06 高考试题中对"H₂O"的考查-《中学生数理化》高考理化2025年2月刊

高考试题中对“H2O”的考查 ■河南省郑州市郑东新区外国语中学 赵委婉 水作为生活中最常见的物质,在化学反 应中不仅能充当溶剂,分散溶质,促进反应快 速、充分地进行,还经常作为反应物,参与各 种化学反应。 在近年各地高考试题中,考查“水解”反 应的题目层出不穷。这些反应往往并非直接 源自教材,需要考生依据物质结构等理论知 识才能正确推出反应产物。本文总结了近年 来出现的相关高考试题,在高中化学知识层 面上,对这类反应的本质进行解析,以期能对 考生备考“陌生反应”有所帮助。 例 1 (2023·湖南)TiCl4 加入水中: TiCl4+(x+2)H2O􀪅􀪅TiO2·xH2O↓+ 4H++4Cl-。 解析:首先,水充当溶剂形成 TiCl4 溶 液。该体系中存在两种电离:TiCl4 􀪅􀪅Ti4+ +4Cl-,H2O􀜩􀜨􀜑 H++OH-。根据“异种电 荷相吸引”和“弱碱阳离子和OH-不共存”原 则,Ti4++4OH-􀪅􀪅Ti(OH)4↓。Ti(OH)4 发生分解反应,生成氧化物的结晶水合物 TiO2·xH2O,这种情况类似在钢铁发生吸 氧腐蚀生锈的过程中,Fe(OH)3 到Fe2O3· xH2O的转化。 2024年1月浙江高考也考查了TiCl4 与 H2O反应方程式的书写。 2023年福建高考甚至把以TiCl4 为原料 制备TiO2 设计成了一道综合实验大题。考 查水 解 生 成 的 胶 体 产 物,以 及 用 以 检 验 TiO2·xH2O沉淀是否洗净的试剂,后者其 实是对另一产物HCl的考查。题目如下: 某研究小组以TiCl4 为原料制备新型耐 热材料TiN。 图1 步骤一:TiCl4 水解 制备TiO2(实验装置如图 1,夹持装置省略),滴入 TiCl4,边搅拌边加热,使 混合液升温至80 ℃,保温 3小时。离心分离白色沉 淀TiO2·xH2O并洗涤,煅烧制得TiO2。 (1)三颈烧瓶中预置的稀盐酸可抑制胶 体形成,促进白色沉淀生成。TiCl4 水解生成 的胶体主要成分为 (填化学式)。 (2)判断TiO2·xH2O沉淀是否洗涤干 净,可使用的检验试剂有 。 2017年天津卷结合热化学对TiCl4 的水 解进行了考查。题目如下: 0.1 mol Cl2 与焦炭、TiO2 完全反应,生 成 一 种 还 原 性 气 体 和 一 种 易 水 解 成 TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28 kJ, 该反应的热化学方程式为 。 例 2 (2023·江苏)CaH2 与水反应: CaH2+2H2O􀪅􀪅Ca(OH)2+H2↑。 解析:电负性Ca<H,CaH2 中H为-1价。 H-与水电离的 H+ 结合,发生归中反应,生成 H2。Ca2+与OH-结合生成Ca(OH)2。一般情 况下,金属氢化物与水反应,皆能生成对应的碱 和氢气。在燃料电池中,LiH常被用作储氢材 料,遇水生成氢气,供给负极反应,利用的就是 LiH+H2O􀪅􀪅LiOH+H2↑的反应原理。 例 3 (2021·北京)用电石(主要成分 为CaC2,含CaS和Ca3P2 等)制取乙炔时,常 用CuSO4 溶液除去乙炔中的杂质。 CuSO4+H2S􀪅􀪅CuS↓+H2SO4 11PH3+24CuSO4+12H2O􀪅􀪅3H3PO4 +24H2SO4+8Cu3P↓ CaS、Ca3P2 发生水解反应的化学方程式 分别为CaS+2H2O􀪅􀪅Ca(OH)2+H2S↑, Ca3P2+6H2O􀪅􀪅3Ca(OH)2+2PH3↑。 解析:CaS、Ca3P2 中S、P元素显负价,与 水电离的 H+ 结合生成 H2S、PH3,Ca2+ 与 OH-结合生成Ca(OH)2。 例 4 (2020·海南)实验室制备C2H4 气体,能实现的是:CaC2 与 H2O混合。 解析:CaC2 与 H2O的反应,在教材中被 用于实验室制备C2H2。可以理解为显负价 的C元素与水电离的 H+ 结合生成烃,根据 22 解题篇 创新题追根溯源 高考理化 2025年2月 原子守恒,可推出该烃为C2H2。多种金属都 存在碳化物,如 Al4C3、Mg2C3、Na2C2 和TiC 等,有的像CaC2 一样能与水反应生成对应的 碱和烃,烃的化学式可由原子守恒推出,如 Al4C3 与水反应生成CH4,Mg2C3 与水反应 生成C3H4,Na2C2 与水反应生成C2H2。 例 5 (2023·重庆)NCl3 和SiCl4 均可发 生水解反应,其中NCl3 的水解机理示意如下: 判断:NCl3 和SiCl4 的水解反应机理是 否相同? 解析:本题给出了 NCl3 的水解机理,从 孤电子对数的角度考查NCl3 与SiCl4 水解反 应机理的异同。由题中反应历程可知,N原 子因具有一个孤电子对而能与水的 H 原子 结合,而Si原子无孤电子对,不能发生类似 结合。根据本文前面的分析,猜测SiCl4 水解 反应的机理为先断裂Si—Cl键和O—H键, 而后显正电性—Si与显负电性的—OH结合 生成 H4SiO4,显负电性—Cl与显正电性的 —H结合生成 HCl。H4SiO4 不稳定,可能进 一步失水生成 H2SiO3 甚至SiO2·xH2O。 例 6 (2021·海南)无水FeCl3 常作为 芳烃氯代反应的催化剂。某研究小组设计了 如下流程,以废铁屑(含有少量碳和SiO2 杂 质)为原料制备无水FeCl3(s)。 已 知:氯 化 亚 砜 ( SCl O 􀪅􀪅 Cl )熔 点 -101 ℃,沸点76 ℃,易水解。 反应D→E的化学方程式为 。 解析:由题干知 SCl O 􀪅􀪅 Cl易水解,根据电 负性O>S,Cl>S,可知中心原子S显+4价,O 和Cl显负价。所以S与负电性的—OH结合, 生成同价态的H2SO3,O和Cl与—H结合分别 生成H2O和HCl。H2SO3 不稳定,进而分解生 成SO2 和H2O。FeCl3·6H2O与SOCl2 反应本 质是结晶水与SOCl2 的反应。所以反应方程式 是FeCl3·6H2O+6SOCl2􀪅􀪅FeCl3+6SO2↑+ 12HCl↑。 例 7 (2021·浙江)关于化合物ClONO2 的性质,下列推测不合理的是( )。 A.具有强氧化性 B.与NaOH溶液反应可生成两种钠盐 C.与盐酸作用能产生氯气 D.水解生成盐酸和硝酸 解析:因为O的电负性最大,所以 O元 素显-2价,又因化合物的化合价之和为0, 且N元素最高价为+5价,可知Cl元素也应 显正价,正价的Cl尤其是+1价的Cl显强氧 化性,A项推测合理。根据化合价的正负,推 测ClONO2 与水反应的产物是Cl和N的含 氧酸盐,如 HClO、HNO3。若与NaOH溶液 反应,则进一步中和,生成两种钠盐。若与盐 酸反应,则进一步发生氯元素的归中反应,生 成Cl2,B、C项推断合理。Cl元素不显-1 价,水解不能生成盐酸,D项推断不合理。 例 8 (2019·天津)氮、磷、砷(As)、锑 (Sb)、铋(Bi)、镆(Mc)为元素周期表中原子 序数依次增大的同族元素。回答问题: SbCl3 能发生较强烈的水解,生成难溶的 SbOCl,写出该反应的化学方程式: ,因 此,配制SbCl3 溶液应注意 。 解析:在SbCl3 中金属元素锑(Sb)显正 价,Cl元素显负价,能与水电离出的显正价的 H+结合生成HCl。所以该反应的化学方程式 为SbCl3+H2O􀪅􀪅SbOCl↓+2HCl。配制该 物质的溶液时要注意:加盐酸抑制水解。 根据以上实例,不难发现,元素化合物的 性质与物质结构的知识密不可分。在水参与 的这些反应中,尤其要注意元素电负性的判 断,才能标出正确的化合价,进而推出正确的 产物。关于常见元素的电负性,总结如下: 1.常见金属<H<常见非金属元素(Si 除外)。因此有机物中,H 元素通常显+1 价,如CH4。而在SiH4 中,H元素显-1价。 金属氢化物,如NaH中,H元素也显-1价。 2.电负性前三名:F>O>Cl≈N。 (责任编辑 谢启刚) 32 解题篇 创新题追根溯源 高考理化 2025年2月