元素及其化合物转化问题的突破视角

董婵娟

(宁夏回族自治区银川高级中学)

元素及其化合物是中学阶段化学知识的基石,涉及的知识点较多,而且规律性不强,记忆困难,因此掌握元素及其化合物之间的转化关系,并能将其灵活迁移应用是十分必要的.本文从不同视角整合了元素及其化合物的相关知识,旨在帮助学生从本质上理解、掌握元素及其化合物之间的转化关系.

1 性质视角

元素及其化合物的性质是物质转化的基础,掌握与金属元素和非金属元素有关的基本概念和基本理论是完成元素及其化合物相互转化的基本保障.纵观近年高考化学试题,Na、Fe、Al、Cu、C、N、S、Cl等元素是高频考点,在平时的教学过程中,要引导学生形成“结构—性质—用途”的化学特征思维方式,熟悉物质的重要性质,理解性质与用途之间的对应关系.

例1A 是日常生活中最常见的金属,其转化关系如图1所示(部分反应物或生成物已略去).

图1

(1)写出B 的化学式:_________;溶液C 的颜色是_________.

(2)写出下列转化的离子方程式:

①A→C:________.

②C→D:________.

(3)E转化为F 的过程中,可观察到白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,该反应的化学方程式为_________.

(1)由以上分析可知,B 为Fe3O4,C 为FeCl2,溶液颜色为浅绿色.(2)①A→C 为铁与盐酸的反应,生成FeCl2和H2,反应的离子方程式为Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑.②C→D 为FeCl2与Cl2的反应,生成FeCl3,反应的离子方程式为2Fe2＋＋Cl2＝2Fe3＋＋2Cl—.(3)Fe(OH)2被O2氧化生成Fe(OH)3,反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O＝4Fe(OH)3.

2 化合价视角

依据元素常见的化合价推断物质所具有的性质,是突破元素及其化合物转化问题的重要视角,核心是氧化还原反应知识的应用.“价—类”二维图频繁出现在各类化学考试中,解答此类问题的关键是灵活应用化合价与氧化性、还原性之间的关系,熟悉常见物质中各元素的化合价.

例2图2为氮、硫及其部分化合物的“价—类”二维图,下列说法不正确的是( ).

图2

A.坐标轴左侧区域代表的是氮及其化合物

B.a→b→c→d→e的转化均能一步实现

C.c、d和i、j均属于酸性氧化物

D.f与l可以是同一种物质

3 工艺流程视角

工艺流程涉及复杂的物质转化关系,要求学生根据物质的性质,依据线性或循环转化关系推断各流程发生的反应或进行的实验操作,主要考查学生对所学知识的综合应用能力.

例3钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称.用含钒石煤(主要成分是V2O3、V2O4,含有SiO2、FeS2及Mg、Al、Mn等杂质)制备单质钒的工艺流程如图3所示.

图3

已知:①该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH 如表1所示.

表1

②Ksp(CaCO3)＝2.8×10—9、Ksp(CaSiO3)＝2.5×10—8、Ksp[Ca(VO3)2]远大于Ksp(CaCO3).

③一般认为平衡常数K＞105反应较完全.

回答下列问题:

(1)为了提高“焙烧”效率,可采用的措施有________、________.

(2)“焙烧”时,V2O3、V2O4都转化为Ca(VO3)2,写出V2O3转化为Ca(VO3)2的化学反应方程式:________.

(3)“水浸”加入Na2CO3调节溶液的pH 为8.5,可完全除去的金属离子有_________,及部分的_________.“水浸”加入Na2CO3不能使CaSiO3完全转化,原因是_________.

(4)“离子交换”与“洗脱”可表示为[RCl4]＋为强碱性阴离子交换树脂,为在水溶液中的实际存在形式),则“洗脱”过程“淋洗液”最好选用________.

(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入钙冶炼V 的方法相似的是________(填序号).

A.高炉炼铁

B.电解熔融NaCl制钠

C.利用铝热反应制锰

D.氧化汞分解制汞

(1)为了提高“焙烧”效率,可采用的措施有将含钒石煤粉碎,适当提高焙烧温度或者适当增大氧气流量等措施.(2)焙烧时通入氧气和CaCO3,V2O3、V2O4转化为Ca(VO3)2,根据转化关系,利用电子守恒及元素守恒即可得到化学方程式:V2O3＋CaCO3＋＋CO2.(3)pH 为8.5,由表格可得,已完全沉淀的离子有Fe3＋、Al3＋,部分沉淀的有Mg2＋、Mn2＋;CaSiO3与CaCO3沉淀转化的化学方程式为的平衡常数105,故不能完全转化.(4)“洗脱”过程是让[RCl4]＋反应逆向进行,即需要加入Cl—,为了不引入其他杂质,最好选用便宜易得的饱和NaCl溶液.(5)本工艺中加入钙冶炼V的方法为热还原法,高炉炼铁为热还原法,选项A 正确.电解熔融NaCl制钠是电解法,选项B错误.利用铝热反应制锰是热还原法,选项C 正确.氧化汞分解制汞是热分解法,选项D 错误.答案为A、C.

综上,近年高考化学试题中元素及其化合物之间考查的创新点在于素材的选择,学生在平时的复习中除了要掌握扎实的基本知识和基本理论外,还要明确突破此类试题的视角,从不同角度了解物质之间的转化,并在解决实际问题时灵活地迁移应用.

(完)