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第14章 碳族元素(2)

解析:这是一道信息迁移题。题中铅元素的化合价与铁元素不同,呈+2价和+4价,所以氧化物形式写成2PbO·PbO2,盐的形式写成Pb2PbO4。Pb3O42PbO·PbO2,与盐酸的反应可理解为PBO+2HCl=PbCl2+H2O和PbO2+4HCl=PbCl2+Cl2↑+2H2O。

答案:(1)2PbO·PbO2;Pb2PbO4

(2)Pb3O4+8HCl=3PbCl2+Cl2↑+4H2O强化训练:有一种锰和氧的化合物可以称为高锰酸锰,其中锰元素呈+2价和+7价两种价态,则这种化合物的化学式为。

答案:Mn(MnO4)2或Mn3O8。

例5将过量的CO2分别通入①溶液CaCl2②Na2SiO3溶液③溶液Ca(ClO)2④饱和的Na2CO3溶液,最终溶液中有白色沉淀析出的是

A.①②③④B.②④C.①②③D.②③④选题目的:CO2对应的酸为碳酸,碳酸是一种不稳定易分解的二元弱酸,本题实质是考查对碳酸性质的理解。

解析:CO2只能与比碳酸更弱的酸的盐反应,生成新酸和新盐,而不能与酸性较碳酸强的酸的盐反应,所以,CO2通入CaCl2溶液中无反应发生,无沉淀生成,通入Na2SiO3溶液中有如下反应:NaSiO3+CO2+2H2O=Na2CO3+H4SiO4↓生成H4SiO4沉淀,在通入CO2过量的情况下,沉淀不会溶解。

当CO2通入Ca(ClO)2溶液中,将发生如下反应:Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO但在通入过量CO2时,CaCO3转为Ca(HCO3)2,沉淀将溶解CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

所以当过量CO2通入Ca(ClO)2溶液中,最终无沉淀生成。

若CO2通入饱和Na2CO3溶液,Na2CO3将转为NaHCO3,Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

Na2CO3和NaHCO3同属于可溶性的盐,但在同温度时,Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度,而由Na2CO3转化生成的NaHCO3的质量大于原有Na2CO3的质量,且在转化过程中还要消耗溶剂水,故将有NaHCO3沉淀析出。通入过量的CO2对沉淀无影响,故本题答案为②④。

答案:B

启示:在复分解反应中,酸可以和盐反应生成新的酸和新的盐。一般有两种情况,一是较强的酸制较弱的酸,二是高沸点酸制低沸点酸,其中有个别例外情况,如:CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

在CuSO4溶液中通入H2S,有黑色CuS沉淀生成,溶液中则形成硫酸,这是由于CuS不溶于水,也不溶于一般酸,所以能发生上述反应。这种情况是很少的。

本题还涉及到NaHC3的溶解度的问题,酸式盐的溶解度一般大于相应的正盐的溶解度,但是Na2CO3的溶解度比NaHCO3大,这是例外情况,但不能由此认为NaHCO3是一种难溶于水的物质,20℃时,NaHCO3溶解度为9.6g,是一种可溶物质。

例6根据金刚石=石墨+1.89kJ,可以得出的结论是

A.石墨比金刚石稳定

B.石墨和金刚石互为同素异形体

C.金刚石转变为石墨时能量升高

D.属于物理变化

解析:由于各种物质所具有的能量不同,如果反应物的总能量高于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,有一部分能量就会转变成热量等形式释放出来,这就是放热反应,如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,反应物就需要吸收能量才能转化为生成物,这就是吸热反应。

所以上式说明金刚石所具有总能量高于石墨所具有的能量,由金刚石转变为石墨时,将有能量向外释放,物质所具有能量较低,则较为稳定,若使其发生化学变化,需要提供更多的能量。由上述转化关系也可说明石墨较金刚石稳定,金刚石转变为石墨时能量降低。

上述转化过程没有其他物质参加,仅是由碳元素组成的单质的转化,能量的变化表现出两物质结构的差异,因此金刚石与石墨应为同由碳元素形成的结构性质不同的单质,也就是互为同素异形体,所以,上述变化的实质是由一种物质转变为一种新的物质,是一种化学变化。

答案:A、B

启示:元素形成同素异形体的现象较多,如碳元素的同素体有金刚石、石墨、C60、C70等。氧元素的同素异形体有O2和O3(臭氧)。磷元素的同素异形体有白磷和红磷等。同一元素形成的同素异形体是不同的物质,因此在一定条件下的同素异形体的转化属于化学变化。

如:金刚石=石墨3O2=2O3

在这种转化中无化合价的变化(单质中元素的化合价均视为0价),因此不属于氧化还原反应,同时也不属于四类基本反应(化合、分解、置换、复分解)中的任何一类。

例7草酸晶体与浓硫酸共热可制得CO,其化学方程式如下:H2C2O4(浓)H2SO4△CO2↑+CO↑+H2O现利用该反应制取CO气体,要求:a.验证CO还原性及其氧化产物。b.剩余气体CO不能排入大气中,并回答有关问题:(1)试从图中选用几种装置(有些可重复使用)连接成一套实验装置,所选用的装置及连接顺序为。

(2)用简洁的文字说明所选的装置,如何达到上述两要求:a。b.。

(3)在装置C中的化学反应方程式为。

(4)本实验有四个酒精灯A、B、C、H,正确操作时点燃酒精灯的顺序是;试简单说明理由;。熄灭酒精灯的顺序是;试简单说明理由:。

(5)用有效气体还原0.40gFexOy将生成的气体通入过量澄清石灰水中,生成0.75g白色沉淀,则FexOy中x值是,y值是。

选题目的:本题要根据反应原理,实验装置及提供的试剂,实验目的及实验过程进行综合分析,确定实验操作的具体步骤和仪器的连接顺序,根据题意,回答有关实验的一些具体问题。

解析:本实验的原理及步骤是,加热草酸晶体,使之分解,制取CO气体,并要求a.验证CO的还原性及其氧化产物,b.剩余气体CO不能排入大气中。

在制取气体时,根据方程式:

H2C2O4(固体)(浓)H2SO4△CO2↑+CO↑+H2O可知这是一个固体与液体物质在加热条件下制取气体的反应,应选装置A。

因为草酸在加热中分解生成CO时,同时有CO2和H2O生成,若不除去则影响CO还原性和进行氧化产物CO2的鉴定。可选用装有苛性钠的U型管以吸收混合气体中的CO2,同时还要配以装有澄清石灰水的装置E。当气体通过G装置后进行装置E无浑浊出现,说明混合气体中CO2已除尽,然后通过装有浓H2SO4的洗气瓶进行干燥,才能进入装置C与FexOy反应,证明CO的还原性。

在C中反应生成Fe和CO2,证明生成了CO2,只能再次选用装置E,其中溶液在气体通过后出现浑浊,证明在反应中已生成了CO2,这就说明了CO的还原性,CO在反应中被氧化为CO2,剩余CO不能向空气中排放,无其他试剂可以将其吸收,所以将尾气在H处点燃,使未反应的CO转化为CO2。

实验中有三处装置使用酒精灯,即A、C、H。正确操作点燃酒精灯的顺序应为A→H→C。使分解产生的气体将系统内的空气排净,防止加热时发生爆炸,而熄灭酒精灯的顺序应为C→A→H。这是因为要使已被还原的铁粉在CO的气流中冷却,以防止再被氧化影响实验结果。

实验最后给出测定的有关数值,要求确定FexOy中的x和y值:FexOy+yCO△xFe+yCO2

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2OFexOy~yCO2~yCaCO3

0.40gFexOy中含氧原子的物质的量:n0=nCO2=nCaCO3=0.75g100g/mol=0.0075molnFe=0.4g-0.0075mol×16g/mol56g/mol=0.28g56g/mol=0.005molx∶y=0.005mol∶0.0075mol=2∶3

故x=2y=3

答案:(1)A→G→E→F→C→E→H

(2)a.草酸分解气体通过装置E时无白色沉淀生成说明其中所含CO2已除尽,通过装置C反应后气体通过第二个装置E时出现白色沉淀,说明CO的氧化产物为CO2。

b.尾气在装置H处点燃,使剩余的CO转化为CO2

(3)FexOy+yCO△xFe+yCO2

(4)A→H→C,使分解产生的气体把实验系统内的空气排尽,防止加热时引起爆炸C→A→H,使热的铁粉在CO气流中冷却,防止铁粉再次被氧化(5)2、3

【习题精选】

一、选择题

1.下列叙述正确的是

A.C、Si同主族,因此CO2和SiO2物理性质相似。

B.SiO2与Na2CO3高温反应生成CO2,说明H2SiO3比H2SO4酸性强。

C.C比Si非金属性强,因此CH4比SiH4热稳定性强。

D.C与SiO2高温下能生成Si,说明C比Si氧化性强。

2.常温下不能与硅反应的是

A.氢氟酸B.浓硝酸

C.氢氧化钠溶液D.氯气

3.不能由酸酐和水生成的酸是

A.HClO4B.H2SO3

C.H2SiO3D.H2CO3

4.下列反应有二氧化碳生成的是

A.碳和二氧化硅在高温下反应。

B.碳和氧化铜在高温下反应。

C.水蒸气通过红热的碳。

D.炭粉与氧化镁隔绝空气加热。

5.不能用作半导体材料的是

A.SiB.Ge

C.SeD.Sn

6.下列溶液:①氯氟酸、②碳酸钠溶液、③氨水、④水玻璃、⑤浓硝酸、⑥汽油,应盛放在带橡皮塞玻璃瓶中的是

A.只有④B.只有②③④

C.只有②③④⑤D.全部

7.用一种试剂鉴别Na2SO3、Na2SiO3、Na2S、NaI4种溶液,这种试剂可以是

A.盐酸B.AgNO3溶液

C.BaCl2溶液D.溴水

8.下列离子组能在水溶液中大量共存,且加入盐酸可能生成沉淀的是

A.Na+、SiO2-3、Cl-、SO2-4

B.Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-

C.S2-、SO2-3、OH-、Na+

D.Ca2+、SiO2-3、Cl-、NO-3

9.下列反应发生后能使原溶液质量减轻的是

A.CO2通入水玻璃中

B.CO2通入CaCl2溶液中

C.SiO2放入氢氟酸中

D.CO2(过量)通入石灰水中

10.下列有关硅酸盐定义合理的是

A.硅酸对应的盐B.原硅酸对应的盐

C.硅酸和原硅酸对应的盐D.以上均不完全11.将Ca(HCO3)和SiO2的混合物在高温下加热,充分反应后,所得固体的质量为原混合物质量的一半,则原混合物中Ca(HCO3)与SiO2物质的量之比及所得固体的成分分别是

A.6:5CaO和CaSiO3B.5:6CaSiO3和SiO2

C.6:5CaO、SiO和CaSiOD.无法判断参考答案

1.(C)2.(B)、(D)3.(C)4.(B)5.(D)6.(B)7.(A)、(D)8.(A)、(C)S2-、SO2-3可生成S;D项中Ca2+与SiO2-3不共存。

9.(A)、(C)A项通入CO2的质量小于生成硅酸沉淀的质量,C项反应的SiO2质量小于生成SiF4气体的质量。

10.(D)硅酸盐含硅酸、原硅酸和由它们缩水结合成酸对应的盐。

11.(A)逸出CO2、H2O(气)的质量为原混合物质量的一半。

二、填空题

1.有下列几种物质:①晶体硅②金刚石③氯化钠④钠⑤二氧化硅⑥三氧化硫⑦冰7种固体的熔点从高到低的顺序是。

2.(1)除去CO2中的少量CO,可使混合气体通过。

(2)除去CO中的少量CO2和水蒸气可使混合气体通过。

(3)除去CO2中的少量SO2,可使混合气体依次通过和。

(4)检验SO2中是否混有CO2,可使混合气体依次通过和。

(5)除去二氧化硅中混有的少量碳酸钙的实验方法是。

(6)除去二氧化硅中混有的少量硅酸钠的实验方法是。

(7)检验生石灰里含有石英和石灰石的化学方法是。

3.现有A、B、C、D、E5种元素,它们的原子序数依次增大。已知:①E、A元素组成的化合物为EA4,它在空气中能自燃,生成A2C和EC2。②D组成的单质D2常温常压下为气体,它可与A2C反应,生成C2单质和AD的溶液。③AD常温常压下为气体,它的水溶液能与EC2反应,生成A2C和气体ED4。④B和D同主族。

(1)写出这5种元素的符号:A、B、C、D、E。

(2)写出上述有关反应的化学方程式:①、②、③。

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