第三章   常見元素的單質及其重要化合物

    氯水中正因為存在可逆反應Cl₂+H₂O    HCl+HClO，使其成分復雜且隨著條件的改變，平衡發(fā)生移動，使成分發(fā)生動態(tài)的變化。當外加不同的反應物時，要正確判斷是何種成分參與了反應。氯水中的HClO能使有色物質被氧化而褪色。反之，也有許多物質能使氯水、溴水褪色，發(fā)生的變化可屬物理變化（如萃取），也可屬化學變化，如歧化法（加堿液）、還原法（如Mg、SO₂等）、加成法（加不飽和的有機物）等。值得一提的是有時雖然發(fā)生化學變化，但仍生成有色物，如Br₂與Fe或KI反應。

2．區(qū)分清楚萃取和分液的原理、儀器、操作以及適用范圍與其他物質分離方法不同。

萃取和分液是物質分離的眾多方法之一。每一種方法適用于一定的前提。分液適用于分離互不相溶的兩種液體，而萃取是根據一種溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解性有很大差異從而達到提取的目的。一般萃取和分液結合使用。其中萃取劑的合理選擇、分液漏斗的正確使用、與過濾或蒸餾等分離方法的明確區(qū)分等是此類命題的重點和解決問題的關鍵。

命題以選擇何種合適的萃取劑、萃取后呈何現象、上下層如何分離等形式出現。解題關鍵是抓住適宜萃取劑的條件、液體是否分層及分層后上下層位置的決定因素。分液操作時注意“先下后上、下流上倒”的順序。為確保液體順利流出，一定要打開上部塞子或使瓶塞與瓶頸處的小孔或小槽對齊，與大氣相通。

【典型例題評析】

例1  氯化碘（ICl）的化學性質跟氯氣相似，預計它跟水反應的生成物是（1998年全國高考題）

A.HI和HClO        B.HCl和HIO        C.HClO₃和HIO        D.HClO和HIO

思路分析：題目以考生未學過的鹵素互化物為素材，讓考生對不同鹵素的非金屬性相對強弱作出判斷。這種判斷是以鹵素跟氫、氧相互結合以及形成正負化合價的能力來實現的。

先聯想Cl₂+H₂O=HCl+HClO，推斷ICl與H₂O反應有兩種可能：ICl+H₂O=HI+HClO，ICl+H₂O=HCl+HIO。問題是I、Cl兩元素何者形成氫鹵酸，何者形成次鹵酸。與I相比，氯的非金屬性比碘強，更易形成負化合價；與Cl相比，I的金屬性較強，較易形成正化合價，即產物不能是HI和HClO。

答案：B

方法要領：學習元素化合物知識時，抓住代表物的性質，并結合元素周期律知識，來指導同主族元素性質的學習。在ICl中I為+1價，Cl為-1價與水反應后其產物的化合價均不發(fā)生改變，防止受Cl₂+H₂O=HCl+HClO影響，認為ICl與H₂O反應也是氧化還原反應，而誤選A。

無機信息題在考卷中經常出現，在做這類題目時，必須對信息理解透徹，活學活用，這樣才能保證答題的準確性。

水解產物的判斷可根據電荷相互吸收的原則去思考，因化學作用也是電性作用。此類化學方程式可按下列“模式”書寫：

A⁺B^-+H⁺-OH^-=A⁺OH^-+H⁺B^-

除ICl外，Mg₃N₂、CaC₂、NaH、Al₂S₃、CH₃COONa等水解均遵循該“規(guī)律”。

例2  下列物質在空氣中久置變質，在變質過程中，既有氧化還原反應發(fā)生，又有非氧化還原反應發(fā)生的是（1997年高考化學試測題）

      A.食鹽              B.漂白粉              C.氯水             D.硫酸亞鐵溶液

思路分析：食鹽在空氣中不變質；漂白粉在空氣中發(fā)生如下反應：Ca(ClO)₂+CO₂+H₂O=2HClO

+CaCO₃↓、2HClO2HCl+O₂↑；氯水中只是2HClO2HCl+O₂↑；硫酸亞鐵溶液中只是Fe²⁺被氧化為Fe³⁺。

答案：B

方法要領：掌握各種物質的化學性質及反應中元素的價態(tài)變化。

例3  將1體積選項中的一種氣體與10體積O₂混合后，依次通過盛有足量濃NaOH溶液的洗氣瓶和盛有足量的熱銅屑的管子(假設反應都進行完全)，最后得到的尾氣可以是（1996年全國高考題）

A.Cl₂                B.CO                 C.CO₂                    D.N₂

思路分析：假如“1體積為A中Cl₂，則當通過足量濃堿液時，因Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O而被完全吸收，而10體積O₂在通過銅屑時被完全吸收，故無尾氣產生；若為B中CO，則在通過堿液時無變化；而通過銅屑時，因O₂過量而生成CO₂故選C；若分別為C中CO₂或D中N₂，當依次通過時C中無氣體剩余，D中仍然保留了原來的N₂。

答案：C、D

方法要領：該題要答正確，必須審明題意：即反應物需從四個選項中選，產物也要從四個選項中選。防止漏選C。

例4  為實現中國2000年消除碘缺乏病的目標，衛(wèi)生部規(guī)定食鹽必須加碘,，其中的碘以碘酸鉀(KIO₃)形式存在。已知在溶液中IO₃^-可和I^-發(fā)生反應：IO₃^-+5I^-+6H⁺=3I₂+2H₂O。根據此反應，可用試紙和一些生活中常見的物質進行實驗，證明在食鹽中存在IO₃^-�？晒┻x用的物質有：①自來水；②藍色石蕊試紙；③碘化鉀淀粉試紙；④淀粉；⑤食糖；⑥食醋；⑦白酒。進行上述實驗時必須使用的物質是（1997年全國高考題）

A.①③            B.③⑥             C.②④⑥              D.①②④⑤⑦

思路分析：依題給信息要檢驗NaCl中含有IO₃^-，宜使其變成有特殊顏色的物質才好識別。因此，應加含有I^-和H⁺的物質使其變成I₂，而且存在著能I₂與結合成藍色物質的淀粉。因而，③中含有I^-和淀粉，⑥中含有H⁺（由CH₃COOH溶液電離而得）。

答案：B

方法要領：題中向考生傳達了我國在2000年消滅碘缺乏癥的目標和達到此目標的辦法。解題關鍵是：抓住IO₃^-+5I^-+6H⁺=3I₂+2H₂O，可知所給物質要提供I^-和H⁺。

本題屬于原理型信息給予題，它給出兩條反應原理的新信息：一是食鹽中的碘是以碘酸鉀（KIO₃）的形式存在；二是給出了IO₃^-、I^-、H⁺3種離子共同存在時發(fā)生的生成I₂的氧化還原反應的信息，此反應原理成為實現問題解決的根本依據。為此，應能提取出I₂和淀粉互檢的已有知識，并把IO₃^-被I^-在H⁺存在下還原為I₂的反應和I₂的常規(guī)檢驗聯系起來，從而完成對問題的解答。

如果能深入把握KI淀粉試紙檢驗出氧化性物質（如Cl₂、O₃等）的反應原理，將已有知識遷移運用到IO₃^-氧化I^-（H⁺存在）的新情境中，則不難找出用碘化鉀淀粉試紙（H⁺存在）檢出IO₃^-的方法。可見，將知識系統(tǒng)化、結構化，對形成知識的類比與遷移能力，是十分重要的。

例5  甲、乙、丙三種溶液各含有一種X_-^-（X_-^-為Cl^-、Br^-、I^-）離子。向甲中加淀粉溶液和氯水，則溶液變橙色，再加丙溶液，顏色無明顯變化。則甲、乙、丙依次含有（1991年全國高考題）

A.Br^-、Cl^-、I^-          B.Br^-、I^-、Cl^-              C.I^-、Br^-、Cl^-               D.Cl^-、I^-、Br^-

思路分析：在甲溶液中加入淀粉溶液和氯水，淀粉不顯藍色，證明甲中不含I^-離子，溶液顯橙色，證明甲中含Br^-離子（溴水顯橙色）；再加丙溶液，無明顯變化，表明丙中不含I^-離子。綜上所述，甲中含Br^-離子，乙中含I^-離子，丙中含Cl^-離子。

答案：B

方法要領：利用非金屬置換反應規(guī)律進行邏輯分析。非金屬性較強的單質能從鹽溶液（或酸溶液）中把非金屬性弱的非金屬置換出來。

本題考查了對鹵素離子還原性強弱的理解及鹵素置換實驗現象的分析，它運用的知識有：Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂，Cl₂+2I^-=2Br^-+I₂和Br₂+2I^-=2Br^-+I₂，I₂遇淀粉變藍色。

例6  冰箱致冷劑氟氯甲烷在高空中受紫外線輻射產生Cl原子，并進行下列反應：Cl+O₃→ClO+O₂，ClO+O→Cl+O₂。下列說法不正確的是（1998年上海高考題）

A.反應后將O₃轉化為O₂                     B.Cl原子是總反應的催化劑

C.氟氯甲烷是總反應催化劑                   D.Cl原子反復起分解O₃的作用

思路分析：可將兩個分反應合并得總反應2O₃→3O₂，催化劑應是Cl而不是氟氯甲烷，由于催化劑在反應前后物質的量保持不變，故Cl反復起分解O₃的作用。

答案：C

方法要領：這是一道與環(huán)境化學相關的題目，也屬信息給予題。中間產物和催化劑有相同點：①均參與了反應過程；②當分反應合并成總反應時兩者均可消去，即生成量等于消耗的量。兩者的不同之處在于催化劑先消耗后生成，而中間產物則先生成后消耗。據此可判斷出Cl在上述過程中是催化劑。平時要善于比較一些相關的概念，找出它們的本質區(qū)別。

例7  某溫度下，將Cl₂通入NaOH溶液中,反應得到NaCl、NaClO、NaClO₃的混合液，經測定ClO^-和ClO₃^-的濃度之比為1:3，則Cl₂與NaOH反應時,被還原的氯元素與被氧化的氯元素物質的量之比為（1999年全國高考題）

A.21:5                 B.11:3               C.3:1               D.4:1

思路分析：Cl₂與NaOH溶液反應，Cl₂既是氧化劑又是還原劑，從電子得失角度分析，被氧化的Cl分別從0→+1、0→+5，根據題目所給條件分析得ClO^-和ClO₃^-的個數之比為1:3，則被氧化的一方4個0價Cl共失電子1+3×5=16；被還原Cl從0→-1，欲使得失電子總數相等，則需16個0價Cl。所以，被還原的氯元素與被氧化的氯元素的物質的量之比為16:4=4:1。
    答案：D

方法要領：本題考查利用氧化還原反應的本質分析問題的能力，考查學生應變的靈活性。Cl₂與NaOH溶液反應，本身既是氧化劑又是還原劑，氧化產物為NaClO、NaClO₃，還原產物為NaCl，通過電子守恒原理快解。

例8  KClO₃和濃鹽酸在一定溫度下反應會生成綠黃色的易爆物二氧化氯.其變化可表述為:   KClO₃+   HCl(濃)==   KCl+   ClO₂↑+   Cl₂↑+     

(1)請完成該化學方程式并配平(未知物化學式和化學計量數填入框內)

(2)濃鹽酸在反應中顯示出來的性質是         (填寫編號,多選倒扣分)

①只有還原性       ②還原性和酸性         ③只有氧化性        ④氧化性和酸性

(3)ClO₂具有很強的氧化性。因此，常被用作消毒劑，其消毒效率(以單位質量得到的電子數表示)是Cl₂的     倍。（2000年上海市高考題）

思路分析：（1）此題的難點是方程式的配平,用化合價升降法配平時，首先要分清氧化產物是Cl₂還原產物是ClO₂,KCl中的Cl^-來源于鹽酸，化合價沒有變化，再配平氧化劑，還原劑，氧化產物和還原產物的計量數，最后依據原子種類和個數守恒，配平其它物質的計量數和補加未知物。（2）由配平的方程式可知，參加反應的濃鹽酸有一半被氧化，另一半起了酸作用。(3)消毒后，Cl元素的價態(tài)為為-1價，對ClO₂單位質量得電子(1/67.5)×5；對Cl₂單位質量得電子：(1/71)×2；二者的比值為2.63。

答案:(1)2 4 2 2 1 2 H₂O (2) ②  (3)2.63

方法要領：此題考查了氯及其化合物的相互轉化和性質，氧化還原反應方程式的配平，氧化性還原性分析,電子轉移數目的計算等知識；此題是一信息題，情境新穎，思考量大，有效地考查了學生的分析問題的能力，代表了今后高考命題的方向。

例9  已知氯水中有如下平衡：Cl₂+H₂O   HCl+HClO。常溫下，在一個體積為50mL的針筒里吸入40mL氯氣后，再吸進10mL水。寫出針筒中可能觀察到的現象                  。

若將此針筒長時間放置，又可能看到何種變化              ；試用平衡觀點加以解釋   

           。（1994年上海市高考題）

思路分析：因Cl₂與H₂O反應而溶解，氣體體積縮小，溶液呈淺黃綠色。若此針筒長時間放置，氣體體積進一步縮小，氣體和溶液均變成無色；原因是氯水中的平衡Cl₂+H₂O   HCl+HClO，由于HClO逐漸分解（2HClO=2HCl+O₂）而不斷地向右移動，最終Cl₂耗盡全部轉化為O₂，導致氣體體積縮小和黃綠色消退。

答案：氣體體積縮小，溶液呈淺黃綠色。氣體體積繼續(xù)減小，氣體和溶液均變成無色；氯水中的平衡Cl₂+H₂O   HCl+HClO，又由于2HClO=2HCl+O₂，HClO不斷分解，平衡右移，最終Cl₂耗盡全部轉化成O₂。由總反應式2Cl₂+2H₂O===4HCl+O₂，可知，氣體體積減少。

方法要領：回答實驗現象要完整并且表達確切。

例10  某化學課外小組用海帶為原料制取少量碘水�，F用CCl₄從碘水中萃取碘并用分液漏斗分離兩種溶液，其實驗操作可分為如下幾步:（1991年全國高考題）

A.                 把盛有溶液的分液漏斗放在鐵架臺的鐵圈中

B.                 把50mL碘水和15mLCCl₄加入分液漏斗中,并蓋好玻璃塞

C.                 檢驗分液漏斗活塞和上口的玻璃塞是否漏液

D.                 倒轉漏斗用力振蕩,并不時旋開活塞放氣,最后關閉活塞,把分液漏斗放正

E.                 打開活塞,用燒杯接收溶液

F.                 從分液漏斗上口倒出上層水溶液

G.                 將漏斗上口的玻璃塞打開或使塞上的凹槽或小孔對準漏斗口上的小孔

H.                 靜置,分層

就此實驗,完成下列填空:

(1)正確操作步驟的順序是    →   →   A→G→   →E→F。

(2)上述E步驟的操作中應注意                                            

上述G步驟操作的目的是                                                          

(3)能選用CCl₄從碘水中萃取碘的原因是                                    

(4)下列物質,不能作為從溴水中萃取溴的溶劑是     

A.熱裂汽油               B.苯                    C.酒精              D.正庚烷

思路分析：（1）檢驗分液漏斗活塞和上口的玻璃塞是否漏液，這當然是第一步。B、D的操作屬于萃取，E、F屬于分液操作，A、G、H是分液前的準備操作。（4）中的熱裂汽油中，含碳碳雙鍵，與溴水發(fā)生加成反應，而酒精與溴水互溶，所以兩者均不適宜作萃取劑。

答案:(1)CBDH；(2)使漏斗下端管口緊靠燒杯內壁,及時關閉活塞,不要讓上層液體流出;使漏斗內外空氣相通,以保證E操作時漏斗里液體能夠流出；(3)四氯化碳與水不溶,I₂且在四氯化碳溶解度比在水中大很多；（4）A、C

方法要領：萃取和分液操作是中學化學實驗中分離物質的常用方法之一，本題所涉及到的知識的技能有：分液漏斗的作用，萃取操作步驟及每一步聚的目的，萃取操作中的注意事項，萃取劑的性質及選擇原則；碘在水和CCl₄等有機溶劑中的溶解性，熱裂汽油的不飽和性，乙醇和水的互溶性等。只有掌握這些基本知識，并在學生實驗中注意這些問題，才能在解決實際問題時綜合運用這些知識進行正確的推理和判斷。

例11  實驗室可用氯氣與金屬鐵反應制備無水三氯化鐵,該化合物呈棕紅色,易潮解,100℃左右時升華,下圖是兩個學生設計的實驗裝置,左邊的反應裝置相同,而右邊的產物收集裝置則不同,分別如(Ⅰ) (Ⅱ)所示:（2000年全國高考題）

(1)B中反應的化學方程式為：                                   。

(2)D中的反應開始前,需排除裝置中的空氣,應采取的方法是:                         。

(3)D中反應的化學方程式為：                                  。

(4)裝置(Ⅰ)的主要缺點是：                                     。

(5)裝置(Ⅱ)的主要缺點是：                                     ，如果選用此裝置來完成實驗,則必須采取的改進措施是：                             。

思路方法：此題綜合了氯氣的性質、制法，三氯化鐵的性質和制取，化學實驗操作及實驗裝置等問題。此題中涉及的制取氯氣和三氯化鐵的原理比較簡單，排除裝置中空氣的方法屬常識性操作，（1）、（2）、（3）問容易作答。只要根據題給信息，對裝置（Ⅰ）、（Ⅱ）的不同部分進行對比分析，答案就在（Ⅰ）、（Ⅱ）兩圖中，（4）、（5）問即可得解。

1．裝置（Ⅰ）中三氯化鐵由D進入E是通過細玻璃管，而裝置（Ⅱ）D直接插入E中，此二法那一種更好呢？根據題給信息，三氯化鐵在100℃左右升華，D管生成的三氯化鐵已是蒸氣，溫度降低即凝結成固體顆粒，細玻璃管就會被堵塞，此為裝置（Ⅰ）的缺點之一。

2．裝置（Ⅱ）中E下邊有一盛有NaOH溶液的洗氣瓶。NaOH溶液的作用是什么呢？聯想到氯氣是有毒氣體，實驗時的尾氣排入空氣前必須用NaOH溶液來吸收，而裝置（Ⅰ）中沒有，此為裝置（Ⅰ）的缺點之二。

3．裝置（Ⅰ）中E右邊連有盛濃H₂SO₄的洗氣瓶，而裝置（Ⅱ）中沒有。濃H₂SO₄在此起什么作用呢？根據題目所給信息，三氯化鐵易潮解，要制得無水三氯化鐵，必須在制取三氯化鐵裝置前后都要設計干燥裝置（這點原題D管前已經設計出此信息）。裝置（Ⅱ）未這樣設計即為缺點，需在E、F之間連接干燥裝置。

答案：（1）4HCl+MnO₂    MnO₂+Cl₂↑+2H₂O；（2）B中的反應進行一段時間后,看到黃綠色氣體充滿裝置，再開始加熱D；（3）2Fe+3Cl₂     2FeCl₃；4）導管易被新產品堵塞，尾氣排入空氣,易造成環(huán)境污染；（5）產品易受潮解，在E和F之間連接裝有干燥劑的裝置（其他既能防止產品潮解又能防止尾氣污染環(huán)境的合理答案均給分）

解題要領：本題考查了氯氣的實驗室制取原理、性質、干燥方法，尾氣處理及FeCl₃制備和潮解等問題，只有全面地掌握了有關知識點，才能準確作答。

本題的側重點在于考查考生對實驗裝置的評價與改進的能力。要評價和改進，就應從實驗反應物與生成物的性能出發(fā)。本題制取的FeCl₃在100℃升華，易潮解，故必須考慮FeCl₃凝結會堵塞導管的可能性和外部空氣侵入使FeCl₃潮解的問題。此外，尾氣（特別是有毒的氣體）處理是應當特別注意的問題。