核心小专题 无机物间的转化及制备原理
考向分析
无机物的转化及制备思想是高考中的常考点,要求学生认识物质及变化的本质特征与转化关系、制备原理等,如考查金属冶炼原理、工业生产硫酸和硝酸、回收利用废弃物等,强调化学反应原理与实际生产相结合的关系,体现无情境不命题的思想,重点在于理解反应背后的原理。
备考策略
备考时可将书本上的基础知识,三金(钠铁铝)四非(氯硫氮硅)的必备知识掌握扎实,再落实关于这些元素化合物之间的转化及工业制备的原理和注意事项,注意一些融合性的知识。
必备知识
1.常见金属元素单质的冶炼
元素 单质的制备原理
钠 从海水中分离出食盐,精制后,电解熔融的NaCl:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
铁 (1)原理:在高温下用还原剂从铁矿石里还原出铁 (2)原料:铁矿石、焦炭、石灰石和空气 (3)设备:炼铁高炉 (4)生产过程: ①还原剂的产生:C+O2CO2;CO2+C2CO ②铁矿石被还原成铁:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 ③炉渣形成:CaCO3CaO+CO2↑;SiO2+CaOCaSiO3
(续表)
元素 单质的制备原理
镁 从海水中提取镁的生产流程: 贝壳生石灰石灰乳Mg(OH)2沉淀MgCl2溶液MgCl2·6H2OMgCl2Mg
铝 (1)由铝土矿制备铝的工艺流程: 方案一:碱溶法 方案二:酸溶法 (2)有关化学反应: ①Al2O3+2NaOH+3H2O2Na[Al(OH)4]或Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O、AlCl3+4NaOHNa[Al(OH)4]+3NaCl ②Na[Al(OH)4]+CO2(过量)Al(OH)3↓+NaHCO3 ③2Al(OH)3Al2O3+3H2O ④2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
2.氯气和氨的实验室制法
物质 制备原理
氯气 MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
氨 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3↑ NH3·H2O(浓)+CaONH3↑+Ca(OH)2
3.常见非金属单质及其化合物的工业制法
(1)单质
物质 氯气 溴单质 碘单质
制备 方法 电解饱和食盐水 海水提溴 海带中提碘
反应 原理 2NaCl+ 2H2O2NaOH+ Cl2↑+H2↑ Cl2+2Br-Br2+2Cl- Br2+SO2+2H2O2Br-+4H++ S Cl2+2Br-Br2+2Cl- Cl2+2I-2Cl-+I2
制备 流程 粗盐精盐饱和食盐水氯气
(2)化合物
物质 氨 硝酸
制备方法 工业合成氨 氨氧化法
反应原理 N2+3H22NH3 4NH3+5O24NO+6H2O 2NO+O22NO2 3NO2+H2O2HNO3+NO
制备流程
课堂考点过关
例1 [2024·江苏卷] 在给定条件下,下列制备过程涉及的物质转化均可实现的是 ( )
A.HCl制备:NaCl溶液H2和Cl2HCl
B.金属Mg制备:Mg(OH)2MgCl2溶液Mg
C.纯碱工业:NaCl溶液NaHCO3Na2CO3
D.硫酸工业:FeS2SO2H2SO4
例2 [2023·浙江1月选考] 下列关于元素及其化合物的性质说法不正确的是 ( )
A.Na和乙醇反应可生成H2
B.工业上煅烧黄铁矿(FeS2)生产SO2
C.工业上用氨的催化氧化制备NO
D.常温下铁与浓硝酸反应可制备NO2
例3 [2023·辽宁卷] 下列有关物质的工业制备反应错误的是 ( )
A.合成氨:N2+3H22NH3
B.制HCl:H2+Cl22HCl
C.制粗硅:SiO2+2CSi+2CO↑
D.冶炼镁:2MgO(熔融)2Mg+O2↑
例4 [2022·浙江6月选考] 下列说法正确的是 ( )
A.工业上通过电解六水合氯化镁制取金属镁
B.接触法制硫酸时,煅烧黄铁矿以得到三氧化硫
C.浓硝酸与铁在常温下不反应,所以可用铁质容器贮运浓硝酸
D.“洁厕灵”(主要成分为盐酸)和“84消毒液”(主要成分为次氯酸钠)不能混用
变式训练
1.[2022·浙江杭州二中等三校联考] 下列说法正确的是 ( )
A.电解熔融氯化钠制备金属钠
B.六水合氯化镁可在减压条件下直接加热生成纯净无水氯化镁
C.工业上采用高温冶炼黄铜矿的方法获得精铜
D.工业炼铁加入石灰石的主要目的是提供CO2
2.钠及其化合物的转化具有重要应用。下列说法不正确的是 ( )
A.金属钠与熔融的TiCl4反应可制备金属钛
B.呼吸面具中的Na2O2吸收人体呼出的CO2和H2O,同时释放出O2
C.侯氏制碱法的原理是将NH3通入含有CO2的饱和食盐水中制得NaHCO3
D.泡沫灭火器的原理是利用NaHCO3溶液与Al2(SO4)3溶液混合生成CO2
3.下列说法不正确的是 ( )
A.工业上用焦炭直接还原铁的氧化物冶炼金属铁
B.自然界的硫单质、硫化物和硫酸盐都可以用于制造硫酸
C.电解熔融NaCl可得金属钠,再由钠通过置换反应制备钛、钽、铌、锆等稀有
金属
D.利用二氧化碳和环氧丙烷的聚合反应可以制造全降解塑料
4.[2024·北京西城区一模] 硅是电子工业的重要材料。利用石英砂(主要成分为SiO2)和镁粉模拟工业制硅的流程示意图如下。
已知电负性:Si
A.Ⅰ中引燃时用镁条,利用了镁条燃烧放出大量的热
B.Ⅱ中主要反应有MgO+2HClMgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑
C.为防止SiH4自燃,Ⅱ需隔绝空气
D.过程中含硅元素的物质只体现氧化性
课后复习巩固
一、单选题
1．在给定条件下，下列选项所示的物质间转化能实现的是
A．
B．
C．
D．
2．部分含铁物质的“价-类”关系如图所示。下列叙述错误的是
A．c在潮湿空气中迅速转化成d
B．a和e溶液能发生化合反应
C．b在空气加热迅速生成黑色固体
D．在稀硫酸中加入a、b、c都生成e
3．含Cl、Na、Al或Fe部分物质的“价-类”关系如图所示。下列叙述正确的是
A．若a能与碱反应生成两种盐，则a和c都具有漂白性
B．若f分散于水中能形成红褐色胶体，则a与水蒸气反应生成e
C．若a能与水剧烈反应，则a在空气中最终转化成b
D．若f是两性氢氧化物，则a既能盐酸反应，又能与反应
4．下列说法错误的是
A．工业制硫酸不能通过提高燃烧时的温度使直接转化为
B．工业合成氨时需要在高温下进行是因为合成氨的反应是吸热反应
C．工业上制备高纯硅的反应原理体现了温度对物质还原性强弱的影响
D．工业制氯气可以通过电解饱和食盐水实现
5．下列物质转化通常不能实现的是
A．
B．
C．
D．
6．下图实验装置和操作能达到实验目的的是
A．利用甲装置先通氨气后通CO2制备小苏打
B．利用乙装置制备溴苯并验证有HBr生成
C．利用丙装置测定中和热
D．利用丁装置制备Fe(OH)2
7．在给定条件下，下列制备过程涉及的物质转化均符合实际的是
A．工业制备硝酸：N2NONO2HNO3
B．工业制备漂白粉：饱和NaCl溶液 Cl2Ca(ClO)2
C．工业制备金属Mg：Mg(OH)2MgOMg
D．工业生产金属Al：AlCl3·6H2OAlCl3Al
8．硫元素的“价—类”关系如图所示。下列叙述错误的是
A．a在空气中燃烧可以生成b或d B．c的大量排放是形成酸雨的原因之一
C．f的浓溶液和g混合发生复分解反应 D．在一定条件下，可转化为b和c
9．“价-类”二维图是学习、探究高中化学常见元素的不同物质之间转化的重要方法。硫元素的“价-类”二维图如图，下列相关说法正确的是
A．b是城市空气质量检测的主要指标，化石燃料燃烧是其来源之一
B．单质a在氧气中燃烧得到b还是c取决于氧气的用量或浓度
C．j与硫酸铜溶液混合可以制得d，利用强酸制备弱酸原理
D．q的钠盐溶液与氯化铁溶液能大量共存
10．下列表中各组物质，不能按照图中关系(“→”表示反应一步完成)转化的是
选项 甲 乙 丙
A Fe FeCl2 FeCl3
B H2SO4 SO2 SO3
C NO NO2 HNO3
D NaOH Na2CO3 NaCl
A．A B．B C．C D．D
答案与解析
课堂考点过关
例1 A [解析] 电解饱和氯化钠溶液可以得到H2和Cl2,H2在Cl2中燃烧,反应生成HCl,故A的转化可以实现;氢氧化镁和盐酸反应可以得到氯化镁溶液,但是电解氯化镁溶液不能得到Mg,电解熔融MgCl2才能得到金属镁单质,故B的转化不能实现;纯碱工业是在饱和食盐水中通入NH3和CO2,过滤得到NaHCO3,然后NaHCO3受热分解转化为Na2CO3,故C的转化不能实现;工业制备硫酸,首先黄铁矿和氧气反应生成SO2,由于SO2和水反应生成H2SO3,不能得到H2SO4,因此SO2先经催化氧化转化为SO3,SO3再与H2O反应生成H2SO4,故D的转化不能实现。
例2 D [解析] 乙醇的羟基氢能够与钠发生置换反应,生成氢气,A项正确;工业上,煅烧黄铁矿的产物是Fe2O3和SO2,B项正确;工业上,氨经催化氧化反应制备NO,进一步制取硝酸,C项正确;常温下,铁遇浓硝酸发生钝化,不能用于制备NO2气体,D项错误。
例3 D [解析] 工业合成氨是利用氮气和氢气在高温、高压、催化剂的条件下反应生成氨,反应方程式为N2+3H22NH3,A正确;工业制氯化氢是利用氢气和氯气反应生成氯化氢,反应方程式为H2+Cl22HCl,B正确;工业制粗硅是将SiO2与C在高温下反应生成粗硅,反应方程式为SiO2+2CSi+2CO↑,C正确;工业冶炼金属镁是通过电解熔融氯化镁,反应方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,D错误。
例4 D [解析] 工业上通过电解熔融的无水MgCl2制取金属镁,A错误;接触法制硫酸时,煅烧黄铁矿只能得到SO2,SO2在接触室经催化氧化才能转化为SO3,B错误;在常温下铁遇浓硝酸发生钝化,被浓硝酸氧化生成一层致密的氧化物薄膜,进而阻止内层金属的进一步反应,可用铁质容器贮运浓硝酸,C错误;盐酸和NaClO混用会发生归中反应生成Cl2,不仅达不到各自预期的作用效果,还会污染环境,可能引起中毒事故,D正确。
【模拟演练】
1.A [解析] 金属钠的活泼性强,工业上通常用电解熔融氯化钠的方法获取金属钠,A正确;MgCl2·6H2O加热获取无水MgCl2通常需在HCl气流中进行,以抑制Mg2+水解,B错误;工业上常采用电解精炼的方式获取精铜,高温冶炼黄铜矿得不到精铜,C错误;工业炼铁加入石灰石是为了除去以SiO2为主要成分的脉石,D错误。
2.C [解析] 金属钠还原性强于钛,与熔融的TiCl4反应可制备金属钛,A正确;根据反应2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2和2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑可知,B正确;氨在水中溶解度远大于二氧化碳,侯氏制碱法的原理是将CO2通入含有NH3的饱和食盐水中制得NaHCO3,C错误;泡沫灭火器的原理是利用NaHCO3溶液与Al2(SO4)3溶液混合发生反应生成氢氧化铝和CO2,D正确。
3.A [解析] 工业上用焦炭为原料生成还原剂CO,用CO还原铁的氧化物冶炼金属铁,A错误。自然界的硫单质、硫化物等在加热条件下被氧气氧化为二氧化硫,二氧化硫经催化氧化生成三氧化硫,进一步与水作用转变为硫酸;某些硫酸盐如绿矾,经过煅烧可以生成三氧化硫,再与水作用转变成硫酸,B正确。电解熔融NaCl可得金属钠,再由钠与熔融金属氯化物通过置换反应制备钛、钽、铌、锆等稀有金属,C正确。利用二氧化碳和环氧丙烷的聚合反应可以制造全降解塑料,可有效处理排放的二氧化碳,D正确。
4.D [解析] 因为SiO2与镁反应需要能量,所以Ⅰ中引燃时用镁条,利用了镁条燃烧放出大量的热,A正确;因为硅与盐酸不反应,所以Ⅱ中主要反应有MgO+2HClMgCl2+H2O、Mg2Si+4HCl2MgCl2+SiH4↑,B正确;因为SiH4容易自燃,所以为防止SiH4自燃,Ⅱ需隔绝空气,C正确;因为电负性:Si
1．A
【详解】A．与NaOH反应生成新制氢氧化铜悬浊液，新制氢氧化铜可与还原性糖麦芽糖反应生成，故A正确；
B．铁与氯气反应只能生成FeCl3，故B错误；
C．与CO2不能反应，故C错误；
D．为共价化合物，不能电解制取Al，故D错误；
故选：A。
2．D
【分析】根据图像可知，为，为，为，为，为。
【详解】A．在潮湿空气中迅速被氧化成，A项正确；
B．和发生归中反应(化合反应)生成，B项正确；
C．在空气中加热生成黑色的，C项正确；
D．、、硫酸反应都生成，而非，D项错误；
故选：D。
3．D
【详解】A．a能与碱反应生成两种盐，则a为Cl2，c为HClO，氯气没有漂白性，A错误；
B．f分散于水中能形成红褐色胶体，则f为Fe(OH)3，d为FeO，e为Fe2O3，a与水蒸气反应生成Fe3O4，B错误；
C．a能与水剧烈反应，则a为Na，b为NaOH，在空气中Na最终变为Na2CO3，C错误；
D．f是两性氢氧化物，则f为Al(OH)3，a为Al，Al能与强碱强酸反应生成盐，D正确；
答案选D。
4．B
【详解】A．工业制硫酸和氧气在点燃条件下反应生成二氧化硫，提高燃烧时的温度不能使FeS2直接转化为三氧化硫，A正确；
B．工业合成氨时需要在高温下进行是因为需要加快反应速率，考虑催化剂的效率和动力条件；合成氨反应是放热反应，B错误；
C．根据元素非金属性，硅的还原性强于单质碳。工业上制备高纯硅的反应原理是碳还原二氧化硅得粗硅，获得氯化硅后再用氢气还原，置换生成高纯硅，提现了温度对物质还原性的影响，C正确；
D．电解饱和食盐水可得氯气、氢气和氢氧化钠溶液，称为氯碱工业，D正确；
故选B。
5．D
【详解】A．S在空气中燃烧生成SO2，SO2可被氧化生成SO3，SO3可被98.3％浓硫酸吸收生成H2SO4，A不符题意；
B．可被C还原形成粗硅，粗硅与HCl反应生成，经H2还原成高纯Si，B不符题意；
C．海水中的溴离子可被氯气氧化成，经吹出后可被SO2和H2O吸收成HBr，HBr进一步与Cl2氧化生成Br2，经蒸馏生成，C不符题意；
D．Al属于活泼金属，需用电解法进行冶炼，电解熔融态的Al2O3可生成Al，D符合题意；
答案选D。
6．A
【详解】A．根据侯德榜制碱原理，饱和食盐水中先通氨气后通CO2制备小苏打，氨气极易溶于水，需防倒吸，利用甲装置先通氨气后通CO2制备小苏打能达到实验目，A项符合题意；
B．制备溴苯并验证有HBr生成时，生成的HBr中含有挥发的溴蒸气，溴蒸气与硝酸银溶液作用也产生淡黄色沉淀，应先除去挥发的溴蒸气，B项不符合题意；
C．测定中和热实验关键保温、隔热减少热量散失，金属具有良好的导热性，热量损失大，故不能使用金属搅拌器，C项不符合题意；
D．制备Fe(OH)2时实验关键排除装置中的，装置丁的B试管没有与外界大气相通，D项不符合题意；
答案选A。
7．B
【详解】A．工业制硝酸时，采用催化氧化的方法，将NH3转化为NO，然后NO和氧气反应得到NO2，NO2用水吸收即获得HNO3，A不符合题意；
B．电解饱和NaCl溶液，可以生成NaOH、H2和Cl2，Cl2和(石灰乳)可反应得到、Ca(ClO)2，B符合题意；
C．MgO的熔点非常高，电解时需要消耗大量能源，生产成本太大，制备金属Mg不用电解MgO的方法，工业上常以海水为原料，往海水中加入Ca(OH)2，将生成的Mg(OH)2沉淀过滤，滤渣中加入盐酸，得到MgCl2溶液，将溶液蒸发浓缩(在HCl气流中)、冷却结晶，得到MgCl2 6H2O，再在一定条件下加热，使晶体脱去结晶水，最后电解熔融MgCl2，从而制得金属镁，C不符合题意；
D．AlCl3是共价化合物，熔融AlCl3不电离，电解氯化铝溶液也不能得到铝，获得金属铝应电解氧化铝，D不符合题意；
故选B。
8．A
【分析】根据硫元素的“价—类”关系如图可知，a为，b是，c是，d是，e是亚硫酸，f是硫酸，g是。
【详解】A．在空气中完全燃烧生成二氧化硫和水，不完全燃烧生成硫和水，不能生成，A错误；
B．的大量排放是形成酸雨的原因之一，B正确；
C．同一元素相邻价态不发生氧化还原反应，故浓硫酸和亚硫酸钠混合发生复分解反应，C正确；
D．根据氧化还原反应的规律，可转化为和，如，D正确；
答案选A。
9．A
【分析】根据硫元素的“价-类”二维图，可知a为S、b为二氧化硫、c为三氧化硫、d为硫酸、e为亚硫酸、j为H2S、f为硫酸盐或硫酸氢盐、g为亚硫酸盐或亚硫酸氢盐、h为硫代硫酸盐、q为硫化物或硫氢化物。
【详解】A．b为二氧化硫，是城市空气质量检测的主要指标，化石燃料燃烧是其来源之一，A正确；
B．S单质与氧气反应只能一步转化为二氧化硫，无论氧气是否过量，都只能生成二氧化硫，B项错误；
C．j与硫酸铜溶液混合可以制得d，H2S与硫酸铜可以制得硫化铜，因生成的不溶于稀硫酸，故能制得硫酸，不是强酸制弱酸，C项错误；
D．q为硫化物或硫氢化物，其钠盐具有还原性，能氧化-2价的S，因发生氧化还原反应而不能大量共存，D项错误；
答案选A。
10．A
【详解】A．铁与盐酸反应可转化成，与锌反应可置换出铁，即甲乙可相互转化，与氯气反应可转化成，即乙可转化成丙，但不可直接转化成Fe，A符合题意；
B．浓硫酸可和金属加热转化成，和氯水反应可转化成，即甲乙可相互转化，可催化氧化成，即乙可转化成丙，溶于水可生成，即丙可转化甲，B不符合题意；
C．NO氧化成，溶于水可生成NO和，即甲乙可相互转化，同时乙可转化成丙，稀与铜反应可转化成NO，即丙可转化甲，C不符合题意；
D．NaOH与反应生成，也可与反应生成NaOH，即甲乙可相互转化，与盐酸反应可生成NaCl，即乙可转化成丙，电解饱和食盐水，NaCl可生成NaOH，D不符合题意；
答案选A。
