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专题十 元素及其化合物知识的综合运用
考纲再现
1、掌握无机元素化合物基础知识和基本理论、基本概念
2、掌握元素化合物间相互转化关系
3、培养学生的思维能力和综合解题能力
主干知识整合
1．既能与强酸溶液反应又能与强碱溶液反应的物质
(1)金属单质：Al
(2)两性物质：两性氧化物如Al2O3，两性氢氧化物如Al(OH)3、氨基酸等。
(3)弱酸弱碱盐：如(NH4)2CO3、CH3COONH4等。
(4)弱酸的酸式盐：如NaHCO3、Ca(HCO3)2、NaHSO3等
2．置换反应的类型
（1）金属→金属
如 Fe ＋Cu2＋ === Fe2＋＋Cu， 2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe
（2）金属→非金属
①固态金属气态非金属
如：Zn＋2H＋ === Zn2＋＋H2↑，
2Na＋2 H2O　===2NaOH＋H2↑，
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
②固态金属→固态非金属如：2Mg＋CO2　　2MgO＋C
（3）非金属→非金属
①固态非金属→固态非金属
如：2C＋SiO2 Si＋2CO↑
②固态非金属→气态非金属如：C＋ H2O(g)CO＋ H2
③气态非金属→固态非金属
如：Cl2＋2KI === 2KCl＋I2， Cl2＋H2S === 2HCl＋S↓
O2＋4HI === 2I2＋ H2O
④ 气态非金属→气态非金属如：2F2＋2H2O===4HF＋O2
⑤气态非金属→液态非金属如：Cl2＋2HBr === 2HCl＋Br2
（4）非金属→金属
如：C＋CuO Cu＋CO↑，3H2＋Fe2O3 2Fe＋3H2O
3.分步氧化的几种情况
在中学化学中，常见的分步氧化如下：
A 　 B C
（1）掌握一些特别的连续变化关系
①
a
b
c
d
②RCH2OH　　　RCHO　　　RCOOH
（2）交叉型转化：
（3）三角形转化：
　　
4．几种特殊转化关系：
（1）归中型转化：
A+B C, A.B.C中含有同种元素，C为单质，则C一定是非金属单质，C可能是S(A.B可以为H2S，SO2)，或者N2(A.B可以为NH3，NO或者NH3，NO2)
（2）岐化型转化：
A+D B + C，A.B.C中含有同种元素，则A可能为CI2等卤素单质或单质S 、及Na2O2 ，NO2等。
（3）A
A可能弱酸的铵盐：(NH4)2CO3或NH4HCO3 ；(NH4)2S或NH4HS；(NH4)2SO3、NH4HSO3等。若B，C为同种物质，则A可能为Al。
例题讲解
例1. 下图表示各物质之间的转化关系，其中A、B、C、G为单质。②为工业生产中常见反应，E是一种具有漂白作用的盐，Y易潮解，M是一种两性化合物，L是一种白色沉淀。
试回答下列有关问题：
（1）M的化学式 ，Y在实验室中的用途 （列举一例）。
（2）X的熔点为801℃，实际工业冶炼中常常加入一定量的Y共熔，猜想工业上这样做的目的： 。工业生产中，还常常利用电解X和F的混合物制取 。
（3）反应②的化学方程式是___________。
（4）反应④的离子反应方程式是 。
【解析】根据E是一种具有漂白作用的盐，Y易潮解，判断E为Ca（ClO）2，Y为CaCl2，则A和D为氯气和氢氧化钙，F为水，M为氧化铝，L为氢氧化铝。
例2.下图是无机物A～M在一定条件下的转化关系（部分产物及反应条件未列出）。其中，I是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属，K是一种红棕色气体。
请填写下列空白：
（1）在周期表中，组成单质G的元素位于第__________周期_________族。
（2）在反应⑦中氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________________。
（3）在反应②、③、⑥、⑨中，既属于化合反应又属于非氧化还原反应的是_________
（填写序号）。
（4）反应④ 的离子方程式是：_______________________________________
( 5 ）将化合物D 与KNO3、KOH 共融，可制得一种“绿色”环保高效净水剂K2FeO4 （高铁酸钾）．同时还生成KNO2和H2O 。该反应的化学方程式是：____________________________。
【解析】解推断题的关键是找“题眼”。K是一种可由氧气与L反应得到的红棕色气体，可推知K是NO2，再推出J溶液为硝酸溶液。由可推知A为SO2，B为SO3，C为H2SO4，由FeS2的煅烧可知D为铁的氧化物，由反应⑤⑥可推出：E为Fe(OH)3,D为Fe2O3，结合I是由第三周期元素组成的单质中熔点最高的金属，可得I为Al，根据铝热反应及题中信息G为单质得G为Fe，H为Al2O3,，则M为Fe(NO3)2或Fe(NO3)3，又M能与C溶液反应（H2SO4）反应，则M只能是Fe(NO3)2。
考题再现
1．能实现下列物质间直接转化的元素是w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
A. 硅 B. 硫 C. 铜 D. 铁
2．（09浙江卷28）单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硫、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450-500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
a.四氯化硅遇水极易水解；
b.硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c.有关物质的物理常数见下表：
物质[来源:21世纪教育网] SiCl4 BCl3 AlCl3 FeCl3 PCl5
沸点/℃ 57.7 12.8 － 315 －
熔点/℃ -70.0 -107.2 － － －
升华温度/℃ － － 180 300 163
请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式 。
（2）装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 ；装置E中的h瓶需要冷却理由是 。
（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是 （填写元素符号）。
（4）为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，是铁元素还原成Fe2+ ，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式是：
5Fe2＋＋MnO4－＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O
①滴定前是否要滴加指示剂？ （填“是”或“否”），请说明理由 。
②某同学称取5.000g残留物，预处理后在容量瓶中配制成100ml溶液，移取25.00ml，试样溶液，用1.000×10-2mol· L-1KMnO4标准溶液滴定。达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00ml,则残留物中铁元素的质量分数是 。21世纪教育网
3．（09海南卷13）有关物质存在如图所示的转化关系(部分产物已省略)。通常C为气体单质，G为紫黑色固体单质。实验室中，常用固体E在B的催化下加热制取气体单质H。
请回答下列问题：
(1)反应①的化学方程式为
(2)反应②的离子方程式为
(3)写出另外一种实验室制取H的化学方程式
(4)D溶液与Pb(NO3)2溶液混合可形成沉淀，此沉淀的Ksp=7.0×10—9。将等体积的D溶液与Pb(NO3)2溶液混合，若D的浓度为1×10—2mo1/L ，则生成沉淀所需Pb(NO3)2溶液的最小浓度为 。
4．（09宁夏卷37）请回答氯碱的如下问题：
（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品。理论上k＝_______（要求计算表达式和结果）;
（2）原料粗盐中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na2CO3、②HCl（盐酸）③BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是______________（填序号）
（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离
子通过。
[来源:21世纪教育网
①图中X、Y分别是_____、_______（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a％与b％的大小_________;
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：______; 负极：_____;
③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）____________、____________。
跟踪训练
1．有一种白色粉末由等质量的两种物质混合而成，分别取适量该白色粉末置于三支试管中进行实验。
（1）逐滴加入6mol·L-1盐酸，同时不断振荡试管，有气泡产生，反应结束后得到无色透明溶液
（2）加热试管中的白色粉末，试管口有水滴凝结
（3）逐滴加入6mol·L-1硫酸，同时不断振荡试管，有气泡产生，反应结束后试管中还有白色不溶物
下列混合物中符合以上实验现象的是（ ）
A．NaHCO3、AgNO3 B．BaCl2、MgCO3
C．NH4HCO3、MgCl2 D．CaCl2·6H2O、Na2CO3
2．对某酸性溶液（可能含有Br－，SO42－，H2SO3，NH4＋）分别进行如下实验：
①加热时放出的气体可以使品红溶液褪色
②加碱调至碱性后，加热时放出的气体可以使润湿的红色石蕊试纸变蓝；
③加入氯水时，溶液略显黄色，再加入BaCl2溶液时，产生的白色沉淀不溶于稀硝酸
对于下列物质不能确认其在溶液中是否存在的是（ ）
A．Br－ B．SO42－ C．H2SO3 D．NH4＋
3．某白色固体可能由①氯化铵，②氯化铝，③氯化钠，④硝酸银，⑤氢氧化钾中的一种或几种组成，此固体投入水中得到澄清溶液，该溶液可使酚酞呈红色，若向溶液中加稀硝酸到过量，有白色沉淀生成。对原固体的判断不正确的是（ ）
A．肯定不存在② B．至少存在②和⑤
C．无法确定是否存在③ D．至少存在①、④、⑤
4．A是一种常见的单质，B、C为中学常见的化合物，A、B、C均含有元素X。它们有如下转化关系（部分产物及反应条件已略去）；下列判断正确的是 （ ）
A．X元素可能为Al
B．X元素一定为金属元素
C．反应①和②互为可逆反应
D．反应①和②一定为氧化还原反应
5．A、B、C是三种短周期元素的单质，甲、乙是两种常见的化合物。这些化合物和单质之间存在如下图所示的关系。[21世纪教育网
据此判断：
（1）在甲、乙两种化合物中，不含有组成A元素的化合物是_________，不含组成B元素的化合物是_______________（用“甲”、“乙”填写）。
（2）单质A是_____________（填“金属”、“非金属”或“既可以是金属又可以是非金属”）。21世纪教育网
（3）若单质A是___________，则单质B、C分别是______________；若单质A是________，则单B、C分别是_____________；若单质A是___________，则单质B、C分别是________________。
6．下列关系图中，A是一种正盐，D的式量比C大16，E是酸。当X无论是强酸还是强碱时都有如下关系：
当X是强酸时，A、B、C、D、E均含同一种元素；当X为强碱时，A、B、C、D、E均含有另一种元素。回答下列问题（用化学式填写）：
（1）A是　　　　　　，Y是　　　　　　，Z是　　　　　　
（2）当X是强碱时，E是　　　　　　；　　当X是强酸时，E是　　　　　　　
（3）写出A与X反应的离子方程式：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
7．有A、B、C、D四种单质，在一定的条件下B可以分别和A、C、D化合生成化合物甲、乙、丙，C和D化合生成化合物丁。已知甲、乙丙每个分子中分别含有10个电子。请填空：
(1)单质D的化学式为　　　　　　，
(2)单质A和化合物乙发生反应的化
学方程式是
单质C和化合物丙发生反应的化学方程式
是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　
(3)试根据化合物丙、丁中D元素的化合价，判断丙和丁能否在一定条件下发生反应生成D单质。若认为能反应，写出它的反应化学方程式；若认为不能反应，我们要说明理由。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
8．固体单质A发生的一系列变化如下图所示：
(1)固体A为　　　　　　　；
　a溶液为　　　　　　　　；
　沉淀E为　　　　　　　。
(2)写出固体A与a溶液反应的化学方程式：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
9． A、B、C、D、E、F六种物质在一定条件下有如下图所示的相互转化关系，所有反应物和生成物均已给出：
(1)若反应①、②、③ 均为水溶液中的置换反应，且 A、D、E为卤素单质，则 A、D、E的氧化性由强到弱的顺序为 ，其中 A 的化学式是 。
(2)若B是水，C是一种有磁性的化合物，E是一种无色的有毒气体，则反应①的化学方程式是 ；
(3)若B为一种黄色固体，绿色植物的光合作用和呼吸作用可实现自然界中的D和E的循环。则反应①的离子方程式是 ，在反应③中，若生成1mol D，则转移电子的物质的量为 。
10．A，B，C，D为四种常见金属化合物的水溶液，X为常见气态氢化物，Y为X的最终氧化产物的水溶液，将X分别通入A，B，C，D中，现象如下图所示。
（1）试确定A，B，X，Y是何种物质（只写化学式）：
A___________，B_________，X______________，Y_______________。
（2）写出下列反应的方程式
X与B反应的离子方程式：_______________________________。
白色沉淀转化为红褐色沉淀的化学方程式_______________________________。
E与C反应的离子方程式：___________________________________。
11．下图是中学化学中常见物质之间的一些反应关系，其中部分产物未写出。常温下X是固体，B和G是液体其余均为气体。根据图中关系推断：
（1）化学式X ；A ；B ；
（2）写出C→E的化学反应方程式 ；
（3）实验室收集气体D和F的方法依次是 法和 法。
12．A、X、Y、Z均为中学阶段常见的物质，它们的相互转化关系如图所示：
（1）若在通常情况下能发生如图所示转变关系，且常温下X为气态，A为非气态，Y. Z均为化合物，则X为 ，A为 （写化学式）
（2）若X+A→Y+Z在常温下能进行，Y→X在一定条件下进行，且A、Y为单质，则X为 ，A为 （写化学式）
（3）若X+A→Y+Z，Y→X均在一定条件下进行，且A、Y为单质，则符合关系的有：
（请填写 X. A 的化学式，可以不填满，也可以补充）21世纪教育网
第一种 第二种 第三种 第四种 第五种
[来源:21世纪教育网
13．X、Y、Z分别是三种常见单质，Y是一种轻金属。M、N、R是常见的三种氧化物，其中R具有较高熔点，它们有如下反应关系（条件未标出，方程式未配平）：
（1）X+Z→M （2）M+X→N （3）M+Y→R+X
【1】组成X单质的元素在元素周期表中的位置是 ，比较Y和Z元素原子形成的单原子离子半径 （用离子符号表示）
【2】写出反应（3）的化学反应方程式 [来源:21世纪教育网]
【3】已知6克的X在常温常压下完全燃烧生成M时所放出的热量为196.75KJ，请写出X完全燃烧的热化学方程式：
【4】请写出N的一种用途：
临朐一中 石彦红 郎旭明
[21世纪教育网
专题十 参考答案
例题讲解
例1：（1）Al2O3；用作干燥剂
（2）降低X、Y熔化时的温度，节约能源；Cl2、H2和NaOH
（3）2Cl2＋2Ca(OH)2＝CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
（4）Al3＋＋3[Al(OH)4]-－＋6H2O＝4Al(OH)3↓
例2 ： (1)四(或4)；Ⅷ (2)1:2 (3)③ (4)3Fe2＋＋NO3－ ＋4H＋ = 3Fe3＋＋NO↑＋2H2O
(5)Fe2O3＋3KNO3＋4KOH2K2FeO4＋3KNO2＋2H2O。
考题再现
1.B【解析】：S与O2生成SO2，再与H2O生成H2SO3，可以与NaOH生成Na2SO3，B项正确。A项，SiO2不与水反应，错；C项中CuO，D项中Fe3O4均不与H2O反应，故错。
2.(1)MnO2 + 4H＋ + 2Cl－Mn2＋ + Cl2↑ + 2H2Owww.ks5.u.com
(2)平衡压强 浓硫酸 使SiCl4 冷凝 (3)Al、P、Cl
(4)①否；KMnO4溶液自身可作指示剂；②4.480%
【解析】：制备四氯化硅的原料为Cl2和Si。A装置为Cl2的制备装置，B、C装置为除杂装置。先用B除去HCl，再用C（浓H2SO4）除去H2O蒸气。Cl2通入粗硅中反应，用冷水将产生SiCl4冷凝即可。
（1）制取氯气用浓盐酸和MnO2在加热条件下反应。
（2）g管是将分液漏斗与烧瓶相连，则它们中的压强是相待的，这样便于盐酸能顺利滴下。SiCl4的沸点很低，只有57.7℃，而反应的温度达几百度，故需要冷凝收集。
（3）从物质的物理性质表可发现，AlCl3,FeCl3和PCl5均易升华，故还应还有Al、P、Cl元素。
（4）由于高锰酸钾本身是紫红色的，与Fe2＋反应时，可以褪色，故而可以作为指示剂。根据方程式可以找出关系，5Fe2＋~MnO4－ ,n(Fe)= 10-2×20×10-3×5×100/25 =4×10-3mol。W (Fe)= 4×10-3×56/5 ×100% =4.48%。
3.（1）MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
（2）6I－＋ClO3＋6H＋===3I2＋Cl－＋3H2O
（3）2H2O22H2O＋O2↑或2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑（其他合理答案也可）
（4）5.6×10-4mol·L-1
4.（1）k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89
（2）③①②
（3）①Cl2 H2 a％小于b％ ②O2+4e-+2H2O→4OH- H2+2OH-→2H2O+2e- ③燃料电池可以补充电解池消耗的电能；提高产出碱液的浓度；降低能耗（其他合理答案也可）
【解析】（1）只要了解电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑即可得到，k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89；
（2）只要抓住除钡离子要放在除碳酸根离子前即可得到顺序关系：③①②；
（3）本题突破口在于B燃料电池这边，通空气一边为正极（还原反应），那么左边必然通H2，这样Y即为H2 ；再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知唯一未知的就是X，必然为Cl2了；A中的NaOH进入燃料电池正极再出来，依据O2+4e-+2H2O＝4OH- 可知NaOH+浓度增大。
跟踪训练
1．D【解析】根据实验（1）可排除A组。根据实验（2）可排除B组。根据（3）分析C和D组，只有D组中的氯化钙可以跟硫酸反应留下的白色不溶物硫酸钙（硫酸钙微溶）。所以选D。
2．B
3．B【解析】最后得到碱性的澄清溶液，而且加稀硝酸到过量还有白色沉淀，原白色固体中至少应有氯化铵、硝酸银、氢氧化钾三种物质，无法确定氯化钠、氯化铝等物质是否存在。
4．D
5．（1）甲；乙。（2）单质A可以是金属也可以是非金属。（3）可以有多组答案（见思路精析）。
【解析】（1）从图中可发现下列反应关系：“单质B+单质C→化合物甲”，故甲中不含A元素；“单质A+单质C→化合物乙”，故乙中不含有B元素。
（2）从图示信息进行转换，可提炼出“单质A+ 化合物甲→单质B+化合物乙”该反应属置换反应。置换反应有如下几种情况：
第一种情况：金属单质置换出金属单质。结合铝热反应可获得下列各种可能：（a）A为铝、B为铁、C为氧气等（铝与金属氧化物如四氧化三铁、三氧化二铁、氧化铜、二氧化锰、五氧化二钒等多种氧化物进行的反应，因而可得出多组答案。但由于题中限定了是短周期元素，可排除这些可能性）。
第二种情况：非金属单质置换出非金属单质。结合一些反应实例可获得答案(b)A、B、C依次为（下同）Cl2、S、H2；(c)O2、S、H2；(d)F2、O2、H2。（还可进一步分析：反应中单质表现了何种性质？总结出：氧化性A>B。）这样，就可进而获得更多答案(e)Cl2、Br2、H2；(f)Cl2、I2、H2；(g)Br2、I2、H2；(h)I2 、S、H2；(I)C、H2、O2（制水煤气）；(j)C、Si、O2（工业上制硅）；(k)Br2、S、H2；(l)Cl2、N2、H2；(m)Si、H2、F2。
第三种情况：金属单质置换出非金属单质。(n)4）Mg、C、O2。
第四种情况：非金属单质置换出金属单质。(o)H2、Cu、O2；(p)H2、Fe、O2；(q)C、Cu、O2（由于铁、铜等不是短周期元素，所以不合题意）。
6.（1）(NH4)2S；O2；H2O　　(2)HNO3；H2SO4
NH4＋＋OH－＝NH3↑+H2O S2-+2H+=H2S↑
7.（1）N2；
（2）2F2＋2H2O＝4HF＋O2；4NH3＋5O2＝4NO＋6H2O
（3）能反应，4NH3＋6NO＝5N2＋6H2O
8.（1）Si；NaOH溶液；H2SiO3
（2）Si＋NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋H2↑
9.⑴ E > A > D ；Br2
⑵ 3 Fe + 4H2O Fe 3O4 + 4H2
⑶ 2Na2O2 + 2H2O ===4Na+ + 4OH - + O2↑ ；2 mol
10.(1)MgSO4 Fe2(SO4)3 H2S H2SO4
(2)2Fe3++S2-===2Fe2++S↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)2 HS-+OH-===S2-+H2O
11．（1）NH4HCO3 NH3 H2O
（2）2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2 （3）排水 向上排空气
12.(1)NO2 H2O; (2) H2O，Na;
(3) H2O,C; CO2,Mg ; SiO2 ,C; H2O,Fe; Fe3O4 , Al; CuO,H2 ; CuO,C
13.（1）第二周期ⅣA族 Mg2+ ＜O2-21世纪教育网
（2）CO2+2Mg===C+ 2MgO (3) 略。（4）燃料或还原剂
O2
O2
A
B
C
OH－
H+
②
①
A
正盐A
B
C
D
E
X
Y
Y
Z
乙
A
甲
C
丁
乙
常温
+丙
一定条件
A
B
F
C
D
E↓
+a溶液　
+O2
+a溶液　
盐酸过量　
白色沉淀　
B
A
C
D
E
F
E
B
A
①
②③
③
X
OH－
H+
A
B
C
B
Na2O2
D
E
F
G
Fe
微热
B
E
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