考题最流行的化工流程题，首先要读懂各种图示所表达的意思，其次要弄清各反应器中发生的化学反应，确认从该容器中流出的物质，也就是判断流入下一反应容器中的原料。一般方框相当于反应容器，方框内的物质表示反应物，进入的箭头表示添加反应物，出来的箭头表示生成物。 4．(1)漏斗、玻璃棒　(2)不溶于　(3)①漏斗内壁　②漏斗边缘　滤纸边缘　③滤纸三层处　玻璃棒　烧杯内壁　(4)不溶性　(5)①破损　②滤纸边缘 【例题3】　先滴加一定量的氯化钡溶液，后静置一段时间，再向上层清液中继续加氯化钡溶液，若不再产生沉淀，则原来氯化钡已过量。 解析　Na2CO3＋BaCl2===2NaCl＋BaCO3↓，如果氯化钡不足，溶液中就存在多余的CO；如果氯化钡过量，溶液中就无多余的CO。由此可见，判断沉淀反应中BaCl2是否足量，其实就是判断溶液中是否存在CO。 理论上，氯化钡过量时溶液中就存在多余的Ba2＋；如氯化钡未过量，溶液中就无多余的Ba2＋。因此也有同学认为，检验沉淀反应中BaCl2是否足量，也可以通过检查Ba2＋是否存在实现，如向原溶液中滴加碳酸钠或硫酸钠溶液。如果是定性实验，这一方案是可行的，但如果涉及定量计算，这一方案就不可行。因为，若Ba2＋过量，则沉淀会比实际多，导致结果偏高；若Ba2＋不过量，为检查所滴加的碳酸钠或硫酸钠也会变成沉淀，沉淀还是比实际多，同样导致结果偏高。 【例题4】　(1)漏斗、烧杯、玻璃棒 (2)除去附着在沉淀表面的可溶性杂质　偏高　沿玻璃棒向过滤器中的沉淀物加蒸馏水，至刚好没过沉淀，待水滤出后重复2～3次(因硫酸钡不溶于水，故可用水洗涤)　取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加硝酸银溶液，若无沉淀产生，则洗涤干净 (3)×100% 解析　(3)Na2SO4＋BaCl2===BaSO4↓＋2NaCl 　　142　　　　　　　233 　　　a　　　　 　　　W2 ＝　a＝ 硫酸钠的质量分数＝×100% 限时作业 1．D　[未使用玻璃棒引流，会造成过滤时液体溅出；漏斗下端管口未紧靠烧杯内壁，会使液体溅出；倾倒液体时，标签应向着手心，图中标签没有向着手心，容易腐蚀标签。共有3处错误，所以选D。] 2．A　[选择试剂须与被鉴别对象产生不同反应现象，这是鉴别的思维基点。选项A中H2SO4与Na2CO3反应产生气体、与Ba(OH)2反应产生沉淀、与NaOH虽然反应但无明显现象，显然现象各不相同。] 3．B　[从原理上看，选择的试剂要与样品反应形成沉淀或气体，这是混合物纯度测量实验的思维基点之一。A项中氯化钠不反应，不符合要求。B项氯化钡只与硫酸铵反应形成沉淀，满足要求。C项AgNO3既可与NH4Cl反应生成AgCl白色沉淀，又可与(NH4)2SO4反应生成微溶的Ag2SO4，微溶性的硫酸银不能保证硫酸铵完全被转化为沉淀，不符合要求。D项NaOH既可与氯化铵又可与硫酸铵反应生成氨气，通过测量氨气的量，结合混合物总质量，也可以计算出各自组成的质量，完成要求，但测量气体不如测量质量方便，从操作简单角度看，D项不如B项。] 4．B　[沉淀表面吸附最多的物质是NH4Cl，若不洗涤，最后测出的硫酸钡沉淀质量会偏大，由此计算出的硫酸铵质量也偏大，导致氯化铵质量偏小。] 5．D　[从反应方程式中可以看出，析出沉淀后的溶液中有大量的K2SO4和KNO3可溶性物质，反应物KOH也是过量的，所以沉淀从溶液中析出过程中会附着大量的KOH、K2SO4和KNO3。AgNO3作为反应物，已被完全转化为沉淀Ag2O2，所以沉淀表面也就不可能吸附有AgNO3。] 6．(1)硝酸钾　(2)硫酸钠和氯化钡 解析　由(1)的上层为无色溶液，可首先确定没有硫酸铜，因为溶液中的铜离子一般会呈现蓝色。由(2)白色沉淀不溶解在稀盐酸中，可说明没有碳酸钙，那就一定含有硫酸钠和氯化钡，显然不能确定的物质只有硝酸钾了。 由(3)Na2SO4　＋　BaCl2===2NaCl＋BaSO4↓ 　 　142　　　　　208　　 　　　　233 x y 4.66 g x＝2.84 g y＝4.16 g x＋y＝7.00 g，生成硫酸钡沉淀所需反应物质量刚好和原样品质量相等，说明原样品中不可能再有其他成分。 7．Ⅰ.丙 Ⅱ.(1)CaCl2 (2)过滤　漏斗、玻璃棒、烧杯　向上层清液中继续滴加CaCl2溶液，如无沉淀产生，则原溶液中Na2CO3已经反应完 (3)沿玻璃棒向过滤器滤纸上的沉淀引流蒸馏水，至沉淀物刚好被浸没，待水滤出后再重复2～3次　取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加AgNO3溶液，若不出现浑浊，则已洗涤干净 (4)% 8．(1)B (2)加入一定量的BaCl2后，静置，在上层清液中继续加入BaCl2溶液，若没有白色沉淀产生，证明所加BaCl2已过量，反应物已完全沉淀 (3)C (4)取少量洗涤液于试管中，加入适量的硝酸银溶液，如果没有沉淀产生，说明已经洗涤干净 (5)×100% 解析　(1)AgNO3既可与NaCl反应生成AgCl沉淀，又可与(NH4)2SO4反应生成微溶的Ag2SO4，微溶性的硫酸银不能保证硫酸钠完全被转化为沉淀，也就无法定量表示出硫酸钠的量，硝酸银无法完成要求。氯化钡只与硫酸钠反应形成沉淀，通过测量硫酸钡沉淀质量就可获知硫酸钠的质量，氯化钡满足测定要求。氯化钙与硫酸钠反应形成硫酸钙，但硫酸钙是微溶性物质，过滤得到的沉淀质量并不一定能表示所有硫酸钠的质量，氯化钙不满足要求。 (5)Na2SO4＋CaCl2===2NaCl＋BaSO4↓ 　 142　　　　　 　　　　　233 x　　　　　　　　　　　b g x＝ g 硫酸钠的质量分数为×100%。 第8讲　蒸发和灼烧　蒸发结晶和冷却结晶 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 掌握蒸发和灼烧的基本原理和操作，知道蒸发结晶和冷却结晶可以使溶质从溶液中析出。 知道溶解和结晶是两种相反的过程，在一定条件下可建立动态平衡，即溶解平衡。能根据物质的溶解度特性选用蒸发结晶或冷却结晶来提取溶液中的溶质，实现溶质与杂质的分离。 蒸发和灼烧是两种基本的实验操作，它们使用的仪器、实验目的不尽相同，具体内容详见下表。 基本操作 蒸发 灼烧 使用仪器 铁架台、铁圈、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯、坩埚钳 泥三角、三脚架、坩埚、酒精灯、坩埚钳 装置示意图 处理对象 液体 固体 实验目的 1.蒸出稀溶液中的部分溶剂，得到浓缩溶液或饱和溶液 2.蒸出饱和溶液中的全部溶剂，使溶质从溶液中以晶体析出 1.除去固体中的水分等挥发性物质 2.进行固体分解实验 操作要点 1.蒸发皿中液体的量不得超过容积的2/3 2.蒸发过程中必须用玻璃棒不断搅拌，防止因局部温度过高而使液体飞溅(生活中熬粥与此相似，不断搅动可避免受热不均使锅底变糊碳化，防止液面过沸致稀粥溅出) 3.在蒸发结晶时，当加热至(大量)固体出现只剩少量液体时，可停止加热，利用余热蒸干液体 4.转移蒸发皿一般使用坩埚钳，炽热的蒸发皿一般放在石棉网上冷却，不能直接放置在桌面上，以免损坏桌面 1.和蒸发皿一样，坩埚一般也是陶瓷产品，可直接加热，但需在泥三角上固定 2.灼烧时一般先小火预热，后大火灼烧 3.转移坩埚同样必须用到坩埚钳，避免烫伤。灼烧完毕，坩埚也要放在石棉网上冷却，不可直接放在冷的实验台上，防止温度很高的坩埚骤冷而破裂 典型案例 从食盐水中提取氯化钠固体 1.灼烧氢氧化铜制备氧化铜 2.灼烧氯化钠和氯化铵混合物，利用氯化铵分解制备纯净氯化钠 【例题】　下列稀溶液不能用蒸发方法获得浓缩溶液的是(　　) A．Na2SO4稀溶液 B．稀盐酸 C．烧碱稀溶液 D．双氧水稀溶液 从溶液中析出晶体的过程称为结晶(Crystallization)，在生产中，人们常用结晶的方法从溶液中提取溶质。如盐场用海水晒盐，就是把海水引入海滩，借助日光和风力使水分蒸发，从而得到食盐晶体。能够用蒸发结晶得到的溶质，其溶解度一般受温度变化的影响不大；对于溶解度受温度变化影响较大的物质，通常用冷却热的饱和溶液的方法来得到溶质晶体，工业上许多化工原料和产品的生产多是采用冷却热的饱和溶液的方法，使溶质从溶液中结晶出来，这种方法一般称为冷却结晶。 严格地说，在水中绝对不溶的物质是不存在的。通常将溶解度小于0.01 g·L－1的电解质称为难溶电解质。在一定温度和压强下，在有固体存在的难溶电解质溶液中，极性溶剂水分子和固体表面粒子(大部分是离子)相互作用，使溶质粒子脱离固体表面成为水合离子进入溶液的过程叫溶解。溶液中水合离子在运动中相互碰撞(也可解释为受固体表面异号电荷离子吸引)重新结合成晶体，并成为固体状态从溶液中析出的过程叫沉淀。在一定条件下(一定温度和一定溶剂)，溶解、沉淀是两个相互矛盾的过程，溶解和沉淀的速率相等，但不等于零，固体所处溶液是饱和溶液，固体质量保持不变，这种状态常称为溶解平衡状态，或沉淀溶解平衡，它是一种动态平衡。 例如，在一定温度下，将AgCl固体投入水中，在水分子作用下，Ag＋和Cl－会不断离开固体表面进入溶液，形成水合离子，这是AgCl的溶解过程。同时，已溶解的Ag＋和 Cl－又会因固体表面的异号电荷离子吸引而回到固体表面，这就是AgCl的沉淀过程。当沉淀速率与溶解速率相等时，两过程达到平衡，形成饱和溶液，此时的状态称为沉淀溶解平衡。 [试一试]　1.如何用不规则的五水合硫酸铜晶体，设计简单实验方案来验证溶解结晶过程是一种动态平衡。 当改变温度或溶剂的量，导致沉淀速率和溶解速率不再相等时，沉淀溶解平衡就会被打破，如果溶解速率大于沉淀速率时，固体就可能继续溶解而减少；如果溶解速率小于沉淀速率时，溶液中的溶质就可能重新回到固体表面，形成晶体。 改变温度或溶剂的量，使溶液中的溶质以晶体状态析出的过程，被称为结晶。结晶操作不仅能够从溶液中得到固体溶质，而且能够实现溶质与杂质的分离，借以提高产品的纯度，结晶一般分为蒸发结晶和冷却结晶两种，前者通过蒸发溶剂而得到溶质晶体，它适用于温度对溶解度影响不大的物质，沿海地区“晒盐”就是利用的这种方法。后者通过冷却热饱和溶液方法得到溶质晶体，它适用于温度升高，溶解度增加比较大的物质，如北方地区的盐湖，夏天温度高，湖面上无晶体出现，每到冬季，气温降低，石碱(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物质就从盐湖里析出。 (1)蒸发结晶是指溶液通过溶剂的散失(即蒸发)，使得溶液达到饱和状态，进一步失去水分，继而达到过饱和状态。在一定温度下，一定量的水(或溶剂)溶解溶质的质量是有限的，多余的溶质就会随溶剂的减少而析出，即结晶。蒸发结晶一般在下列两种情况下使用。 对于溶解度随温度变化不大、对热稳定的溶质形成的溶液，通过加热的方式蒸发其水分，当出现大量晶体，只有少量水存在时，就可停止加热，利用余热将水蒸发，最后得到溶质晶体。如：蒸发氯化钠溶液，就可得到氯化钠晶体。蒸发结晶最后能直接得到溶质晶体，此操作无需过滤操作，但大量的水分至少需要加热到100 ℃才能汽化，因此该过程需要消耗较多的能源。 从含有两种以上溶质的混合溶液中提纯溶解度随温度变化不大的溶质，一般也是用蒸发结晶。如从氯化钠和硝酸钾的混合溶液(含少量硝酸钾)中提取氯化钠的操作是蒸发结晶、趁热过滤(指将温度较高的固液混合物直接使用常规过滤操作进行过滤)。具体操作：将溶液蒸发，当出现大量晶体时停止加热，趁热过滤，就可得到氯化钠晶体，滤液为含氯化钠、硝酸钾的溶液。在蒸发过程中，溶剂减少有助于降低氯化钠的溶解损耗，大量氯化钠将结晶析出；相反，温度升高会溶解更多的硝酸钾，对于少量硝酸钾杂质而言，避免了因水分减少导致硝酸钾和氯化钠一起析出，保证了析出氯化钠的纯度。在此种情况下，不能将水分完全蒸发除去(这样的话，硝酸钾必然还是混在其中)，停止加热时仍含有大量水分，因此就必须通过过滤将晶体和母液分离，这是与前一类蒸发结晶的显著不同点；如果降低至常温再过滤，硝酸钾会随温度下降而重新析出，所以必须立即过滤，也就是趁热过滤，这是用蒸发结晶提纯物质的又一特点。 蒸发单一溶质得到晶体和蒸发混合溶液提纯物质，在实验操作上不完全相同，我们可以通过实验加以体会。 (2)冷却结晶是指冷却热的饱和溶液使溶质结晶而析出的方法。 从热饱和溶液来源看，一般可分为两种情况。一是以反应过程中得到的稀溶液为对象，二是以固体直接配制形成的溶液为对象，冷却对象浓度不同，具体操作也不完全相同。一般在化学反应制备过程得到的溶液，浓度较小，就需要先蒸发浓缩溶液，再冷却结晶。如氧化铜溶于稀硫酸得到硫酸铜稀溶液，一般需先蒸发浓缩溶液，再冷却得到硫酸铜晶体。为除去硝酸钾固体中少量的氯化钠杂质，通常需将固体溶于少量热水直接形成热饱和溶液，这时就可直接冷却结晶。在实际化工生产或科研中，遇到的情况多与第一种情况类似。 同样，冷却结晶既可从溶液中析出溶质，也能从混合物中提纯物质。前者更多的用于提取对热不稳定的溶质晶体，如结晶水合物的获得，必须使用冷却结晶，而不能使用蒸发结晶，如从硫酸铜稀溶液中得到CuSO4·5H2O晶体的操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤。为了得到溶解度随温度变化较大物质，除去其中溶解度随温度变化不大的杂质，也需要使用冷却结晶，如从氯化钠和硝酸钾混合稀溶液中提纯硝酸钾(含少量氯化钠杂质)，先将混合溶液蒸发浓缩(得到热的饱和溶液)，后将溶液冷却结晶(冷却过程中硝酸钾溶解度降低而析出，氯化钠不析出)，再过滤洗涤。如果是从氯化钠和硝酸钾的固体混合物中提纯硝酸钾，操作过程变为先将混合物配成热的饱和溶液，后冷却结晶，再过滤洗涤。 [试一试]　2.在实验室完成下列任务： A．分别从食盐溶液和硫酸铜中提取氯化钠和胆矾晶体。 B．除去氯化钠固体中的少量硝酸钾 C．除去硝酸钾固体中的少量氯化钠 总之，无论是蒸发结晶还是冷却结晶，既可以从溶液中提取溶质晶体，也可用于从混合 物中提纯物质。对于由A(大量)和B(少量)组成的混合物，如果A的溶解度随温度变化不大，一般用蒸发结晶提纯A；如果A的溶解度随温度变化较大，一般用冷却结晶提纯A。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分，每题只有1个正确答案) 1．实验室进行过滤和蒸发操作时，都要用到的仪器是(　　) A．坩埚 B．玻璃棒 C．蒸发皿 D．酒精灯 2．下列有关从食盐溶液中蒸发结晶的说法中，错误的是(　　) A．蒸发过程中要不断用玻璃棒搅拌，防止液体飞溅 B．当剩余少量溶液时，停止加热，利用余热蒸发剩余溶剂 C．蒸发皿要垫石棉网，防止炸裂 D．蒸发皿加热时盛装的液体不超过容积的2/3 3．实验室进行NaCl蒸发结晶时，一般有以下操作过程： ①放置酒精灯　②固定铁圈位置　③放上蒸发皿　④加热搅拌　⑤停止加热、余热蒸干 其正确的操作顺序为(　　) A．②③④⑤ B．①②③④⑤ C．②③①④⑤ D．②①③④⑤ 4．下列实验操作正确的是(　　) 5．根据下列几种物质的溶解度曲线图，得到的结论正确的是(　　) ①硝酸钾中混有少量氯化钠，采用蒸发结晶进行提纯。 ②氢氧化钙饱和溶液降低温度后有晶体析出。 ③80 ℃时，氯化钾与硫酸镁的溶解度相同。 ④所有物质的溶解度要么随温度升高而增大，要么随温度的降低而减小。 ⑤为洗涤氢氧化钙沉淀表面吸附的钠离子，热水效果比冷水效果好。 ⑥为洗涤硝酸钾晶体表面吸附的钠离子，热水效果比冷水效果好。 A．①③⑤ B．②③④⑥ C．③⑤ D．③⑥ 二、填空题(本题包括3小题，共30分) 6．(15分)下表列出了KNO3与NaCl在不同温度时的溶解度： 温度(℃) 0 10 20 40 60 80 100 KNO3的 溶解度(g) 13.3 20.9 31.6 63.9 110 169 246 NaCl的 溶解度(g) 35.7 35.8 36.0 36.6 37.3 38.4 39.8 (1)现有含123 g KNO3与17.9 g NaCl的混合物，某同学设计了以下实验除去KNO3中的NaCl(不考虑水的额外损失)。 ①向混合物中加入适量水，加热溶解； ②继续加热溶液至100 ℃并恒温蒸发浓缩； ③将溶液降温至10 ℃，仅得到KNO3晶体，过滤，将所得KNO3晶体洗涤并干燥。 A．在步骤②中，为确保没有晶体析出，溶液中至少要保留________g水； B．在步骤③中，最多可得到KNO3晶体________g； C．除去KNO3中少量NaCl的主要实验流程可用下图表示： →→→→→； D．洗涤时，应选用少量________(选填“热水”或“冷水”)，其目的是__________________； 证明已经洗涤干净的方法是_______________________________________________。 (2)除去NaCl中少量KNO3的方法是：先将NaCl和KNO3混合物置于适量水中，加热搅拌保证固体能全部溶解，后蒸发溶液至有大量晶体析出时停止，再趁热过滤，并对过滤所得NaCl晶体进行洗涤和干燥。上述方法中，趁热过滤的目的是________________________________________________________________________。 (3)取23.4 g NaCl和40.4 g KNO3，加70 g水，加热溶解。在100 ℃时蒸发掉50 g水，维持该温度过滤，得到的晶体质量为________ g；将滤液冷却至10 ℃，充分结晶，写出析出晶体的化学式________________________________________________________________________。 7．(7分)胆矾常用作农业和渔业的杀虫剂、杀菌剂。某课外研究小组用废铜料(含铁)，通过不同的化学反应制取胆矾(CuSO4·5H2O)。其设计的实验过程为 (1)波尔多液是由胆矾、________(写名称)和水配制成的天蓝色胶状悬浊液，有杀菌作用。 (2)反应①、③的化学方程式分别为 ①__________________；③________________。 (3)由CuSO4溶液获得CuSO4·5H2O晶体，需要经过的操作依次为________、________、________、洗涤、低温烘干。 (4)已知：途径Ⅱ发生的化学反应是：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。从环保和经济的角度对比分析途径Ⅰ、Ⅱ，途径Ⅰ的优点有：不产生有害气体和________________________________________________________________________。 8．(8分)以氯化钠和硫酸铵为原料制备氯化铵及副产品硫酸钠，工艺流程如下： 氯化铵和硫酸钠的溶解度随温度变化如上图所示。回答下列问题： (1)欲制备10.7 g NH4Cl，理论上需 NaCl______g。 (2)蒸发浓缩之后为立即趁热过滤的原因是____________________________________ (3)“冷却结晶”过程中，析出NH4Cl晶体的合适温度为________。 答案精析 【例题】　BD　[蒸发方法除去溶液中的溶剂，温度一般高于100 ℃，在该温度下，稀盐酸中的溶质氯化氢更易挥发，所以稀盐酸不能用蒸发方法浓缩。双氧水是一种不稳定物质，在常温条件下即可分解，加热、二氧化锰对它的分解有催化作用，一般也不能用无色玻璃试剂瓶保存，所以双氧水稀溶液也不能用蒸发方法浓缩。] 试一试　1.加蒸馏水配制CuSO4饱和溶液，加入白色无水CuSO4粉末，一段时间，粉末表面变成蓝色。 限时作业 1．B 2．C　[蒸发皿可以直接加热。] 3．B 4．A　[B过滤要用玻璃棒引流，不能直接注入溶液；C灼烧应该用坩埚，不能用普通烧杯；D不能用手直接转移蒸发皿，要用坩埚钳移走热的蒸发皿，以免烫伤。] 5．C　[硝酸钾溶解度随温度变化较大，食盐溶解度随温度变化不大，氯化钠是少量的，提纯硝酸钾应该采用冷却结晶，所以①是错误的。氢氧化钙溶解度随温度升高而降低，与一般物质不一样，所以冷却氢氧化钙饱和溶液也无晶体析出，所以②也是错误的。根据溶解度曲线，可以发现80 ℃时氯化钾和硫酸镁的溶解度相同，所以③是正确的。硫酸镁溶解度开始时随温度升高而增大，之后，随温度继续升高反而减小，所以④错误。用热水洗涤氢氧化钙表面杂质离子时，氢氧化钙溶解度小，损耗小，效果好，所以⑤正确。而用热水洗涤硝酸钾晶体时，硝酸钾溶解度大，损耗高，效果不如冷水，所以⑥是错误的。] 6．(1)A.50　B．112.55　C．冷却结晶　D．冷水　若用热水洗涤，硝酸钾又会大量溶解在水中，从而降低析出率　取最后一次洗涤液少量于试管中，滴加少量硝酸银溶液，若没有沉淀出现，说明已洗涤干净 (2)保证硝酸钾有较大溶解度，不会以沉淀形式和氯化钠一起析出 (3)15.44　NaCl、KNO3 解析　(1)A.存在水量应保证10 ℃时NaCl不析出，即＝，x＝50。 B．10 ℃时50 g水中最多溶解的KNO3为＝，y＝10.45 g，析出KNO3的质量为123 g－10.45 g＝112.55 g。 7．(1)生石灰 (2)Fe＋H2SO4===FeSO4 ＋H2↑ CuO＋H2SO4===CuSO4 ＋H2O (3)蒸发浓缩　冷却结晶　过滤 (4)制备相同质量的胆矾消耗的硫酸少 8．(1)11.7 (2)若降温再过滤，氯化铵溶解度降低也会一同析出，从而降低硫酸钠纯度 (3)40 ℃(35～45 ℃均可) 解析　(1)根据2NaCl＋(NH4)2SO4===2NH4Cl＋Na2SO4计算。 (3)原溶液蒸发结晶得到硫酸钠晶体之后，滤液中含有相对较多的氯化铵、较少的硫酸钠，既然冷却结晶过程是以得到氯化铵晶体为目的，那么硫酸钠溶解度与氯化铵差别越大分离效果会越好，由图可知，此温度范围在35～45 ℃。 第9讲　常见气体的实验室制备 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 已掌握实验室制备O2、H2、CO2的常见化学原理和相应的气体发生装置，能选用恰当方法收集并检验气体。 进一步学习Cl2、NH3、NO、SO2、C2H4等气体的实验室制备化学原理，学会根据化学反应原理选择恰当的气体发生装置。学会根据化学原理分析制备气体中可能含有的杂质，从而选用恰当试剂和装置除去这些杂质，以制备纯净、干燥的气体。进一步学会依据气体性质选择恰当方法进行气体的收集、尾气处理等，从而掌握实验室制备气体装置的基本流程：发生装置→除杂装置→干燥装置→收集装置→尾气吸收装置。(高中教材无章节专门讲解) 1．氧气的实验室制备 (1)反应原理 ①高锰酸钾固体加热分解制备： 2KMnO4K2MnO4＋MnO2 ＋O2↑。 ②常温下，用过氧化氢溶液和二氧化锰反应制备 2H2O22H2O＋O2↑。 (2)发生装置 图1 原理①中反应物为固体，且需不断加热，一般选用图1装置。在本发生装置中，为了防止生成的细小颗粒堵塞导管，在大试管口可放一松软棉花球，以吸附这些细微颗粒。加热时，一般先均匀加热整个试管，后集中于反应物固体部位加热。如果使用排水法收集气体，当停止制气时，应先从水槽中把导管撤出，然后再撤走酒精灯，以防止(冷)水倒流进入气体发生装置中，使(热)试管破裂。 原理②中反应物过氧化氢是液体，MnO2 是固体，反应不需加热，一般选用图2中装置。在本反应原理中的两种反应物一般分开放置，其中固体(也可以是液体)放置在平底烧瓶、广口瓶或锥形瓶等适合反应的容器中，另一种液体可放在分液漏斗或长颈漏斗中。一般气体发生装置只能有一个导气口，因此用长颈漏斗组装气体发生装置时，长颈漏斗下端要伸到液面以下，用液体封住下端口，从而防止氧气从长颈漏斗逸出。 图2 (3)收集方法 因为氧气是不溶于水、密度比空气大的气体，实验室既可以用排水法收集氧气，也可以用向上排空气法收集氧气。当然，有时也可以用气球、氧气袋收集。 为保证尽可能将集气瓶中的空气排净，用向上排空气法收集氧气时，导管口要插到集气瓶底部；而用排水法收集氧气时，不能一有气泡产生就收集(开始排出气体实为装置内的空气)，要等到气泡均匀冒出时，再开始收集气体。 (4)验满方法 排水法收集气体时，直接观察瓶体中的水是否被排出或瓶口是否有气泡冒出，即可验满。用排空气法收集O2时，检验O2收集满的方法是把带火星的木条放在集气瓶口，若复燃，证明氧气收集满了。 (5)集气瓶放置 存有气体的集气瓶在放置时，应尽量避免气体因本身惯性而逸出，一般比空气轻的气体，容易上升；而密度比空气重的气体，容易下降。前者通常将集气瓶倒放，后者常将集气瓶正放。 2．二氧化碳的实验室制法 (1)反应原理： 实验室一般用石灰石(碳酸钙)和稀盐酸制备 CaCO3 ＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。 一般不能用碳酸钠代替大理石，碳酸钠通常是粉末状态，和稀盐酸反应时反应速率太快，不宜收集气体；也不能用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸易挥发，收集的CO2气体中就会混有较多的HCl气体，更不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为生成的CaSO4微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止反应继续进行。当然直接用碳酸钠和稀硫酸是可以连续产生气体的，同样因为速率过快，不宜收集，也不是好的实验室制备方法。 (2)发生装置 碳酸钙为块状、不溶性固体，盐酸为液体，常温下二者即可反应，实验室一般用图2中装置进行气体制备。 实验室制备二氧化碳的经典装置是启普发生器，该装置操作灵活，使用方便，但制作工艺要求高，价格较高，中学实验室一般不再使用此装置制备气体。 (3)收集方法 CO2密度比空气大、微溶于水，所以一般用向上排空气法收集，而不用排水法收集。 (4)验满方法 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，证明CO2已收集满。 (5)集气瓶放置 CO2密度比空气大，集气瓶正放，保存效果好。 资料卡片　启普发生器 英文名：Gas generators一种实验室常用的气体发生装置，是荷兰科学家启普(Petrus Jacobus Kipp 1808～1864)发明的，并以他的姓命名。它用普通玻璃制成，构造见下图，由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。 应用范围：启普发生器是用固体与液体试剂在常温条件(不用加热)下起反应制取气体的典型装置。如氢气、二氧化碳等均可以用它来制取。固体呈粉末状、固体与液体相遇后溶解、反应过程中放热产生高温气体，如二氧化硫、二氧化氮等，都不适宜用此装置制取。 1．气体发生装置的选择 (1)实验室制取气体，首先要选择合适的反应装置，选择依据是反应物的状态和反应条件，初中我们所学的反应装置主要有以上两类(见图1和图2装置)，图1装置适用于反应物为固体(不能出现液体)，且需加热才能发生的反应，图2装置适用于反应物为液体和固体、液体和液体，但不需加热就能发生的反应。 【例题1】　已知实验室可以采用氯酸钾(KClO3)固体和二氧化锰(MnO2)固体共热来制取氧气，反应方程式为2KClO32KCl＋3O2↑，若用该反应制备氧气，应该选择的发生装置为________(填“图1”或“图2”)。 【例题2】　实验室用锌粒和稀硫酸反应制取H2，反应方程式为Zn＋H2SO4 ===ZnSO4＋H2↑，可以采用的发生装置为________(填“图1”或“图2”)。 【例题3】　实验室用铜片和浓硫酸共热可制取二氧化硫，反应方程式为 Cu＋2H2SO4 (浓)CuSO4 ＋SO2↑＋2H2O，制备该气体时能否选用图2中的发生装置。为什么？ (2)实验室制备气体的常见发生装置如下： 气体发生装置示意图 反应物状态及加热条件 固态反应物，加热(不能有液体) 液体和固体、液体和液体，不加热 液体和固体、液体和液体，加热 可以制取的气体 O2、NH3 O2、H2、CO2 2．气体的净化(干燥)装置 气体的净化就是除去气体中含有的其他杂质，气体的干燥是指除去气体中存在的水蒸气，二者本质是一样的，一般原理都是选择恰当的化学试剂，吸收或反应消耗杂质、水蒸气，但又不能与该气体发生反应。像干燥CO2、SO2等酸性气体时，不能选用碱石灰、固体烧碱等碱性类试剂，既可选用浓硫酸、五氧化二磷等酸性试剂，也可选用无水氯化钙、硅胶等中性试剂。 净化或干燥仪器和净化剂、干燥剂的状态有关，如果是液态类物质，通常用洗气瓶；如果是固态类物质，可选用干燥管或U形管。 (1)常见干燥剂及其干燥对象、存放仪器 常见干燥剂 液态干燥剂 固态干燥剂 浓硫酸 无水氯化钙 碱石灰 存放仪器 洗气瓶 球形干燥管 U形管 可干燥气体 H2、O2、CO2、N2、CO H2、O2、CO2、N2、CO H2、O2、NH3、N2、CO 不可干燥气体 NH3 NH3 HCl、CO2、Cl2、SO2 气流方向 气体a进b出(长进短出) 气体a进b出(大进小出) (2)常见净化装置 试剂状态 液体 固态 装置 洗气瓶 双通硬质玻璃管 球形干燥管 实例 用NaOH溶液除去O2中的CO2 灼热的铜丝除去氮气中的O2 碱石灰除去氨气中的水蒸气或CO2 气流方向 长进短出 左进右出 大进小出 3.气体的收集装置 一般根据气体在水中溶解性和密度不同确定气体的收集方法，如果气体不能和水发生反应，在水中溶解度也不大，就可以采用排水法收集(也可用其他不溶解气体的饱和溶液代替水，如可用排饱和碳酸氢钠溶液收集CO2气体)。如果气体不能和空气中的物质发生反应，就可用排空气法收集，根据气体和空气的密度不同(相对分子质量大于29的比空气重，否则比空气轻)，又分为向上排空气法和向下排空气法，和空气密度相差越大，效果越好，如果和空气密度接近，收集气体往往不纯，排空气法收集气体纯度一般不如排水法。 气体性质 不溶于水、不和水反应 比空气轻、不和空气反应 比空气重、不和空气反应 收集方法 排水法 向下排空气法 向上排空气法 收集装置 气流方向 短进长出 开放式：(玻璃片或棉花球) 封闭式(气体A进空气B出) 开放式 封闭式(气体B进空气A出) 实例 H2、O2、N2、CO CH4、H2、NH3 SO2、O2、Cl2、CO2 4.制取干燥纯净气体的基本流程 【例题4】　实验室用二氧化锰(MnO2)固体和浓盐酸共热来制取氯气(Cl2)，反应方程式为 MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O (已知Cl2能溶于水，难溶于饱和氯化钠溶液，有毒，能与氢氧化钠溶液发生反应，HCl极易溶于水) (1)根据反应物的状态和反应条件分析，组装气体发生装置的主要玻璃仪器有________________________________________________________________________。 (2)根据反应物的状态和反应条件分析，氯气中可能混有的杂质气体有________________，除去这些气体的对应试剂应选择______________。应先除去________，再除去________。 (3)可以采用____________、________法收集氯气。 (4)多余的Cl2能否排入大气？__________，若不能，应采用什么方法吸收多余的尾气？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 实验室制备干燥纯净气体的一般流程 →→→→ 其中发生装置类型由反应物状态及是否加热决定；除杂试剂或干燥剂的选择取决于气体及其所含杂质的性质差异，除杂装置取决于除杂试剂和干燥剂的状态；收集装置取决于气体本身的性质，如气体溶解性、与空气的密度差异等；理论上多余气体都不能直接排放到空气中去，应选择恰当的试剂溶解或反应吸收，其原理类似于除杂或干燥。按此流程组装好装置后，在加入药品正式制备气体之前，必须对该系统进行气密性检查，有关气体实验的“气密性检查”方法详见第10讲。 相应的实验室装置示意图如下(以实验室制取Cl2为例)： 5．防倒吸装置 在某些实验中，由于吸收液的倒吸，会对实验产生不良影响，如玻璃仪器的破裂、反应试剂的污染等。因此，在有关实验中必须采取一定的措施防止液体的倒吸。液体为什么会倒吸呢？主要原因是因内部压强减小，造成外界压强大于内部压强，把液体压入内部容器。造成内部压强减小的原因主要有两种：一是在制取气体的结束阶段，气体的量逐渐减少，压强减小；另一种是生成的气体极易被吸收液吸收(溶解或反应)，导致内部压强迅速减小。 常见的防止倒吸装置如下表： 装置类型 装置示意图 防倒吸原理 装置组装要点 倒置漏斗式 漏斗容积较大，容纳水多。当水倒吸进漏斗后，引起烧杯内液面下降，漏斗边缘与烧杯中水分离后，漏斗中的水又落回烧杯中 气液充分接触，吸收效果好。但漏斗边缘只能刚好没过液面，不能插入太深，否则不能防倒吸 肚容缓冲式 干燥管(烧瓶)容积较大，可容纳较多的水倒吸其中，当干燥管与烧杯中液体分离后，倒吸入其中的液体因重力作用落回烧杯中 气液接触，吸收效果好。第1个装置中左边的导管要长，否则不能防倒吸。和上栏一样，第2个装置中下端不能插入过深 隔离式 导气管末端不插入液体中，导气管与液体呈隔离状态，液体自然无法倒吸 气体与液体不接触，吸收效果较差 分液式 气体通过水伸入CCl4(不溶于水，密度比水大的有机溶剂)，气体不溶于CCl4，不会倒吸，气体因惯性自下往上经过水时，可被充分吸收 气液逆流充分接触，吸收效果好，一般多用于溶解气体 蓄液安全瓶式 发生倒吸时，液体会首先储存在前一容器中，容积大小不同，补救时间长短也不同。前一容器又称安全瓶 吸收效果一般。安全瓶中两个导管口都只稍露出即可。理论上不及时补救，液体也会倒吸入其他容器 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分，每小题有1～2个正确答案，全对得4分，不全对得2分。) 1．以下各种吸收尾气的装置中，适合于吸收易溶于水的气体且能防止倒吸的是(　　) 2．用下列实验装置完成对应实验(部分仪器已省略)，能达到实验目的的是(　　) A．干燥氢气 B．吸收HCl C．吸收NH3 D．闻气味 3．用下列实验装置完成对应的实验(部分仪器已省略)，不能达到目的的是(　　) 4．下列有关实验原理或操作正确的是(　　) A．选择合适的试剂，用图1所示装置可分别制取少量CO2、O2 B．实验室与碳酸钙反应制备纯净CO2，浓盐酸比稀盐酸效果更好 C．洗涤沉淀时(见图2)，向漏斗中加适量水，搅拌并滤干 D．用锌粒和稀硫酸为试剂，用图3装置可制取少量氢气 5．拟用下图装置制取表中的四种干燥、纯净的气体(图中铁架台、铁夹、加热及收集装置均已略去；必要时可加热；a、b、c、d表示相应仪器中加入的试剂)。由此所得实验结论正确的是(　　) 气体 a b c d CO2 Na2CO3粉末 稀盐酸 浓H2SO4 NaOH溶液 O2 双氧水 MnO2 H2O 浓H2SO4 H2 浓盐酸 锌粒 浓H2SO4 H2O HCl NaCl固体 浓H2SO4 NaOH溶液 浓H2SO4 A.能制得干燥纯净的CO2 B．能制得干燥纯净的O2 C．能制得干燥纯净的H2 D．能制得干燥纯净的HCl 二、填空题(本题包括3小题，共30分) 6．(10分)常见仪器的使用、常见气体的制取是初中化学实验的基础内容。请根据下列实验装置回答问题。 (1)E装置中除导气管外，另两种仪器的名称是________、________。B中仪器①的名称是________。 (2)使用A装置制取气体，对反应物状态的要求是____________，用B装置制取气体时，除要求是固体与液体间反应外，还应满足的条件是____________。 (3)选择________(填一种装置序号，下同)与E组合装置可制取少量氧气，实验结束时的操作要点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 先在D装置中加满水后，气体从____________(选“a”或“b”)进，也能达到和E相同的效果。 (4)用C装置可以收集O2、CH4、NH3、Cl2中的____________(填化学式)，选用D装置也能达到同样效果，此时要求气体从________(选“a”或“b”)进入。 7．(8分)归纳与演绎是重要的科学方法，也是常用的化学学习方法，请用该方法解决下列问题。 (1)我们已经学过实验室制取O2、H2、CO2 三种气体的反应原理、制取与收集方法。请你归纳出选择实验室制取气体反应发生装置，主要考虑因素有____________(填序号)。 ①反应物的状态　②生成气体的溶解性　③反应条件 ④原料为纯净物　⑤气体的密度 (2)研究课上，小明同学为了探究氨气的某些性质，做了以下实验(从左向右依次是他所做实验及现象)。 通过实验，小明同学可得出氨气的三点性质，分别是 ①____________；②____________；③____________。 (3)在获得氨气的主要性质后，小明决定自己来制取氨气，他先查阅了有关资料，知道可通过多种反应得到NH3，他准备分别用以下两种化学反应来制备氨气，请结合所学帮助他完成氨气的实验制备方案。 ①2NH4Cl(固体)＋Ca(OH)2(固体)CaCl2＋2NH3↑＋2H2O ②CaO(固体)＋NH3·H2O(浓)===NH3↑＋Ca(OH)2 若选择反应①作为实验室制取NH3的反应原理，需要用上图装置中的________作NH3发生装置，若用E来收集氨气，实验过程中产生的后果是________________，若用D装置来收集，气体由________端导入。若选择反应②作为实验室制取NH3的反应原理，需要用上图装置中的________作NH3发生装置。 8．(12分)下图A、B、C、D是实验室常用的气体发生装置，E和F是常见的除杂或干燥装置，G和H是常用的气体收集装置，请回答下列问题： (1)请写出在装置C中放入氯酸钾和二氧化锰混合物加热制取氧气的化学方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知过氧化钠(Na2O2)是一种淡黄色固体，常温下可与水反应生成氢氧化钠和氧气。如果在实验室中用B作气体发生装置，用过氧化钠和水反应来制取一瓶干燥的氧气，所选装置的正确连接顺序是(填写管口字母)______________。若只改变B装置中的药品，仍采用已连接的整套装置，还可以用来制取的气体是____________(在H2、CO2中选择)。 (3)装置A和C都可以作为实验室制取氧气的发生装置，A和C相比，具有较多优点，请写出其中的一条__________________________________________________________________。 (4)已知无水酒精和浓硫酸在加热时可生成不溶于水，不和空气、酸、碱等反应的乙烯(C2H4)气体，但其中会混进CO2、SO2、水蒸气。在实验室应选择________________(填字母代号)作为气体发生装置，为除去乙烯气体中的CO2、SO2气体，所选装置的正确连接顺序是气体发生装置→__________________(填写管口字母)。 答案精析 【例题1】　图1 【例题2】　图2 【例题3】　不能选用图2中装置。因为此反应需要加热，图2装置中容器一般都不宜于加热，所以图2装置不可用。 解析　虽然生成SO2的反应物中既有液体也有固体，但需在加热条件下才能产生。如果选用图2装置进行反应，铜片无论是放在平底烧瓶还是广口瓶中，或者是锥形瓶中，这些容器一般都不宜用于加热，所以图2装置不可用。 图3 显然，我们只需将图2中平底烧瓶、广口瓶或锥形瓶改成大试管、圆底烧瓶等可加热玻璃容器。大试管的底面积较小，可直接加热，但由于容量小，制备气体量少，一般都会选用圆底烧瓶。圆底烧瓶瓶底较大，一般不宜直接加热，需要通过石棉网进行间接加热。由于高中阶段制备气体大多对环境有危害，为减少这些气体的外逸，一般都选用分液漏斗，它既可以减少气体的逸出，又能有效控制加入液体的量，从而控制产生气体的量，实验室用于固体和液体通过加热制备气体的常用发生装置，如图3所示。 【例题4】　(1)圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯 (2)HCl、水蒸气　饱和食盐水、浓硫酸　HCl　水蒸气 (3)排饱和食盐水　向上排空气 (4)不能，可用氢氧化钠溶液吸收 解析　(1)反应物为液体和固体且在加热条件下反应，故选择图3装置即圆底烧瓶＋分液漏斗＋酒精灯。 (2)反应物之一为浓盐酸，浓盐酸具有挥发性，因此氯气中既会混有挥发出的HCl气体，也会含水蒸气。根据题给信息，可用饱和氯化钠溶液除去HCl，用浓硫酸吸收水蒸气。应先吸收HCl气体，再除去水蒸气。若先除水蒸气，再用饱和食盐水吸收HCl，氯气中必会重新带进水蒸气，一般干燥总是放在除杂之后的道理就在于此。 (3)根据氯气性质可预测，收集氯气既可用向上排空气法，也可用排饱和食盐水法。 (4)Cl2有毒，不能直接排放。可用氢氧化钠溶液吸收多余的Cl2。 限时作业 1．BD　[A中气体没有进入溶液，不能被充分吸收，且为密闭体系，不安全；C中倒置漏斗没入水中太深，吸收过程中烧杯中水面不会与漏斗中的液面分离，会引起倒吸。] 2．CD　[A中干燥气体应长进短出，使气体通过溶液才能干燥气体，B中HCl极易溶于水会引起倒吸，故A、B都不能达到实验目的。C中CCl4密度比稀H2SO4大，NH3不溶于CCl4，将NH3通入CCl4，不会倒吸，气体在逸出过程中与上层的稀H2SO4接触，从而被充分吸收。] 3．BC　[B中CO2的密度比空气大，用向上排空气法收集时，应将导管伸入集气瓶底部，即从左边通入气体，C中苯的密度比水小，在上层，将HCl气体通入苯中，气体直接逸出，不能被吸收。] 4．A　[B中浓盐酸挥发产生HCl，使产生的气体不纯，C中过滤时不能搅拌，以免弄破滤纸，D中H2比空气轻，收集H2时要用向下排空气法。] 5．B 6．(1)集气瓶　水槽　分液漏斗 (2)使用固体反应物　常温下即可反应 (3)A　结束时先将导管从水槽中移出后再停止加热　b (4)CH4、NH3(密度比空气小)　b 7．(1)①③ (2)①氨气的密度比空气小　②氨气易溶于水 ③氨气的水溶液呈碱性 (3)A　因氨气极易溶于水中，造成A装置中压强快速减小，水槽中的水倒吸进A，引起试管破裂　e　B或C 8．(1)2KClO32KCl＋3O2↑ (2)b接e，f接i　CO2 (3)通过分液漏斗控制滴加液体的量，既控制反应的快慢(反应速率)，也可控制产生气体的量(答对其中一点即可得分) (4)A　h，g接e，f 第10讲　气体制备或性质实验装置气密性的检查 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 初步掌握实验室制备氧气、二氧化碳气体装置的气密性检查的基本操作方法，理解气密性检查的原理。 进一步学会有关气体制备或性质实验复杂装置的气密性检查方法(高中教材无系统讲解，只是分散在元素及其化合物有关实验中)。 有关气体制备或性质实验装置气密性的检查，是化学实验的基本技能之一，也是初中化学实验的热点，也将继续成为高中化学实验考查的重点。因为一般说来，无论采用哪种装置制取气体，在成套装置组装完毕，装入反应物之前，总必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行，保障实验室环境不受污染。 初中化学实验主要涉及了三类气体发生装置的气密性检查方法，对于图1类型装置，初中化学课本这样要求：“将发生装置的导气管浸入水中，用手握住试管时，导管口会有气泡冒出；移开手后一段时间，导管中会形成一段水柱。”图1装置仅有一个导管出气口，在烧杯中加水浸没导管后，就形成了一个气体封闭系统，当试管内空气受热膨胀时，就能在水中出现气泡(不放在水中，管内空气照样逸出，但肉眼无法观察，进入高中后很多学生往往忘记这一点)；移开手后，温度下降到常温，而内部空气已部分逸出，气体压强减小，烧杯中自然会有微量水被吸入，形成一小段水柱，如果漏气，外部空气将“乘虚而入”，也就是内外压强仍相等，也就不会产生倒吸现象了。 与图1装置相比，图2装置多出了一个带活塞的分液漏斗。若活塞处于打开状态，该系统就存在两个出气口，用类似方法就无法检查；如果我们关闭活塞，在烧杯中加水浸没导管口，就和图1装置一样可形成一个气体封闭系统，就能用相同方法进行检查。实际上，类似使用分液漏斗的发生装置，进行气密性检查时一定要先关闭活塞，让此出气口处于关闭状态，可大大简化操作。 与图1相比，图3装置多了一个长颈漏斗，长颈漏斗并不能直接封闭，向其中注入适量水，让下端浸没在水中，这样就能封闭出气口，再在烧杯中加水浸没导管口，同样可形成封闭系统，就可用同样方法进行气密性检查了。理论上用手握住试管，导管口会有气泡冒出；移开手后一段时间，导管中会形成一段水柱。事实上，由于内部空气不多，热胀冷缩效果不大，并且长颈漏斗中液面可随内部气压变化而改变，热胀冷缩现象不一定在烧杯的水中呈现，所以这种方法不被看好。习惯上先直接用止水夹(弹簧夹)将右端出口封闭，后由长颈漏斗向其中注水，当漏斗下端与试管内液体形成“液面差”时停止，过一段时间，液面差仍不变的，就说明气密性良好。 资料卡片　启普发生器的气密性检查 该装置与图3相似，只是止水夹被活塞代替，长颈漏斗被半球形漏斗代替，试管被下部球形容器代替。只要先关闭启普发生器的活塞，后在上部半球形漏斗中加入足量的水，再观察球形漏斗中水面是否形成稳定液面差，若形成稳定液面差，则气密性良好。 有关气体制备或性质实验装置的气密性检查原理，一般利用对内部封闭气体的“热胀冷缩”，在水的帮助下形成不同现象，进而判断是否漏气。封闭气体受热(容积较小的可直接用手加热，容积较大的容器可用热毛巾或微火加热)后，可能在导管出口(应浸没在水下)排出气泡，也可能是形成稳定液面差(或稳定的液柱)；停止加热，恢复到常温后，由于之前内部气体部分逸出，导致内部压强变小，就必然倒吸形成一段水柱，如果漏气，外部空气可“乘虚而入”，内部压强就不会减小，也就不会形成倒吸现象。 因此，对于有关气体制备或性质实验的装置，首要的是观察其出气口(气体通道)特点，选用恰当方法封闭，分液漏斗直接将活塞关闭，长颈漏斗通过加水“液封”，乳胶管和止水夹连接装置可直接关闭止水夹，导气管出气口一般用水“液封”。 无论采用哪种装置制取气体，在成套装置组装完毕装入反应物之前，必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行。 【例题1】　图4所示装置可用于测定锌和稀硫酸反应产生氢气的快慢(反应速率)，图5装置是用特制漏斗组装的一个气体发生装置，如何检查这两套装置的气密性？ 图6装置也是一种常用的气体发生装置，关闭装置中的弹簧夹a后，开启分液漏斗的活塞b，水不断往下流，直至全部流入烧瓶，能否说明该装置是否漏气？如果不能，该如何检查装置的气密性？ 图7装置是一套制备气体并测出产生气体体积的装置，该套装置如何进行气密性检查？ [想一想]　1.图6装置中，如果不用橡胶管将分液漏斗液面上方与烧瓶液面上方相连，产生气体不足，须补充添加液体反应物，分液漏斗中液体能否顺利加入？为什么？ [想一想]　2.图7装置中最右端是一支有刻度的玻璃量器，测量出产生气体的体积要进行多少次读数，如何计算出对应气体的体积？ 【例题2】　按图8示意组装好装置后，在D装置中加入少量水，关闭分液漏斗活塞，用手掌紧握烧瓶外壁检查装置的气密性，结果观察不到明显现象，是否表明一定漏气？若在D装置中观察到有少量气泡，能否说明所有装置(含D装置双孔塞处)气密性都良好？ 图8 【例题3】　图9所示为制取氯气(一种有毒气体)的实验装置，其中A是发生气体的装置，B可储存多余气体，C为集气瓶，D用于吸收尾气，K为止水夹。盛放药品前，怎样检验此装置的气密性？ 图9 【例题4】　图10是一套制备气体并进行性质实验的装置图，d中试管可收集气体冷却后的液体，如何检查该装置的气密性？ 图10 由上可知，基于封闭气体的“热胀冷缩”原理，气密性检查的一般流程如下： ①找出气体出口(气体通道)，气体出口一般有活塞型(分液漏斗、针筒等)、长颈漏斗、导管口类型。 ②封堵气体出口，分液漏斗活塞只需关闭其玻璃活塞，长颈漏斗一般用水“液封”，导管口浸入水中。 ③对内部封闭气体加热，若气密性良好，必然引发“热胀”现象，如水中出现气泡、出现液面差(也有描述为出现稳定的液柱)。 ④停止加热恢复常温，若气密性良好，对于逸出气体类的封闭体系，因内部气体减少，就会发生“冷缩”现象，如在导管口倒吸出现水柱。 如果在气体发生装置后连接很多仪器，装置过于复杂时，可借用止水夹，将装置分段检查。 [想一想]　3.图10装置中，在实验过程中，如果b和c间橡胶管堵塞，气体不能流通，在b中你会看到什么现象？ (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括5小题，每小题4分，共20分，每题只有1个正确答案。) 1．下列装置操作图不能用于检查气密性的是(　　) 2.用推拉注射器活塞的方法检查图中装置(锥形瓶中已注入水，漏斗下端被浸没)的气密性。当缓慢拉活塞时，如果装置气密性良好，可观察到(　　) A．长颈漏斗下端口产生气泡 B．瓶中液面明显上升 C．长颈漏斗内有液面上升 D．注射器内有液体 3.右图小试管中盛有几毫升水，与大试管连通的U形细玻管内放有少量的水(已染成红色)。如沿小试管壁小心地慢慢注入3毫升浓硫酸，静置片刻后，U形细玻管中可观察到的液面现象是(　　) A．左高右低 B．左低右高 C．左右一样高 D．来回振动 4．下列各图所示装置的气密性检查中，漏气的是(　　) 5．仅用下列装置能检查气密性的是(　　) 二、填空题(本题包括5小题，共30分) 6．(6分)检验右图装置的气密性，通常是将导管放入水中，①用手握住试管，观察到导管口有气泡冒出，②手离开试管后，导管中有一段水柱上升，说明装置不漏气。请回答下列问题： (1)此法的原理是_________________________________________________________ (2)某同学操作时，只做了①没有做②，他即认为装置的气密性良好。你认为他的结论是否正确？________(答“是”或“否”)。理由是_____________________________________ ________________________________________________________________________。 7．(6分)用图示的装置制取氢气，在塑料隔板上放粗锌粒，漏斗和试管中装有稀硫酸，若打开弹簧夹，则酸液由漏斗流下，试管中液面上升与锌粒接触，发生反应，产生的氢气由导管导出。若关闭弹簧夹，则试管中液面下降，漏斗中液面上升，酸液与锌粒脱离接触，反应自行停止。需要时再打开弹簧夹，又可以产生氢气。这是一种仅适用于室温下随制随停，由颗粒状固体和液体间反应产生气体的装置(该气体不能溶于反应混合液中)。请回答下列问题： (1)为什么关闭弹簧夹时试管中液面会下降？ ________________________________________________________________________。 (2)这种制气装置在加入反应物前，检查装置气密性的方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 8．(6分)请用文字简单说明检查以下各装置图的气密性方法。 (1)图1检查方法是_______________________________________________________。 (2)图2检查方法是_______________________________________________________。 (3)图3检查方法是_______________________________________________________。 9．(8分)测定某石灰石样品中碳酸钙质量分数的方法是将样品与稀盐酸反应，测定反应后生成CO2的体积，再根据体积换算为质量，最后根据CO2的质量求出样品中碳酸钙的质量。如图Ⅰ为大理石与稀盐酸反应的反应装置，图Ⅱ用于测量CO2的体积。 (1)检查图(Ⅰ)装置气密性的方法是___________________________________________ ________________________________________________________________________； 检查图(Ⅱ)装置气密性的方法是_____________________________________________； (2)图(Ⅱ)装置中油层的作用是_______________________________________________。 (3)________________________(填操作方法)可使反应前后油层上方气体压强和外界大气压相同，此时排出水的体积即为生成二氧化碳的体积。 10．(4分)下图装置可用于测定含食盐的碳酸钠样品的纯度(须在右端干燥管处收集并测量出CO2体积)，其中乙中放有碳酸钠固体，检查该装置的气密性方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案精析 【例题1】　对于图4装置，关闭分液漏斗活塞，用热毛巾给锥形瓶中气体加热，注射器的活塞因内部气体压力增大而往外推移；移走毛巾，恢复到常温时，如果注射器的活塞能恢复原位，则气密性良好。(或把注射器的活塞往外拉出一定距离，松开手，若活塞能恢复原位，则气密性良好。) 对于图5装置，关闭右端止水夹，在漏斗端加入适量水，当下端U形部分有明显液面差时停止加水，一段时间后若液面差保持不变，则气密性良好。 对于图6装置，如此不能说明该装置是否漏气。先关闭b，后打开a，再把导气管一端浸入水中，就能形成一个封闭气体系统，用酒精灯微热烧瓶，若导管口有气泡产生；移开酒精灯后导管内能形成一段水柱，则气密性良好。 对于图7装置，先关闭m、n，往右侧量气管中加适量的水，使装置左右两管中形成一定的液面差；一段时间后，液面差保持不变，则气密性良好。 解析　图4装置表面看连着注射器的右端是封闭的，但其活塞可左右移动，也就自然形成了现象，当我们把分液漏斗活塞关闭后，就自然形成了一个气体封闭体系，如果内部气体“热胀冷缩”的话，注射器活塞必然发生移动，产生可观察到的现象。用热毛巾给锥形瓶中气体加热，注射器的活塞因内部气体压力增大而往外推移；移走毛巾，恢复到常温时，如果注射器的活塞能恢复原位，则气密性良好。还可通过推移注射器的活塞改变内部气体的压强，从而产生不同的现象。如果装置漏气，当注射器的活塞外移一段距离时，外部空气将“乘虚而入”，松开手后，注射器的活塞就不会恢复原位；如果装置不漏气，当注射器的活塞外移一段距离再松开手，注射器的活塞就能恢复原位(原内部气体压力不变)。 图5装置和图3装置类似，左端仍用“液封”方式封闭，右端直接用止水夹封闭。当我们用止水夹封闭右端后，在漏斗端加入适量水，当下端U形部分有明显液面差时停止加水，一段时间后液面差保持不变，就证明内部气体“无路可走”，气密性良好；相反，若系统漏气，U形部分就不可能出现液面差。 图6装置和图2装置类似，当它通过橡胶管将漏斗液面上方空间与圆底烧瓶液面上方内部空气相连，使分液漏斗中液面上方和烧瓶中液面上方的压强相同，这样分液漏斗内液体下降就自然流畅，其中液体自然就能全部流入烧瓶；如果漏气，分液漏斗中液体当然也是全部流入烧瓶中。无论装置是否漏气，都不影响漏斗中的水滴入烧瓶，因此，不能说明装置是否漏气。从整体看，这套装置更像图1装置，它只有一个出气口，因此，只要用最简单的方法进行气密性检查，即：先关闭b，后打开a，再把导气管一端浸入水中，就能形成一个封闭气体系统，用酒精灯微热烧瓶，若导管口有气泡产生；移开酒精灯后导管内能形成一段水柱，则气密性良好。 图7装置较前几个装置复杂多了，它不但有制备气体功能，还能测量气体体积。任何装置的气密性检查，都必须形成一个封闭系统，通过对其内部空气的“热胀冷缩”操作，产生对应变化，从而判断气密性。关闭A和B上的活塞，在C中加水形成液封，这样就自然形成了封闭气体。也就是：先关闭m、n，往右侧量气管中加适量的水，使装置左右两管中形成一定的液面差；一段时间后，液面差保持不变，则气密性良好。 想一想　1.不能顺利加入。上下气压不一致，致使液体不能顺利流下。 想一想　2.要进行三次读数。上下移动量气管使左右两管中液面相平，记录初读数V1，产生气体后，上下移动量气管，使左右两管中液面相平，记录此时读数为V2，则气体体积为两次读数的差值。 【例题2】　由于装置连接的仪器较多，内部封闭气体有较大容积，用手掌紧握烧瓶，气体压强增加的不够大，可能导致在D处较难产生气泡，现象不明显，也就是不能说明是否漏气。可通过酒精灯微热烧瓶，使内部封闭气体压强增加足够大，就能在D处观察到气泡了。封闭气体受热后，若能在D处观察到气泡，只能说明之前装置气密性良好，并不能说明D的双孔塞处气密性也良好。要一次性证明所有装置气密性良好，应将D中出气口连接导管后，浸入水中，然后再进行相应检查。 【例题3】　观察图9装置可发现，本装置共有3个气体出口，为形成封闭系统，需关闭分液漏斗活塞，B中长颈漏斗加水“液封”，在烧杯D中加水浸没导管口。先打开止水夹K，微热A中的圆底烧瓶，D中导管有气泡冒出；停止加热并立即关闭止水夹K片刻，D中导管倒吸入一段水柱，B中没入液面的导管口会形成液面差或产生气泡(A、B内的气体因之前的逸出，内部压强小于外部)。有这些现象说明气密性良好。 也可直接将K关闭，将整套装置分解成两部分，分开检查，这是复杂装置检查气密性的常用的方法。向B、D中加水使导管口浸没在水面下，关闭分液漏斗活塞，关闭止水夹K，微热A中的圆底烧瓶，若B能形成液面差，就说明A和B气密性良好。用热毛巾加热C瓶，若D中出现气泡，停止加热恢复至常温后，D中导管倒吸形成液柱，则C和D装置气密性良好。 【例题4】　这是一套复杂的气体实验装置，一次性检查效果不好，可以分段检查气密性，以保证现象明显。先用止水夹夹住b、c装置间的橡皮管，将整套装置一分为二。关闭分液漏斗活塞，在b中加水至导管下端浸没，用酒精灯在a装置下微热，若b装置中的导管产生一段水柱，表明止水夹前面的装置气密性良好。将e的右端用导管相连后浸入水中，用热毛巾捂住c处锥形瓶，若e导管口出现气泡；停止微热后导管又产生一段液柱，表明这部分装置的气密性也良好。 想一想　3.b中导管中上升一段水柱。 限时作业 1．C　[C中有两个出气口，无法检验装置的气密性。] 2．A　[当向外拉动活塞时，若装置不漏气，锥形瓶中的压强会减小，外界压强将气体压入锥形瓶中，漏斗中液面下降，甚至产生气泡。] 3．B　[浓硫酸溶于水放热，使大试管内温度升高，压强增大，U型管内的液体被压向右边，所以左低右高。] 4．D　[D中上下移动左边的玻璃管时，两边的液面齐平，说明两边压强相等，装置漏气。] 5．C　[A、D装置都有两个出气口，无法检查气密性，B装置漏斗和试管内气压相同，相当于两个出气口，也无法检查气密性。] 6．(1)利用了气体的热胀冷缩原理，当试管中气体受热时，引起内部气体的膨胀，在烧杯中出现气泡。恢复至常温后，由于内部气体之前逸出，压强减小，就能倒吸形成一段稳定的水柱，以弥补气体损失所导致的压强减小 (2)否　假如试管上方稍有漏气，试管内气体温度突然升高，内部气体在试管单孔塞处漏气的同时，也可继续从烧杯中冒出气泡，所以仅有操作①，不能说明气密性良好 7．(1)关闭弹簧夹时，反应产生的气体使试管内液面上的压力增强，所以液面下降 (2)先夹紧弹簧夹，后从漏斗注入一定量的水，当漏斗内的水面高于试管中水面时，停止加水，静置一段时间后，漏斗中与试管中的液面差保持不再变化，说明装置不漏气 8．(1)先关闭左端止水夹，后在烧杯中加入水，等干燥管内外出现较大高度差为止，静置几分钟，若内外高度保持不变，说明装置不漏气 (2)先关闭左端止水夹，后从U形管的右侧注入水，待U形管两侧出现较大的高度差为止，静置几分钟，两侧的高度差不变，说明装置不漏气 (3)先在右边广口瓶中加入水浸没导管下端止，后关闭止水夹，再微热烧瓶底部，若导管中液面不升高，说明气密性不好。若出现液面升高现象，可说明气密性良好 9．(1)先用止水夹关闭图Ⅰ和图Ⅱ中间的橡胶管，后从长颈漏斗处加水至漏斗下端内外出现较大高度差为止，静置几分钟，若内外高度保持不变，说明装置不漏气　从图Ⅱ右端量气管口加水，待两侧出现较大的高度差为止，静置几分钟，两侧的高度差不变，说明装置不漏气 (2)防止CO2气体溶解于水，影响测量的精确性 (3)通过上下移动右端量气管位置，改变水柱压强 10．整套装置有较多仪器，且各装置间有“止水夹”，可考虑分开检查。将乙和丙间止水夹关闭、分液漏斗关闭，甲乙间止水夹打开。在甲中加入水至导管下端浸没，用热毛巾捂住乙瓶，甲中导管内上升一段水柱，恢复常温后甲中导管冒出气泡，则甲乙部位气密性良好。将干燥管右端用导管连接后浸入水中，后用热毛巾捂住丙试管，导管口出现气泡后移走毛巾，如果在导管内倒吸产生一段水柱，则右半部分装置气密性良好。 第11讲　物质的量与阿伏加德罗常数——新的基本物理量 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生从质量(托盘天平)、体积(量筒)宏观层面对物质及其变化进行定量化研究。 在高中化学中，将借助一种新的基本物理量，架起质量、体积等宏观物理量与原子、分子、离子等微观粒子间的联系桥梁，从而更简洁地对物质及其变化进行定量化研究。 用质量、体积等物理量来计量物质的轻重和大小，对你来说已是非常熟悉的事情了。当知道了物质是由大量肉眼无法分辨的分子、原子或离子构成之后，你是否想过一定质量或一定体积的物质究竟含有多少个微粒呢？怎样才能既了解物质的宏观量(如质量、体积)，同时又知道它们所含微观粒子的数量呢？为此，科学界引入了一个新的物理量——物质的量，物质的量是国际单位制中七个基本物理量之一，在认识物质的量之前，让我们一起来回忆一下常见的国际基本物理量长度和质量。 1．关于长度 长度是国际单位制(SI)中的七个基本物理量之一，符号l，长度是一维空间的度量，长度和宽度代表二维空间的两种方向的度量，长度、宽度和高度代表三维空间的三种方向的度量。国际单位制的长度单位“米”(meter)起源于法国，1790年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位——米，1791年获法国国会批准。为了制造出表征米的量值的基准器，在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下，于1792～1799年，对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的铂杆(platinum meter bar)，以此杆两端之间的距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”，这就是最早的米定义。 1889年的第一界国际计量大会确定“米原器”为国际长度基准，它规定1米就是米原器，世界上最有权威的“米原器”是第六号米原器，以铂铱合金制造出的三十一支中只有它在0 ℃时的长度最理想，并以花体字母表示，现保存于法国国际计量局，其余三十支分发给各米制公约国。米原器的精度可以达到0.1微米，也就是千万分之一米，可以说够精确的了。 在1960年召开的第十一界国际计量大会上，各国代表一致通过决议，废除了米原器，理由是它既不方便，也不准确。重新规定了新的“米”标准，它就是氪­86同位素(质子数为36、中子数为50的稀有气体元素的一种原子)灯在规定条件下发出的橙黄色光在真空中的波长。用光当尺既方便又准确，用氪­86当尺，精确度可以达到 0.001微米，大约相当于一根头发直径的十万分之一。世界各地都可以制造氪灯，不必去国际计量局核对米尺了。 激光出现以后，氪灯又逊色多了。用激光的波长当尺，从理论上推算，可以比氪­86同位素灯准确100万倍。1969年用激光测量地球和月球之间的距离，长达38万多千米，误差只有几米。激光是一把上天下海的好尺子，用起来得心应手，精巧准确。所以1983年10月，联合国度量组织在巴黎举行会议，规定了新的“米”定义，即把光在真空中299 792 458分之一秒所走的距离定为一个标准米。近几年来，各种激光尺已经相继问世，如激光比长仪、激光二坐标仪等等。 2．关于质量 一切物体都是由物质组成的，组成物体的物质有多有少，物理中把物体所含物质的多少称为质量，用字母m表示。从字面上看，“质量”中的“质”指的是物质，“量”即数量多少，合起来就是指物质的多少，质量不随物体的形状、状态以及位置的改变而改变，质量是国际单位制中的七个基本物理量之一。 为了用数字精确描述物体的质量，人们就规定出了一个参考值，最初规定在4 ℃时1立方分米纯水的质量为1千克；后来又用铂铱合金(10%Ir加90%Pt)制成一个高度和直径都是39毫米的圆柱体代替，在1889年国际计量大会上被批准为国际千克原器(如图所示)，现今仍保存在巴黎的国际计量局总部。根据国际千克原器制成了各种精度的磅秤、杆秤、电子秤、电子天平等，人们直接用这些测量工具就可知道物质的质量。 国际单位制中质量的单位是千克，符号是kg。常用的质量单位还有吨(t)、克(g)、毫克(mg)等。 长度和质量是我们认识和使用最早的两种基本物理量，一个独立的基本物理量，只有确定好以下内容才能真正表示物体的定量信息。 [想一想]　1.完成下列表格，体会“基本物理量”的概念要点。 基本物理量 物理量符号 单位名称 单位符号 长度 质量 除长度和质量外，时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度也属于基本物理量，它们合称为国际单位制的七个基本物理量(又称基本量)，其他物理量均可以由这七个基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出，又称为导出物理量(简称为导出量)，如重力、电压、密度等。 在七个基本物理量中，“物质的量”(amount of substance)和化学关系最密切，利用“物质的量”可以将宏观物质与微观粒子数之间形成联系，真正开创化学的定量研究。在国际单位制中对“物质的量”进行了如下规定： 基本物理量 物理量符号 单位名称 单位符号 衡量基准 物质的量 n 摩尔 mol 12克C­12中所含原子数(又称阿伏加德罗常数，简写为NA) 其中，摩尔起源于希腊文mole，原意为“堆量”。要真正认识物质的量，关键是理解其“衡量基准”，也就是正确把握阿伏加德罗常数(Avogadro's constant、符号为NA)。 12克C­12(化学文献中更多的表示成12C)中所含原子数一般被称为阿伏加德罗常数，阿伏加德罗常数是物理学和化学中的一个重要常数，阿伏加德罗常数因阿伏加德罗(最早提出分子概念的意大利物理学家)得名。 历史上，将C­12选为参考物质是因为它的相对原子量可以测量的相当精确，不同测量技术会得到不同精确度的常数，在1986年该常数被修订为6.022 136 7×1023，这个数值还会随着测定技术的发展而改变，一般计算时习惯取6.02×1023。 “阿伏加德罗常数”是物质的量的衡量基准，也就是每摩尔的定量标准。任何含有阿伏加德罗常数个微粒的物质，其物质的量就是1 mol。但不能说含有6.02×1023个微粒就是1 mol，任何在定义中引用实验测得的数据是不妥当的，不要在概念中简单地以“6.02×1023”来代替“阿伏加德罗常数”。反过来，我们还可以把每摩尔物质含有的微粒数定为阿伏加德罗常数，同样不能说每摩尔物质含有6.02×1023个微粒。NA与6.02×1023间的关系尤如数学圆周率与3.14间的关系。从中还可以看出，阿伏加德罗常数并不是一个纯数值，其单位是“个/mol”，习惯上省略“个”直接写成“/mol”，但实际使用中一般全部省略。 阿伏加德罗常数到底有多大？让我们来认识一下6.02×1023——这个约数。假如将6.02×1023个一元硬币排起来，可来回地球和太阳间400亿次之多。6.02×1023颗米粒约重1.505×1019千克，若人均每年消耗500千克，可供地球上60亿人用500万年。这些事实告诉我们，阿伏加德罗常数不能用来描述宏观物质，即使是很小的颗粒也不行，它只能用来定量表示原子、分子、离子、电子及其他微粒，或这些微粒的特定组合。 由此可见，mol只能用来表示微粒，而不能表示宏观物质，通常人们喜欢直接用化学式符号跟在mol之后来表示对应的微粒，如1 mol H2O、2 mol Na、3 mol Na＋依次表示1 mol的水分子、2 mol的钠原子、3 mol的钠离子。不能出现“1 mol水、2 mol芝麻” 等表达，前者不能明确表达水分子，有表达宏观水之歧义；后者为宏观物质，不能用mol来表达。 [想一想]　2.有关物质的量的表达是否正确？不对的请说明理由。 A．1 mol氧　　B．1 mol O　　　　C．2 mol氢分子 D．3 mol水 E．0.5 mol黄豆 F．1 mol电子 [想一想]　3.完成下列表格，认清“阿伏加德罗常数”的基本特征。 符号 定义 精确值 近似值 单位 NA “个/mol” 或“/mol” [想一想]　4.用“mol”表征“物质的量”的表达形式是________________________________________________________________________。 [想一想]　5.先按要求填空，后整理出物质的量n与微粒个数N间的函数关系。 A．含2NA个H2的氢气的物质的量是________________________________________________________________________； B．含2NA个H的氢气的物质的量是________________________________________________________________________； C．含NA个H的氢气的物质的量是________________________________________________________________________； D．含2NA个H的水的物质的量是________________________________________________________________________； E．1 mol O2中氧分子的数目是________________________________________________________________________； F．3 mol O2中含有氧分子的数目是________________________________________________________________________； G．1 mol H2O中水分子的数目是________________________________________________________________________； H．2 mol H2O中含有氢原子的数目是________________________________________________________________________。 [想一想]　6.能表达“微粒数(N)与物质的量(n)”关系的函数是________。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，每题有1～2个正确答案，全对得4分，不全对得2分) 1．物质的量的符号是(　　) A．N B．NA C．n D．mol 2．摩尔是表示(　　) A．物质的量的多少 B．6.02×1023个微粒 C．物质的量的单位 D．物质的质量单位 3．阿伏加德罗常数是(　　) A．1 mol任何粒子的粒子数 B．6.02×1023个粒子 C．12 g 12C所含的碳原子数 D．12 g C所含的碳原子数 4．下列叙述中正确的是(　　) A．1 mol任何纯净物都含有相同的原子数 B．1 mol O2中约含有6.02×1023个氧分子 C．1 mol H2中含有2 mol H和2 mol电子 D．阿伏加德罗常数就是6.02×1023mol－1 5．下列叙述中正确的是(　　) A．1 mol氧 B．2 mol分子氧 C．3 mol O2 D．1 000 mol e－ 6．1.505×1022个OH－的物质的量为(　　) A．0.5 mol B．0.04 mol C．0.25 mol D．0.025 mol 7．在0.3 mol NO2中，含有的原子数为(　　) A．0.3 B．0.3NA C．0.6NA D．0.9NA 8．一定质量的氧气分子中含有16 mol电子，则这些氧气分子的物质的量是(　　) A．1 mol B．16 mol C．2 mol D．1.6 mol 9．一定质量的H2O2分子中含有36 mol电子，则这些H2O2分子的物质的量是(　　) A．1 mol B．16 mol C．2 mol D．1.6 mol 10．0.25 mol H2O中含有x个水分子可用含x的函数来表达阿伏加德罗常数，它是(　　) A．x/4 B．4x C．x D．1/4x 二、填空题(每空0.5分) 11．用NA表示阿伏加德罗常数的数值，按要求完成下列填空。 (1)1 mol O2中含有____________个氧气分子，含有________个氧原子。 (2)0.5 mol H2O中含有________个水分子，含有________个原子。 (3)6 mol NO和________mol NO2所含原子数相等，与1 mol CO2所含电子数相等的H2的物质的量是________mol,6 mol H2O与________mol NH3所含氢原子数相等，1 mol HCl与________mol CH4所含电子数相等。 (4)1个CO2分子含有________个电子，1 mol CO2含有________mol e－，________个e－。 (5)1个H2O分子含有________个原子，2 mol H2O含有________mol e－，________个e－。 (6)1.204×1024个水分子的物质的量是________。1 mol H2SO4中氧原子数为________。 (7)某硫酸钠溶液中含有3.01×1022个Na＋，则该溶液中SO的物质的量是________，Na＋的物质的量是________。 (8)1 mol NaCl中氯离子数为________，离子总数为________。 答案精析 想一想　1.(从左到右，从上到下)l　米　m　m　千克　kg 想一想　2.表达正确的有B、C和F，C中改成2 mol H2更规范。A中“氧”指代不明，D中“水”为宏观物质，E中“黄豆”为宏观物质。 想一想　3.12克C­12中所含原子数　NA　6.02×1023 想一想　4.“x＋mol＋化学式”如1 mol O,1.5 mol H2O。 想一想　5.A.2 mol　B．1 mol　C．0.5 mol　D．1 mol E．NA　F．3NA　G．NA　H．4NA 想一想　6.N＝nNA 限时作业 1．C　[N表示微粒数，NA表示阿伏加德罗常数，mol是物质的量的单位。] 2．C　3.C 4．BC　[A中每种纯净物组成情况不一样，所以原子数不一定相同，如1 mol的O2和1 mol O3，A错；不能用NA的近似值来定义阿伏加德罗常数，描述概念一定要用精确表达。] 5．CD 6．D　[n＝ ＝(1.505×1022)/6.02×1023 mol ＝0.025 mol。] 7．D　[每个NO2分子含有3个原子，0.3 mol NO2含有的原子数为0.3×3×NA＝0.9NA，注意求微粒数目时要用物质的量乘以NA。] 8．A　[1 mol O2含有16 mol电子，所以含16 mol电子的O2是1 mol。] 9．C　[1 mol H2O2含有18 mol电子，含36 mol电子的H2O2是2 mol。] 10．B　[0.25 mol含有分子数0.25NA，即0.25NA＝x，NA＝4x。] 11．(1)NA　2NA　(2)0.5NA　1.5NA　(3)4　11　4 1．8　(4)22　22　22NA　(5)3　20　20NA (6)2 mol　4NA　(7)0.025 mol 0．05 mol　(8)NA　2NA 第12讲　摩尔质量和气体摩尔体积—— 出两种新的导出物理量 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中学习中，已学会用比值法定义物理概念，如初中学过的速度，密度，压强等。 在高中化学中，我们将继续使用比值法建立常见物理量的联系，导出摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度、燃烧热、中和热等新的物理量。 要知道一定体积的物体的质量是多少，或知道一定质量的物体体积有多大，只需要提供物体的密度就能解决这些问题。在物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度，符号ρ，其数学表达式为ρ＝m/V(质量与体积的比值)。人们往往感觉密度大的物质“重”，密度小的物质“轻”一些，这里的“重”和“轻”实质上指的是密度的大小，根据密度的大小，人们可以鉴别物质；选择密度不同的物质，可以满足制造的不同需要；通过测定密度，科学研究中还可能发现其他新物质。 在国际单位制中，质量的常用单位是千克(kg)，体积的常用单位是立方米(m3)，从单位角度看，要建立质量与体积之间的直接联系，只需创设一个单位为kg·m－3(读作千克每立方米)的导出物理量。进一步研究发现，一定条件下，同种物质的质量与体积的比值是一定的，物质不同，其比值一般也不同，这反映了不同物质的不同性质。因此，以kg·m－3为单位的物理量是物质的一种特性，它不随质量和体积的变化而变化，是可测量的，这就是我们所熟悉的导出物理量——密度。 导出物 理量 物理量符号 定义式 单位符号 特性规律 意义 密度 ρ m/V kg·m－3 一定条件下，同种物质的密度相同，不同种物质的密度一般不同 实现了质量和体积间的直接换算 从单位入手，以比值法定义密度，较直接学习密度概念内涵要简捷方便得多，这是我们认识导出物理量的一种有效学习方式。 要知道一定质量的物质所含微粒的物质的量，或知道一定物质的量的微粒的质量有多大，需要创设什么物理量，请从单位入手，提出解决这一问题的方法。 物质的量的单位是mol，质量的常用单位是kg或g，从单位角度看，要建立物质的量与质量之间的直接联系，只需创设一个单位为g·mol－1或kg·mol－1的导出物理量。 同理，要知道一定体积的物质所含微粒的物质的量，或知道一定物质的量的微粒的体积有多大，从单位角度看，只需有一个单位为L·mol－1或mol·L－1的导出物理量。 假如以“g·mol－1”、“L·mol－1”为单位的物理量是物质的固有属性，有规律可循，就可成为一种新的物理量，这种创新意义就非常大。 下表给出了1 mol不同常见物质的质量和体积大小，完成表格中剩余空格后，思考1 mol不同物质的质量在数值上有什么特点？在相同温度和压强下，1 mol不同物质的体积在数值上有何规律？ 化学式 相对原子质量或相对分子质量 质量 密度20 ℃、 101 kPa 体积 0 ℃、101 kPa 20 ℃、101 kPa 0 ℃、202 kPa Fe 56 g 7.78 g·cm－3 NaCl 58.5 g 2.17 g·cm－3 H2O 18 g 1.00 g·cm－3 C2H5OH 46 g 0.79 g·cm－3 H2 2 g 0.083 g·dm－3 22.4 L 11.2 L O2 32 g 1.333 g·dm－3 22.4 L 11.2 L CO2 44 g 1.841 g·dm－3 22.3 L 11.2 L [想一想]　为什么比较1 mol气体体积要在相同温度和压强下，不同温度或不同压强为什么不行？ 1．摩尔质量 1 mol的任何物质的质量，当以克为单位时，在数值上等于其相对原子质量或相对分子质量。不同原子、离子或分子的相对质量不同，所以1 mol物质的质量也不同；同一原子、离子或分子在不同的温度、压强下，状态可能不同，但其相对质量不会改变，因此1 mol物质的质量与其存在状态无关，显然属于物质的固有属性。因此，以“g·mol－1”为单位的物理量有存在的价值，可成为一个导出物理量，通常称为摩尔质量(molar mass)，即单位物质的量的物质所具有的质量。 [试一试]　1.完成下表，完善对摩尔质量的认识。 导出物 理量 物理量符号 定义式 单位符号 特性规律 意义 摩尔质量 [试一试]　2.改正下列说法中可能存在的错误，并说明理由。 (1)N2的摩尔质量是28 g (2)1 mol任何物质的质量在数值上等于其相对原子质量或相对分子质量 (3)1 mol NaCl的质量是58.5 g·mol－1 [试一试]　3.按要求完成填空。 (1)1 mol H2O的质量是________，2 mol H2O的质量是________，3 mol H2O2的质量是________。 (2)54 g水的物质的量是________，含有分子数是________，含有O的个数约是________。 (3)68 g H2O2的物质的量是________，含有分子数是________，含有O的个数约是________。 2．摩尔体积 在相同的温度和压强下，1 mol不同物质的体积并不相同，但是1 mol不同气体的体积却是近似相同的。因此，以“L·mol－1”为单位的物理量，只可建立气态物质体积与物质的量的直接联系，也可成为一个导出物理量。该物理量不适用于固态、液态物质，为排除这些状态，该物理量就被称为气体摩尔体积(molar Volume of gas)，符号为Vm，即在一定温度和压强下，单位物质的量的气体所占的体积。 从表中还可以看出，在不同的温度和压强下，气体摩尔体积的数值是不相同的，如在0 ℃、101 kPa时气体摩尔体积约是22.4 L·mol－1；而在0 ℃、202 kPa时，气体摩尔体积约是11.2 L·mol－1。一般我们经常研究的是0 ℃、101 kPa(又称标准状况，standard temperature and pressure， 简写为STP)时气体的摩尔体积，Vm约为22.4 L·mol－1，“22.4 L·mol－1”习惯上被称为标准状况下的气体摩尔体积。 [试一试]　4.完成下表，完善对气体摩尔体积的认识。 导出物理量 物理量符号 定义式 单位符号 特性规律 意义 气体摩尔体积 [试一试]　5.改正下列说法中可能存在的错误，并说明理由。 (1)1 mol任何气体的体积都是22.4 L (2)2 g氢气的物质的量是1 mol，它所占的体积是22.4 L (3)1 mol任何物质在标准状况时所占的体积都约是22.4 L (4)1 mol H2和1 mol H2O所含分子数相同，在标准状况时所占体积都约是22.4 L [试一试]　6.在标准状况下 (1)0.5 mol HCl的体积是________； (2)33.6 L氢气的物质的量是________； (3)16 g氧气的体积是________； (4)44.8 L氮气中含有的氮分子数是________。 资料卡片　我们知道，物质体积的大小取决于构成这种物质的粒子数目、粒子的大小和粒子间的距离三个因素。 1 mol任何物质中的粒子数目是相同的，即NA。因此，摩尔体积的大小主要由构成物质的粒子大小和粒子间距离所决定。 对于固态物质或液态物质来说，构成它们的粒子间的距离非常小，它们的体积主要取决于微粒本身的大小，不同物质构成微粒的大小是不同的，因此1 mol不同固态物质或液态物质的体积是不相同的。对于气体来说，分子之间的距离远大于分子本身的大小，其体积主要由分子间距离决定，而一定温度和压强时，分子间的距离又是相同的，所以，1 mol不同气体的体积近似相同。温度和压强不同，气体分子间的距离也会不同，所以，不同温度和压强时，气体摩尔体积也不相同。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，每题有1～2个正确答案，全对得4分，不全对得2分) 1．下列说法正确的(　　) A．氮的摩尔质量就是氮的相对原子质量 B．1个12C原子质量大约是1.993×10－23g C．氢氧化钠的摩尔质量是40 g D．O2的摩尔质量等于其相对分子质量 2．下列叙述中错误的是(　　) A．H2SO4的摩尔质量是98 g·mol－1 B．2 mol NO和1 mol NO2中含氧元素质量相同 C．等质量的O2和O3所含氧原子数相等 D．等物质的量的CO和CO2含有相同氧原子数 3．下列说法正确的是(　　) A．气体摩尔体积就是22.4 L·mol－1 B．在标准状况下，22.4 L水的质量约为18 g C．标准状况下22.4 L任何气体都含有约6.02×1023个分子 D．1 mol H2和O2的混合气体在标准状况下的体积约22.4 L 4．设NA表示阿伏加德罗常数，下列物质中物质的量为1 mol的是(　　) A．通常状况下22.4 L氯气 B．18毫升水(水的密度为1 g·mL－1) C．NA个H2分子 D．标准状况下22.4 L H2O 5．448 mL某气体在标准状况下的质量为1.28 g，该气体的摩尔质量为(　　) A．64 g B．64 C．64 g·mol－1 D．32 g·mol－1 6．若4 ℃时20滴水恰好为1 mL(水的密度为1 g·mL－1)，则一滴水中所含的水分子数为(　　) A．10NA/9 B．5NA/9 C．NA/360 D．1NA/5 7．在标准状况下，w L氮气含有x个N原子，用w和x表示阿伏加德罗常数为(　　) A．wx mol－1 B．22.4x mol－1 C．(22.4x/w)mol－1 D．(11.2x/w)mol－1 8．在标准状况下，将1 g He、11 g CO2和4 g O2混合，所得混合气体积约为(　　) A．28 L B．11.2 L C．16.8 L D．14.0 L 9．等质量的下列物质中，所含分子数最多的是(　　) A．CH4 B．NH3 C．H2O D．HF 10．下列①0.5 mol NH3　②标况下22.4 L He　③4 ℃时的9 mL水 ④0.2 mol H3PO4所含原子数目按由大到小顺序排列的是(　　) A．①④②③ B．④③②① C．②③④① D．①④③② 二、填空题(本题包括3小题，共10分) 11．(4分)质量相同的SO2和SO3的物质的量之比是________，摩尔质量之比是________，含氧原子个数比是________，硫原子个数比是________。 12．(3分)标准状况下9.6 g 某气体体积与0.6 g 氢气体积相同，该气体的相对分子质量是________。 13．(3分)标准状况下280 mL某气体质量为0.35 g，该气体的摩尔质量是________。 答案精析 知识衔接 (从左到右，从上到下)56　7.20 cm－3　58.5　27.00 cm－3 18　18.00 mL　46　58.23 mL　2　24.0 L　32 24．0 L　44　23.9 L 想一想　温度和压强会影响气体的体积，在不同温度或不同压强下，1 mol气体体积不一定相同。 试一试　1. 导出物理量 物理量符号 定义式 单位符号 特性规律 意义 摩尔质量 M g·mol－1 物质固有属性 建立了质量与物质的量的联系 试一试　2.(1)摩尔质量单位是g·mol－1，应改为28 g·mol－1。 (2)规律存在前提是“以g为单位”，要增加本前提条件，否则不成立。 (3)质量单位是g，g·mol－1是摩尔质量的单位，可改成1 mol NaCl的质量是58.5 g，或NaCl的摩尔质量是58.5 g·mol－1。 试一试　3.(1)18 g　36 g　102 g　(2)3 mol　3NA　1.806×1024　(3)2 mol　2NA　2.408×1024 试一试　4. 导出物理量 物理量符号 定义式 单位符号 特性规律 意义 气体摩尔体积 Vm L·mol－1 与温度和压强有关，与气体组成无关 建立气体体积与物质的量的联系 试一试　5.(1)必须强调“在标准状况”这个前提，严格来说22.4 L也只是一个近似值，描述为“约是22.4 L”更妥，但习惯上往往省略“约”。 (2)必须强调“在标准状况”，否则体积不一定是22.4 L。 (3)水是液体，1 mol H2O在标准状况下的体积不是22.4 L，质量为18 g，密度为1 g·mL－1，体积为18 mL。 (4)氢气为气体，水为液体，相同物质的量，体积明显不同。 试一试　6.(1)11.2 L　(2)1.5 mol　(3)11.2 L (4)2NA 限时作业 1．B　[物质的摩尔质量是以克为单位在数值上等于其相对分子量，故A、D错；摩尔质量单位为g·mol－1，C错；1个12C的质量＝12 g/6.02×1023＝1.993×10－23 g，B正确。] 2．D　3.CD　4.BC　5.C 6．C　[4 ℃时水的密度为1 g·mL－1，所以20滴水为1 g，每滴水为0.05 g,1滴水的分子数为(0.05/18)×NA＝NA/360。] 7．D　8.D 9．A　[n＝，m相同时，M越小，物质的量越大，分子数越多，四个选项中CH4的摩尔质量最小，分子数最多，选A 。] 10．D　[所含原子的物质的量分别为①0.5×4＝2 mol，②1 mol，③0.5×3＝1.5 mol，④0.2×8＝1.6 mol，故①>④>③>②。] 11．5∶4　4∶5　5∶6　5∶4 12．32 解析　0.6 g H2的物质的量＝＝0.3 mol，标况下体积相同即物质的量相同，所以9.6 g某气体的物质的量为0.3 mol，该气体M＝＝＝32 g·mol－1即相对分子质量为32。 13．28 g·mol－1 第13讲　理想气体状态方程和阿伏加德罗定律 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中学习中，对气体体积与温度、压强、物质质量间的相互关系有了基本的了解。 在高中化学中，明确气体压强、温度、物质的量与气体体积间的函数关系，能运用阿伏加德罗定律及其推论定量处理和气体有关的计算。 理想气体状态方程(ideal gas，equation of state)，也称理想气体定律或克拉伯龙方程，描述理想气体状态变化规律的方程。质量为m，摩尔质量为M的理想气体，其状态参数压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为 pV＝nRT＝ 式中M和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量，单位分别是g·mol－1和mol；p为气体压强，单位Pa；V为气体体积，单位m3；T为体系绝对温度(它可由摄氏温度换算而成，即等于t ℃＋273)，单位K。R为比例系数，单位是J·mol－1·K－1，对任意理想气体而言，R是一定的，如果压强、温度和体积都采用国际单位(SI)，R＝8.314 41±0.000 26 J·mol－1·K－1；如果压强为大气压，体积为升，则R＝0.082大气压·升/摩尔·度。 我们知道压强的产生是由于气体分子的运动对容器壁的碰撞所产生的力的效果，而分子的运动速度快慢与气体的温度有关，温度越高分子运动越剧烈，就像我们夏天特别烦躁一样。所以压强越大，体积越小，单位体积的分子就越多，所谓人多力量大，所以压强也越大；分子数越多显然压强也就越大。温度、体积和分子数对压强的这种影响关系，被科学家浓缩在pV＝nRT这一简单线性关系式中。 理想气体状态方程是由研究低压下气体的行为导出的。但各气体在适用理想气体状态方程时多少有些偏差；压力越低，偏差越小，在极低压力下理想气体状态方程可较准确地描述气体的行为。极低的压力意味着分子之间的距离非常大，此时分子之间的相互作用非常小；又意味着分子本身所占的体积与此时气体所具有的非常大的体积相比可忽略不计，因而分子可近似被看作是没有体积的质点。 虽然完全理想的气体并不可能存在，但许多实际气体，特别是那些不容易液化、凝华的气体(如氦、氢气、氧气、氮气等，由于氦气不但体积小、互相之间作用力小、也是所有气体中最难液化的，因此它是所有气体中最接近理想气体的气体。)在常温常压下的性质已经十分接近于理想气体。在通常状况下，实际气体均可近似看成是理想气体。 利用理想气体状态方程可轻易推导部分经验定律，更好的理解气体的一些基本性质。 英国化学家波义耳(Boyle)，1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系，其数学模型可表达为pV＝C(C为常数，即constant)，世称波义耳定律(Boyle’s law，又称 Mariotte’s Law)。它是第一个描述气体运动的数量公式，为气体的量化研究和化学分析奠定了基础；是人类历史上第一个通过实验发现的“定律”。 罗伯特·波义耳用于研究气体性质的仪器是一个简单的“U”形大玻璃管，这个“U”形玻璃管是不匀称的，一支又细又长，高3英尺多，另一支又短又粗，短的这支顶端密封，长的那只顶端开口。波义耳把水银倒进玻璃管中，水银盖住了“U”形玻璃管的底部，两边稍有上升，在封闭的短管中，水银堵住一小股空气。通过实验，发现了很多值得注意的事情。当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的1/3。当受到挤压时，空气体积的变化与压强的变化总是成比例。他用pV＝C(C为常数，即constant)这一简单数学等式来表示这一比例关系，并于1660年发表这一研究成果，世称“波义耳定律”。法国物理学家马略特在1667年也发表了同样的研究成果。于是在英语国家，这一定律被称为波义耳定律，而在欧洲大陆则被称为马略特定律。现在我们称之为“波—马定律”。就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的。 波义耳具有实验天赋，在牛津和伦敦，他都建立过自己的家庭实验室，主要进行化学方面的实验，他努力把严谨的实验方法引入化学。除发现波义耳定律外，1673年波义耳和其助手胡克对物质的燃烧进行了研究，发现在真空情况下，物质无法燃烧。波义耳根据燃烧实验的结果，写成了论文《关于火焰与空气关系的新实验》，最先揭示了空气是燃烧的必要条件。波义耳还发现了某些植物的色素可以在酸性和碱性条件下出现不同的颜色，从而引入指示剂的概念。 借助于理想气体状态方程，我们可以快速获得这一结论。即当n、T一定时，pV＝nRT，其nRT显然是一常数，或者说，V与p成反比，即V∝(1/p)。运用同样的方法，我们还可以发现，当n、V一定时，＝，nR/V为常数，p与T成正比，即p∝T，这就是查理定律(Charle’s law)，描述一定质量气体在体积不变时，其压强随温度的线性变化关系；当n、p一定时，＝，nR/p为常数，V与T成正比，即V∝T，这就是盖­吕萨克定律，描述一定质量的气体在压强保持不变时，其体积V随温度T的线性变化关系，也就是气体热膨胀定律；也可以简单地推理出在化学上有着重要运用的气体摩尔体积和阿伏加德罗定律。 [试一试]　1.利用理想气体状态方程推导出标准状况下气体摩尔体积。 可见，在标准状况下，气体摩尔体积可近似为22.4 L·mol－1。也就是说，对于一定量的气体，压强和温度一定时，其体积是相同的，决定体积的分子间距离是一样的，间接说明了气体分子间距离和气体本身成分无关，只与气体的压强和温度相关。 在不同的温度和压强下，气体的摩尔体积是不一样的：如在0 ℃、202 kPa时，Vm＝1×8.31×(273＋0)÷202≈11.2(L·mol－1)；而在271.5 ℃、202 kPa时，Vm＝1×8.31×(273＋271.5)÷202≈22.4(L·mol－1)。 以上计算还说明，22.4 L·mol－1不只是标准状况时的气体摩尔体积，在其它合适的温度和压强下，气体摩尔体积也可能近似为22.4 L·mol－1。 [试一试]　2.利用理想气体状态方程推导阿伏加德罗定律(Avogadro’s hypothesis) ，即在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。 该定律在有气体参加的化学反应、推断未知气体的分子式中等方面有广泛的应用。同时，气体摩尔体积实际上也是阿伏加德罗定律的特例，在标准状况(同温同压)下，1 mol任何气体含相同数目的分子，其体积都约为22.4 L(相同体积)。根据理想气体状态方程我们还可以得到阿伏加德罗定律的重要推论，更好地理解气体物理性质与分子、物质的量之间的关系。 因为pV＝nRT　所以pV＝mRT/M　⇒ pM＝mRT/V⇒pM＝ρRT 根据理想气体的这一函数关系，我们可以得到一定温度和压强下，任何气体的密度，也可以比较不同气体在相同温度和压强下的密度。对于摩尔质量为MA的气体，其密度为ρA，在压强p和温度T时存在pMA＝ρART①。同理，对于摩尔质量为MB的气体，其密度为ρB，在压强p和温度T时存在pMB＝ρBRT②。将①式和②式相除，可以得到＝。也就是，在相同温度和压强下，不同气体的密度之比等于其摩尔质量之比，或其相对分子质量之比，这是阿伏加德罗定律的重要推论之一。 一般情况下，空气的平均相对分子质量是29，根据这一推论，只要知道气体的相对分子质量，就可以推断该气体密度与空气密度的轻重，不再需要用死记硬背的方式去记忆气体的密度大小。相对分子质量大于29的气体的密度通常比空气的密度大，如氧气、二氧化碳、氯气、二氧化氮、二氧化硫、一氧化氮、光气(COCl2)等，而相对分子质量小于29的气体的密度比空气的密度小，如氢气、氨气、氮气等。 通常，我们还把值称为气体A对气体B的相对密度，一般用DA对B来表示，和初中化学中的相对原子质量、相对分子质量一样，这是一个无单位的数据。根据这一推论，我们可以利用其相对分子质量推算出不同气体的相对密度，如氧气对氢气的相对密度为16；也可以通过测定样品气体对已知气体的相对密度来计算相对分子质量，某气体对氧气的相对密度为2，则该气体的摩尔质量为64 g·mol－1，其相对分子质量为64。 在理想气体状态方程式中，在假设理想气体状态方程中两个物理量相同的前提下，可获得另外两个物理量之间的比例关系，形成各种实用的函数关系。请用相同方法获得阿伏加德罗定律的另外两个重要推论。 [试一试]　3.利用理想气体状态方程推导阿伏加德罗定律的另外两个推论，在相同温度和压强下，任何气体的体积之比等于其物质的量之比；在相同温度和体积下，任何气体的压强之比等于其物质的量之比。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括10小题，每小题4分，共40分，每小题有1～2个正确答案，全对得4分，不全对得2分) 1．气体体积的大小，跟下列因素无关的是(　　) A．气体分子的数目 B．温度 C．压强 D．分子直径 2．下列有关气体体积的叙述中，正确的是(　　) A．一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小由构成气体的分子大小决定 B．一定温度和压强下，各种气态物质体积的大小由构成气体的分子数决定 C．不同的气体，若体积不同，则它们所含的的分子数一定也不同 D．气体摩尔体积是指1 mol任何气体所占的体积约为22.4 L 3．在同温同压下，两种物质的量相同的单质气体之间的关系(　　) A．体积都是22.4 L B．具有相同的体积 C．具有相同分子数 D．具有相同的原子数目 4．对于等质量的CH4和NH3的有关说法错误的是(　　) A．它们的分子个数比为17∶16 B．它们的体积比为17∶16 C．它们的氢原子个数比为17∶12 D．它们所含的氢的质量比为17∶12 5．同温同压下，气体A与O2的质量之比为1∶2，体积之比为1∶4，A的相对分子质量是(　　) A．16 B．17 C．44 D．64 6．在同温同压下，A容器中H2和B容器中NH3所含原子数相等，则A和B体积之比为(　　) A．2∶1 B．1∶2 C．2∶3 D．1∶1 7．在标准状况下，13 g某气体的分子数与14 g CO的分子数相等，此气体的密度为(　　) A．1.25 g·L－1 B．2.32 g·L－1 C．1.65 g·L－1 D．1.16 g·L－1 8．在下列条件下，两种气体的分子数一定相等的是(　　) A．同质量不同密度的C2H4和CO B．同温度同体积的C2H6和NO C．同温度同压强的CO和NO D．同体积同压强的C2H6和NO 9．在相同状况下，有关H2、O2、CH4三种气体的叙述正确的是(　　) A．密度之比等于对应的物质的量之比 B．密度之比等于其摩尔质量之比 C．等质量的三种气体，体积之比等于相对分子质量的倒数之比 D．等体积的三种气体，物质的量之比等于相对分子质量之比 10．同温同压下，x g的甲气体与y g的乙气体占有相同的体积，则x∶y可以是(　　) A．甲与乙的相对分子质量之比 B．等质量的甲和乙的分子个数之比 C．同温同压下甲与乙的密度之比 D．同温同体积下，等质量的甲与乙的压强之比 二、填空题(本题包括2小题，共10分) 11．(6分)化合物A(分子式可表示为OxFy)是一种不稳定的物质，已知10 mL A气体能分解生成15 mL O2和10 mL F2(同温同压)。则A的化学式是______________，推断依据是________________，化合物A分解反应的化学方程式：____________。 12．(4分)质量为500 g的真空瓶，在相同条件下充满氧气时质量变为508 g，若充满X气体时质量变为511 g，则X的相对分子质量为________________。 答案精析 试一试　1.Vm＝＝≈22.4(L·mol－1) 试一试　2.pV＝nRT，p、T一定，V相等⇒n相等⇒N＝nNA相等。 试一试　3.推理过程： 对于体积为VA的气体，其物质的量为nA，在压强p和温度T时存在pVA＝nART①。同理，另一种气体的体积若为VB，其物质的量为nB，在压强p和温度T时存在pVB＝nBRT②。将①式和②式相除，可以得到＝。也就是，在相同温度和压强下，任何气体的体积之比等于其物质的量之比，或其分子数之比，这是阿伏加德罗定律的重要推论之一。 对于气体压强为pA的气体，其物质的量为nA，在体积V和温度T时存在pAV＝nART①。同理，另一种气体的压强若为pB，其物质的量为nB，在体积V和温度T时存在pBV＝nBRT②。将①式和②式相除，可以得到＝。也就是，在相同温度和体积下，任何气体的压强之比等于其物质的量之比，或其分子数之比，这也是阿伏加德罗定律的重要推论之一。 限时作业 1．D 2．B　[气体的体积与分子大小无关，A错；温度、压强一定，分子间距离一定，分子数越多，体积越大，B正确；相同分子数的气体在不同外界条件下，体积可能不同，C错；在标况下1 mol气体的体积约为22.4 L，D错。] 3．BC　[单质组成不一定相同，如O2和O3。] 4．B　5.D　6.A 7．D　[14 g CO的物质的量为0.5 mol，所以13 g某气体的物质的量为0.5 mol，M＝ g·mol－1＝26 g·mol－1，ρ＝＝1.16 g·L－1。] 8．A　[B项中温度和体积相同，但压强未明确关系；同理C项中未明确体积关系；D项中未明确温度关系。] 9．BC　[相同状况下，密度之比等于摩尔质量之比，A错，B、C正确，物质的量之比等于体积之比，不等于摩尔质量之比，D错。] 10．AC　[同温同压下，x g的甲气体与y g的乙气体占有相同的体积，也就是两种气体的物质的量相同，＝，即＝，＝，即得答案A；在同温同压下，密度之比等于物质的摩尔质量之比，所以C也正确。] 11．O3F2　根据阿伏加德罗定律和质量守恒定律 2O3F2===3O2＋2F2 解析　根据阿伏加德罗定律将体积比看成是三种物质的物质的量之比，再进一步根据质量守恒定律(同种元素的原子前后物质的量守恒)可获得A的组成。 12．44 第14讲　以物质的量为核心的有关化学方程式的计算 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在初中化学中，只要求学生掌握以质量为核心的有关化学方程式的计算，依据不同物质的质量比或质量守恒定律将化学问题抽象为数学问题。 在高中化学中，要求学生掌握以物质的量为核心的有关化学方程式的计算，依据不同物质的物质的量比例或原子的物质的量前后不变(元素质量守恒定律)将化学问题抽象为数学问题。 一个化学方程式不仅表示了该化学反应的事实，还表示了化学反应中各物质之间的质量关系，如： 化学方程式　　2Al2O3　　4Al　　＋　　3O2↑ 粒子数之比 2 4 3 铝原子数比 4 4 氧原子数比 6 6 相对质量比 102×2 27×4 32×3 铝元素质量 27×4 27×4 氧元素质量 16×6 16×6 上述化学方程式能表示 (1)氧化铝通电可生成铝和氧气。 (2)每2个氧化铝微粒可生成4个铝原子和3个氧分子，对应粒子数之比为2∶4∶3。 (3)每204 g的氧化铝通电后可生成108 g的铝，释放出96 g的氧气，对应质量比为204∶108∶96，从中可以看出生成物质量之和为108＋96，刚好和反应物质量204相等，即参加反应的反应物质量等于生成物质量之和，这是质量守恒定律的宏观表征。 (4)反应前有4个铝原子，反应后仍有4个铝原子；或者说反应前氧化铝中铝元素质量为108 g，而生成物中铝质量也为108 g，即反应前后铝原子数目、铝原子质量不变，这是质量守恒定律的微观表征。 【例题1】　电解51 t氧化铝最多可生产多少吨铝？ 解法一　 [想一想]　该一元一次方程成立依据的化学原理是什么？ 解法二　 [想一想]　该一元一次方程成立依据的化学原理是什么？ 我们知道，物质是由原子、分子或离子等微粒构成的，物质之间的化学反应也是这些粒子按一定数目关系进行的。化学方程式可以明确地表示出化学反应中这些粒子之间的数量关系，这些数量关系常被称为化学计量数(用希腊字母ν表示，物质B的化学计量数常简写为νB)的关系。如： 化学反应方程式　　2Al2O3　　4Al　＋　3O2↑ 化学计量数ν之比 2 4 3 对应扩大NA倍 [想一想]　当你按指定要求完成单位转化后，表征这些物质的定量信息有何特征？ 从这个例子中，我们可以看出，化学方程式中各物质的化学计量数之比，可直接理解为物质的量之比。引入物质的量这一物理量之后，借助于摩尔质量、气体摩尔体积等物理量，就可以轻易转化为用质量、体积等宏观物理量来表征物质定量信息；借助于阿伏加德罗常数，也可以转化为用微观粒子数来表征物质定量信息。与利用化学方程式中各物质质量之比相比，该比值一般数据较小，可由已知的物质的量直接推出其他物质的物质的量，省略“设未知量、列数学方程式、解数学方程式”等环节，从而大大简化计算过程。 【例题2】　电解51 t氧化铝最多可生产多少吨铝？若在标准状况下生产，该过程最多可以获得多少立方米的氧气？ 【例题3】　工业上用电解氯化镁(生成镁和氯气)的方法生产金属镁，电解950 kg氯化镁最多可生产多少千克金属镁？同时得到多少千克氯气？在标准状况下相当于多少升氯气？ 【例题4】　某固体氢氧化钾样品含水7.55%，碳酸钾4.32%(质量组成)。将a g此样品先跟含b mol的过量稀盐酸反应，后用一定量苛性钾溶液恰好中和剩余盐酸，再将此溶液蒸干，最终得到固体的质量是多少克？ [试一试]　根据利用物质的量之比进行方程式计算的一般规律，试做本题。 [试一试]　反应前后同种元素原子的物质的量守恒(简称为元素守恒)，是根据化学方程式计算的最常用策略。试用相同方法计算该过程中产生的CO2的体积(标准状况)。 【例题5】　100 g含杂质的碱式碳酸铜(杂质既不和盐酸反应，加热时也不发生分解)刚好和含1.6 mol HCl的稀盐酸反应(生成氯化铜、二氧化碳和水)，试计算该样品中碱式碳酸铜的纯度？若将等质量样品充分加热，可得到多少克固体氧化铜？产生二氧化碳气体在标准状况下体积是多少升？ [试一试]　根据利用物质的量之比进行方程式计算的一般规律，试做本题。 (满分50分　限时30 min) 一、选择题(本题包括8小题，每小题4分，共32分，每题只有1个正确答案) 1．相同物质的量的下列物质，跟盐酸反应时消耗盐酸最多的是(　　) A．NaOH B．KOH C．Ca(OH)2 D．Al(OH)3 2．同温同压下，等体积的CO和CH4分别在足量O2中完全燃烧，消耗氧气的体积比为(　　) A．2∶1 B．1∶2 C．4∶1 D．1∶4 3．取A、B、C三种物质各16 g混合加热，充分反应后混合物中有12 g A、27 g C和一定质量的D，且B完全反应。若A、B、C、D的摩尔质量分别为16 g·mol－1、32 g·mol－1、44 g·mol－1、18 g·mol－1，则该反应的化学方程式可能为(　　) A．A＋B===C＋2D B．A＋2B===C＋2D C．A＋B===2C＋D D．A＋B===C＋2D 4．已知碳酸铜的化学性质与碳酸钙相似。现有一定量的碳酸铜与碱式碳酸铜混合均匀，分成两等份；其中一份与730 g质量分数为20%的盐酸混合，充分搅$$