高中化学人教版 (2019)必修 第二册化工生产中的重要非金属元素单元综合与测试优质导学案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册化工生产中的重要非金属元素单元综合与测试优质导学案，共9页。学案主要包含了常见气体的制备，燃烧或装袋集中处理的方法等内容，欢迎下载使用。
一、二氧化硫和二氧化碳的重要性质及应用


1．性质比较


2.SO2和CO2的鉴别方法


(1)用品红溶液，使品红溶液褪色的是SO2，不能使品红溶液褪色的是CO2。


(2)用氢硫酸，出现浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2。化学方程式为2H2S＋SO2===2H2O＋3S。


(3)用酸性高锰酸钾溶液，使溶液紫色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2。化学方程式为2KMnO4＋5SO2＋2H2O===K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。


(4)用溴水，使橙色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2。化学方程式为Br2＋2H2O＋SO2===2HBr＋H2SO4。


(5)用硝酸酸化的硝酸钡溶液，产生白色沉淀的是SO2，无明显现象的是CO2。


3．CO2和SO2混合气体中存在CO2的检验方法





【针对训练】


1．下列溶液中：①澄清石灰水；②H2S溶液；③酸性KMnO4溶液；④溴水；⑤Ba(NO3)2溶液；⑥品红溶液；⑦湿润的蓝色石蕊试纸。不能区别SO2和CO2气体的是( )


A．①⑦ B．①⑤⑦


C．②③④⑤⑥ D．①⑤


解析：选A。 SO2和CO2都属于酸性氧化物，它们都能与澄清石灰水反应分别生成CaSO3和CaCO3白色沉淀，且二者过量时，白色沉淀均消失，均能使湿润的蓝色石蕊试纸变红，所以不能用来区别SO2和CO2。SO2具有氧化性，能将H2S溶液氧化生成单质硫(有淡黄色沉淀生成)；SO2也具有还原性，能被酸性KMnO4溶液和溴水氧化(溶液褪色)，能和Ba(NO3)2溶液反应生成BaSO4沉淀；SO2还具有漂白性，能使品红溶液褪色；而CO2没有这些性质。所以可以用②③④⑤⑥来区别SO2和CO2, A正确。


2．CO2气体中含有少量SO2，欲得到干燥纯净的CO2，将气体通过图中的洗气瓶，则甲、乙两瓶中所装的试剂应该是( )





A．甲为NaOH溶液，乙为浓H2SO4


B．甲为浓H2SO4，乙为NaOH溶液


C．甲为饱和NaHCO3溶液，乙为浓H2SO4


D．甲为浓H2SO4，乙为饱和Na2CO3溶液


解析：选C。要得到干燥纯净的CO2，应先除去SO2再进行干燥。SO2、CO2都与NaOH反应，所以应用饱和NaHCO3溶液除去CO2中的SO2，再用浓H2SO4干燥，C项符合题意。


3．浓硫酸和木炭在加热时发生反应的化学方程式是2H2SO4(浓)＋Ceq \(=====,\s\up7(△))CO2↑＋2H2O＋2SO2↑。用如图所示装置设计一个实验，验证浓硫酸与木炭粉在加热条件下反应产生的各种产物。





(1)这些装置的连接顺序(按产物气流从左到右的方向)是________→________→________→________(填装置的序号)。


(2)装置②中要检验产物中有水蒸气，则放入的药品是________________；装置③中要检验产物中有二氧化碳气体，则放入的药品是____________；实验时可观察到装置①中A瓶的溶液褪色，C瓶的溶液不褪色，A瓶溶液的作用是______________________________，B瓶溶液的作用是___________________，C瓶溶液的作用是__________________________。


解析：该实验中无水CuSO4用于检验H2O，品红溶液用于检验SO2，澄清石灰水用于检验CO2；为防止SO2对CO2的检验造成干扰，应在检验CO2前除尽SO2，故硫酸酸化的KMnO4溶液用于除去SO2，C瓶中品红溶液用于检验SO2是否除尽。


答案：(1)④ ② ① ③


(2)无水硫酸铜粉末 澄清石灰水 检验二氧化硫的存在 除去气体中的SO2 证明SO2气体已完全除尽


二、常见非金属及其化合物的特殊性质和转化关系


1．非金属及其化合物的特殊性质


(1)SO2具有漂白性、较强的还原性，可被卤水、酸性KMnO4溶液氧化。


(2)浓硫酸具有三大特性：吸水性、脱水性、强氧化性。


(3)NH3的水溶液呈碱性。


(4)稀硝酸、浓硝酸都具有强氧化性，与金属反应均不生成H2。


(5)SiO2与氢氟酸、氢氧化钠溶液均能反应，但其不是两性氧化物。


2．非金属及其化合物的特征转化


Aeq \(――→,\s\up7(O2))Beq \(――→,\s\up7(O2))Ceq \(――→,\s\up7(H2O))酸或碱


符合此条件的常见A物质有NH3、H2S、S、CH4、C、Na等，如


NH3eq \(――――→,\s\up7(O2),\s\d5(催化剂，△))NOeq \(――→,\s\up7(O2))NO2eq \(――→,\s\up7(H2O))HNO3；


H2S(S)eq \(――→,\s\up7(O2))SO2eq \(―――――→,\s\up7(O2),\s\d5(催化剂，△))SO3eq \(――→,\s\up7(H2O))H2SO4；


CH4(C)eq \(――――――→,\s\up7(O2),\s\d5(不完全燃烧))COeq \(――→,\s\up7(O2))CO2eq \(――→,\s\up7(H2O))H2CO3；


Naeq \(――→,\s\up7(O2),\s\d5(常温))Na2Oeq \(――――→,\s\up7(O2),\s\d5(△或点燃))Na2O2eq \(――→,\s\up7(H2O))NaOH。


【针对训练】


4．元素化合物的知识在社会生产、生活、环境中都有很大的应用。A、B、C、D、E均为中学化学常见的纯净物，A是单质。它们之间有如下的转化关系：





(1)若B是一种碱性气体，D是一种红棕色气体，据此回答下列问题：


①C、D两种化合物能引起的环境问题是________。


A．光化学烟雾 B．能源短缺


C．酸雨 D．温室效应


②C是大气污染物之一。目前，有一种治理方法是在400 ℃左右、有催化剂存在的情况下，用B把C还原为A和水，则该反应的化学方程式是______________________________。每有10 ml A生成，转移电子的物质的量为________。


③实验室制取B的化学方程式是______________________________________________


________________________________________________________________________。


(2)若B是一种臭鸡蛋气味的气体，A是一种淡黄色的固体单质，E是工业生产中一种重要的化合物，据此回答下列问题：


①B和C可以发生反应生成A，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。


②金属铜投入E的稀溶液中不发生反应，但再加入H2O2溶液后铜开始溶解，溶液逐渐变为蓝色，写出该反应的离子方程式：____________________________________________。


解析：(1)根据物质的特殊性质，NH3是高中阶段唯一一种碱性气体，NO2是红棕色气体，可知B为NH3，D为NO2，A为单质，则A为N2，N2和NH3均能生成C，可推出C为NO，步骤⑤为NO2与水反应生成HNO3的过程，则E为HNO3，据此分析作答。


(2)根据提示条件，若B是一种臭鸡蛋气味的气体，则B为H2S；A是一种淡黄色的固体单质，则A为S；S和H2S经过氧化得到物质C，则C为SO2，SO2继续氧化为SO3，则D为SO3，E是工业生产中一种重要的化合物，则E为H2SO4，据此分析作答。


②金属铜不活泼，不能与稀硫酸反应，H2O2具有氧化性，则加入H2O2溶液后铜被氧化为铜离子，其发生的离子方程式为Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O。


答案：(1)①AC


②4NH3＋6NOeq \(=====,\s\up7(400 ℃),\s\d5(催化剂))5N2＋6H2O 24 ml


③2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O


(2)①2H2S＋SO2===3S＋2H2O


②Cu＋H2O2＋2H＋===Cu2＋＋2H2O


5．如图是由常见元素组成的一些单质及其化合物之间的转化关系图。常温常压下，B、E、F、H、I均为气体，F无色无味且能使澄清石灰水变浑浊；B、E、I均有刺激性气味，E能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，B、E在空气中相遇会产生白烟，I为红棕色。A是一种常见的肥料。C、G、K的焰色试验呈黄色(反应中生成的部分物质已略去)。





请回答下列问题：


(1)物质D的化学式为____________。


(2)写出反应③的化学方程式：____________________________________________。


(3)写出反应④的离子方程式：____________________________________________。


(4)写出反应⑤的化学方程式，并标出电子转移的方向和数目： ________________________________________________________________________。


解析：E是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，应为NH3；I为红棕色气体，应为NO2，则H为NO，J为HNO3；F是无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体，则F为CO2；C、G、K的焰色试验呈黄色，则都含有Na元素，由反应③可知G为Na2CO3，K为NaHCO3，C应为NaOH；A是一种常见的肥料，应为NH4HCO3；B、E在空气中相遇会产生白烟，B应为HCl，则D为NH4Cl。


(1)由以上分析可知D为NH4Cl。


(2)反应③为Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3，反应的化学方程式为Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。


(3)反应④为Cu和稀HNO3的反应，离子方程式为3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。


(4)反应⑤为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，该反应中，只有氮元素的化合价发生了变化，电子转移的方向和数目为


答案：(1)NH4Cl


(2)Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3


(3)3Cu＋8H＋＋2NOeq \\al(－,3)===3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O


(4)


6．有关物质的转化关系如下图所示。A 是生活中一种常见的调味品，B 是最常见的无色液体，X、Y是两种常见的金属单质。D、E、F为气体，且 E为黄绿色，F能使品红溶液褪色，E 与 F 以等物质的量反应。请回答下列问题：





(1)F的化学式是________。溶液 G 中含有的主要离子为______________(用离子符号表示)。


(2)反应②的化学方程式为_________________________________________________。


(3)反应③的离子方程式为__________________________________________________。


(4)请补充完整检验H中阳离子的实验方案：取少量H中的溶液于试管中，________________________________________________________________________。


解析：(1)F的化学式是SO2，SO2、Cl2和水反应生成盐酸和硫酸，溶液 G 中含有的主要离子为H＋、Cl－、SOeq \\al(2－,4)。


(2)反应②是铝和氢氧化钠的反应，化学方程式为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。


(3)反应③是Cl2和Fe2＋的反应，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。


(4)检验Fe2＋的方法是先加KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶液变红，H溶液中含Fe2＋。


答案：(1)SO2 H＋、Cl－、SOeq \\al(2－,4)


(2)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑


(3)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－


(4)先加KSCN溶液，无明显现象，再加氯水，溶液变红，H溶液中含Fe2＋


三、常见气体的制备、净化、收集及尾气处理


1．气体的发生装置


(1)加热固体药品制取气体(图①)，如制取氨。


(2)固体与液体反应不加热制取气体(图②)，如制取二氧化碳。


(3)固体与液体或液体与液体反应加热制取气体(图③)，如制取氯气。





2．气体的净化干燥装置


结合气体杂质的性质，如果想用液体试剂来除杂就选用图A装置，如果想用固体试剂来除杂就选用图B、C装置。





3．气体的收集装置


气体收集装置的选择要根据气体的水溶性、是否与氧气反应及气体的密度。一般有排空气法、排液(水)法，也可将气体直接装入贮气袋中。


4.尾气处理装置


对于有毒或对空气有污染的气体，要进行尾气处理。结合气体的性质可以选择用吸收剂吸收(图A)、燃烧(图B)或装袋集中处理(图C)的方法。





【针对训练】


7．如图装置可用于制取、提纯并收集表格中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂)，其中可行的是( )





解析：选D。 A项，氢氧化钠溶液会吸收生成的NO2，不正确；B项，铜与浓硫酸反应需要加热，且酸性高锰酸钾溶液能氧化SO2，不正确；C项，碱石灰是固体干燥剂，而题给的装置适用于液体干燥剂，且NH3不能用向上排空气法收集，不正确。


8．某学生利用以下装置探究氯气与氨之间的反应，其中A、F分别为氨和氯气的发生装置，C为纯净干燥的氯气与氨的反应装置。





请回答下列问题：


(1)装置F中发生反应的离子方程式为______________________________。(提示：高锰酸钾的还原产物为Mn2＋)


(2)盛放浓盐酸的装置的名称是____________；装置A中的固体可能是____________。


(3)通入装置C的两根导管左边较长、右边较短，目的是________________________。


(4)装置C内出现浓厚的白烟并在容器内壁凝结，另一生成物是空气的主要成分之一。请写出该反应的化学方程式：___________________________________________________。


解析：(1)装置F中发生高锰酸钾与浓盐酸的氧化还原反应，生成氯化钾、氯化锰、氯气、水，离子方程式为2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O；


(2)盛放浓盐酸的装置的名称是分液漏斗；碱石灰或生石灰等与浓氨水混合可制取氨；


(3)左边导管进入的为氨，右边导管进入的为氯气，密度不同，则导管左边较长、右边较短能使密度大的氯气与密度小的氨较快地均匀混合；


(4)装置C内出现浓厚的白烟为氯化铵，另一生成物是空气的主要成分之一为氮气，该反应为3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl。


答案：(1)2MnOeq \\al(－,4)＋10Cl－＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O (2)分液漏斗 碱石灰(或生石灰等) (3)使密度大的氯气与密度小的氨较快地均匀混合 (4)3Cl2＋8NH3===N2＋6NH4Cl


9．如图是用于气体制备、干燥、性质验证、尾气处理的部分仪器装置(加热及夹持固定装置均已略去)。请根据下列要求回答问题。





(1)若烧瓶中盛装锌片，分液漏斗中盛装稀硫酸：


①当仪器连接顺序为A→C→B→B→D时，两次使用B装置，其中所盛的药品依次是CuO、无水CuSO4粉末。此实验的目的是______________________________，D装置的作用是______________________________________。


②为了使B装置中CuO反应充分，在不改变现有药品的条件下，可采取的方法有________________________________________________________________________


________________________________________________________________________(写一种)。


③加热前必须进行的操作是_________________________________________________。


(2)若烧瓶中盛装Na2O2固体，分液漏斗中盛装浓氨水，慢慢打开分液漏斗的活塞，则：


①烧瓶内产生的气体主要有_____________________________________(写化学式)。


②用产生的气体做氨的催化氧化实验，各装置按气流方向从左到右的连接顺序是____________(填字母)→E。


③B装置中反应的化学方程式为________________________________________。


解析：(1)①A装置中锌片与稀硫酸反应产生H2，C装置是对H2进行干燥，然后依次通过分别盛有CuO、无水CuSO4粉末的B装置；通过CuO时，氢气与CuO反应生成Cu和H2O；通过无水CuSO4粉末时，可以检验生成的水，故实验目的是验证H2的还原性并检验其氧化产物；D装置的作用是防止空气中的水蒸气进入B装置，干扰产物H2O的检验。②使B装置中CuO反应充分，在不改变现有药品的条件下，可以减缓A装置中产生氢气的速率，如控制硫酸的滴入速率、控制烧瓶的温度等。③加热前必须检验装置中空气是否排尽或检验氢气是否纯净。(2)①滴入浓氨水，则Na2O2与H2O反应生成O2，放热使氨水挥发，氨逸出。②做氨的催化氧化实验，A装置为O2、NH3的发生装置，由于产生的O2、NH3中含有水蒸气，需要先通过D装置干燥后再进入B装置发生催化氧化反应。


答案：(1)①验证H2的还原性并检验其氧化产物 防止空气中的水蒸气进入B装置，干扰H2氧化产物的检验


②控制分液漏斗的活塞，使稀H2SO4缓慢滴下(或向烧瓶中加水或将烧瓶放入冰水中或用冰毛巾捂着烧瓶等，其他答案合理也可)


③检验装置中空气是否排尽(或检验氢气是否纯净)


(2)①O2、NH3 ②A→D→B ③4NH3＋5O2eq \(=====,\s\up7(催化剂),\s\d5(△))4NO＋6H2O








SO2
CO2
相同点
常温下是气体，密度大于空气，酸性氧化物
不同点
易溶于水(1体积水可溶约40体积SO2)
微溶于水
有还原性
无还原性
能使品红溶液褪色
不能使品红溶液褪色
酸性：H2SO3>H2CO3
应用(除杂)
CO2中混有少量SO2，将气体通入饱和NaHCO3溶液中洗气
排空气法
排液(水)法
选项
气体
a
b
c
A
NO2
浓硝酸
铜片
NaOH溶液
B
SO2
浓硫酸
Cu
酸性KMnO4溶液
C
NH3
浓氨水
生石灰
碱石灰
D
CO2
稀硝酸
CaCO3
浓硫酸