專題十一 常見非金屬及其重要化合物1.高純度單晶硅是典型的無機非金屬材料,又稱“半導體”材料,它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計算機的一場“革命”。這種材料可以按下列方法制備:SiO2Si(粗)SiHCl3Si(純)下列說法正確的是()A.步驟的化學方程式為SiO2+CSi+CO2B.步驟中每生成或反應1 mol Si,轉移4 mol 電子C.二氧化硅能與氫氟酸反應,也能與氫氧化鈉溶液反應,屬于兩性氧化物D.SiHCl3(沸點33.0 )中含有少量的SiCl4(沸點67.6 ),通過蒸餾可提純SiHCl32.肼(N2H4)和氧氣的反應情況受溫度影響。某同學設計方案探究溫度對產物影響的結果如圖Z11-1所示。下列說法不正確的是()圖Z11-1A.溫度較低時, 肼和氧氣主要發(fā)生的反應為N2H4+O2N2+2H2OB.900 時,能發(fā)生N2+O22NOC.900 時, N2的產率與NO的產率之和可能小于100%D.該探究方案是將一定量的肼和氧氣在密閉容器中進行不斷升溫實驗3.生物脫H2S的原理如下:反應1:H2S+Fe2(SO4) 3S+2FeSO4+H2SO4反應2:4FeSO4+O2+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O硫桿菌存在時,FeSO4被氧化的速率是無菌時的5105倍,氧化速率隨溫度和pH變化關系如圖Z11-2。下列說法正確的是()圖Z11-2A.該過程最終將H2S轉化為Fe2(SO4)3B.H+是反應2的反應物,c(H+)越大反應速率越快C.反應1消耗11.2 L H2S,轉移的電子數(shù)目約為6.021023個D.反應溫度過高,Fe2+氧化速率下降,其原因可能是硫桿菌失去活性4.在給定條件下,下列選項所示的物質間轉化均能實現(xiàn)的是()A.CCO2COCO2B.Na2SO3SO2H2SO3C.CaCO3CaCl2Ca(ClO)2D.N2NOHNO35.由SO2和O2制備SO3(熔點16.8 ,沸點44.8 )的模擬裝置如圖Z11-3所示(加熱和夾持裝置省略):圖Z11-3下列說法正確的是()A.裝置中的試劑為飽和NaHSO3溶液B.實驗室可用銅與稀硫酸在加熱條件下制取SO2C.裝置反應管中的鉑石棉用作反應的催化劑D.從裝置逸出的氣體有過量的SO2和O26.已知甲、乙、丙三種物質均含有同種元素X,其轉化關系如圖Z11-4:甲乙丙圖Z11-4下列說法錯誤的是()A.若A為NaOH溶液,乙為白色沉淀,則X可能為短周期金屬元素B.若A為硝酸,X為金屬元素,則甲與乙反應可生成丙C.若A為氧氣,丙在通常狀況下為紅棕色氣體,則甲可能為非金屬單質D.若乙為NaHCO3,則甲或丙可能是CO27.中學教材中常見的金屬和非金屬元素及其化合物在工業(yè)和生活中有重要應用,請回答下列問題:(1)從海水中提溴是將Cl2通入濃海水中,生成溴單質,而氯氣氧化溴離子是在酸性條件下進行的,其目的是避免。(2)ClO2是高效、低毒的消毒劑,工業(yè)上用KClO3與Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,該反應氧化劑與還原劑物質的量之比為。(3)磷的含氧酸有多種形式,如H3PO4 、H3PO2(次磷酸)、H3PO3(亞磷酸)等。H3PO3與NaOH反應只生成Na2HPO3和NaH2PO3兩種鹽,寫出H3PO3的第二步電離方程式:。H3PO3和碘水反應,棕黃色褪去,再滴加AgNO3溶液,有黃色沉淀生成,請寫出H3PO3和碘水反應的化學方程式:。(4)一種新型燃料電池以液態(tài)肼(N2H4)為燃料,氧氣為氧化劑,某固體氧化物為電解質,工作溫度高達700900 時,O2-自由移動,反應、生成物均為無毒無害的物質。則該電池的負極反應式為。(5)鎂-H2O2酸性燃料電池的反應機理為Mg+H2O2+2H+Mg2+2H2O,則正極反應式為。常溫下若起始電解質溶液pH =1,則pH=2時溶液中Mg2+濃度為。已知Ksp Mg(OH)2=5.610-12,當溶液pH=6時,(填“有”或“沒有”)Mg(OH)2沉淀。8.亞硝酸鈉是一種重要的工業(yè)用鹽,某同學針對亞硝酸鈉設計了如圖Z11-5所示實驗(已知:Na2O2+2NO2NaNO2;Na2O2+2NO22NaNO3)。圖Z11-5(1)該同學用以上儀器制備NaNO2,則裝置的連接順序為AE。(填序號,可重復)(2)儀器a的名稱為。(3)NO在E中可被氧化成NO3-,寫出反應的離子方程式:。(4)比色法測定樣品中的NaNO2含量:在5個有編號的帶刻度試管中分別加入不同量的NaNO2溶液,各加入1 mL的M溶液(M遇NaNO2呈紫紅色,NaNO2的濃度越大顏色越深),再加蒸餾水至總體積均為10 mL并振蕩,制成標準色階:試管編號abcdeNaNO2含量/(mgL-1)020406080稱量0.10 g制得的樣品,溶于水配成500 mL溶液,取5 mL 待測液,加入1 mL M溶液,再加蒸餾水至10 mL 并振蕩,與標準色階比較。比色的結果是待測液的顏色與d 組標準色階相同,則樣品中NaNO2的質量分數(shù)為。(5)滴定法測定樣品中的NaNO2含量:稱量0.500 0 g制得的樣品,溶于水配成500 mL溶液,取25.00 mL待測液于錐形瓶中,加入a mL KI 酸性溶液(足量),發(fā)生反應2NO2-+2I-+4H+2NO+I2+2H2O。滴入23滴作指示劑,用0.010 0 molL-1 Na2S2O3溶液進行滴定,當看到的現(xiàn)象時,即為滴定終點(已知2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI)。重復實驗后,平均消耗Na2S2O3溶液的體積為20.50 mL,則樣品中NaNO2的質量分數(shù)為(保留3 位有效數(shù)字)。下列操作會導致測定結果偏高的是(填序號)。A.滴定過程中向錐形瓶中加少量水B.滴定前滴定管尖嘴部分有氣泡,滴定后氣泡消失C.觀察讀數(shù)時,滴定前仰視,滴定后俯視D.滴定時搖瓶幅度過大,標準溶液滴到瓶外9.某校合作學習小組的同學設計實驗驗證Na2SO4與焦炭高溫加熱后的產物。回答下列問題:(1)Na2SO4與焦炭反應的實驗裝置如圖Z11-6所示:圖Z11-6先通入N2,然后加熱,直至反應結束,整個過程中N2的作用是。裝置B的作用是。(2)該同學認為氣體產物中可能含有CO2、CO及SO2,并進行驗證,選用上述實驗中的裝置A、B和如圖Z11-7所示的部分裝置(可以重復選用)進行實驗。圖Z11-7實驗裝置連接的合理順序為A、B、。裝置H中黑色粉末是。能證明產物中有CO的現(xiàn)象是。若含有SO2,E裝置的作用是(用化學方程式說明)。 (3)某同學利用圖Z11-8中的裝置驗證固態(tài)產物,能證明固態(tài)產物中含有Na2S的現(xiàn)象是。若實驗中發(fā)現(xiàn)固態(tài)產物完全反應后,錐形瓶底部還產生少量黃色沉淀,說明固體產物中除含Na2S還含有少量的(填一種可能的物質)。圖Z11-8專題限時集訓(十一)1.D解析 二氧化硅高溫下與C反應生成CO氣體,即步驟的化學方程式為SiO2+2CSi+2CO,A錯誤;步驟中Si的化合價降低4,每生成1 mol Si,轉移電子的物質的量為4 mol,步驟中生成SiHCl3,Si的化合價升高2,步驟中每生成1 mol Si,轉移2 mol電子,B錯誤;SiO2是酸性氧化物, C錯誤;沸點相差30 以上的兩種液體可以采用蒸餾的方法分離,D正確。2.D解析 由圖可知,溫度較低時,肼和氧氣主要發(fā)生的反應為N2H4+O2N2+2H2O,A正確;由圖可知,在400 到900 之間,N2的產率逐漸減小、NO的產率逐漸升高,所以,900 時,能發(fā)生N2+O22NO,B正確;由圖可知,當溫度高于900 后,N2的產率與NO的產率都降低了,說明兩個反應都是可逆反應,所以900 時,N2的產率與NO的產率之和可能小于100%,C正確;該探究方案是在密閉容器中將一定量的肼和氧氣在不同溫度下達到平衡的實驗,反應達到平衡需要一定的時間,所以不能不斷升高溫度,D錯誤。3.D解析 由反應1和反應2可知,該過程將H2S轉化為單質S,A錯誤;由Fe2+氧化速率隨pH變化圖可知,當pH<2時,c(H+)越大反應速率反而越慢,B錯誤;沒有指明H2S所處狀況,無法計算,C錯誤;溫度過高,反應速率下降的原因是高溫使得硫桿菌失去活性,催化作用減弱,D正確。4.A解析 C在O2中完全燃燒生成CO2,CO2與C高溫下反應生成CO,CO與Fe2O3高溫下反應生成Fe和CO2,三步反應均能實現(xiàn),A正確;Na2SO3與H2SO4反應生成Na2SO4、H2O和SO2,SO2與溴水反應生成H2SO4和HBr,B錯誤;CaCO3與HCl反應生成CaCl2、H2O和CO2,CaCl2與O2不反應,C錯誤;N2與O2高溫下反應生成NO,NO與H2O不反應,D錯誤。5.C解析 進入高溫反應管的氣體必須干燥,應是濃硫酸,A錯誤;銅與稀硫酸不反應,B錯誤;通常情況下,SO2和O2反應很慢,需用催化劑催化,C正確;中逸出的氣體主要是SO2和O2及少量的SO3氣體,則中應盛放堿石灰,可除去SO2、SO3,所以從裝置逸出的氣體不會有SO2,D錯誤。6.B解析 若A為NaOH溶液,乙是白色沉淀且能和NaOH溶液反應,則白色沉淀為Al(OH)3,甲是鋁鹽,丙是偏鋁酸鹽,X為短周期金屬元素Al,A正確;若A為硝酸,X為金屬元素,X應是變價金屬元素,則甲可能是Fe,乙是Fe(NO3)2,丙是Fe(NO3)3,甲與乙不反應,B錯誤;若A為氧氣,丙在通常狀況下為紅棕色氣體即NO2,則甲是N2,乙是NO,C正確;若乙為NaHCO3,則甲是CO2,A是NaOH,丙是Na2CO3,或者甲是Na2CO3,A是HCl,丙是CO2,D正確。7.(1)Cl2歧化生成HCl和HClO(2)21(3)H2PO3-H+HPO32-H3PO3+I2+H2OH3PO4+2HI(4)N2H4-4e-+2O2-N2+2H2O(5)H2O2+2H+2e-2H2O0.045 molL-1沒有解析 (1)氯氣能與水發(fā)生可逆反應生成HCl與HClO,酸性條件下避免Cl2發(fā)生歧化反應生成HCl和HClO。(2)KClO3在H2SO4存在下與Na2SO3反應制得ClO2,可知SO32-被氧化成SO42-,由得失電子、電荷守恒可知該離子反應為2ClO3-+SO32-+2H+2ClO2+SO42-+H2O,氧化劑為KClO3,還原劑為Na2SO3,由離子反應可知該反應氧化劑與還原劑物質的量之比為21。(3)H3PO3與NaOH反應只生成Na2HPO3和NaH2PO3兩種鹽,說明HPO32-不能繼續(xù)電離出氫離子,H3PO3的第二步電離方程式為H2PO3-H+HPO32-;H3PO3和碘水反應,棕黃色褪去,亞磷酸被氧化生成磷酸,再滴加AgNO3溶液,有黃色沉淀AgI生成,則H3PO3和碘水反應的化學方程式為H3PO3+I2+H2OH3PO4+2HI。(4)該燃料電池總反應為N2H4+O2N2+2H2O,負極參加反應的是N2H4,進而寫出電極反應式。(5)鎂-H2O2酸性燃料電池的反應機理為Mg+H2O2+2H+Mg2+2H2O,正極上是過氧化氫得到電子生成水的反應,正極反應式為H2O2+2H+2e-2H2O;若起始電解質溶液pH=1,則pH=2時,溶液中氫離子濃度減小0.1 molL-1-0.01 molL-1=0.09 molL-1,依據(jù)反應方程式得到c(Mg2+)=12c(H+)減小=0.045 molL-1;KspMg(OH)2=5.610-12,當溶液pH=6時,c(Mg2+)=12c(H+)減小120.1 molL-1=0.05 molL-1,c(OH-)=10-8 molL-1,則Qc=c(Mg2+)c2(OH-)=0.0510-16=510-18<KspMg(OH)2,說明無氫氧化鎂沉淀生成。8.(1)DBCB(2)硬質玻璃管(3)5NO+3MnO4-+4H+5NO3-+3Mn2+2H2O(4)60%(5)淀粉溶液加入最后一滴液體,錐形瓶內溶液恰好從藍色變?yōu)闊o色,且維持半分鐘不變色56.6%BD解析 (1)由題中信息可知,A用于制備二氧化氮,二氧化氮經D轉化為NO,NO經B干燥后通入C與過氧化鈉反應制備亞硝酸鈉,為防止過氧化鈉吸收水蒸氣,需要用B保護C,剩余的NO用E裝置吸收。(4)待測液的顏色與d組標準色階相同,由表中數(shù)據(jù)可知,NaNO2的含量為60 mgL-1,10 mL待測液中所含NaNO2的質量為1010-3 L60 mgL-1=0.6 mg,所以,樣品中NaNO2的質量分數(shù)為0.6 mg0.10103mg5 mL500 mL100%=60%。(5)重復實驗后,平均消耗Na2S2O3溶液的體積為20.50 mL。由題中2個反應可得到關系式2NO2-I22Na2S2O3,n(NaNO2)=n(Na2S2O3)=20.5010-3 L0.010 0 molL-1=2.05010-4 mol,則樣品中NaNO2的質量分數(shù)為2.05010-4mol69 gmol-10.500 0 g25.00 mL500 mL100%56.6%。滴定過程中向錐形瓶中加少量水,對測定結果無影響;滴定前滴定管尖嘴部分有氣泡,滴定后氣泡消失,則讀取反應消耗的標準溶液的體積偏大,測定結果偏高;觀察讀數(shù)時,滴定前仰視,滴定后俯視,則讀取反應消耗的標準溶液體積偏小,導致測定結果偏低;滴定時搖瓶幅度過大,標準溶液滴到瓶外,則導致消耗的標準溶液體積偏大,測定結果偏高。綜上所述,會導致測定結果偏高的是BD。9.(1)排出裝置中空氣并將生成的氣體吹出安全瓶(2)F、E、C、D、G、H、CCuOH中黑色粉末變?yōu)榧t色,其后連接的C中澄清石灰水變渾濁5SO2+2KMnO4+2H2OK2SO4+2MnSO4+2H2SO4(3)試管中有黑色沉淀Na2SO3(或Na2S2O3等其他合理答案)解析 (1)碳能夠與空氣中的氧氣反應生成碳的氧化物,為了防止氧氣對實驗的干擾,先通入N2,然后加熱,直至反應結束,可以排出裝置中空氣并將生成的氣體吹出;Na2SO4與焦炭高溫加熱后的產物中可能含有二氧化硫等易溶于水的氣體,裝置B可以防止因二氧化硫等氣體的吸收造成的倒吸。(2)氣體中可能含有CO2、CO 及SO2,由于二氧化硫和二氧化碳都能使澄清的石灰水變渾濁,需要首先檢驗二氧化硫,然后除去二氧化硫后再檢驗二氧化碳,最后除去二氧化碳后檢驗一氧化碳,實驗裝置連接的合理順序為A、B、F、E、C、D、G、H、C;一氧化碳具有還原性,可以與金屬氧化物發(fā)生氧化還原反應,裝置H中黑色粉末可以是氧化銅。H中黑色粉末變?yōu)榧t色,其后連接的C中澄清石灰水變渾濁,即可證明產物中有CO。二氧化硫能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色,反應的化學方程式為5SO2+2KMnO4+2H2OK2SO4+2MnSO4+2H2SO4。(3)Na2S能夠與硫酸反應生成硫化氫氣體,硫化氫與硫酸銅溶液反應生成黑色的硫化銅沉淀;實驗中發(fā)現(xiàn)固態(tài)產物完全反應后,錐形瓶底部還產生少量黃色沉淀,該黃色沉淀可能是亞硫酸鈉與硫化鈉反應生成的硫,說明固體產物中除含有Na2S外,還可能含有少量的Na2SO3。