■楊 銳

一、抓住化合價變化的主線學習非金屬及其化合物的變化

2017年版普通高中化學課程標準,在“元素與物質(zhì)”部分要求“認識元素在物質(zhì)中可以具有不同價態(tài),可通過氧化還原反應實現(xiàn)含有不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化”。學習中,抓住了該關(guān)鍵點,就抓住了學習非金屬及其化合物部分的必備知識,從而就可以實現(xiàn)與該部分知識有關(guān)的關(guān)鍵能力的提升。

以氮元素為例,它的化合價有-3 價(NH3)、0 價(N2)、+1 價(N2O)、+2 價(NO)、+3 價(N2O3、HNO2)、+4 價(NO2、N2O4)、+5價(N2O5、HNO3)。

中學化學教材中重點介紹的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下:

對于這些重要的轉(zhuǎn)化反應,大家應該從每個反應參加物質(zhì)的組成、狀態(tài)、顏色、氣味,以及反應條件、反應現(xiàn)象,特別是要從氧化還原反應角度對其進行全面掌握。

例1 圖1是模擬氯堿工業(yè)生產(chǎn)中檢查氯氣是否泄漏的裝置,下列有關(guān)說法錯誤的是( )。

圖1

A.燒瓶中立即出現(xiàn)白煙

B.燒瓶中立即出現(xiàn)紅棕色

C.燒瓶中發(fā)生的反應表明常溫下氨氣有還原性

D.燒杯中的溶液是為了吸收有害氣體

濃氨水揮發(fā)出NH3,NH3中N 是-3價,具有還原性,Cl2具有強氧化性,根據(jù)題意,二者發(fā)生反應3Cl2+2NH3══N2+6HCl,繼而NH3和HCl反應生成固體NH4Cl,產(chǎn)生白煙。

答案：B

例2 采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù),在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應用?；卮鹣铝袉栴}:

(1)1840 年Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀,得到N2O5,該反應的氧化產(chǎn)物是一種氣體,其分子式為____。

氧化反應由 Cl2引發(fā),AgNO3中Ag、N 均處于其最高價,所以被氧化的只能是負二價氧元素,根據(jù)已有知識和題中條件,氧化產(chǎn)物應為O2。即反應方程式為4AgNO3+2Cl2══4AgCl+2N2O5+O2。

答案：O2

例3 次磷酸(H3PO2)是一種精細磷化工產(chǎn)品,具有較強還原性?；卮鹣铝袉栴}:

(1)H3PO2是一元中強酸,寫出其電離方程式:___。

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

①H3PO2中,P元素的化合價為____。

②利用H3PO2進行化學鍍銀反應中,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____(填化學式)。

(3)H3PO2的工業(yè)制法:將白磷(P4)與Ba(OH)2溶液反應生成PH3氣體和Ba(H2PO2)2,后者再與H2SO4反應。寫出白磷與Ba(OH)2溶液反應的化學方程式:_____。

(2)①根據(jù)氫+1價、氧-2價,并依據(jù)整個分子化合價“代數(shù)和為零”的原則計算出其中的磷元素為+1價。這種計算元素化合價的方法,對于高中學習非常重要。

②Ag+還原為銀,即銀離子為氧化劑,H3PO2中還原性最強的應該是+1 價的P。Ag+和+1價P個數(shù)比4∶1相互反應,每個P需要升高4價,即氧化產(chǎn)物為H3PO4。

(3)反應過程中白磷中零價的P 發(fā)生“歧化反應”,生成-3 價P 的化合物PH3和+1 價P的化合物Ba(H2PO2)2,即反應生成PH3和Ba(H2PO2)2的個數(shù)比為2∶3。反應方程式為2P4+3Ba(OH)2+6H2O ══2PH3↑+3Ba(H2PO2)2。該方程式配平時,使用到了一個很重要的化學學科思想方法,即在水溶液中進行的反應配平時,根據(jù)需要可以把H2O 作為反應物或產(chǎn)物進行補充。

(2)①+1

②H3PO4

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

二、聯(lián)系化學實驗和生產(chǎn)、生活實際學習非金屬及其化合物知識

課程標準的課程內(nèi)容部分,關(guān)于“非金屬及其化合物”部分的描述為“結(jié)合真實情境中的應用實例或通過實驗探究,了解氯、氮、硫及其重要化合物的主要性質(zhì),認識這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應用和對生態(tài)環(huán)境的影響”。歷年的高考試題也都遵照這樣的要求,通過與化學實驗、環(huán)境保護和生產(chǎn)、生活實例,考查非金屬及其化合物知識。

1.結(jié)合化學實驗學習非金屬及其化合物知識。

例4 噴泉實驗裝置如圖2所示。應用下列各組氣體-溶液,能出現(xiàn)噴泉現(xiàn)象的是( )。

選項氣體溶液_________A H2S稀鹽酸_______B HCl稀氨水________C NO稀硫酸________D CO2飽和NaHCO3 溶液__

圖2

要想在如圖所示的裝置中形成噴泉,氣體必須易溶于對應的溶液。聯(lián)想HCl與水的噴泉實驗,結(jié)合HCl與氨水的中和反應,即可得出答案。

答案：B

例5 下列氣體去除雜質(zhì)的方法中,不能實現(xiàn)目的的是( )。

選項氣體(雜質(zhì))方法__________A SO2(H2S)通過酸性高錳酸鉀溶液B Cl2(HCl)通過飽和食鹽水____C N2(O2)通過灼熱的銅絲網(wǎng)___D NO(NO2)通過氫氧化鈉溶液___

A 選項中的兩種氣體雖然能夠發(fā)生反應,但是在實際情境中二者是能夠共同存在的。但二者均易與酸性高錳酸鉀溶液反應,即A 選項不能實現(xiàn)實驗目的。B 選項中Cl2難溶于飽和食鹽水,HCl則易溶,C選項中通過灼熱的銅絲網(wǎng)時,O2反應轉(zhuǎn)化成CuO,N2則不反應,即B、C選項均能達到實驗目的。D 選項雖然能夠發(fā)生兩種氣體同時被反應吸收的情況,但是除去NO 中少量雜質(zhì)NO2的目的還是可以達到的。作為單項選擇題,結(jié)合實際情景進行優(yōu)化選擇,應該不難得出答案。

答案：A

2.結(jié)合環(huán)境問題學習非金屬及其化合物知識。

例6 研究表明,氮氧化物和二氧化硫在形成霧霾時與大氣中的氨有關(guān)(如圖3)。下列敘述錯誤的是( )。

圖3

A.霧和霾的分散劑相同

B.霧霾中含有硝酸銨和硫酸銨

C.NH3是形成無機顆粒物的催化劑

D.霧霾的形成與過度施用氮肥有關(guān)

NH3參與了反應但沒有重新在后續(xù)的反應中生成,它不是形成無機顆粒物的催化劑,即C 選項符合題意較為明顯,做題時對不熟悉的A、D 選項不需要過多考慮。霧和霾的分散劑都是相同的空氣,過度施用氮肥當然會導致作物及土壤中氮元素增加,容易產(chǎn)生霧霾。

答案：C

3.聯(lián)系生產(chǎn)實際學習非金屬及其化合物知識。

例7 氯可形成多種含氧酸鹽,廣泛應用于殺菌、消毒及化工領(lǐng)域。實驗室中利用圖4所示裝置(部分裝置省略)制備KClO3和NaClO,探究其氧化還原性質(zhì)。

圖4

回答下列問題:

(1)盛放MnO2粉末的儀器名稱是_____,a中的試劑為_____。

(2)b中采用的加熱方式是_____,c中化學反應的離子方程式是_____,采用冰水浴冷卻的目的是____。

(3)d 的作用是_____,可選用試劑_____(填標號)。

A.Na2S B.NaCl

C.Ca(OH)2D.H2SO4

(4)反應結(jié)束后,取出b中試管,經(jīng)冷卻結(jié)晶,____,____,干燥,得到KClO3晶體。

(5)取少量KClO3和NaClO 溶液分別置于1號和2號試管中,滴加中性KI溶液。1號試管溶液顏色不變。2 號試管溶液變?yōu)樽厣?加入CCl4振蕩,靜置后CCl4層顯____色。可知該條件下KClO3的氧化能力_____(填“大于”或“小于”)NaClO。

第(1)(3)兩問,考查了該部分最基本的知識,靠記憶和簡單的知識遷移即可解決問題。

第(2)問,要結(jié)合實驗目的是制備+5價Cl的K 鹽和+1 價Cl的鈉鹽,進行對比分析,才能得出正確的離子方程式和不同加熱方式的原因。

第(4)問考查了基本的化學實驗操作。結(jié)晶后需要過濾順理成章,接下來需要洗滌過濾所得固體,除去表面吸附的其他雜質(zhì),大家可能容易漏答。它同樣屬于化學實驗的基本問題,關(guān)于洗滌漏斗中固體的方法,大家也要注意掌握。

第(5)問,2號試管中生成了I2而1號試管則沒有發(fā)生類似反應,根據(jù)氧化還原反應的規(guī)律,KClO3的氧化能力應小于NaClO。這種敢于從事實出發(fā),根據(jù)規(guī)律得出結(jié)論的勇氣和思維方法非常重要,這也正是核心素養(yǎng)的體現(xiàn)。

答案：(1)圓底燒瓶 飽和食鹽水

(2)水浴加熱 Cl2+2OH-══ClO-+Cl-+H2O 避免生成NaClO3

(3)吸收尾氣(Cl2) AC

(4)過濾 少量(冷)水洗滌

(5)紫 小于

總之,學習非金屬及其化合物知識,必須用氧化還原反應的規(guī)律進行統(tǒng)領(lǐng),使基礎(chǔ)知識“系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化”。在掌握各種物質(zhì)基本反應規(guī)律的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同的實際情景,靈活運用必備知識,解決相關(guān)問題。