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第三章 物质的性质与转化
章末复习课
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章末检测卷(三)
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[核心素养]
本章学习促进学生“科学探究与创新思维”和“科学精神与社会责任”化学学科核心素养的进一步发展。“科学探究与创新思维”素养发展点:发展物质性质及其转化的实验探究能力,从单一物质的多角度性质探究到一组物质的多角度性质及其转化的探究。“科学精神与社会责任”素养发展点:充分依据物质性质及其化学反应,综合各个方面科学合理地选择和应用物质,尽量减少对自然、环境、人体健康的影响,自主地将可持续发展、绿色化学观念应用于实验探究活动和实际问题的解决中。
通过本章学习,应该做到:
(1)能利用铁、硫、氮及其化合物的性质和转化关系,设计制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案。能从物质类别和元素价态变化的视角说明转化路径。能分析实验室、生产生活中的实际问题。
(2)能从物质类别、元素价态的角度,依据复分解反应和氧化还原反应原理,预测陌生的含铁、硫、氮等元素的物质性质及其转化,设计实验进行初步验证,并能分析、解释有关实验现象。
(3)能根据铁、硫、氮及其化合物的性质分析实验室、生产、生活以及环境中的某些常见问题,说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。能将实际问题转化为化学问题,设计并完成简单的实验,观察并客观记录现象,通过分析、推理获得实验结论。
(4)能说明铁、硫、氮及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。能有意识地运用所学的知识或寻求相关证据,参与社会性科学议题的讨论(如酸雨和雾霾防治、水体保护、食品安全等)。
任务一:铁的多样性
[网络构建]
铁及其重要化合物的转化关系
[习题评价]
1.据相关报道,2017年中国生铁产量为6. 69亿吨,需要消耗铁矿石10. 57亿吨。下列关于铁矿石的说法正确的是( )
A.赤铁矿的主要成分是Fe3O4
B.铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同
C.磁铁矿粉末溶于盐酸后,加入KSCN溶液,溶液变红色
D.FeO俗称铁红
解析:选C A项,赤铁矿的成分为Fe2O3;B项,铁矿石有很多种,不一定与铁锈主要成分(含Fe2O3)相同;C项,磁铁矿的主要成分为Fe3O4,溶于盐酸可产生+3价铁;D项,铁红为Fe2O3。
2.把铁片分别放入下列物质的溶液中,充分反应后,溶液质量比反应前减轻的是( )
A.CuSO4 B.Fe2 (SO4)3
C.HCl D.FeSO4
解析:选A 铁把铜置换出来,溶液质量减轻,A对;铁和Fe2(SO4)3反应,溶液质量增加,B错;Fe置换出H2,溶液质量增加,C错;Fe与FeSO4不反应,溶液质量不变,D错。
3.将铁粉放入盐酸、MgCl2溶液、FeCl3溶液、CuCl2溶液组成的混合液中,充分反应后,铁粉有剩余,则此时溶液中含有的大量阳离子是( )
A.Cu2+和Fe2+ B.Fe2+和Mg2+
C.Fe3+和Fe2+ D.H+和Cu2+
解析:选B 混合溶液中加入铁粉依次发生如下反应:2Fe3++Fe===3Fe2+、Cu2++Fe===Fe2++Cu、2H++Fe===Fe2++H2↑,由于铁粉有剩余,故此时溶液中阳离子主要有Mg2+和Fe2+。
4.下列离子方程式正确的是( )
A.Fe跟FeCl3溶液反应:Fe+Fe3+===2Fe2+
B.Fe跟稀盐酸反应:2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑
C.FeCl2溶液跟Cl2反应:Fe2++Cl2===Fe3++2Cl-
D.Fe(OH)3跟盐酸反应:Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
解析:选D A中电荷不守恒,应为Fe+2Fe3+===3Fe2+;B 中违反反应事实,应为Fe+2H+===Fe2++H2↑;C中得失电子、电荷均不守恒,应为2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-。
任务二:硫的转化
[网络构建]
硫及其化合物的转化关系
[习题评价]
5.加热硫酸亚铁固体可发生如下反应:2FeSO4 eq \o(=====,\s\up7(△))Fe2O3+SO2↑+SO3↑。若将此反应生成的足量气体通入BaCl2溶液中,则( )
①析出BaSO3沉淀 ②析出BaSO4沉淀 ③逸出SO3气体 ④逸出SO2气体
A.①② B.②④
C.①③ D.③④
解析:选B SO2、SO3的混合气体溶于水,发生反应:SO3+H2O===H2SO4,同时放出大量的热,使SO2的溶解度减小而逸出,又由H2SO4+BaCl2===BaSO4↓+2HCl知,析出的沉淀只能为BaSO4,在酸性溶液中不可能产生BaSO3沉淀。
6.下列关于硫的叙述正确的是( )
A.S的非金属性较强,所以只以化合态存在于自然界
B.S与碱液反应时,S只表现还原性
C.硫与金属或非金属单质反应均作为氧化剂
D.1.6 g硫与6.4 g铜反应能得到8.0 g纯净硫化物
解析:选D 元素在自然界的存在形式不能以非金属性强弱作为判定依据,在自然界仍存在游离态的S,A项不正确。S与碱液反应时,S既表现氧化性又表现还原性,B项不正确。硫与氧气反应时显还原性,C项不正确。硫与铜反应生成硫化亚铜:
2Cu + S eq \o(=====,\s\up15(△)) Cu2S
128 32 160
6.4 g 1.6 g 8.0 g 故D项正确。
7.如图所示甲~丁四种物质均含有同一种元素,甲是单质或气态氢化物,丁是该元素最高价氧化物对应的水化物,则甲~丁四种物质中共同含有的元素可能是( )
A.Cl B.Fe
C.C D.N
解析:选D 根据分析可知丁是一种强酸,排除B项(最高价氧化物对应的水化物是碱);C项,最高价氧化物对应的水化物是弱酸;Cl的气态氢化物不能被氧气氧化,Cl2不能通过两步反应生成最高价氧化物,则排除A项;甲为N2或NH3,乙为NO,丙为NO2,丁为HNO3,故D项正确。
8.某研究人员按如图所示流程进行“燃煤烟气的脱硫研究”。实验中,SO2和O2的混合气体连续通入,水和铁在起始时一次性加入,反应液多次循环。
(1) Ⅰ中吸收过程温度不宜过高,可能的原因是___________________
(2)Ⅰ中发生反应的化学方程式是2SO2 +2H2O+O2===2X,则X的化学式是 。
(3)Ⅱ中发生反应的化学方程式是______________
(4)随着反应液流入Ⅰ中,吸收液中X的生成速率明显加快,其原因可能是________________
(5)经过多次循环后,反应液可以用来制备FeSO4·7H2O,它在医疗上常用于治疗 (选填字母)。
A.甲状腺肿大 B.佝偻病
C.龋齿 D.贫血症
解析:(1)温度升高,气体的溶解度减小,则Ⅰ中温度不宜过高的原因是温度太高,SO2的溶解度减小,吸收效果不好;(2)反应2SO2+2H2O+O2===2X遵循原子守恒,反应后一个X的组成为2个氢原子、1个硫原子、4个氧原子,故化学式为H2SO4;(3)Ⅱ中Fe与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气:Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑;(4)吸收液中X的生成速率明显加快,其原因可能是生成的Fe2+对亚硫酸被氧化生成硫酸的反应起催化作用;(5)FeSO4·7H2O中含铁元素,可治疗贫血症。
答案:(1)温度太高,SO2的溶解度减小,吸收效果不好
(2)H2SO4 (3)Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
(4)生成的Fe2+对亚硫酸被氧化生成硫酸的反应起催化作用
(5)D
9.甲、乙、丙三位同学各设计了一个实验,结果各自都认为自己的试样中含有SO eq \o\al(2-,4)。
甲的实验为 eq \x(试样A(无色溶液))
eq \o(―――→,\s\up15(加BaCl2))
eq \x(白色沉淀)
eq \o(―――→,\s\up15(加足量稀盐酸))沉淀不溶解
(1)乙认为甲的实验不严谨,因为试样A中若含有 (仅填一种离子),也会有此现象。
乙的实验为 eq \x(试样B(无色溶液))
eq \o(―――→,\s\up15(加Ba(NO3)2溶液))
eq \x(白色沉淀)
eq \o(―――→,\s\up15(加足量稀硝酸))沉淀不溶解
(2)丙认为乙的实验也不严谨,因为试样B中若含有 (仅填一种离子),也会有此现象。
丙的实验为 eq \x(试样C(无色溶液))
eq \o(―――→,\s\up15(加试剂Ⅰ))
eq \x(现象Ⅰ)
eq \o(―――→,\s\up15(加试剂Ⅱ))
eq \x(现象Ⅱ)
(3)其中试剂Ⅰ是 ,现象Ⅰ是 ;试剂Ⅱ是 ,现象Ⅱ是 。(若你认为丙方案不合理,以上四空可以不填)
解析:(1)若溶液中有Ag+,加入BaCl2溶液后会发生Ag++Cl-===AgCl↓,而AgCl是一种不溶于稀盐酸的白色沉淀。(2)若溶液中有SO eq \o\al(2-,3),加入Ba(NO3)2溶液后会发生反应Ba2++SO eq \o\al(2-,3)===BaSO3↓(白色),而加足量稀硝酸时,BaSO3会被氧化为白色的BaSO4,沉淀仍不溶解。(3)检验SO eq \o\al(2-,4)要排除诸多离子的干扰,正确的操作为先向试样中加入足量稀盐酸,若无白色沉淀生成,证明试样中无Ag+,
再向试样中(若有沉淀则取清液)滴加BaCl2溶液[不能用Ba(NO3)2溶液,因为若原试样中有SO eq \o\al(2-,3),加入足量盐酸后会生成SO2,而SO2在水中的溶解度较大,且在酸性条件下,SO2会被NO eq \o\al(-,3)氧化为SO eq \o\al(2-,4),又会与Ba2+结合生成难溶于酸的BaSO4白色沉淀]。
答案:(1)Ag+ (2)SO eq \o\al(2-,3) (3)稀盐酸 无白色沉淀BaCl2溶液 产生白色沉淀
10.焦亚硫酸钠(Na2S2O5)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小组进行如下实验:采用如图所示装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na2S2O5。
已知:装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为
Na2SO3+SO2===Na2S2O5。
(1) 装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为__________________
(2)要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,可采取的分离方法是 。
(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最合理的装置(夹持仪器已略去)为 (填序号)。
解析:(1)由装置Ⅱ中发生的反应可知,装置Ⅰ中产生的气体为SO2,亚硫酸钠与浓硫酸反应生成硫酸钠、二氧化硫和水,反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O。
(2)从装置Ⅱ中获得已析出的晶体,即分离固体与液体,应采取过滤的方法进行分离。
(3)装置a中为密闭环境,装置内压强增大易产生安全事故,且应将导管伸入稀氨水中,错误;装置b吸收二氧化硫能力较差,错误;装置c不能吸收二氧化硫,所以无法达到实验目的,错误;装置d中氢氧化钠与二氧化硫反应,可以吸收尾气,且能防止倒吸,正确。
答案:(1)Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)过滤 (3)d
任务三:氮的循环
[网络构建]
氮及其化合物的转化关系
[习题评价]
11.实验室可用下图装置干燥、储存气体R,多余的气体可用水吸收,则R是 ( )
A.NO2 B.NO
C.SO2 D.NH3
解析:选D 该装置中利用向下排空气法收集气体,则收集的气体密度应小于空气密度,且和氧气不反应,故D项符合题意。
12.铜粉放入稀硫酸中,加热后无明显现象。当加入一种盐后,铜粉溶解,溶液呈蓝色,同时有气体逸出。该盐是( )
A.Fe2 (SO4)3 B.Na2CO3
C.KNO3 D.FeSO4
解析:选C 铜与稀硫酸不反应,但加入KNO3后,由于溶液中有H+和NO eq \o\al(-,3)存在,故会发生反应:3Cu+8H++2NO eq \o\al(-,3)===3Cu2++2NO↑+4H2O,C正确。
13.下列各组离子在pH=1的溶液中,因发生氧化还原反应而不能大量共存的是( )
A.Na+、K+、ClO-、NO eq \o\al(-,3)
B.NH eq \o\al(+,4)、K+、SO eq \o\al(2-,3)、SO eq \o\al(2-,4)
C.Al3+、Fe2+、I-、NO eq \o\al(-,3)
D.Cu2+、Na+、S2-、SO eq \o\al(2-,4)
解析:选C pH=1的溶液显酸性,存在大量H+。A项,H+与ClO-生成弱酸HClO,不属于氧化还原反应;B项,H+与SO eq \o\al(2-,3)生成H2SO3,H2SO3分解得到SO2、H2O,不属于氧化还原反应;C项,酸性条件下,NO eq \o\al(-,3)分别将Fe2+、I-氧化成Fe3+、I2,属于氧化还原反应;D项,Cu2+、H+分别能与S2-反应生成CuS沉淀和H2S气体,不属于氧化还原反应。
14.三份铜粉分别与过量的稀硝酸、浓硝酸、热的浓硫酸反应后,收集到的气体在相同状况下体积相等,三份铜粉的质量比为(不考虑NO2转化为N2O4和反应生成气体的溶解)( )
A.3∶1∶2 B.3∶2∶2
C.1∶1∶2 D.2∶6∶3
解析:选A 相同状况下气体体积相等,即气体的物质的量相等,可分别设NO、NO2、SO2的物质的量为1 mol。由得失电子守恒可得关系 eq \f(3,2)Cu~NO, eq \f(1,2)Cu~NO2,Cu~SO2,生成1 mol气体消耗Cu的物质的量分别为 eq \f(3,2) mol、 eq \f(1,2) mol、1 mol,即在生成气体体积相同时消耗三份铜粉的质量比为 eq \f(3,2)∶ eq \f(1,2)∶1=3∶1∶2。
15.实验室制氨气常用以下两种方法:
①用固体Ca(OH)2和NH4Cl晶体反应制取;②用固体生石灰与浓氨水混合制取。请回答下列问题:
(1)写出用方法①制取氨气的化学方程式:_______________
(2)方法②能够制取氨气的原因是
(用化学方程式表示)。
(3)检验氨气是否收集满的方法是___________
(4)通常用于证明氨气极易溶于水的实验是 ;氨气溶于水显碱性,其原理是 (用化学方程式表示)。
(5)上述制氨气的方法中,有下列装置,如图所示,方法①应选用 方法②应选用 (填装置标号)。
解析:(5)A装置适用于固体与固体需要加热的反应;B装置适用于固体与液体(或液体与液体)不需要加热的反应;C装置适用于固体与固体需要加热的反应,但试管口应略向下倾斜;D装置适用于固体与液体(或液体与液体)需要加热的反应。
答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)2 eq \o(=====,\s\up15(△))CaCl2+2NH3↑+2H2O
(2)CaO+NH3·H2O===NH3↑+Ca(OH)2
(3)将湿润的红色石蕊试纸靠近瓶口,试纸变蓝,说明已收集满 (4)喷泉实验 NH3+H2ONH3·H2ONH eq \o\al(+,4)+OH-
(5)A B
16.用图示简易装置可以进行某些氮氧化物气体的制取、收集及性质检验。
(1) 实验前检查装置气密性的方法是______
(2) 拔掉试管a的橡胶塞,加入10 mL 6 mol·L-1稀硝酸和1 g薄铜片后,立即将带有导管的橡胶塞塞紧试管口,请写出试管a中发生反应的化学方程式:____________________
(3)从反应开始到反应结束,预计在试管a中可观察到的现象为_________________
(4)待试管c收集满气体后,用拇指堵住管口,将试管c从水槽中取出。接着将管口朝上,松开拇指,片刻后,再将管口堵住,慢慢将试管倒置于水槽中。此时可观察到的现象是________________
解析:(2)a试管中铜与稀硝酸反应,铜片溶解,生成无色的气体NO,反应的化学方程式为3Cu+8HNO3(稀)===Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。
(3)随着反应的进行,铜片逐渐溶解,溶液由无色变为蓝色,开始产生的NO会被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2,体系内的氧气被消耗完后,得到无色的气体。
(4)试管c收集到的气体是NO,遇空气中的氧气生成红棕色的NO2,再将试管倒置于水槽中,NO2与水反应会使试管内的液面上升,且气体由红棕色变为无色。
答案:(1)将导管b的下端浸入水中,用手握紧试管a,捂热后,导管口会有气泡冒出,松开手后,导管b中有一段水柱,则证明装置气密性良好(或其他合理答案)
(2)3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
(3)铜片逐渐溶解,有无色气泡产生,试管a上部先由无色变为红棕色,后又逐渐变为无色,试管a中的溶液由无色逐渐变为蓝色
(4)试管中水面会上升一段高度,气体由红棕色逐渐变为无色
$$