4-1 常见非金属单质及其化合物 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题四 常见无机物及其应用 第一节 常见非金属单质及其化合物 同步作业 一、基础题（共70分） （一）选择题（每题3分，共33分） 1. 下列非金属单质中，常用于焊接金属时作保护气的是（ ） A. 氧气 B. 氮气 C. 氯气 D. 氢气 2. 加工制造中，金属除锈常用的酸是稀盐酸，其主要成分HCl所属的化合物类型是（ ） A. 酸 B. 碱 C. 盐 D. 氧化物 3. 下列关于氯气（Cl₂）的性质与应用，说法错误的是（ ） A. 氯气具有强氧化性，可用于自来水消毒 B. 氯气能与水反应生成盐酸和次氯酸 C. 工业上用氯气与石灰乳反应制备漂白粉 D. 氯气无毒，可直接排放到空气中 4. 实验室制取二氧化碳（CO₂）的常用药品是（ ） A. 碳和氧气 B. 碳酸钙和稀盐酸 C. 碳酸钠和稀硫酸 D. 碳酸氢钠和稀盐酸 5. 加工制造中，用于清洗油污的纯碱（Na₂CO₃），其水溶液呈碱性的原因是（ ） A. 纯碱是碱 B. 纯碱与水反应生成NaOH C. CO₃²⁻水解生成OH⁻ D. 纯碱直接电离出OH⁻ 6. 下列关于浓硫酸的性质，说法正确的是（ ） A. 浓硫酸具有吸水性，可用于干燥氨气 B. 浓硫酸具有脱水性，可使纸张变黑 C. 浓硫酸具有挥发性，打开试剂瓶有白雾 D. 浓硫酸可直接稀释后用于金属除锈 7. 焊接时，NH₄Cl溶液作助焊剂，利用其水解生成的哪种物质溶解金属氧化物（ ） A. NH₃·H₂O B. HCl C. NaCl D. H₂O 8. 下列反应中，属于非金属单质与化合物反应的是（ ） A. 铁与稀盐酸反应 B. 氯气与氢氧化钠溶液反应 C. 碳酸钙与稀盐酸反应 D. 碳与二氧化碳反应 9. 加工制造中，废水处理常用漂白粉（有效成分为Ca(ClO)₂）消毒，其消毒原理是（ ） A. 吸附作用 B. 氧化作用 C. 中和作用 D. 沉淀作用 10. 下列关于二氧化硫（SO₂）的说法，错误的是（ ） A. SO₂是酸性氧化物，可与碱反应 B. SO₂具有漂白性，可用于漂白纸张 C. 工业上用SO₂制备硫酸 D. SO₂无毒，可随意排放 11. 下列化合物中，不能用于中和酸性废水的是（ ） A. 氢氧化钙 B. 碳酸钠 C. 硫酸 D. 氨水 （二）填空题（每空2分，共28分） 1. 常见的非金属单质有______、______、______（如O₂、N₂、Cl₂）等，它们的化学性质差异较大，有的具有氧化性（如Cl₂），有的具有还原性（如C）。 2. 盐酸（HCl）是______气体的水溶液，具有______性，可用于金属除锈，反应的化学方程式为Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O，该反应属于______反应（复分解反应）。 3. 浓硫酸具有三大特性：______、______、______；工业上常用浓硫酸作干燥剂，但不能干燥（如NH₃）等碱性气体。 4. 二氧化碳（CO₂）是______色无味的气体，能溶于水生成______（H₂CO₃），工业上可用于制备碳酸饮料，也可用于______（灭火，利用其不燃烧、不支持燃烧的性质）。 5. 加工制造中，漂白粉的有效成分是______（Ca(ClO)₂），其与水和CO₂反应生成______（HClO），具有漂白和消毒作用，反应的化学方程式为Ca(ClO)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃↓ + 2HClO。 6. 氨气（NH₃）是______色有刺激性气味的气体，极易溶于水，其水溶液称为______（氨水），呈碱性，可用于中和酸性废水。 （三）判断题（每题1分，共9分，对的打“√”，错的打“×”） 1. 非金属单质都具有氧化性，能与金属反应生成盐。（ ） 2. 稀盐酸和稀硫酸都能用于金属除锈，因为它们都能与金属氧化物反应。（ ） 3. 氯气用于自来水消毒时，会产生有毒的副产物，需控制用量。（ ） 4. 浓硫酸稀释时，应将水缓慢注入浓硫酸中，并不断搅拌。（ ） 5. 二氧化碳是导致温室效应的主要气体，但它也是重要的工业原料。（ ） 6. 氨水能使酚酞溶液变红，说明氨水是强碱。（ ） 7. 漂白粉的漂白效果在酸性条件下更好，因为HClO的氧化性更强。（ ） 8. 工业上用煅烧石灰石（CaCO₃）的方法制取CO₂，反应的化学方程式为CaCO₃==CaO + CO₂↑。（ ） 9. 二氧化硫能使品红溶液褪色，褪色后的溶液加热后不会恢复红色。（ ） 二、提升题（共30分） （一）实验设计题（10分） 加工制造中，需验证稀盐酸、稀硫酸的除锈能力及浓硫酸的脱水性，设计实验方案如下： 1. 实验目的：① 对比稀盐酸和稀硫酸的除锈效果；② 验证浓硫酸的脱水性； 2. 实验原理：① 金属氧化物与酸反应（Fe₂O₃ + 酸 → 盐 + 水）；② 浓硫酸使有机物脱水炭化； 3. 所需仪器和药品： 仪器：______、______、______、______、______； 药品：生锈的铁钉（3枚）、10%稀盐酸、10%稀硫酸、98%浓硫酸、蔗糖、蒸馏水、试管、胶头滴管； 4. 实验步骤： ① 对比除锈效果： 取2支试管，分别标记为A、B，各放入1枚生锈的铁钉； 向A试管中加入10mL 10%稀盐酸，向B试管中加入10mL 10%稀硫酸，观察并记录铁钉表面锈层脱落的______和______； 反应一段时间后，取出铁钉，观察铁钉表面是否有腐蚀痕迹； ② 验证浓硫酸的脱水性： 取1支试管，加入2g蔗糖，滴加3mL 98%浓硫酸，用玻璃棒搅拌； 观察试管内的现象：蔗糖逐渐______，产生______气体，试管壁发热； 5. 实验现象与结论： ① 除锈效果：A、B试管中铁锈均逐渐溶解，溶液分别变为______色（FeCl₃溶液黄色，Fe₂(SO₄)₃溶液黄色），说明稀盐酸和稀硫酸都能除锈；若A试管除锈速率更快，说明______的除锈效果更好； ② 脱水性：蔗糖炭化变黑，证明浓硫酸具有______性，该过程是______（填“物理”或“化学”）变化； 6. 注意事项： ① 浓硫酸具有强腐蚀性，操作时需佩戴橡胶手套，避免接触皮肤； ② 除锈后的铁钉需用蒸馏水冲洗干净，防止残留酸腐蚀金属； 7. 拓展应用：工业上除锈为何常用稀盐酸而非稀硫酸？（从反应产物溶解性角度分析）。 （二）分析题（10分） 1. 加工制造中，焊接金属时常用氮气作保护气，而不用氧气或氢气，分析原因（结合三种气体的化学性质）；若焊接时氮气供应不足，可用什么气体替代？说明理由； 2. 某车间产生的酸性废水含有HCl和FeCl₃，需处理达标后排放。分析处理该废水的两步操作：① 中和酸性；② 除去Fe³⁺。选择合适的试剂（从成本、环保角度），写出相关反应的化学方程式，说明操作顺序的理由； 3. 浓硫酸在工业上有广泛应用，如制备化肥、精炼石油等，但在使用过程中需注意安全。分析浓硫酸可能造成的安全隐患（从腐蚀性、脱水性、氧化性角度），提出相应的安全防护措施。 （三）计算题（10分） 1. 加工制造中，用100mL 1mol/L的稀盐酸除锈，恰好完全反应去除铁钉表面的Fe₂O₃（假设铁锈只有Fe₂O₃），计算： （1）参与反应的HCl的物质的量； （2）铁钉表面Fe₂O₃的质量（Fe₂O₃摩尔质量160g/mol）； （3）若改用1mol/L的稀硫酸除锈，需要稀硫酸的体积（写出计算过程）； 2. 工业上用氯气与石灰乳反应制备漂白粉，反应的化学方程式为2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = CaCl₂ + Ca(ClO)₂ + 2H₂O。若制备1kg含Ca(ClO)₂ 50%的漂白粉，计算： （1）需要Cl₂的物质的量（Ca(ClO)₂摩尔质量143g/mol）； （2）生成CaCl₂的质量； （3）若氯气的利用率为80%，实际需要氯气的质量（Cl₂摩尔质量71g/mol）（写出计算过程）； 3. 用氨水中和100L pH=2的酸性废水（主要含HCl），使废水pH调节至7，计算需要浓度为1mol/L的氨水的体积（假设中和过程中溶液体积不变，25℃时Kw=1×10⁻¹⁴）（写出计算过程）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. B 2. A 3. D 4. B 5. C 6. B 7. B 8. D 9. B 10. D 11. C （二）填空题 1. 氧气（O₂）；氮气（N₂）；氯气（Cl₂）（其他合理答案也可） 2. 氯化氢（HCl）；酸；复分解 3. 吸水性；脱水性；强氧化性；碱性气体 4. 无；碳酸（H₂CO₃）；灭火 5. 次氯酸钙（Ca(ClO)₂）；次氯酸（HClO） 6. 无；氨水 （三）判断题 1. ×（如C具有还原性） 2. √ 3. √ 4. ×（浓硫酸注入水中） 5. √ 6. ×（氨水是弱碱） 7. √ 8. √ 9. ×（加热后恢复红色） 二、提升题 （一）实验设计题 3. 仪器：试管；胶头滴管；玻璃棒；药匙；试管夹（或铁架台）； 4. 实验步骤： ① 速率；程度； ② 变黑；刺激性（或SO₂）； 5. 实验现象与结论： ① 黄；稀盐酸； ② 脱水；化学； 6. 拓展应用：稀盐酸与铁锈反应生成的FeCl₃易溶于水，能及时脱离金属表面，不影响后续反应；稀硫酸与铁锈反应生成的Fe₂(SO₄)₃溶解度较小，可能附着在金属表面，阻碍反应继续进行，因此工业上常用稀盐酸除锈。 （二）分析题 1. 原因：氮气化学性质稳定，在加热条件下不与金属反应，能隔绝空气防止金属氧化；氧气具有助燃性，加热时会与金属反应生成氧化物，影响焊接质量；氢气易燃易爆，焊接时高温易引发爆炸，安全性差。替代气体：氩气（Ar），氩气是稀有气体，化学性质极稳定，不与金属反应，可作为保护气（或氦气等稀有气体）； 2. 试剂选择：中和酸性用石灰乳（Ca(OH)₂），除去Fe³⁺用石灰乳（调节pH使Fe³⁺沉淀）。反应方程式：① 中和酸性：Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O；② 除去Fe³⁺：FeCl₃ + 3Ca(OH)₂ = Fe(OH)₃↓ + 3CaCl₂。操作顺序：先中和酸性，后除去Fe³⁺；理由：Fe³⁺在酸性条件下不易沉淀，中和酸性后调节pH至3-4，Fe³⁺可完全转化为Fe(OH)₃沉淀，若先除Fe³⁺，酸性条件下沉淀不完全，且过量石灰乳会先中和酸，浪费试剂； 3. 安全隐患：① 腐蚀性：接触皮肤会导致灼伤，腐蚀设备；② 脱水性：接触有机物（如纸张、皮肤）会使其炭化，造成伤害；③ 氧化性：与金属反应可能产生易燃气体（如H₂），与还原剂反应可能引发爆炸。防护措施：① 操作时佩戴橡胶手套、护目镜，穿耐腐蚀实验服；② 稀释浓硫酸时严格遵循“酸入水”原则，缓慢搅拌；③ 储存时密封，远离有机物、还原剂和易燃易爆物；④ 配备应急处理设备，如稀碳酸氢钠溶液（中和浓硫酸）、清水（冲洗皮肤）。 （三）计算题 1. 解：（1）n(HCl)=c×V=1mol/L×0.1L=0.1mol； （2）根据反应Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O，n(Fe₂O₃)=n(HCl)/6=0.1mol/6≈0.0167mol，m(Fe₂O₃)=0.0167mol×160g/mol≈2.67g； （3）稀硫酸与Fe₂O₃反应：Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O，n(H₂SO₄)=3n(Fe₂O₃)=3×0.0167mol≈0.05mol，V(H₂SO₄)=0.05mol÷1mol/L=0.05L=50mL； 答：（1）0.1mol；（2）≈2.67g；（3）50mL。 2. 解：（1）1kg漂白粉中Ca(ClO)₂的质量=1000g×50%=500g，n(Ca(ClO)₂)=500g÷143g/mol≈3.497mol；根据反应方程式，n(Cl₂)=2n(Ca(ClO)₂)=2×3.497mol≈6.994mol； （2）n(CaCl₂)=n(Ca(ClO)₂)=3.497mol，m(CaCl₂)=3.497mol×111g/mol≈388.2g； （3）理论需要Cl₂的质量=6.994mol×71g/mol≈496.6g，实际需要Cl₂的质量=496.6g÷80%≈620.8g； 答：（1）≈6.99mol；（2）≈388.2g；（3）≈620.8g。 3. 解：（1）pH=2的废水[H⁺]=0.01mol/L，n(H⁺)=0.01mol/L×100L=1mol； （2）氨水与HCl反应：NH₃·H₂O + HCl = NH₄Cl + H₂O，n(NH₃·H₂O)=n(H⁺)=1mol； （3）需要氨水的体积=1mol÷1mol/L=1L； 答：需要氨水的体积为1L。 学科网（北京）股份有限公司 $