資源簡介

第四講 物質的轉化(一)
[銜接導入]
鐵器
鐵器(Iron Implements)以鐵礦石冶煉加工制成的器物。鐵器的出現使人類歷史產生了劃時代的進步。在世界上最早進行人工煉鐵的是居住在小亞細亞的赫梯人，年代約在公元前1400年左右。前1300～前1100年，冶鐵術傳入兩河流域和古埃及，歐洲的部分地區于前1000年左右也進入鐵器時代。但當時冶煉的都是塊煉鐵，一直到中世紀末(1400年左右)歐洲發明水力鼓風爐以后，才出現冶煉生鐵。
中國開始使用鐵器的年代目前尚無定論?？脊虐l現最早的鐵器屬于春秋時代，其中多數發現于湖南省長沙地區。戰國中期以后，出土的鐵器遍及當時的七國地區，應用到社會生產和生活的各個方面，在農業、手工業部門中并已占居主要地位，楚、燕等地區的軍隊，裝備基本上也以鐵制武器為主。戰國時期的鐵器還經由朝鮮傳入日本。西漢時期，應用鐵器的地域更為遼闊，器類、數量顯著增加，質量又有提高。東漢時期鐵器最終取代了青銅器。
根據早期鐵器的金相檢驗，中國的塊煉鐵和生鐵可能是同時產生的。春秋末期到戰國初期，是戰國冶鐵史上的一個重要發展階段。此時早期的塊煉鐵已提高到塊煉滲碳鋼，白口生鐵已發展為展性鑄鐵。至遲到西漢中葉，灰口鐵、鑄鐵脫碳鋼興起，隨后又出現生鐵炒鋼(包括熟鐵)的新工藝。東漢時期，炒鋼、百煉鋼繼續發展，到南北朝時雜煉生鍒的灌鋼工藝問世。至此，具有中國特色的古代冶煉技術體系已基本建立。
在人工煉鐵以前，世界上許多文化發達較早的民族，都有過偶爾利用隕鐵制器的歷史。在古埃及前王朝墓中，發現過隕鐵管狀小珠;第11王朝墓中，曾出土裝以銀柄的隕鐵制護身符。在兩河流域烏爾王墓也出土有隕鐵碎片。美洲幾個古文化中心都使用過隕鐵制的箭頭、小刀和工具。中國商代臺西遺址和劉家河商墓中，也發現過刃部用隕鐵鍛制的銅鉞。但隕鐵是天體隕落的流星鐵，與人工煉鐵的性質根本不同。隕鐵制器與人工煉鐵的發明沒有必然的聯系。
[知識新授]
一、非金屬單質與其化合物的轉化
例：SSO2H2SO3Na2SO3
(1)非金屬在一定條件下可以轉化為相應的化合物，如：
S+O2 ； C+O2
(2)某些非金屬氧化物可以跟水反應生成 ，如：
CO2+H2O ；
SO2+H2O ；
SO3+H2O 。
(SiO2、CO等除外的非金屬氧化物能與水反應生成對應的酸)
二、金屬單質和非金屬單質在一定條件下可以相互反應，生成相應的 或 。
如：Fe+S
2Fe+3C12
3Fe+2O2
三、某些金屬氧化物和水反應可以生成相應的 。
如：CaO+H2O===
Na2O+H2O===
K2O+H2O===
四、金屬的冶煉
(1)金屬在自然界中的存在
少數金屬以 形式存在，大多數金屬是以化合態的形式存在的。
(2)金屬的冶煉原理與方法
①原理：把金屬從化合態變成游離態。
②冶煉方法：
A木炭和氧化銅粉末在高溫下的反應：
實驗現象： 固體逐漸變為 ，澄清石灰水變 。
B熾熱的碳能在高溫條件下與二氧化碳反應，生成一氧化碳。一氧化碳也會奪取金屬氧化物中的氧，產生游離態的金屬單質。以碳和氧化銅反應為例，該過程的化學方程式為：
、
C氫氣還原氧化銅：
現象： 粉末狀固體逐漸變為 ，試管口有 生成。
操作注意事項：實驗開始時需先 。再 ，防止 ；
實驗停止后，要繼續 ，直到 為止，防止 。
氫氣還原氧化銅實驗裝置中容易出現的典型錯誤：
①試管口高于試管底。應使試管口 試管底，防止反應生成的水倒流。
②試管口加了膠塞。試管口不能加膠塞，否則 ，易造成試管炸裂。
③導管略伸入試管口。應使導管貼試管上壁伸人 。
(3)還原反應
A含氧化合物里的氧被奪取的反應，叫做 ；能從氧化物中奪取氧的能力叫做 性，具有還原性的物質可作 劑。
B可以作還原劑的物質主要有 、 和 。
(4)鐵的冶煉
用鐵礦石煉鐵的主要反應原理：在高溫下，用一氧化碳從鐵礦石中把鐵還原出來。
一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式：
操作注意事項：實驗最好在通風櫥中進行。實驗時應該先通一會一氧化碳，以排除試管中的空氣，防止一氧化碳與空氣混合加熱時引起爆炸。多余的一氧化碳不能直接排到空氣中，應 。
(5)有關純度問題的計算
①由混合物質量及純度，計算純凈物質量：純凈物質量=混合物質量×純度
②根據純凈物的質量，求出其中組成元素的質量分數。組成元素的質量分數=×100％
③求產品中的含雜質的物質的質量(即混合物質量)：混合物質量=
[經典例題]
[例1]下列各組變化中，每一轉化在一定條件下均能一步實現的是(　　)
A．①② B．只有② C．②③ D．①②③
[例2]二氧化碳和氫氣可在一定條件下反應，生產一種重要的化工原料甲醇：CO2+3H2CH3OH+H2O．下列有關該反應的說法正確的是(　　)
A．為CO2的利用創造了一種新途徑
B．釕﹣膦鉻合物的質量在反應前后發生了變化
C．氫原子數在反應前后發生了改變
D．屬于復分解反應
[例3]歸納整理是化學學習中常用的一種方法．以下是H2O2、H2O、CO2三種物質轉化為O2的轉化關系，即：①H2O2→O2②H2O→O2③CO2→O2，對它們的歸納不正確的是(　　)
A．三種轉化的反應物都是氧化物
B．實驗室常利用轉化①制取氧氣
C．三種轉化發生的反應一定都是分解反應
D．轉化③對于維持生態系統碳循環和氧循環有重要作用
[例4]如圖為與水相關的部分轉化關系(水作反應物或生成物，部分產物和反應條件未列出)．下列說法錯誤的是(　　)
A．圖中所示的反應中均有元素化合價的改變
B．途徑①是硫酸型酸雨形成的重要途徑
C．工業上可用途徑②制取有機物，當合成甲醇CH3OH時，CO、H2投料質量比為14：1
D．把金屬鈉投入到硫酸銅溶液中，發生途徑③反應，反應不生成銅單質
[例5]如圖表示了初中化學中一些常見物質的相互轉化關系(部分反應條件已省略)．下列說法錯誤的是(　　)
A．圈Ⅰ中發生的反應可能都是分解反應
B．利用反應②可用來檢驗二氧化碳氣體
C．圈Ⅱ中的化學反應說明氧氣具有可燃性
D．利用反應①可制得燒堿
[例6]Si是重要的半導體材料，半導體工業中有一句行話“從沙灘到用戶”，指的是利用砂子(主要成分SiO2)制取高純度的Si，其主要化學反應如下：
①2C+SiO2Si(不純)+2CO↑ ②2Cl2+Si(不純)SiCl4
③SiCl4+2H24HCl+Si(高純)
下列說法不正確的是(　　)
A．①的目的是將二氧化硅轉化成單質硅
B．②③的目的是除去單質硅中混有的雜質
C．上述反應中涉及到2個置換反應
D．上述反應中各元素的化合價都發生了變化
[例7]制造航空母艦使用大量合金材料(如鐵合金、銅合金和鈦合金等)．請回答下列問題：
(1)請設計簡單實驗驗證鐵的金屬活動性比銅強(寫出主要步驟和現象即可)．　 ?。?
(2)鈦(Ti)因其硬度大、熔點高，常溫下與酸和堿都不發生反應、有很強的耐腐蝕性等優良性能而被認為是本世紀的重要金屬材料．由鈦鐵礦(主要成分是FeO和TiO2)提取金屬鈦的主要工藝流程如圖所示：
①步驟Ⅱ中，TiO2、炭粉混合物在高溫條件下通入氯氣(Cl2)制得TiCl4和一種可燃性氣體，該反應的化學方程式為　 　．
②步驟Ⅲ的反應需在氬氣環境中進行，理由是　　 ．所得金屬鈦中含有少量的金屬鎂．若要除去金屬鈦中的少量鎂，可加入的試劑是　 　(填試劑名稱)．充分反應后，再通過　　 (填操作名稱)、洗滌、干燥即可．
[例8]黃銅是以Zn為主要添加元素的銅合金．黃銅渣中約含Zn 7%、ZnO 31%、Cu 50%、CuO 5%，其余為雜質．處理黃銅渣可得到硫酸鋅，其主要流程如下(雜質不溶于水、也不參與反應)：
已知：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
(1)步驟Ⅰ中產生氣體的化學方程式　 　．
(2)溶液A中的金屬陽離子有　 　(填化學用語)．
(3)步驟Ⅰ、Ⅱ中均包含的操作名稱為　 ?。?
(4)溶液A　　 (填“大于”、“小于”或“等于”)溶液C的質量．
　
[例9]現代循環經濟要求綜合考慮環境污染和經濟效益．高純氧化鐵可作現代電子工業的材料，以下是以硫鐵礦燒渣(主要成分為Fe2O3、FeO、SiO2)為原料制備高純氧化鐵(Fe2O3)的生產流程示意圖：[(NH4)2CO3溶液呈堿性，40℃以上時(NH4)2CO3分解]．
(1)實驗室中，操作Ⅰ、操作Ⅱ用到的玻璃儀器有玻璃棒、燒杯、　 　等．
(2)濾液Ⅰ中主要的陽離子是　 　等．
(3)加適量氨水的目的是　　 ．
(4)濾液Ⅱ中可回收的產品是　 　(寫化學式)．
(5)寫出在空氣中煅燒FeCO3的化學反應方程式 　 ?。?
[例10]銅跟濃硫酸的反應原理是：Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O
某小組同學用如圖所示裝置制取硫酸銅．請回答一下問題：
(1)圖中C裝置的作用是防止氫氧化鈉溶液倒吸入B瓶中，裝置D的作用是　 ?。?
(2)充分反應后，燒瓶中的銅片仍有剩余，那么硫酸是否也有剩余呢？該小組同學進一步研究：待燒瓶冷卻后，將燒瓶中的混合物稀釋、過濾、用濾液做了如下實驗．
實驗1：用pH試紙測試濾液pH，其中pH約為1
實驗2：取少量濾液于試管中，向試管中滴加氯化鋇溶液，有白色沉淀現象．
你認為　 　可以說明硫酸有剩余(選填“實驗1”或“實驗2”)
(3)以銅片與濃硫酸為原料用上述方法制取硫酸銅，存在的缺陷有　 ?。?答出一點即可)
[例11]菱鎂礦的主要成分是MgCO3，為了分析某菱鎂礦中鎂元素的含量，某班學習小組進行了實驗探究，取10g菱鎂礦樣品，逐漸加入未知濃度的H2SO4溶液，生成的氣體全部用NaOH溶液吸收，NaOH溶液增加的質量記錄如表：
分組
　 1
　　 2
　 3
　 4
加入H2SO4溶液質量/g
50
100
150
200
NaOH溶液增加質量/g
2.2
4.4
4.4
4.4
注：菱鎂礦中的雜質不溶于水，不與酸發生反應、不含鎂元素．請回答：
(1)10g菱鎂礦與稀硫酸完全反應，生成氣體的質量為　 　g．
(2)計算該菱鎂礦中鎂元素的質量分數．(寫出計算過程)
(3)吸收反應生成的氣體，不用石灰水的原因是　 　．
[課后作業]
氨氣是一種密度比空氣小，有刺激性氣味的氣體．加熱條件下，氨氣能將氧化銅還原成銅，反應的化學方程式為：2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O，如圖所示，擠壓鼓氣球把空氣鼓入盛有濃氨水的集氣瓶中，使氨氣進入試管，用酒精燈給試管加熱，既可以達到實驗目的，關于實驗有下列幾種說法：
①實驗中，試管口應略向下傾斜；
②反應一段時間后可以看到試管內有紅色固體生成；
③反應結束后，先撤出導管，再熄滅酒精燈，以免液體倒流；
④裝置沒有對尾氣進行處理，會污染環境．
以上說法正確的是(　　)
A．①②③④ B．②③④ C．①②④ D．只有①②
下列四個圖象的變化趨勢，能正確描述對應操作的是(　　)
A．20℃時，向一杯接近飽和的KNO3溶液中不斷加入KNO3晶體
B．將濃鹽酸敞口放置在空氣中
C．等質量的鋅、鐵與足量的稀硫酸反應
D．等質量、等濃度的過氧化氫溶液的分解
已知碳化鋁(固體)與水在常溫下劇烈反應Al4C3+12H2O=4Al(OH)3↓+3CH4↑，某同學為了探究甲烷的還原性并檢驗產物，設計出如下實驗：
①用碳化鋁制取甲烷，可以選擇實驗室制二氧化碳的裝置
②在點燃C中酒精燈前，先要通甲烷氣體
③如果D中裝無水硫酸銅，可以通過D裝置反應前后顏色變化，判斷有沒有水生成
④由于甲烷無味無毒，所以在該實驗中可以不處理尾氣
⑤若將D中裝堿石灰，在每步充分反應的情況下，可以推斷甲烷組成
⑥甲烷與氧化銅在一定條件下反應，產物可能是銅、水和二氧化碳
以上正確說法的是(　　)
A．①②③⑥ B．①③④⑥ C．①②③⑤ D．②③④⑥
用鐵、氧化銅、稀硫酸、氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液五種物質，構成了如圖所示的關系網絡(圖中的“﹣”表示相連的兩種物質能發生反應)．下列有關說法不正確的是(　　)
A．甲物質可能為氫氧化鈉溶液
B．戊物質一定是氧化銅
C．丙和丁的反應一定是置換反應
D．乙物質可以使紫色石蕊溶液變紅
合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，對社會發展與科技進步做出了巨大貢獻．合成氨工藝的主要流程如圖1：
(1)合成塔中的反應必須在高溫、高壓、催化劑條件下進行，該反應的符號表達式是：　 　，屬于　 　(填基本反應類型)反應．
(2)生產過程中從合成塔中輸出的氣體屬于　 　(填“純凈物”或“混合物”)．
(3)中生產過程中可重復使用的物質是　 　(填化學式)．
(4)根據表中的數據回答問題．
物質
H2
N2
O2
NH3
沸點/℃(1.01×105Pa)
﹣252
﹣195.8
﹣183
﹣33.35
在1.01×105Pa時，欲將NH3與N2、H2分離，最好將溫度控制在　　 之間．
(5)圖2是合成塔中發生反應的微觀粒子示意圖：由圖可知兩種反應物N2與H2的分子個數比為　　 ；
該反應中的最小粒子是　 　(填寫化學符號)．
A～H是初中化學常見的物質，A和C的組成元素相同；B為單質；D為常見的堿，俗稱熟石灰；E為一種常見的建筑材料．它們的相互轉化關系如圖所示(反應條件、部分生成物已略去)．
(1)寫出下列物質的化學式為：A　　 ； B　　 ； F　 ?。?
(2)請寫出第③步的化學方程式：　 ??；
(3)反應⑤在實際中的意義是　 　．
100mL稀鹽酸中加入混合均勻的NaHCO3和KHCO3固體粉末，充分反應后使氣體全部逸出．右圖是加入粉末的質量與產生CO2(該狀況下，氣體的密度為1.964 g/L)體積的關系．請計算：
(1)該鹽酸中HCl的質量．
(2)若該鹽酸為120 mL時，加入粉末為58.5 g，求產生CO2的體積．
(3)若粉末的質量為x g，該鹽酸的體積為140 mL，產生的CO2體積為y L．試寫出粉末質量x(g)與產生CO2體積y(L)之間的關系．
小芳在實驗室用石灰石和稀鹽酸制取了二氧化碳，并對實驗產生的廢液進行溶質成分鑒定：取廢液上層清液50克，滴加質量分數為26.5%的碳酸鈉溶液，出現氣泡，滴加至10克開始出現白色沉淀，繼續滴加至沉淀不再產生，過濾，洗滌，干燥，稱得沉淀質量為5克，并繪制了圖象，如圖：
(1)圖象中的a點數值　　
(2)廢液中含有的溶質是　　 (寫化學式)
(3)通過計算說明，圖象橫坐標中b點表示的溶液的質量是多少？
如圖是木炭還原氧化銅的探究實驗裝置．
[提出問題]木炭還原氧化銅產生什么氣體？
[提出猜想]產生的氣體有三種情況：
①CO；②CO2；③　　 ．
[設計方案]實驗前后分別對試管和燒杯里的物質進行稱量，數據設計如下：
稱量對象
反應前質量
反應后質量
質量差
試管+固體混合物
M1
M2
△m1即( M1﹣M2)
燒杯+澄清石灰水
M3
M4
△m2即( M4﹣M3)
(1)若△m2=0，說明反應產生的氣體不能被澄清石灰水吸收，則猜想　　 成立．
(2)若猜想②正確，理論上△m1與△m2的關系是：△m1　 　△m2(填“＞”、“＜”或“=”)．
[實驗并記錄]實驗得到的數據如下表：
稱量對象
反應前質量
反應后質量
質量差
試管+固體混合物
69.8g
65.4g
△m1
燒杯+澄清石灰水
118.8g
122.6g
△m2
用以上實驗數據分析，結果應該是猜想　 　成立．
[反思與評價]經查閱資料知道：木炭還原氧化銅產生CO2氣體，該反應的化學方程式為：　 　．
本次實驗結果與資料顯示不一致．對其可能原因有同學提出下列分析，其中合理的是　 　．
A．裝置漏氣 B．生成的CO2部分與過量的C反應生成了CO
C．澄清石灰水吸收CO2效果不好 D．裝置內還有CO2氣體未被吸收．
下圖甲是氫氣和氧化銅反應的實驗，下圖乙是木炭和氧化鐵反應的實驗．
鐵的氧化物化學式
Fe2O3
Fe3O4
FeO
顏色
紅
黑
黑
化學性質
可溶于酸
常溫下不溶于稀酸
可溶于酸
(1)在上述兩個實驗中，氫氣和木炭表現出相同的化學性質是　 　性．
(2)實驗步驟的先后次序非常重要，比如甲實驗中，反應前必須先通氫氣后點燃酒精燈，否則易發生爆炸；反應結束后必須先　 　后　 　，否則生成的紅色的銅會變成黑色．
(3)某同學正確操作做完乙實驗后，發現澄清石灰水變渾濁，試管中粉末全部變為黑色，取少量黑色粉末，加入足量稀硫酸充分振蕩，但她驚訝地發現黑色粉末沒有溶解，試管中也未產生預期的氣泡，這說明該反應并沒有生成　 　
(4)該同學查閱資料，得到關于鐵的氧化物如下信息：
根據以上信息，試寫出乙實驗試管中反應的化學方程式　 　
經分析后，該同學試著提高反應溫度后，實驗出現了預期的現象．
[參考答案]
[經典例題]
1．B．
2．A．
3．C．
4．A．
5．C．
6．D．
7．(1)將光亮鐵釘放入少量硫酸銅的溶液中，鐵釘表面有紅色物質析出；(2)①TiO2+C+2Cl2TiCl4+2CO； ②防止鈦或鎂氧化；稀鹽酸；過濾．
8．(1)Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；(2)Zn2+、Cu2+； (3)過濾； (4)小于．
9．(1)漏斗．
(2)Fe2+、H+．
(3)除去過量的硫酸，調節溶液的酸堿性．
(4)(NH4)2SO4．
(5)4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2．
10．(1)吸收二氧化硫氣體，防止污染空氣；
(2)實驗1；
(3)生成的二氧化硫會污染空氣或濃硫酸有剩余，會導致硫酸銅不純等；
11．(1)4.4．
(2)24%．
(3)氫氧化鈣的溶解度常溫下很小，所以等質量的石灰水和氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉溶液的質量分數更大，可吸收更多的二氧化碳．

[課后作業]
1．C．
2．D．
3．A．
4．C．
5．(1)N2+3H22NH3；化合；(2)混合物；(3)N2、H2；(4)﹣33.35～﹣195.8；(5)1：3；　
6．(1)A．H2O2 B．O2 F．CO2
(2)CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
(3)把二氧化碳轉化為氧氣(食物來源、能量來源、維持碳氧平衡等合理答案給分)．
7．(1)該鹽酸中HCl的質量為18.25 g．(2)產生CO2的體積為13.44 L．
(3)若x≤63 g，y=L；若x＞63 g，y=15.68 L．
8．(1)1.1；(2)HCl、CaCl2；(3)圖象橫坐標中b點表示的溶液的質量是30g．　
9．[提出猜想]CO和CO2；
[設計方案](1)①；(2)=；
[實驗并記錄]③；
[反思與評價]C+2CuO2Cu+CO2↑；ABCD．　
10．(1)還原；
(2)移出酒精燈、停止通氫氣；
(3)鐵；
(4)C+6Fe2O34Fe3O4+CO2↑．

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