■湖南省長(zhǎng)沙縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 黃景華 張水強(qiáng)

最新的全國(guó)高考考試大綱明確指出:“了解常見(jiàn)金屬元素(如 Na、Mg、Al、Fe、Cu等)和常見(jiàn)非金屬元素(如 H、C、N、O、Si、S、Cl等)的單質(zhì)及其重要化合物的制備方法,掌握其主要性質(zhì)及其應(yīng)用?！睆慕鼛啄甑母呖荚囶}看,元素化合物知識(shí)滲入到了大部分試題中,是實(shí)驗(yàn)類(lèi)試題、工藝流程類(lèi)試題,乃至化學(xué)反應(yīng)原理類(lèi)試題的載體和素材;從考查熟悉的物質(zhì)悄悄地演變成考查陌生的物質(zhì),如近幾年高考考查的陌生物質(zhì)有H3BO3、LiFePO4、Na2S2O5、NaClO2、As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4、Na3AsO3等。這就要求我們復(fù)習(xí)時(shí)不僅要注意元素化合物基礎(chǔ)知識(shí)的儲(chǔ)備,更要注重從原子結(jié)構(gòu)和元素周期律(表)等學(xué)科核心素養(yǎng)層面掌握其性質(zhì)和應(yīng)用。

一、診斷基礎(chǔ)知識(shí),促進(jìn)有效落實(shí)

2016年高考全國(guó)Ⅰ卷第13題的題干中出現(xiàn)了“二元化合物”一詞,2014年高考全國(guó)Ⅰ卷第27題中出現(xiàn)了“一元中強(qiáng)酸”“正鹽”和“酸式鹽”等詞匯……在解析相關(guān)的高考試題時(shí),有不少同學(xué)對(duì)試題中出現(xiàn)的這些學(xué)科專(zhuān)業(yè)詞匯感到茫然。下面,把這些專(zhuān)業(yè)詞匯逐一鞏固。

1.厘清幾個(gè)重要的學(xué)科專(zhuān)業(yè)詞匯。

無(wú)機(jī)物:單質(zhì)和無(wú)機(jī)化合物的統(tǒng)稱(chēng)。(摘自《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》)

二元化合物:由兩種不同元素組成的化合物。

一元酸:一個(gè)酸分子最多只能電離出一個(gè)氫離子。(摘自“百度百科”)

中強(qiáng)酸:電離常數(shù)(Ka)在10-1～10-4之間的酸(pKa=1～4)。(摘自“百度百科”)

正鹽:既不含能電離的氫離子,又不含氫氧根離子的鹽。正鹽只含金屬陽(yáng)離子(或NH+4)和酸根離子。正鹽是酸和堿完全中和的產(chǎn)物,但正鹽的水溶液不一定顯中性。(摘自“百度文庫(kù)”)

酸式鹽:電離時(shí)產(chǎn)生的陽(yáng)離子除金屬離子(或NH+4)外還有氫離子,陰離子為酸根離子的鹽。(摘自“百度文庫(kù)”)

涉及到元素及其重要化合物推斷的高考試題已屢見(jiàn)不鮮,解答好這類(lèi)試題的前提是,能夠根據(jù)題意準(zhǔn)確地推斷出相應(yīng)的元素或者物質(zhì),這一般需要“調(diào)度”哪些基礎(chǔ)知識(shí)呢?

2.梳理元素及其化合物推斷的必備知識(shí)。

(1)理解常見(jiàn)單質(zhì)及其重要化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

①借助轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,定性掌握物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)?！痘瘜W(xué)1·必修》的“金屬及其化合物”和“非金屬及其化合物”兩章章末處的“歸納與整理”板塊,都有常見(jiàn)單質(zhì)及其重要化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,這些圖都比較充分地表現(xiàn)出了常見(jiàn)單質(zhì)及其重要化合物的化學(xué)性質(zhì),落實(shí)好了,應(yīng)用起來(lái)便能得心應(yīng)手。

②構(gòu)建定量關(guān)系,深入理解重要物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。以典型的兩性氫氧化物Al(OH)3為例,其電離過(guò)程為:

由此可見(jiàn),Al(OH)3若作酸參加反應(yīng)時(shí),它是一元弱酸,Al(OH)3若作堿參加反應(yīng)時(shí),它是三元弱堿。據(jù)此便可建立如下定量關(guān)系:

可知1molAl3+與足量OH-作用時(shí),最多消耗4molOH-。同理:

(2)了解滲透到有機(jī)化學(xué)中的一些無(wú)機(jī)物體現(xiàn)的性質(zhì)和用途,以及化學(xué)反應(yīng)。Cl2、Br2、Na、NaOH、Na2CO3、CO2、HNO3、H2SO4、H2S、CuSO4、NH3·H2O、AgNO3、KMnO4等無(wú)機(jī)物都在有機(jī)化學(xué)中有相關(guān)的應(yīng)用,這其中當(dāng)屬 Br2、NaOH、H2SO4和KMnO4應(yīng)用最為廣泛。近幾年的高考試題已經(jīng)涉及這些方面,要引起關(guān)注。

(3)了解常見(jiàn)金屬的活動(dòng)順序和常見(jiàn)非金屬單質(zhì)的活動(dòng)順序。常見(jiàn)金屬活動(dòng)順序:K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Sn＞Pb＞(H)＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt＞Au;常見(jiàn)非金屬單質(zhì)活動(dòng)順序:F2＞O2＞Cl2＞Br2＞I2＞S。識(shí)記這兩個(gè)順序關(guān)系,在進(jìn)行比較、分析、推斷一些物質(zhì)時(shí),往往能夠提供有效的幫助,尤其是在跟氧化還原反應(yīng)關(guān)聯(lián)度特別大的“電化學(xué)基礎(chǔ)”板塊,更可大顯其神功。

(4)彰顯原子結(jié)構(gòu)和元素周期律(表)對(duì)無(wú)機(jī)物的性質(zhì)和用途的理論支撐。原子的結(jié)構(gòu)決定了元素在周期表中的位置,也決定了元素的性質(zhì),借助“結(jié)構(gòu)—位置—性質(zhì)”三者的神秘關(guān)系,可比較順利地進(jìn)行元素的推斷。同理,常見(jiàn)元素的單質(zhì)及其重要化合物的結(jié)構(gòu),也決定了相應(yīng)物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),進(jìn)而決定了相應(yīng)物質(zhì)的用途等。利用這層關(guān)系推斷(或判斷)物質(zhì)的性質(zhì)和用途的高考試題早已層出不窮。

縱觀近幾年的高考試題,除了推斷類(lèi)型的試題,利用已經(jīng)給定物質(zhì)的性質(zhì)分析問(wèn)題,進(jìn)而解決問(wèn)題的試題也逐漸熱起來(lái)了,如2017年高考全國(guó)Ⅰ卷第27題的第(3)小題和2018年高考北京卷第26題的第(4)小題都考查了同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)——溫度稍高時(shí),因H2O2分解而使物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率降低。

3.對(duì)應(yīng)典型無(wú)機(jī)物的性質(zhì)與用途,性質(zhì)與基本實(shí)驗(yàn)操作。

H2O2可作氧化劑,但受熱易分解;當(dāng)H2O2遇到較強(qiáng)的氧化劑(如酸性KMnO4溶液)時(shí),H2O2也可作還原劑。NH3·H2O不穩(wěn)定,受熱易分解。NH3易液化,液氨常用作制冷劑,這在2017年高考全國(guó)Ⅰ卷第12題考查了。HF可刻蝕玻璃,這在2018年高考全國(guó)Ⅰ卷第12題考查了。復(fù)習(xí)H2O2、NH3·H2O、液氨、HF、ClO2、SO2等典型無(wú)機(jī)物的性質(zhì)時(shí),注意跟其用途對(duì)應(yīng)起來(lái),在分析和解答問(wèn)題時(shí)就不會(huì)有阻礙。

把無(wú)機(jī)物的性質(zhì)與一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作對(duì)應(yīng)起來(lái)考查,也已經(jīng)成為近年高考試題的新時(shí)尚,如2016年高考全國(guó)Ⅰ卷第26題第(1)小題的第②問(wèn),考查了吸收尾氣中的NH3要選擇那個(gè)倒扣漏斗的防倒吸裝置,因?yàn)镹H3極易溶于水;又如2018年高考天津卷第9題的第(3)小題,要求畫(huà)出裝有NaOH溶液的洗氣瓶,用于吸收含有NOx的尾氣。

會(huì)推斷元素或者物質(zhì),也會(huì)用“對(duì)應(yīng)”等方法分析和解決一些疑難問(wèn)題了,還得學(xué)會(huì)用化學(xué)語(yǔ)言(如化學(xué)方程式等)進(jìn)行規(guī)范表達(dá),而這個(gè)前提是能夠理解基本的化學(xué)方程式。

4.透析復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)兩大類(lèi)基本化學(xué)方程式。

就復(fù)分解反應(yīng)而言,酸、堿、鹽、氧化物之間的轉(zhuǎn)化要求非常熟練,這在最新的高考考試大綱中也是“理解”的能力層次要求,從其中還可以深挖出“強(qiáng)酸制弱酸”“強(qiáng)堿制弱堿”和競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)等基本規(guī)律。

就氧化還原反應(yīng)而言,首先,要熟悉常見(jiàn)元素的化合價(jià),能根據(jù)化合價(jià)正確書(shū)寫(xiě)化學(xué)式(分子式),或根據(jù)化學(xué)式判斷元素的化合價(jià)。其次,要了解常見(jiàn)的氧化還原反應(yīng),這當(dāng)然也包括《化學(xué)·選修4》中的H2C2O4溶液與KMnO4酸性溶液作用,Na2S2O3溶液與稀硫酸作用等在近幾年高考試題中已經(jīng)頻繁亮相的一些重要的氧化還原反應(yīng)(前者出現(xiàn)在2015年高考全國(guó)Ⅱ卷第13題中,后者出現(xiàn)在2017年高考全國(guó)Ⅰ卷第12題中)。再次,要熟練掌握常見(jiàn)氧化還原反應(yīng)方程式的配平和相關(guān)計(jì)算。

二、提升學(xué)科素養(yǎng),促進(jìn)思維發(fā)展

1.科學(xué)閱讀,引發(fā)思考。

欲解答好試題,讀懂題意,看清設(shè)問(wèn)是前提,否則,要么因無(wú)法對(duì)題目引發(fā)思考而造成不會(huì)解題或者胡亂地解題,要么因曲解設(shè)問(wèn)而導(dǎo)致解題時(shí)答非所問(wèn)。培養(yǎng)主動(dòng)去抓題干中和設(shè)問(wèn)中的關(guān)鍵詞的科學(xué)閱讀能力,往往會(huì)帶來(lái)三個(gè)方面的益處:其一是不會(huì)因答非所問(wèn)等非智力因素而造成丟分;其二是對(duì)于難度不是很大的試題,往往能夠借助幾個(gè)顯性的關(guān)鍵詞而迅速架構(gòu)好清晰的答題邏輯;其三是對(duì)于難度較大的試題,也需要借力一些關(guān)鍵詞來(lái)引發(fā)思考(這是什么→為什么這樣),甚至?xí)⑺季S引向更深處(怎樣做到的),進(jìn)而一些被命題人隱藏的信息和知識(shí)將逐一暴露出來(lái),這樣就可以解答好試題。

例1次磷酸(H3PO2)是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品,具有較強(qiáng)還原性?；卮鹣铝袉?wèn)題:

(1)H3PO2是一元中強(qiáng)酸,寫(xiě)出其電離方程式:____。

(2)H3PO2及NaH2PO2均可將溶液中的Ag+還原為銀,從而可用于化學(xué)鍍銀。

①H3PO2中,P元素的化合價(jià)為_(kāi)___。

②利用H3PO2進(jìn)行化學(xué)鍍銀反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為4∶1,則氧化產(chǎn)物為_(kāi)___(填化學(xué)式)。

③NaH2PO2為_(kāi)___(填“正鹽”或“酸式鹽”),其溶液顯____(填“弱酸性”“中性”或“弱堿性”)。

(3)H3PO2的工業(yè)制法是:將白磷(P4)與Ba(OH)2溶液反應(yīng)生成PH3氣體和Ba(H2PO2)2,后者再與H2SO4反應(yīng)。寫(xiě)出白磷與Ba(OH)2溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:___。

解析：(1)其關(guān)鍵詞是“一元酸”“中強(qiáng)酸”,一個(gè)H3PO2分子最多只能電離出一個(gè)H+,且將其視為弱酸,因此其電離方程式為,而且第(2)小題的第③問(wèn)的NaH2PO2為正鹽,其溶液顯弱堿性。(2)只要熟悉常見(jiàn)的H元素和O元素的化合價(jià),根據(jù)化學(xué)式H3PO2容易判斷出其中P元素的化合價(jià)為+1;主題干明示了H3PO2有較強(qiáng)的還原性,與Ag+反應(yīng)時(shí),Ag+作氧化劑,還原產(chǎn)物為 Ag,H3PO2作還原劑,即,依據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式中得失電子守恒容易判斷氧化產(chǎn)物中P元素的化合價(jià)為+5,氧化產(chǎn)物為H3PO4。(3)題干明示了該氧化還原反應(yīng)中與電子轉(zhuǎn)移直接相關(guān)的全部反應(yīng)物和生成物,因此這實(shí)際上是在考查氧化還原反應(yīng)方程式的配平。

答案：(1)

(2)①+1 ②H3PO4③正鹽 弱堿性

(3)2P4+3Ba(OH)2+6H2O==3Ba(H2PO2)2+2PH3↑

2.學(xué)會(huì)讀圖,思路暢通。

涉及“圖”的高考試題當(dāng)下正盛行,主要表現(xiàn)為化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖、電化學(xué)工作原理圖、坐標(biāo)圖像、圖表和化學(xué)工藝流程圖等形式,尤其是化學(xué)工藝流程圖以大題的形式連續(xù)出現(xiàn)在了最近兩年的高考試題中。訓(xùn)練并提高讀圖能力,方可確保解題思路暢通。

例2NaClO2是一種重要的殺菌消毒劑,也常用來(lái)漂白織物等,其一種生產(chǎn)工藝如下。

回答下列問(wèn)題:

(1)NaClO2中Cl的化合價(jià)為_(kāi)___。

(2)寫(xiě)出“反應(yīng)”步驟中生成ClO2的化學(xué)方程式:___。

(3)“電解”所用食鹽水由粗鹽水精制而成,精制時(shí),為除去 Mg2+和Ca2+,要加入的試劑分別為_(kāi)___、____。“電解”中陰極反應(yīng)的主要產(chǎn)物是____。

(4)“尾氣吸收”是吸收“電解”過(guò)程排出的少量ClO2。此吸收反應(yīng)中,氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為_(kāi)___,該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物是____。

(5)“有效氯含量”可用來(lái)衡量含氯消毒劑的消毒能力,其定義是:每克含氯消毒劑的氧化能力相當(dāng)于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量為_(kāi)___。(計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù))

解析：(1)略。(2)從工藝流程圖可以看出,反應(yīng)物是NaClO3、SO2和H2SO4,產(chǎn)物為ClO2和NaHSO4,根據(jù)得失電子守恒、原子守恒配平化學(xué)方程式:2NaClO3+SO2+H2SO4==2ClO2+2NaHSO4。(3)粗鹽提純中加入NaOH溶液沉淀Mg2+,加入Na2CO3溶液沉淀Ca2+。結(jié)合工藝流程圖和氧化還原反應(yīng)原理,電解過(guò)程中,Cl-(NaCl)在陽(yáng)極放電得到Cl2,ClO2在陰極放電得到。(4)結(jié)合工藝流程圖和題意,用含NaOH的H2O2溶液與ClO2作用,

答案：(1)+3 (2)2NaClO3+SO2+H2SO4==2ClO2+2NaHSO4(3)NaOH溶液 Na2CO3溶液(4)2∶1O2(5)1.57

3.創(chuàng)新思維,學(xué)會(huì)書(shū)寫(xiě)陌生情境方程式。

近些年的高考試題,更多的是要求能夠在陌生的素材和情境中提煉出有價(jià)值的信息,結(jié)合已經(jīng)積累的基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)新思維方式,快速準(zhǔn)確地書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的方程式。

例3(1)生產(chǎn)Na2S2O5,通常是由NaHSO3過(guò)飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫(xiě)出該過(guò)程的化學(xué)方程式:___。

(2)磷精礦濕法制備磷酸的一種工藝流程如下。

①H2O2將粗磷酸中的有機(jī)碳氧化為CO2脫除,同時(shí)自身也會(huì)發(fā)生分解。相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間、不同溫度下的有機(jī)碳脫除率如圖1所示。80℃后脫除率變化的原因:___。

圖1

②脫硫時(shí),CaCO3稍過(guò)量,充分反應(yīng)后仍

解析：(1)Na2S2O5是中學(xué)化學(xué)教材中從未出現(xiàn)過(guò)的陌生物質(zhì),但對(duì)題干稍加提煉,不難看出該化學(xué)方程式的反應(yīng)物為NaHSO3,生成物為Na2S2O5和H2O,然后配平即可。

(2)①有機(jī)碳的脫除率受兩個(gè)因素的共同影響:一方面,溫度越高,反應(yīng)速率越快,在相同投料比、相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi),有機(jī)碳的脫除率越高;另一方面,溫度升高可使較多的H2O2分解,氧化劑的量減少,使得有機(jī)碳的脫除率降低。80℃后,H2O2分解對(duì)有機(jī)碳脫除率的影響超過(guò)了溫度升高的影響,導(dǎo)致脫除率逐漸降低。

②從工藝流程圖不難看出,脫硫是用CaCO3除去剩余的 H2SO4,由于生成的CaSO4是微溶物,所以即使CaCO3過(guò)量,充分反應(yīng)后仍有殘留。加入BaCO3,使CaSO4轉(zhuǎn)化為更難溶的BaSO4,因此可進(jìn)一步提高硫的脫除率。但要寫(xiě)出其離子方程式,思維需要不斷地深入。首先,題干直接提及沉淀的轉(zhuǎn)化,即;其次,H3PO4的酸性強(qiáng)于H2CO3,所以H3PO4會(huì)與繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生H2CO3(但要寫(xiě)成“CO2+H2O”);再次,需要思考H3PO4與反應(yīng)后的生成物是,還是呢,由于之前加入的“CaCO3稍過(guò)量”,相對(duì)而言,H3PO4的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的量,從而H3PO4反應(yīng)后應(yīng)該變成。經(jīng)過(guò)這樣深思熟慮,便可得出其離子方程式。

答案：(1)2NaHSO3==Na2S2O5+H2O

(2)①80℃后,H2O2分解速率大,濃度顯著降低 ②CaSO4微溶

通過(guò)把脈元素化合物的基礎(chǔ)知識(shí),敦促自己有針對(duì)性地落實(shí)到位,并在解題訓(xùn)練中不斷使自己的閱讀能力、讀圖能力和書(shū)寫(xiě)新情境方程式的能力得到提升,這樣在高考中才能夠穩(wěn)操勝券。