2022高考化学一轮复习教案：第4章 第6讲 非金属化合物的制备及性质探究

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第6课时　学科素养——非金属化合物的制备及性质探究
素养1　思维方法　含氯化合物的制备及性质

含氯化合物的制备及性质探究题是高考命题的重点，此类问题大多以氯气的制备为母体，延伸到考查其他含氯化合物的制备、气体的净化、尾气处理、实验操作及分析等。
含氯化合物的制备及性质探究体现《中国高考评价体系》中学科素养“思维方法”涉及的“科学思维”、“创新思维”，要求采用严谨求真的、实证性的逻辑思维方式应对各种问题，要求运用开放性、创新性的思维方式应对问题情境，组织教材中氯及其化合物相关的知识与能力，注重独立性、批判性、发散性的思考，提出新视角、新观点、新方法、新设想，设计含氯化合物的制备及性质探究实验方案，并解决物质制备及性质探究过程中出现的各种问题。
1．制备氯气的两种方法

装置类型
装置图示
反应原理
方
法
1
固体＋液体
气体

MnO2＋4HCl(浓)MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
方
法
2
固体＋液体
―→气体

2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O
2.氯气的净化
Cl2中含有HCl、H2O(g)，依次通过盛有饱和食盐水、浓硫酸的洗气瓶除去杂质。

3．制备含氯化合物
制备无水氯化铁、氯化镁等易水解的金属氯化物时，要注意两点：
(1)排出装置内空气：先制取氯气，利用生成的Cl2排出装置内的空气，防止加热时金属被空气中O2氧化。
(2)防止金属氯化物水解：在盛有金属粉末(如铁粉、铝粉等)的硬质试管左右两侧均连接干燥装置，隔绝水蒸气，防止水蒸气进入而引起金属氯化物水解。
4．含Cl2尾气的处理

含氯化合物的制备及性质探究实验中，尾气含有毒的Cl2，要利用NaOH溶液吸收尾气Cl2，发生反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O。

[提升1] (2021·湖北荆州中学检测)PCl3是一种重要的化工原料，实验室用如图装置制取PCl3。已知PCl3的熔点是－112℃，沸点是75.5℃，极易水解，受热易被氧气氧化。

请回答下列问题：
(1)实验开始前的操作依次是：①组装仪器，②____________________，③加药品，④__________________________，⑤最后点燃酒精灯。
(2)导管a的作用是___________________________________________；
F装置的作用是__________________________________。
(3)测定产品纯度，步骤如下：
i．称取5.00 g产品，溶于水配成100 mL溶液(发生反应：PCl3＋3H2O===H3PO3＋3HCl)；
ii.取上述溶液25.00 mL，加入20.00 mL 0.400 0 mol/L碘水， 充分氧化H3PO3；
iii.以淀粉溶液为指示剂，用0.050 0 mol/L 硫代硫酸钠溶液滴定ii中所得溶液，发生的反应为I2＋2S2O===S4O＋2I－，消耗硫代硫酸钠溶液12.00 mL。
①滴定终点时的现象是________________________________________________。
②该产品的纯度为____________。
解析　(1) 实验开始前的操作依次是：①组装仪器；②检查装置的气密性；③加药品；由于PCl3极易水解，受热易被氧气氧化，因此④打开K通一段时间的CO2，排除装置中的氧气，然后关闭K。
(2) 导管a的作用是平衡三颈烧瓶与分液漏斗上方的气压，使B仪器中的液体能够顺利滴下；由于PCl3的熔点是－112℃，沸点是75.5℃，因此E装置的作用是冷凝并收集PCl3。
(3) ①开始是单质碘过量，用硫代硫酸钠溶液滴定，不断消耗单质碘，因此滴定终点时的现象是溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不恢复蓝色；
②由PCl3＋3H2O===H3PO3＋3HCl、H3PO3＋I2＋H2O===H3PO4＋2HI和I2＋2S2O===S4O＋2I－可知，n(H3PO3)＋n(S2O)===n(I2)，即n(H3PO3)＋×0.050 0 mol/L×0.012 L＝ 0.400 0 mol/L ×0. 020 L，解得n(H3PO3)＝7.7×10－3 mol，所以5.00 g产品中含有4×7.7×10－3 mol PCl3，产品中PCl3的质量分数为×100%＝84.7%。
答案　(1)检查装置的气密性　打开K通一段时间的CO2，然后关闭K
(2)平衡三颈烧瓶与分液漏斗上方的气压，使B仪器中液体能移顺利滴下吸收多余的氯气　防止空气中的水蒸气进入烧瓶和PCl3反应
(3)①溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不恢复蓝色②84.7%
[提升2] (2021·河北唐山检测)三氯化硼是重要的化工原料。可用于制取乙硼烷(B2H6)，也可作有机合成的催化剂。
[查阅资料]　①BCl3的沸点为12.5 ℃，熔点为－107.3 ℃；②2B＋6HCl2BCl3＋3H2，硼也能与强碱反应。
某研究性学习小组用如图所示装置制备三氯化硼。

回答下列问题：
(1)A装置中反应的离子方程式：____________________________________。
(2)B装置的作用是______________________________；如果拆去B装置，可能的后果是__________________________________________________________________________。
(3)D装置中发生反应的化学方程式：______________________。
(4)G装置的作用是______________________________；为使实验装置简便，可用一个装置代替F和G装置。该装置所用仪器是________，所装试剂是________。
(5)A、D两处加热的先后顺序是____________，其理由是
________________________________________________________________________。
(6)检验制得的产品中含有硼粉的实验操作是__________________________________。
解析　(1)装置A制取Cl2，因此离子反应方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(2)盐酸易挥发，制取的Cl2中含有HCl，B装置的作用是除去Cl2中的HCl杂质气体；如果拆去B装置，可能的后果是硼粉与HCl反应生成的产物中有H2，加热H2与Cl2的混合气体，易发生爆炸。
(3)D装置中发生的反应是硼粉与Cl2反应生成BCl3，反应的化学方程式为2B＋3Cl22BCl3。
(4)G装置其作用是吸收未反应完的Cl2，防止污染空气；为使实验装置简便，可用一个装置代替F和G装置，可防止空气中的水蒸气进入E，又能吸收未反应完的Cl2，该装置所用仪器是干燥管或U形管，所装试剂是碱石灰。
(5)A、D两处加热的先后顺序是先A后D，其理由是排尽装置中的空气，避免氧气与硼粉反应生成B2O3。
(6)检验制得的产品中含有硼粉的实验操作是取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉；若无气泡产生，则样品中无硼粉。
答案　(1)MnO2＋4H＋＋2Cl－Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
(2)除去Cl2中的HCl杂质气体　硼粉与HCl反应生成的产物中有H2，加热H2与Cl2的混合气体，易发生爆炸
(3)2B＋3Cl22BCl3
(4)吸收未反应完的Cl2，防止污染空气　干燥管或U形管　碱石灰
(5)先A后D　排尽装置中的空气，避免氧气与硼粉反应生成B2O3
(6)取少量样品于试管中，滴加浓NaOH溶液，若有气泡产生，则样品中含有硼粉；若无气泡产生，则样品中无硼粉
素养2　实践探索　含硫化合物的制备及性质

含硫化合物的制备及性质探究是高考命题的热点，近几年高考试题多次考查了硫代硫酸钠(Na2S2O3)、焦亚硫酸钠(Na2S2O5)等物质的制备及性质。含硫化合物的制备及性质探究体现《中国高考评价体系》中学科素养“实践探索”涉及的“研究探索”、“操作运用”，要求考生根据应对新的问题情境的需要，合理地组织、调动各种相关知识与能力，实施调研、探究或实验活动，分析结果，提出新观点或发现新问题，运用实验等动手操作方法，探究所要解决的生活实践或学习探索情境中的各种问题；综合各种技术方法进行组合创新，创新性地解决现实情境问题。
一、硫代硫酸钠(Na2S2O3)
1．物理性质
Na2S2O3·5H2O俗名为大苏打，无色透明晶体，易溶于水，溶于水后呈碱性。
2．化学性质
(1)与酸反应生成单质硫，放出SO2气体：S2O＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O。
(2)Na2S2O3是较强的还原剂，能被I2、Cl2、KMnO4等氧化剂氧化：
①2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI，此反应用于定量测定碘。
②Na2S2O3＋4Cl2＋5H2O===Na2SO4＋H2SO4＋8HCl，此反应在纺织和造纸工业上作脱氯剂。
③5Na2S2O3＋8KMnO4＋7H2SO4===8MnSO4＋5Na2SO4＋4K2SO4＋7H2O。
3．制备方法
将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量比配成溶液，然后通入SO2，反应大致可分三步进行：
(1)Na2CO3和SO2反应生成Na2SO3：Na2CO3＋SO2===Na2SO3＋CO2。
(2)Na2S与SO2反应生成Na2SO3和H2S：Na2S＋SO2＋H2O===Na2SO3＋H2S，
(3)Na2SO3和S作用生成Na2S2O3：Na2SO3＋S===Na2S2O3。
将上面三个反应合并得到总反应：2Na2S＋Na2CO3＋4SO2===3Na2S2O3＋CO2。
溶液蒸发浓缩后，冷却至293～303 K时即析出Na2S2O3·5H2O，用上述方法制得的Na2S2O3中常含有Na2SO4和Na2SO3等杂质。
二、焦亚硫酸钠(Na2S2O5)
1．性质
成品为白色或微黄结晶粉末，溶于水、甘油，微溶于乙醇，露置空气中易氧化成硫酸钠，与强酸接触放出二氧化硫而生成相应的盐类，加热到150 ℃分解。Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3。
2．制备方法
通常用NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得，化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。
3．用途
(1)医药工业用于生产氯仿、苯甲醛等；
(2)食品工业用作漂白剂、防腐剂、疏松剂、抗氧化剂、护色剂及保鲜剂；
(3)印染工业用作棉布漂白后的脱氯剂、棉布煮炼剂；
(4)制革工业用于皮革处理，能使皮革柔软、丰满、坚韧，具有防水、抗折、耐磨等性能。

[提升3] (2021·山东章丘四中质检)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉，白色晶体，可溶于水，微溶于乙醇；暴露在空气中易被氧化成亚硫酸氢钠或硫酸氢钠，75℃以上会分解。
(1)Na2S2O4的制取(实验装置如图)：

在甲酸钠(HCOONa)的甲醇溶液中，边搅拌边滴加Na2CO3的甲醇溶液，同时通SO2，反应放热，保持温度为60～70℃，即可生成Na2S2O4，同时生成另一种气体。
①仪器A的名称是__________，与普通分液漏斗相比，其优点是_____________。
②三颈烧瓶中生成Na2S2O4离子方程式为_____________________________________。
③为了使反应充分进行，得到更多更纯的产品Na2S2O4，应采取的主要措施有________。
A．控制水浴温度不超过75℃
B．加快通SO2的速率
C．加快滴加Na2CO3的甲醇溶液的速率
D．充分搅拌，使反应物充分接触
E．用乙醇洗涤产品，减少因溶解导致的损失
F．在通入SO2前还应该通入一段时间N2，以排尽装置内的空气
(2)Na2S2O4的性质：
取纯净的Na2S2O4晶体，隔绝空气加热，Na2S2O4固体完全分解得到固体产物Na2SO3、Na2S2O3和气体产物________(填化学式)。请设计实验验证Na2S2O4固体完全分解后的固体产物中有Na2S2O3存在，完成下表中内容。(供选择的试剂：稀盐酸、稀硝酸、BaCl2溶液、KMnO4溶液)
实验步骤预期现象和结论：
实验步骤
预期现象和结论
①__________________
____________________
②__________________
____________________
(3)Na2S2O4的应用
六价铬对人体有毒，Na2S2O4可以用于处理含铬废水，使含六价铬的离子浓度降低而达到排放标准，即含六价铬的离子浓度≤0.5 mg·L－1。具体操作是在含六价铬(Cr2O)的酸性废水中先加入Na2S2O4，再加入过量的石灰水，生成的沉淀主要有________(用化学式表示)。
解析　在甲酸钠(HCOONa)的甲醇溶液中，边搅拌边用恒压滴液漏斗滴加Na2CO3的甲醇溶液，由于产物Na2S2O3暴露在空气中易被氧化成NaHSO3或NaHSO4，在通入SO2前还应该通入一段时间N2，以排尽装置内的空气，75℃以上会分解，且反应放热，用水浴加热，保持温度为60～70℃，根据化合价的变化可知二氧化硫将甲酸钠转化为二氧化碳，即可生成Na2S2O4和CO2，由于Na2S2O4微溶于乙醇，用乙醇洗涤产品，减少因溶解导致的损失，再进行尾气处理吸收CO2。
(1)①根据仪器的形状可知，仪器A的名称是恒压滴液漏斗，与普通分液漏斗相比，其优点是平衡气压，使液体能顺利滴下。
②三颈烧瓶中是甲酸钠溶液和二氧化硫反应生成Na2S2O4，根据硫元素的化合价从＋4价降低到＋3价，得到一个电子，碳元素的化合价从＋2升高到＋4价，失去两个电子，根据得失电子守恒得到2SO2～ Na2S2O4，根据电荷守恒和原子守恒配平离子方程式。
③由于Na2S2O4在75℃以上会分解，故控制水浴温度不超过75℃，可以提高产品的纯度，A错误；加快通SO2的速率，可以加快反应速率，由于反应放热，会使温度超过75℃，会使Na2S2O4分解而降低产率，B错误；加快滴加Na2CO3的甲醇溶液的速率，可以加快反应速率，由于反应放热，会使温度超过75℃，会使Na2S2O4分解而降低产率，C正确；充分搅拌，使反应物充分接触，可使反应充分进行，提高产率，D正确；由于Na2S2O4可溶于水，微溶于乙醇；用乙醇洗涤产品，减少因溶解导致的损失，E正确；由已知信息，Na2S2O3暴露在空气中易被氧化成亚硫酸氢钠或硫酸氢钠，在通入SO2前还应该通入一段时间N2，以排尽装置内的空气，F正确。
(2)Na2S2O4中硫元素的化合价为＋3价，固体完全分解得到固体产物Na2SO3中硫的化合价为＋4价，是还原产物、Na2S2O3中硫的化合价为＋2价，是氧化产物，根据氧化还原反应中得失电子守恒和原子守恒可知气体是二氧化硫；根据反应Na2S2O3＋2HCl===2NaCl＋S↓＋SO2↑＋H2O可知，取少量Na2S2O4完全分解后的固体产物于试管中，加入稀盐酸，若有淡黄色沉淀生成，则说明产物中有Na2S2O3存在。
(3)在含六价铬(Cr2O)的酸性废水中先加入Na2S2O4，由于Cr2O具有强氧化性，S2O具有还原性，二者会发生氧化还原反应，离子反应为Cr2O＋S2O＋6H＋===2Cr3＋＋2SO＋3H2O，再加入过量的石灰水，Cr3＋和OH－，Cr3＋和SO会发生复分解反应生成的沉淀主要有Cr(OH)3、CaSO4。
答案　(1)①恒压滴液漏斗　平衡气压，使液体能顺利滴下
②2HCOO－＋4SO2＋CO===2S2O＋H2O＋3CO2　③ADEF
(2)SO2　①取少量Na2S2O4完全分解后的固体产物于试管中，加入稀盐酸
②若有淡黄色沉淀生成，则说明产物中有Na2S2O3存在　(3)Cr(OH)3、CaSO4
[提升4] (2018·全国卷Ⅰ)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
(1)生产Na2S2O5，通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式________________________________________________________________________。
(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为：

①pH＝4.1时，Ⅰ中为________溶液(写化学式)。
②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是__________________________。
(3)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为____________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，用0.010 00 mol·L－1的碘标准液滴定至终点，消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为______________________________________________，
该样品中Na2S2O5的残留量为________g·L－1(以SO2计)。
解析　(1)根据题给信息，将NaHSO3过饱和溶液结晶脱水可得到Na2S2O5，则化学方程式为2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O。(2)①酸性条件下，SO2与Na2CO3溶液生成NaHSO3。②工艺中加入Na2CO3固体并再次通入SO2，其目的是得到NaHSO3过饱和溶液。(3)阳极上阴离子OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。(4)根据电子、电荷及质量守恒，可写出反应的离子方程式为S2O＋2I2＋3H2O===2SO＋4I－＋6H＋。n(S2O)＝×n(I2)＝×0.010 00 mol·L－1×10.00×10－3 L＝5×10－5 mol，该样品中S2O的残留量(以SO2计)为5×10－5 mol×2×64 g·mol－1×＝0.128 g·L－1。
答案　(1)2NaHSO3===Na2S2O5＋H2O　
(2)①NaHSO3　②得到NaHSO3过饱和溶液　
(3)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a　(4)S2O＋2I2＋3H2O===2SO＋4I－＋6H＋　0.128
素养3　实践探索　含氮化合物的制备及性质

以NH3的制备为基础的含氮化合物的制备及性质探究是高考实验命题的热点之一，主要涉及NH3、氮氧化物、硝酸盐、亚硝酸盐等，解答此类问题的实验基础是掌握教材中有关NH3的制备及性质实验。“实践探索”包括认知操作和行动操作两个方面，是个体改造世界的核心品质，是信息输入和认知加工之后的必然结果，是完成认知学习和实践的关键环节。含氮化合物的制备及性质探究涉及《中国高考评价体现》中“实践探索”涉及的研究探索、操作运用、语言表达等学科素养，体现“分析与推测”、“探究与创新”等化学学科关键能力。
1．制备NH3的两种方法

装置类型
装置图示
反应原理
方
法
1
固体＋固体
气体

2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O
方
法
2
固体＋液体
―→气体

NH3·H2O＋CaO===NH3↑＋Ca(OH)2
2.NO和NO2的实验室制备方法

装置图示
反应原理
收集方法
NO

3Cu＋8HNO3(稀)
===3Cu(NO3)2＋
4H2O＋2NO↑
排水法
NO2
Cu＋4HNO3(浓)
===Cu(NO3)2＋
2NO2↑＋2H2O
向上排空气法

[提升5] (2021·湖北武汉联考)叠氮化钠(NaN3)是易溶于水的白色晶体，微溶于乙醇，不溶于乙醚，常用作汽车安全气囊中的药剂。实验室制取叠氮化钠的原理、实验装置及实验步骤如下：
①关闭止水夹K2，打开止水夹K1，开始制取氨气。
②加热装置A中的金属钠，使其熔化并充分反应后，停止通入氨气并关闭止水夹K1。
③向装置A中的b容器内充入加热介质，并加热到210～220℃，然后打开止水夹K2，制取并通入N2O。
请回答下列问题：

(1)制取氨气可选择的装置是____________。

(2)步骤①中先通氨气的目的是_________________________________________，
步骤②氨气与熔化的钠反应生成NaNH2的化学方程式为____________________，
步骤③中最适宜的加热方式为______________________________。
(3)生成NaN3的化学方程式为__________________________________________。
(4)反应完全结束后，进行以下操作，得到NaN3固体：
a中混合物NaN3固体
已知NaNH2能与水反应生成NaOH和氨气。操作Ⅱ的目的是________________________________________________________________________，操作Ⅳ最好选用的试剂是____________。
(5)实验室用滴定法测定叠氮化钠样品中NaN3的质量分数：
①将2.500 g试样配成500.00 mL溶液。
②取50.00 mL溶液置于锥形瓶中，加入50.00 mL 0.101 0 mol·L－1(NH4)2Ce(NO3)6溶液。
③充分反应后，将溶液稍稀释，向溶液中加入8mL浓硫酸，滴入3滴邻菲哕啉指示剂，用0.050 0 mol·L－1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定过量的Ce4＋，消耗溶液体积为29.00 mL。测定过程的反应方程式为2(NH4)2Ce(NO3)6＋2NaN3===4NH4NO3＋2Ce(NO3)3＋2NaNO3＋3N2↑、Ce4＋＋Fe2＋===Ce3＋＋Fe3＋，试样中NaN3的质量分数为__________________。
解析　(1)实验室可以用浓氨水与氧化钙固体制备氨气，可以选用D装置制备，也可以用氯化铵固体与氢氧化钙固体加热制取氨气，可以选用C装置制备，或者通过加热浓氨水制备氨气，可以选用B装置。
(2)钠容易与空气中的氧气反应，步骤①中先通氨气可以排尽装置中的空气；步骤②氨气与熔化的钠反应生成NaNH2的化学方程式为2Na＋2NH32NaNH2＋H2，步骤③中选用加热到210～220℃，最适宜的加热方式为油浴加热。
(3)根据步骤③可知，NaNH2与N2O在210～220 ℃时反应生成NaN3，反应的化学方程式为NaNH2＋N2ONaN3＋H2O。
(4) 反应后a中固体中可能含有钠、NaNH2、NaN3，NaNH2能与水反应生成NaOH和氨气，钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，叠氮化钠(NaN3)易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚，操作Ⅱ中加入乙醇，降低NaN3的溶解度，使NaN3析出，然后用乙醚洗涤后干燥可以得到较为纯净的NaN3固体。
(5)消耗的(NH4)2Fe(SO4)2的物质的量为0.050 0 mol·L－1×0.029 L＝0.001 45 mol，加入的(NH4)2Ce(NO3)6物质的量为0.101 0 mol·L－1×0.05 L＝0.005 05 mol，根据Ce4＋＋Fe2＋＝Ce3＋＋Fe3＋可知，与NaN3反应的(NH4)2Ce(NO3)6的物质的量为0.005 05 mol－0.001 45 mol＝0.003 6 mol，2(NH4)2Ce(NO3)6＋2NaN3===4NH4NO3＋2Ce(NO3)3＋2NaNO3＋3N2↑知，50.00 mL溶液中含有的NaN3的物质的量为0.003 6 mol，则试样中NaN3的质量分数为×100%＝93.60%。
答案　(1)BCD
(2)排尽装置中的空气　2Na＋2NH32NaNH2＋H2　油浴加热
(3)NaNH2＋N2ONaN3＋H2O
(4)降低NaN3的溶解度　乙醚　(5)93.60%
[提升6] (2021·山西晋城检测)氨基甲酸铵是一种重要化工产品，常温时，为白色晶体或粉末，易溶于水，难溶于CCl4，59℃时分解为氨及二氧化碳，其制备原理：2NH3(g)＋CO2(g)⇌NH2COONH4(s)　ΔH＝－272 kJ·mol－1。某化学兴趣小组利用下图实验装置(部分固定装置已省略)模拟制备NH2COONH4。试回答下列问题：

(1)仪器组装完毕后，首先应进行的操作是______________________________________。
(2)装置A用于实验室制取NH2COONH4的原料气体之一，该反应的化学方程式为____________________________________________________________________________。
(3)装置F中试剂的名称为_________________，装置G的作用为____________________。
(4)为提高原料气的利用率，应控制装置C和E中最佳鼓泡速率比为____________，装置D采用冰水浴的原因为_________________________________________________。
(5)生成的氨基甲酸铵悬浮于CCl4 中，下列操作可实现产品分离的是_________。

(6)实验装置中存在明显不足之处的是________________________，有同学认为装置H、G和F组成的装置过于复杂可简化，请简述该方法：________________________。
解析　(1)该实验利用NH3和CO2反应制取NH2COONH4，故仪器组装完毕后，首先要检查装置的气密性，再装入药品。
(2)装置B中盛有碱石灰，可与CO2发生反应，故装置A利用NH4Cl与Ca(OH)2反应制取NH3，化学方程式为Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O。
(3)装置H利用CaCO3与稀盐酸反应制取CO2，制取的CO2中混有挥发出的HCl，G中饱和NaHCO3溶液用于除去CO2中的HCl；装置F用于干燥CO2气体，则F中盛有试剂为浓硫酸。
(4)结合反应2NH3(g)＋CO2(g) NH2COONH4(s)可知，控制装置C中NH3和E中CO2的最佳鼓泡速率比为2∶1，二者恰好完全反应。NH2COONH4在59℃时分解为氨及二氧化碳，且该反应的ΔH＜0，故装置D采用冰水浴，降低温度，有利于平衡正向移动，提高反应物的转化率，防止因反应放热造成NH2COONH4分解。
(5)生成的氨基甲酸铵悬浮于CCl4中，可采用过滤的方法分离NH2COONH4(s)，故C正确。
(6)D装置中尾气直接排放到空气中，由于尾气中含有NH3，易污染环境。装置H、G和F组成的装置用于制取纯净、干燥的CO2气体，可采用干冰升华的方法制取CO2。
答案　(1)检查装置气密性
(2)Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O
(3)浓硫酸　除去CO2中混有的HCl杂质
(4)2∶1　降低温度，有利于提高反应物的转化率(或降低温度，防止因反应放热造成NH2COONH4分解)
(5)C　(6)缺少尾气处理装置　采用干冰升华直接制取纯净干燥的CO2(其他合理方案均可)
训练(二十二)　非金属化合物的制备及性质探究

1．(2021·广西钦州一中检测)金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广泛。某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓：
已知：①Ga转化为GaN的化学方程式是：2Ga＋2NH32GaN＋3H2
②NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3

(1)镓元素在周期表中的位置是___________________________________________。
(2)仪器X中的试剂是________。
A．浓氨水　　　　　　　　 B．稀硫酸
C．浓氢氧化钠溶液 D．浓氯化铵溶液
E．饱和食盐水
(3)仪器Y的名称是______________________________；装置Z的作用是__________。
(4)加热前，需先通入一段时间的H2，原因是_______________________。
(5)取某GaN样品a g溶于足量热NaOH溶液，发生反应GaN＋OH－＋H2OGaO＋NH3↑，用H3BO3溶液将产生的NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为b mol/L的盐酸V mL，则样品的纯度是___________________________________。
解析　由制备装置可知，Zn与稀硫酸反应生成氢气，利用氢气将装置内的空气排出防止金属被氧化，浓硫酸可干燥氢气，X为浓氨水，滴入到氧化钙上制备氨气，Y为碱石灰可干燥氨气， Z可防止倒吸，稀硫酸可吸收尾气。
(2)仪器X中的试剂是浓氨水，将浓氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应：CaO＋2NH3·H2O===Ca(OH)2＋2NH3↑，也可以把浓氯化铵溶液滴入烧瓶中，和CaO反应：2NH4Cl＋CaO＋H2O===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O，都可以制取NH3。
(3)装置Y为球形干燥管，装置Z作安全瓶，起到了防倒吸的作用。
(4)空气中的氧气能与镓反应，且镓与氨气反应生成氢气能与空气中的氧气反应，发生爆炸，所以加热前需要通入一段时间的H2，排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气和氧气混合反应爆炸。
(5)由题目所给方程式可知：GaN～NH3～NH3·H3BO3～HCl，由关系式可知n(GaN)＝n(HCl)＝bV×10－3mol，则样品的纯度为×100%＝%。
答案　 (1)第四周期第ⅢA族　(2)AD　(3)球形干燥管防倒吸
(4)排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气反应爆炸
(5) %
2．(2021·重庆第一中学检测)三氯氧磷(POCl3)是重要的基础化工原料，广泛用于制药、染化、塑胶助剂等行业。某兴趣小组模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，实验装置设计如下：

有关物质的部分性质如下表：

熔点/℃
沸点/℃
其他
PCl3
－112
75.5
遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3
POCl3
2
105.3
遇水生成H3PO4和HCl；
能溶于PCl3
回答下列问题：
(1)仪器a的名称是__________，装置A中发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)B装置的作用除观察O2的流速之外，还有____________________________。
(3)C装置控制反应在60℃～65℃进行，其主要目的是_______。
(4)通过佛尔哈德法可以测定三氯氧磷产品中Cl元素含量，实验步骤如下：
Ⅰ.取x g产品于锥形瓶中，加入足量NaOH溶液，待完全反应后加稀硝酸至酸性。
Ⅱ.向锥形瓶中加入0.100 0 mol/L的AgNO3溶液 40.00 mL，使 Cl－完全沉淀。
Ⅲ.向其中加入2 mL硝基苯，用力摇动，使沉淀表面被有机物覆盖。
Ⅳ.加入指示剂，用c mol/L NH4SCN溶液滴定过量Ag＋至终点，记下所用体积V mL。
已知：Ksp(AgCl)＝3.2×10－10，Ksp(AgSCN)＝2×10－12
①滴定选用的指示剂是__________(填标号)，滴定终点的现象为________________________________。
a．FeCl2　　　　　　 B．NH4Fe(SO4)2
c．淀粉 D．甲基橙
②Cl元素的质量百分含量为(列出算式)________________________________。
③步骤Ⅲ加入硝基苯的目的是_____________________________________________，
如无此操作，所测Cl元素含量将会__________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析　(1)仪器a 的名称是球形冷凝管(或冷凝管)。该实验模拟PCl3直接氧化法制备POCl3，PCl3遇O2生成POCl3，装置C三颈烧瓶中盛有PCl3，缺少氧化剂O2，故装置A用于制取O2，考虑装置特点，可利用H2O2催化分解，或Na2O2与水反应，结合守恒规律写出化学方程式。
(2)PCl3遇水生成H3PO3和HCl，装置A中制得O2中混有H2O(g)，要通过装置B除去H2O(g)，显然B中盛有浓硫酸。B装置中长颈漏斗下端插入浓硫酸中，上端与大气相通，起到平衡气压的作用，故B装置的作用除观察O2的流速之外，还有干燥气体、平衡气压的作用。
(3)PCl3的沸点为75.5℃，C装置控制反应在60℃～65℃进行，其目的是加快化学反应速率，同时防止PCl3挥发，提高原料的利用率。
(4)①用c mol/LNH4SCN溶液滴定过量Ag＋，要用Fe3＋作指示剂，达到滴定终点时，Ag＋完全沉淀生成AgSCN，SCN－与Fe3＋反应生成Fe(SCN)3而使溶液呈红色，故应选用NH4Fe(SO4)2溶液作指示剂。
②据Ag＋守恒可得：n(AgNO3)＝n(Cl－)＋n(NH4SCN)，则有n(Cl－)＝n(AgNO3)－n(NH4SCN)＝0.100 0 mol/L×40.00×10—3 L－c mol/L×V×10—3 L＝(4－cV)×10－3mol，m(Cl)＝(4－cV)×10—3mol×35.5 g/mol＝35.5(4－cV)×10—3 g，故产品中Cl元素的质量百分含量为[35.5(4－cV)×10—3g]/x g×100%＝×100%＝% 。
③由于Ksp(AgCl)＞Ksp(AgSCN)，则AgCl的溶解度大于AgSCN的溶解度。步骤Ⅲ加入硝基苯的目的是防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为更难溶的AgSCN沉淀，导致消耗NH4SCN溶液的体积增大，所测Cl元素含量将会偏小。
答案　(1)冷凝管(或球形冷凝管)　2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)
(2)平衡气压、干燥O2(或平衡气压和除去水，防止PCl3和POCl3遇水反应引入杂质)
(3)加快反应速率，同时防止PCl3气化，逸出损失
(4)①b　溶液刚好变为红色，且半分钟内不褪色
② ×100%

③防止在滴加NH4SCN时，将AgCl沉淀转化为AgSCN沉淀，导致多消耗NH4SCN溶液　偏小
3．(2021·北京师大附中检测)二氧化氯(ClO2)是国际上公认为安全、无毒的绿色消毒剂。美国阿莱德公司开发的“Solvey法”制备ClO2，其原理是用NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60℃时发生反应制备ClO2。实验室利用下图所示装置(夹持装置已略去)模拟“Solvey法”制备ClO2：

已知：①ClO2的浓度较大时易分解，实验室用稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，使用时加酸释放出ClO2；
②ClO2和CH3OH 的沸点分别为11℃和64.7℃。
(1)仪器a的名称是____________；仪器b的作用是____________________。
(2)装置A采用的加热方式为______________；反应中CH3OH被氧化为CO2，写出装置A中制备ClO2的化学方程式：______________________________________________，该方法的优点是_______________________________________。
(3)稳定剂吸收ClO2后，滴加稀盐酸释放ClO2，反应的离子方程式为_________________。
(4)(双选)下列有关说法正确的是________(填序号)。
A．注射器中NaOH溶液的作用是停止反应，并吸收多余的ClO2
B．装置C中溶液变成蓝色，证明装置A中反应有Cl2生成
C．装置D的作用主要是吸收尾气，防止污染环境
(5)ClO2对污水中Fe2＋、Mn2＋、S2－和CN－等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN－的浓度为a mg·L－1，现用ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________；
处理100 m3这种污水，理论上至少需要ClO2的体积(标准状况下)为________(用含a的代数式表示)。
解析　(1)仪器a的名称是球形冷凝管。仪器b是恒压滴液漏斗，其作用是平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发。(2)装置A中制取ClO2在60℃下进行反应，故采用的加热方式为水浴加热。NaClO3、稀硫酸和CH3OH在Mn作催化剂、60℃时发生反应制备ClO2，反应中CH3OH被氧化为CO2，还生成NaHSO4、H2O，结合得失电子守恒和原子守恒写出化学方程式。(3)稳定剂吸收ClO2生成NaClO2，滴加稀盐酸释放ClO2，结合得失电子守恒和原子守恒及电荷守恒写出离子方程式：5ClO＋4H＋===4ClO2↑＋Cl－＋2H2O。(4)注射器中NaOH溶液的作用是消耗装置A中稀硫酸，使反应停止，并吸收多余的ClO2，A正确；Cl2和ClO2都具有氧化性，都能将KI氧化生成I2而使溶液变蓝色，故装置C中溶液变成蓝色，不能证明装置A中反应有Cl2生成，B错误；Cl2有毒性，装置D中NaOH溶液的作用是吸收ClO2尾气，防止污染环境，C正确。(5)用ClO2处理含CN－的污水，将CN－氧化只生成两种无毒气体，结合元素守恒推知，这两种气体为N2和CO2，结合守恒规律写出离子方程式：2ClO2＋2CN－===N2＋2CO2＋2Cl－。工厂污水中含CN－的浓度为a mg·L－1，100 m3这种污水中含有CN－的质量为a mg·L－1×100×1 000 L＝105a mg＝100a g，n(CN－)＝(100a g)/(26 g·mol－1)＝ mol，结合反应可知，n(ClO2)＝n(CN－)＝ mol，在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝ L。
答案　(1)球形冷凝管　平衡压强，有利于甲醇顺利流下，并防止甲醇挥发　 (2)水浴加热　6NaClO3＋CH3OH＋6H2SO46ClO2↑＋CO2↑＋5H2O＋6NaHSO4　反应产生CO2，可稀释ClO2，防止其浓度过大发生分解　(3)5ClO＋4H＋===4ClO2↑＋Cl－＋2H2O　(4)AC　(5)2ClO2＋2CN－===N2＋2CO2＋2Cl－　 L

4．(2020·山东潍坊模拟)肼(N2H4，无色液体)是一种用途广泛的化工原料。实验室中先制备次氯酸钠，再用次氯酸钠溶液和氨反应制备肼并验证肼的性质。实验装置如图所示。

已知：Cl2(g)＋2NaOH(aq)===NaClO(aq)＋NaCl(aq)＋H2O(g)　ΔH<0。当温度超过40℃时，Cl2与NaOH溶液反应生成NaClO3。回答下列问题：
(1)仪器a的名称是____________，装置B的作用是____________________________。
(2)为控制D装置中的反应温度，除用冷水浴外，还需采取的实验操作是________________________________。
(3)当三颈烧瓶中出现黄绿色气体时立即关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯、关闭K1。此时装置C的作用是________________________。
(4)将D装置水槽中的冷水换为热水，把三颈烧瓶中黄绿色气体赶走后，打开K2，通入NH3，使其与NaClO溶液反应制取肼。理论上通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为________。
(5)请从提供的下列试剂中选择合适试剂，设计合理的实验方案验证肼的还原性__________________________________(说明操作、现象和结论)。
①淀粉­KI溶液　②稀硫酸(酚酞)　③NaHCO3　④AgCl
解析　(1)仪器a为圆底烧瓶；装置A中生成Cl2，气体中含有HCl，故B的作用为除去Cl2中的HCl；
(2)由题干已知信息可知，过量的Cl2会与NaOH发生副反应，导致原料的浪费以及NaClO浓度降低，故需控制Cl2的量，可采取的实验操作为：控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度；
(3)关闭分液漏斗活塞、移去酒精灯时，分液漏斗中反应未立即停止，还会继续产生少量氯气，因K1关闭，A、B装置为封闭体系，故C的作用为储存氯气；
(4)氯气通入D中发生反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O；通入NH3后，D中发生反应：NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O，由两个方程式中NaClO与Cl2、N2H4的关系可知，通入三颈烧瓶的Cl2和NH3的最佳物质的量之比为1∶2；
(5)若要验证肼的还原性，则需要选择氧化剂，AgCl中Ag＋具有氧化性，故可选用AgCl，其实验操作及现象和结论为：取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性。
答案　(1)圆底烧瓶　除去Cl2中的HCl　 (2)控制浓盐酸的滴加速度或控制加热温度　
(3)储存氯气　(4)1∶2　
(5)取少量AgCl于试管中，加入肼溶液，固体逐渐变黑，并有气泡产生，说明肼有还原性
5．(2021·山东日照检测)某化学兴趣小组探究NO和Na2O2的反应，设计了如下图所示实验装置，其中E为实验前压瘪的气囊。
[查阅资料]　除浅黄色的AgNO2难溶于水外，其余亚硝酸盐均易溶于水。

(1)写出A中反应的化学方程式：_______________________________。
(2)将装置B补充完整，并标明试剂。
(3)用无水CaCl2除去水蒸气的目的是______________________________。
(4)反应一段时间后，D处有烫手的感觉，其中固体由淡黄色变为白色，直至颜色不再变化时，气囊E始终没有明显鼓起。
①学生依据反应现象和氧化还原反应规律推断固体产物为NaNO2。写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②设计实验证明NaNO2的生成，实验方案是_______________。(写出操作、现象和结论)
解析　(1)A中的物质为Cu与浓硝酸，反应的方程式为：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O。
(2)装置B的目的为将NO2转化为NO，则需将A中产生的气体通过盛有水的洗气瓶。
(3)因为过氧化钠会与水反应，从而干扰过氧化钠与NO的反应。
(4)①由题意分析可知反应的产物为NaNO2，且无其它气体产物生成，则反应的方程式为：2NO＋Na2O2===2NaNO2。
②若反应中有NaNO2生成，则加入硝酸银溶液会产生淡黄色的亚硝酸银生成：取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成。
答案　(1)Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O　
(2)　(3)防止水蒸气与过氧化钠反应，干扰实验
(4)①2NO＋Na2O2===2NaNO2　②取少量D管中的固体于试管中，加水溶解，再加入AgNO3溶液，若生成浅黄色沉淀，则有亚硝酸钠生成
6．(2021·江西遂川中学检测)ClO2是一种优良的消毒剂，浓度过高时易发生分解，常将其制备成NaClO2固体以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2的实验装置如图甲所示。

图甲
已知：①2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋O2↑＋Na2SO4＋2H2O。
②ClO2的熔点为－59℃，沸点为11℃，H2O2的沸点为150℃
③当温度低于38℃时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在38～60℃时，析出NaClO2；温度高于60℃时，NaClO2分解。
请回答下列问题：
(1)当仪器组装完毕后，有同学认为：关闭弹簧夹K1和K2，取下X上端的玻璃塞，加入一定量的水后塞上玻璃塞，再打开X下端的活塞，可以检查装置的气密性。请判断该方法能否检查装置气密性，并说明理由：_______________________________________。
(2)Cl－对ClO2的生成有一定催化作用。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，并产生微量氯气。该过程经两步反应完成，将其补充完整。
①________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)；
②H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。
(3)C中将装置浸入冰水浴中的作用是_______________________________。
(4)若实验室采用如图乙所示的装置从C中的溶液中获得NaClO2晶体，则需要在该装置的Y处增加一个设备。

图乙
①采用上述装置浓缩NaClO2溶液的操作称为___________________________。
②水浴加热的温度最好控制在__________℃左右(填序号)。
A． 40　　　　B．55　　　　C． 70　　　 D． 100
③装置中毛细玻璃管的作用是_____________________________________________。
④当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，__________(填操作)。用38～60℃热水洗涤晶体，干燥后得到产品。
(5)产品纯度的测定：称取m g产品配成250 mL溶液，取25. 00 mol·L－1溶液，加入足量的KI和稀H2SO4，充分反应后加入指示剂，用c mol·L—1Na2S2O3标准溶液滴定至终点(I2＋2S2O===2I－＋S4O)，平均消耗标准溶液的体积为V mL，则产品中NaClO2的质量分数是________%。
解析　(1)装置A中恒压滴液漏斗的作用是保持容器的压强平衡，使液体顺利流下，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈漏斗中，故该方法不能检测装置的气密性。
(2)Cl－对ClO2的生成有一定催化作用，反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸，ClO2的生成速率会大大提高，发生反应：2ClO＋2Cl－＋4H＋===Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O，H2O2＋Cl2===2Cl－＋O2＋2H＋。
(3)温度升高，ClO2的溶解度减小，H2O2、NaClO2易发生分解，故C中将装置浸入冰水浴中的作用是增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解。
(4)①Y处应接真空泵，其作用是减小系统的压强，降低液体的沸点，防止液体受热分解，故浓缩NaClO2溶液的操作是减压蒸馏。
②当温度低于38℃时，NaClO2饱和溶液中析出的晶体是NaClO2·3H2O。当温度在38～60℃时，析出NaClO2；温度高于60℃时，NaClO2分解，故为了加快蒸馏速率，并防止NaClO2受热分解，应使温度低于60℃，且接近60℃，故应选择B项。
④为减小晶体的溶解，当蒸馏烧瓶中出现大量晶体后，要趁热过滤，并用38～60℃热水洗涤晶体，干燥后得到产品。
(5)NaClO2溶解液中加入足量KI和稀H2SO4充分反应，I—被NaClO2氧化生成I2，再用标准Na2S2O3标准溶液滴定至终点，存在关系：NaClO2～2I2～4Na2S2O3，则有n(NaClO2)＝1/4n(Na2S2O3)＝1/4×c mol·L－1×V×10－3L×250/25.00＝2.5cV×10－3 mol，m(NaClO2)＝2.5cV×10－3 mol×90.5 g/mol＝2.5cV×90.5×10－3g，故产品中NaClO2的质量分数是(2.5cV×90.5×10—3g)/m g×100%＝%。
答案　(1)不能，恒压滴液漏斗的支管能够平衡气压，不管装置是否漏气，恒压滴液漏斗中的水都能滴入三颈烧瓶中，所以该方法不能检查装置的气密性
(2)2ClO＋2Cl－＋4H＋===Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O
(3)增大ClO2的溶解度使其充分反应，并防止温度过高使H2O2、NaClO2分解
(4)①减压蒸馏　②B　③产生气化中心，防止溶液暴沸　④趁热过滤　(5)