資源簡介

2025屆高三化學一輪專題復習講義（18）
專題四 元素及其化合物
4-3 非金屬及其化合物（一、碳硅鹵素及其重要化合物）
（1課時，共3課時）
【復習目標】
1．構建碳、硅、鹵素及其重要化合物性質及用途的知識體系，形成知識立體網絡。
2．加強這部分知識的綜合運用，提升學生的綜合能力。
【重點突破】
碳、硅、鹵素及其重要化合物性質這部分知識在流程圖題中的綜合運用
【真題再現】
例1．（2016·江蘇16）以電石渣[主要成分為Ca(OH)2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如下：
（1）氯化過程控制電石渣過量，在75℃左右進行。氯化時存在Cl2與Ca(OH)2作用生成Ca(ClO)2的反應，Ca(ClO)2進一步轉化為Ca(ClO3)2，少量Ca(ClO)2 分解為CaCl2和O2。
①生成Ca(ClO)2的化學方程式為 。
②提高Cl2轉化為Ca(ClO3)2的轉化率的可行措施有 （填序號）。
A．適當減緩通入Cl2速率 B．充分攪拌漿料 C．加水使Ca(OH)2完全溶解
（2）氯化過程中Cl2 轉化為Ca(ClO3)2的總反應方程式為
6Ca(OH)2+6Cl2==Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O,氯化完成后過濾。
①濾渣的主要成分為 （填化學式）。
②濾液中Ca(ClO3)2與CaCl2的物質的量之比n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2] 1∶5（填“＞”、“＜”或“=”）。
（3）向濾液中加入稍過量KCl固體可將Ca(ClO3)2轉化為KClO3，若溶液中KClO3的含量為100g L-1，從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是 。
解析：（1）①2Cl2+2Ca(OH)2===Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O ②A項，適當減緩Cl2通入速率可以使Cl2被Ca(OH)2充分吸收而反應，可以提高Cl2的轉化率，正確；B項，充分攪拌漿料可以增大反應物的接觸面積，使Cl2被Ca(OH)2充分吸收而反應，可以提高Cl2的轉化率，正確；C項，加水使Ca(OH)2完全溶解，Ca(OH)2濃度降低，不利于吸收，錯誤。（2）①CaCO3不溶于水，與Cl2不反應，Ca(OH)2微溶，因此濾渣的主要成份為CaCO3、Ca(OH)2 。②由于Cl2還能于Ca(OH)2反應生成Ca(ClO)2、CaCl2、H2O，因此濾液中Ca(ClO3)2與CaCl2的物質的量之比 n[Ca(ClO3)2] ∶n[CaCl2]＜1∶5。（3）根據圖像可知氯酸鉀的溶解度受溫度影響最大，因此從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是蒸發濃縮、冷卻結晶。
答案：（1）①2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O ②AB
（2）①CaCO3、Ca(OH)2 ②＜
（3）蒸發濃縮、冷卻結晶
小結：無機工業流程題能夠以真實的工業生產過程為背景，體現能力立意的命題為指導思想，能夠綜合考查學生各方面的基礎知識及將已有知識靈活應用在生產實際中解決問題的能力，所以這類題成為近年來高考的必考題型。流程題的解題思路為：明確整個流程及每一部分的目的→仔細分析每步反應發生的條件以及得到的產物的物理或化學性質→結合基礎理論與實際問題思考→注意答題的模式與要點。
解決本類題目的基本方法和步驟為：（1）從題干中獲取有用信息，了解生產的產品。（2）然后整體瀏覽一下流程，基本辨別出預處理、反應、提純、分離等階段。（3）分析流程中的每一步驟。
從以下幾個方面了解流程：①反應物是什么；②發生了什么反應；③該反應造成了什么后果，對制造產品有什么作用。抓住一個關鍵點：一切反應或操作都是為獲得產品而服務。
【知能整合】
1．碳、硅及其重要化合物
硅元素的非金屬性不強，但其具有“親氧”特性，使硅元素在自然界中沒有游離態，只有化合態，其主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。對于碳、硅兩元素，復習時應從以下幾個方面掌握：
（1）理清知識主線 H4←→O→O2
H4← →O2(H2O3)
（2）形成網絡構建
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2．鹵素及其重要化合物
（1）理清知識主線 HC→C2→HCl→HO2→HO3→HO4
（2）形成網絡構建
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例2．CO2的資源化對于構建低碳社會具有重要意義。
（1）在太陽能的作用下，缺鐵氧化物如[Fe0.9O]能分解CO2，其過程如圖1所示。過程①的化學方程式是____________________________________。在過程②中每產生1 mol O2，轉移電子________mol。
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（2）高溫電解CO2和H2O是一種制備清潔燃料的新技術，其原理如圖2所示。電極a上的電極反應式是H2O＋2e－===H2＋O2－和__________________。
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（3）利用CO2制備CH3OH的反應如下：
反應a：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH1 ＝＋41.19 kJ·mol－1
反應b：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2 ＝－90.77 kJ·mol－1
反應c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3
ΔH3＝________kJ·mol－1，反應c的平衡常數表達式K＝____________。
（4）CO2是廉價的碳資源，將其甲烷化具有重要意義。其原理：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－412.5 kJ·mol－1，其他條件不變，壓強對CO2的轉化率及CH4的選擇性的影響如圖3所示。CH4的選擇性＝×100%，CO2甲烷化反應選擇0.1 MPa (1個大氣壓)而不選擇更高壓強的原因是_____________。
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解析：（1）根據圖1所示，過程①是Fe0.9O和CO2反應生成Fe3O4和C，化學方程式是10Fe0.9O＋CO23Fe3O4＋C；過程②中Fe3O4→O2，氧元素化合價由－2升高為0，每產生1 mol O2，轉移電子4 mol。（2）根據圖2所示，電極a上H2O得電子生成H2，CO2得電子生成CO，電極反應式是H2O＋2e－===H2＋O2－和CO2＋2e－===CO＋O2－。（3）反應a：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41.19 kJ·mol－1 反應b：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.77 kJ·mol－1 反應c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3 根據蓋斯定律反應a＋b得CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3＝＋41.19 kJ·mol－1－90.77 kJ·mol－1＝－49.58 kJ·mol－1，反應c的平衡常數表達式K＝。（4）根據圖示，在0.1 MPa時，CO2的轉化率及CH4的選擇性較高，加壓CO2的轉化率及CH4的選擇性變化不大，且加壓會增大投資和能耗，CO2甲烷化反應選擇0.1 MPa (1個大氣壓)而不選擇更高壓強。
答案：（1）10Fe0.9O＋CO23Fe3O4＋C　 4
（2）CO2＋2e－===CO＋O2－　
（3）－49.58 　
（4）在0.1 MPa時，CO2的轉化率及CH4的選擇性較高，加壓CO2的轉化率及CH4的選擇性變化不大，且加壓會增大投資和能耗
小結：注重設計新的情境，提高學生分析問題、解決能力的能力。例如：結合題給信息，將氧化還原的基礎知識進行綜合運用。結合圖示信息，書寫電極反應式時，應用O2－來配電荷守恒。同時運用蓋斯定律進行ΔH的相關計算。同時對化學平衡的相關知識進行了綜合運用與考查。將書本上的知識進行升華與提高。
【體系再構】
【隨堂反饋】
基礎訓練
1．下列是部分礦物資源的利用及產品流程，有關說法不正確的是

A．粗銅電解精煉時，粗銅作陽極
B．生產鋁、銅、高純硅及玻璃過程中都涉及氧化還原反應
C．黃銅礦冶銅時，副產物SO2可用于生產硫酸，FeO可用作冶鐵的原料
D．粗硅制高純硅時，提純四氯化硅可用多次分餾的方法
2．下列有關從海帶中提取碘的實驗原理和裝置能達到實驗目的的是
A．用裝置甲灼燒碎海帶
B．用裝置乙過濾海帶灰的浸泡液
C．用裝置丙制備用于氧化浸泡液中I 的Cl2
D．用裝置丁吸收氧化浸泡液中I 后的Cl2尾氣
3．通過海水晾曬可以得到粗鹽，粗鹽除含有NaCl外，還含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等雜質。以下是某興趣小組制備精鹽的實驗方案，各步操作流程如圖。下列說法正確的是
A．實驗過程中①、⑤步驟的操作分別是溶解、過濾
B．實驗過程中步驟④的目的僅是除去溶液中的Ca2＋
C．實驗過程中步驟⑦中的蒸發所用到的儀器是酒精燈、玻璃棒、燒杯、鐵架臺（帶鐵圈）
D．實驗過程中②、④步驟互換，對實驗結果不影響
4．氯可形成多種含氧酸鹽，廣泛應用于殺菌、消毒及化工領域。實驗室中利用下圖裝置（部分裝置省略）制備KClO3和NaClO，探究其氧化還原性質。
回答下列問題：
（1）盛放MnO2粉末的儀器名稱是 ，a中的試劑為 。
（2）b中采用的加熱方式是 ，c中化學反應的離子方程式是 ，采用冰水浴冷卻的目的是 。
（3）d的作用是 ，可選用試劑 （填標號）。
A．Na2S B．NaCl C．Ca(OH)2 D．H2SO4
（4）反應結束后，取出b中試管，經冷卻結晶， ， ，干燥，得到KClO3晶體。
（5）取少量KClO3和NaClO溶液分別置于1號和2號試管中，滴加中性KI溶液。1號試管溶液顏色不變。2號試管溶液變為棕色，加入CCl4振蕩，靜置后CCl4層顯 色。可知該條件下KClO3的氧化能力 NaClO（填“大于”或“小于”）。
拓展訓練
5．（2022·南京三模）2022年2月，我國北京成功舉辦了第24屆冬季奧運會。 下列有關說法正確的是)
A．速滑館“冰絲帶”使用二氧化碳制冷劑制冰，該制冰過程屬于化學變化
B．火炬“飛揚”使用H2作燃料，火焰呈黃色是因為在噴口格柵處涂有鉀鹽
C．吉祥物“冰墩墩”外殼使用有機硅橡膠材料，該材料屬于硅酸鹽材料
D．賽事服務用車使用氫燃料電池車代替普通燃油車，有利于實現“碳中和”
6．（2020·江蘇）CO2/HCOOH循環在氫能的貯存/釋放、燃料電池等方面具有重要應用。
（1）CO2催化加氫。在密閉容器中，向含有催化劑的KHCO3溶液（CO2與KOH溶液反應制得）中通入H2生成HCOO－，其離子方程式為________________________；其他條件不變，HCO轉化為HCOO－的轉化率隨溫度的變化如圖1所示。反應溫度在40～80 ℃范圍內，HCO催化加氫的轉化率迅速上升，其主要原因是________________________。
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（2）HCOOH燃料電池。研究HCOOH燃料電池性能的裝置如圖2所示，兩電極區間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。
INCLUDEPICTURE "F:\\二輪江蘇\\高H94.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\高H94.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\word\\高H94.TIF" \* MERGEFORMATINET
①電池負極電極反應式為______________________________；放電過程中需補充的物質A為______________（填化學式）。
②圖2所示的HCOOH燃料電池放電的本質是通過HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為_________________________________。
（3）HCOOH催化釋氫。在催化劑作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應機理如圖3所示。
INCLUDEPICTURE "F:\\二輪江蘇\\高H95.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\高H95.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\word\\高H95.TIF" \* MERGEFORMATINET
①HCOOD催化釋氫反應除生成CO2外，還生成____________（填化學式）。
②研究發現：其他條件不變時，以HCOOK溶液代替HCOOH催化釋氫的效果更佳，其具體優點是____________________________________________。
【鞏固練習答案】
1．B 2．B 3．A
4．（1）圓底燒瓶、 飽和食鹽水
（2）水浴加熱、 Cl2+2OH ===ClO +Cl +H2O、避免生成NaClO3
（3）吸收尾氣(Cl2)、AC
（4）過濾 、少量(冷)水洗滌
（5）紫、小于
5．D
6．（1）HCO＋H2HCOO－＋H2O　溫度升高反應速率增大，催化劑的活性增強
（2）①HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O　H2SO4　
②2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O(或2HCOO－＋O2===2HCO)
（3）①HD　②提高釋放氫氣的速率及純度
【課后作業】
1．如圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是
A．SiO2屬于兩性氧化物 B．盛放Na2CO3溶液的試劑瓶用玻璃塞
C．硅膠吸水后可重復再生 D．圖中所示的轉化都是氧化還原反應
2．我國科研人員發現，在鈣鈦礦活性層中引入稀土Eu3＋/Eu2＋離子對，通過循環反應可消除零價鉛和零價碘缺陷，大幅提高鈣鈦礦電池的使用壽命，其原理如圖。下列說法正確的是
INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\徐圣哲\\2020\\二輪\\化學 江蘇\\WORD\\第一篇\\H20.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．Eu3＋/Eu2＋離子對在反應過程中不斷損耗，需定時補充
B．消除零價碘的過程中，Eu3＋/Eu2＋離子對發生還原反應
C．消除零價鉛的反應為2Eu3＋＋Pb0===2Eu2＋＋Pb2＋
D．整個過程實質上將電子從I0轉移給Pb0
3．KIO3是一種重要的無機化合物，可作為食鹽中的補碘劑。回答下列問題：
（1）KIO3的化學名稱是__________。
（2）利用“KClO3氧化法”制備KIO3工藝流程如下圖所示：
“酸化反應”所得產物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是___ __。“濾液”中的溶質主要是_ __。“調pH”中發生反應的化學方程式為 。
（3）KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。
①寫出電解時陰極的電極反應式___ ___。
②電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為_______，其遷移方向是__________。
③與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有 （寫出一點）。
4．元素鈰(Ce)是一種重要的稀土元素。
（1）工業上用氟碳鈰礦（主要成分為CeFCO3）制備CeO2。焙燒過程中發生的主要反應的化學方程式為___________________________。
INCLUDEPICTURE"X114A.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\X114A.TIF" \* MERGEFORMATINET
（2）已知CeCl3·7H2O在空氣中易被氧化成四價鈰，反應如下：
①CeCl3·7H2O(s)===CeCl3(s)＋7H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1
②4CeCl3(s)＋O2(g)＋14H2O(g)===4Ce(OH)4(s)＋12HCl(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
③ Ce(OH)4(s)===CeO2(s)＋2H2O(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1
則4CeCl3·7H2O(s)＋O2(g)===4CeO2(s)＋12HCl(g)＋22H2O(g)　ΔH＝________。
（3）CeO2是汽車尾氣凈化催化劑中最重要的助劑，工作原理如圖1所示。寫出過程①發生反應的化學方程式：_________________________________。
INCLUDEPICTURE"X114.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\X114.TIF" \* MERGEFORMATINET
INCLUDEPICTURE"X114B.TIF" INCLUDEPICTURE "E:\\米昕\\2020\\二輪\\步步高 大二輪 化學 江蘇專用\\X114B.TIF" \* MERGEFORMATINET
（4）已知Ce(OH)4極易分解，用如圖2所示裝置電解CeCl3溶液在陰極區制得CeO2。電解過程中反應體系的pH隨時間t的變化曲線如圖3所示。
①電解進行1 h內溶液的pH迅速下降，可能原因是______________________。
②請解釋生成CeO2的原理：_____________________________。
（5）常溫下，當溶液中某離子濃度≤1.0×10－5 mol·L－1時，可認為該離子沉淀完全。用Na2C2O4溶液對電解后的廢液處理得到Ce2(C2O4)3固體，則應保持溶液中c(C2O)約為________。（已知25 ℃時，Ksp[Ce2(C2O4)3]＝1.0×10－25）
5．（2022·江蘇學科基地二聯）某化學興趣小組同學展開對漂白劑亞氯酸鈉(NaClO2)的研究。實驗室制取亞氯酸鈉的裝置如圖所示：
已知：ClO2濃度過高時易發生分解。
（1）裝置A中工業上常用H2C2O4代替Na2SO3來制備ClO2，反應的化學方程式為2NaClO3＋H2C2O4===Na2CO3＋CO2↑＋2ClO2↑＋H2O，相比較而言，用H2C2O4制備ClO2，其優點為__________________________________。
（2）裝置C用于制備亞氯酸鈉(NaClO2)，裝置C中發生的離子方程式為__________。裝置C中反應為放熱反應，在不改變反應物濃度和體積及攪拌速率的條件下，為了防止溫度過高，實驗中可采取的措施：緩慢滴加濃硫酸、________________。
（3）設計驗證裝置C中生成的NaClO2(混有少量H2O2)具有氧化性的實驗方案：取反應后裝置C中的溶液，調節溶液呈中性，_____________________________。（已知：酸性條件下，NaClO2將I－氧化為I2。實驗中須使用的試劑：MnO2、稀硫酸溶液、淀粉碘化鉀溶液）。
（4）測定實驗所得亞氯酸鈉樣品中的NaClO2含量(雜質不參與反應)的方法如下：準確稱取4.500 g亞氯酸鈉樣品，加入1.00 mol·L－1稀硫酸至完全溶解，配制成100.00 mL溶液，取出10.00 mL溶液于錐形瓶中，先加入1.000 mol·L－1硫酸亞鐵標準液30.00 mL，充分反應后，再用0.1000 mol·L－1酸性K2Cr2O7溶液滴定至終點，消耗酸性K2Cr2O7溶液20.00 mL。過程中發生的反應如下：
NaClO2＋4FeSO4＋2H2SO4===NaCl＋2H2O＋2Fe2(SO4)3　
6FeSO4＋K2Cr2O7＋7H2SO4===Cr2(SO4)3＋3Fe2(SO4)3＋K2SO4＋7H2O
樣品中NaClO2的質量分數為________（結果保留2位小數）。
【課后作業】答案
1．C 2．C
3．（1）碘酸鉀
（2）加熱 KCl KH(IO3)2+KOH=2KIO3+H2O或（HIO3+KOH=KIO3+H2O）
（3）2H2O+2e－=2OH－+H2↑ K+ a到b 產生Cl2易污染環境
4．（1）4CeFCO3＋4NaHCO3＋O24NaF＋4CeO2＋8CO2＋2H2O　
（2）(4a＋b＋4c) kJ·mol－1　
（3）xCO＋CeO2===CeO(2－x)＋xCO2　
（4）①產生的Cl2發生反應：Cl2＋H2OHCl＋HClO。由于生成了HCl，使反應體系的pH迅速下降　
②陽極電解產生的Cl2把Ce3＋氧化成Ce4＋，同時與陰極電解產生的OH－反應生成Ce(OH)4，然后再分解生成CeO2[或者Ce3＋與陰極電解產生的OH－反應生成Ce(OH)3，Ce(OH)3再被陽極電解產生的Cl2氧化成Ce(OH)4，然后再分解生成CeO2]　
（5）1.0×10－5 mol·L－1
5．（1）產生的CO2可稀釋ClO2，防止ClO2濃度過高時分解　
（2）2ClO2＋H2O2＋2OH－===2ClO＋O2↑＋2H2O　將三頸燒瓶置于冰水浴中
（3）加入少量二氧化錳，充分反應至不再產生氣泡，過濾，向所得濾液中加入稀硫酸酸，再加入淀粉碘化鉀溶液，若觀察到溶液變藍，則說明NaClO2具有氧化性　
（4）90.50%

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