专题9 物质的转化及应用（原卷版）

第2章物质转化与材料利用专题9物质的转化及应用类型一置换反应 3类型二不同金属与酸反应产生氢气质量的比较 5类型三分析金属样品的组成(极值法) 6类型四判断天平平衡问题 7类型五金属与酸反应的图像题 8类型六分析金属与金属化合物溶液反应后生成物的成分 11类型七对金属与酸、金属与金属化合物溶液反应的综合训练 12类型八金属腐蚀的条件及防锈措施 14类型九探究金属锈蚀的条件(对比实验法) 15【方法归纳】1．金属、金属氧化物、碱之间的转化。(1)金属的氧化和金属氧化物的还原。①金属与浓硫酸、硝酸与反应均无氢气产生，是因为它们具有氧化性。2H2SO4(浓)＋Cu===CuSO4＋SO2↑＋2H2O4HNO3(浓)＋Cu===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋H2O8HNO3(稀)＋3Cu===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2OZn＋2H2SO4(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))ZnSO4＋SO2↑＋2H2O3Zn＋4H2SO4(浓)eq\o(=====,\s\up7(△))3ZnSO4＋S↓＋4H2O铁和铝遇冷的浓硫酸钝化，并不是不反应，而是反应后在金属表面生成致密氧化膜，使其不与金属内层反应；②金属与金属氧化物反应。如CuO＋Mgeq\o(=====,\s\up7(△))MgO＋Cu；③灼热的黑色氧化铜和酒精(乙醇)反应又转化成了铜：CuO(灼热)＋C2H5OH===Cu＋C2H4O＋H2O乙醇乙醛(2)金属、金属氧化物和对应的碱之间一般有如下的转化规律：2．非金属、非金属氧化物、酸之间的转化。(1)酸雨的形成。当雨水的pH小于5.6才能算酸雨。人类活动产生的二氧化硫(SO2)、氮的氧化物(如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)等气体的排放，在大气中会转化为2SO2＋O2===SO3(尘埃做催化剂)、SO3＋H2O===H2SO4(硫酸)、2NO＋O2===2NO2(常温常压下即可)、3NO2＋H2O===2HNO3(硝酸)＋NO，酸雨就这样形成了。(2)非金属、非金属氧化物和对应的酸之间一般有如下的转化规律：3.金属资源的利用和保护（1）工业矿石常用的金属冶炼方法是用C、CO(炽热的碳能在高温条件下与二氧化碳反应生成一氧化碳：C＋CO2===2CO)或H2等具有还原性的物质与金属氧化物在高温下反应，夺取金属氧化物中的氧，从而得到金属单质。例如：C＋2CuOeq\o(=====,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑C＋CO2eq\o(=====,\s\up7(高温))2COCO＋CuOCu＋CO2H2+CuOCu+H2O氢气还原氧化铜的实验：实验步骤现象或结论(1)观察氧化铜的颜色；(2)在试管中加入少量氧化铜，通入氢气，过一会儿，再给氧化铜加热；(3)反应完成后停止加热；(4)继续通入氢气，直到试管冷却(1)氧化铜是黑色固体；(2)固体物质由黑色粉末变成红色物质，试管口有水生成。反应的化学方程式为H2+CuOCu+H2O（2）炼铁的过程4.关于化学反应的综合计算有以下几种主要类型：（1）关于化学式和化学方程式的综合计算。（2）关于溶液和化学方程式的综合计算。向一种或几种物质的溶液中加入一种能与某成分反应的物质，根据产生的沉淀或气体的质量求原溶液中某物质的质量及溶液的溶质质量分数。（3）跨学科综合计算。综合物理、化学、生物以及环境保护、能源利用等知识，通过计算解决一个综合性问题。【常考题型】类型一物质的转化规律1．锡(Sn)是五金之一，它的金属活动性顺序位于铁和铜之间，则下列反应不会发生的是()A．Zn＋Sn(NO3)2===Zn(NO3)2＋SnB．Sn＋2HCl===SnCl2＋H2↑C．Sn＋2AgNO3===Sn(NO3)2＋2AgD．Sn＋MgSO4===SnSO4＋Mg2．重金属离子有毒性，实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。甲废液经化验呈碱性，主要有毒离子为Ba2＋，如将甲、乙两废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中可能含有的离子是()A．Cu2＋和SO2－4B．Cu2＋和Cl－C．K＋和SOeq\o\al(2－,4)D．Ag＋和NOeq\o\al(－,3)3．下列各组变化中，每一转化在一定条件下均能一步实现的是()A．①②B．②③C．①③D．①②③4．“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲得到的产物，即原子的利用率为100%。在用丙炔(C3H4)合成2－甲基丙烯酸甲酯(C5H8O2)的过程中，欲使原子的利用率达到100%，在催化剂作用下，还需要的其他反应物是()A．CO2和CH3OHB．H2和COC．CH4和H2OD．CH3OH5．向硝酸银、硝酸铜、硝酸镁的混合溶液中加入一些铁粉，待完全反应后，再过滤。下列情况不可能存在的是()A．滤纸上有Ag，滤液中有Ag＋、Cu2＋、Fe2＋、Mg2＋B．滤纸上有Ag、Cu，滤液中有Ag＋、Fe2＋、Mg2＋C．滤纸上有Ag、Cu，滤液中有Fe2＋、Mg2＋D．滤纸上有Ag、Cu、Fe，滤液中有Fe2＋、Mg2＋6．小明同学将一枚洁净的铁钉放入硫酸铜溶液中，观察到铁钉表面有红色的物质析出，且产生少量的气体。于是，他们重新配制硫酸铜溶液，再次实验，又观察到相同的现象。关于该实验，有如下说法：①生成的气体可能是氢气；②完全反应后溶液呈蓝色；③实验中一定发生了置换反应；④由实验可以得出金属活动性顺序：Cu＞Fe；⑤硫酸铜溶液可能显酸性；⑥重做实验没有任何意义。其中正确的说法是()A．①②③B．①③⑤C．④⑤⑥D．③⑤⑥7．如图，甲和乙分别是氢气和一氧化碳还原氧化铜的实验，下列有关说法正确的是()A．甲实验试管口向下倾斜可防止氢气逸出B．乙实验只能通过澄清石灰水是否变浑浊判断反应是否发生C．甲、乙两实验中，都应先通入气体，再使试管、玻璃管均匀受热，以防止发生爆炸D．甲、乙两实验中，氢气和一氧化碳都将氧化铜变成游离态的铜，都发生了置换反应8．某黑色固体粉末可能是Fe、FeO、CuO和C中的一种或几种。取黑色粉末，加入一定量的稀硫酸，待充分反应后过滤，得到滤液和滤渣，在滤液中插入一根洁净的铁丝。有关说法正确的是()A．若滤液呈浅绿色，则原黑色固体粉末中一定有FeB．若铁丝表面只有红色固体析出，则滤渣中一定无CuOC．若铁丝表面无明显现象，则滤渣中最多有四种物质D．若铁丝表面只有气泡产生，则滤液中溶质一定有H2SO4和FeSO49.通过钝化的方式使锌制品表面形成一层保护膜，可有效防止锌的腐蚀。某锌制品的钝化液含有硝酸银、硝酸铜、重铬酸等，其中重铬酸是一种可溶性的酸。(1)重铬酸(H2Cr2O7)中铬元素的化合价为_______。(2)反应过程中会产生含有金属单质的细微颗粒，该颗粒中一定含有的金属是________。10．中和反应是放热反应吗？甲同学取10mL10%的NaOH溶液于试管中，逐滴加入10%的稀硫酸，随着硫酸的加入，烧杯中溶液温度与加入硫酸体积之间的变化关系如甲图所示。当加入硫酸至10mL时，试管中溶液的温度最高，其根本原因是__________________________________。乙同学按乙图装置实验，澄清的饱和石灰水的作用是___________________________________。丙同学按丙图实验，根据____________________________________现象也能证明中和反应是放热的。请说明原理：________________________________________________________________。甲乙丙11．氢化钙(CaH2)是一种常用的储氢材料，是登山运动员常用的能源提供剂，但它要密封保存，一旦接触水就发生反应生成氢氧化钙并放出氢气。小明在实验室里利用氢气和金属钙加热制取氢化钙，制取装置如图所示：资料：金属钙的活动性很强，遇水即可剧烈反应生成氢氧化钙，同时产生氢气。回答下列问题：(1)图甲中要确认经过装置B后的氢气是干燥的，需在B、C间接入图乙装置，而且观察到的现象为__________________________。(2)实验结束后，小明在图甲C装置玻璃管中取少量物质加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加酚酞后显红色，小明据此判断：上述实验确有CaH2生成。但小东同学认为小明判断不正确，你认为小东的理由是：___________________________________________________________________________。(3)开始实验时，先打开漏斗阀门通一段时间反应生成的氢气，再加热酒精灯的目的是_________________________________________________。12．氧化物、酸、碱、盐相互之间的关系是初中科学中重要学习内容之一。现有如图所示的转换关系：(1)请写出下列物质的化学式B____________，E___________。(2)CuO与A溶液反应的实验现象为________________________________________。13．某学习小组拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)，查阅资料可知Mg、Mg3N2能发生如下反应：①2Mg＋O2eq\o(=====,\s\up10(△))2MgO②3Mg＋N2eq\o(=====,\s\up10(△))Mg3N2③2Mg＋CO2eq\o(=====,\s\up10(△))2MgO＋C④Mg＋H2Oeq\o(=====,\s\up10(△))MgO＋H2↑⑤Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2↓＋2NH3↑(NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝)(1)制取氮化镁的实验设计思路：用镁和氮气反应。反应之前必须将空气中的O2、CO2、H2O除去制得干燥纯净的N2。装置B灼烧铁粉为了除去空气中的___________。(2)气流流经装置的顺序是D→C→_____________(选填“B→A”或“A→B”)。(3)通入空气后，应先点燃B装置的酒精灯，如果同时点燃A、B装置的酒精灯，对实验结果可能产生影响是_______________________________。(4)设计一个实验，验证A中产物是氮化镁，方案________________________________________(写出操作和现象)。14．有一种管道疏通剂，成分为铝粉和氢氧化钠混合粉末。工作原理是：利用铝和氢氧化钠遇水反应放出大量的热，加快氢氧化钠对毛发等淤积物的腐蚀，同时产生氢气增加管道内的气压，利于疏通。小柯利用如图装置测定疏通剂中铝的质量分数。Ⅰ.取样品20g，倒入容积为200mL的锥形瓶中，然后在分液漏斗中加入水，置于电子天平上测出总质量m1。Ⅱ.打开活塞，加入足量的水充分反应，直到没有固体剩余，静置一段时间，测出总质量m2。Ⅲ.实验数据如下表。反应前总质量m1反应后总质量m2371.84g371.24g回答下列问题：(1)配平化学方程式：2Al＋2NaOH＋2H2O===____NaAlO2＋3H2↑(2)根据化学方程式计算样品中铝的质量分数(本小题不考虑水蒸气的影响)。(3)以下情形会导致样品中铝的质量分数测量结果偏高的原因可能有_______。A．向锥形瓶中倒入样品时撒出了部分粉末B．在反应过程中有水蒸气逸出C．没有等装置中氢气全部排尽就称量15．小明同学想知道实验室用稀盐酸和石灰石制取CO2气体后的滤液中的溶质成分，故和小组成员一起进行了如下操作。取实验后的滤液100g，加入21.2%的碳酸钠溶液，所得溶液的pH变化与加入碳酸钠溶液的质量关系如图，试分析计算：(1)该滤液中的溶质是_____________，ab段的实验现象是_________，bc段的实验现象是________________。(2)反应到c点时，所得溶液的溶质质量分数是多少？(写出计算过程，计算结果精确到0.1%)类型二金属的的冶炼1．在炼铁工业中，常用石灰石将铁矿石中的杂质二氧化硅转化为炉渣除去，发生反应的化学方程式为：CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))X＋CO2↑，其中X的化学式是()A．CaSiO4B．Ca2SiO3C．CaSi2O3D．CaSiO32．如图为一氧化碳还原氧化铁实验。下列说法中正确的是()A．开始时应先预热玻璃管，后通入一氧化碳B．实验中玻璃管里粉末由黑色逐渐变成红棕色C．参加反应的氧化铁和一氧化碳的质量比为40∶7D．将尾气点燃或收集，可防止一氧化碳污染空气3．金属材料与人类的生产和生活密切相关。某钢铁厂每天需消耗4900t含Fe2O376%的赤铁矿石，该厂理论上可日产含Fe98%的生铁的质量是______________t。4．铁是目前世界年产量最多的金属。(1)如图是一氧化碳还原氧化铁实验装置图，回答下列问题：①写出甲处玻璃管中反应的化学方程式__________________________________；丙处酒精灯的作用是__________________________。②下列关于该实验的说法，正确的是________(填字母)。A．装置甲处玻璃管内黑色粉末变红B．实验结束后，应先熄灭甲处的酒精喷灯C．一氧化碳发生了还原反应(2)每年因腐蚀而浪费掉的金属材料数量惊人，铁栅栏常采取的防锈措施是____________________，除防止金属腐蚀外，保护金属资源的有效途径还有________________________________(答一点即可)。5．工业上炼铁炼钢和轧制钢材的主要流程如图所示。已知生铁的含碳量为2%～4.3%，钢的含碳量为0.03%～2%。(1)反应：①Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2；②Fe2O3＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO↑，属于置换反应的是________，高炉炼铁的主要原理是________(均填序号)。(2)炼铁的固体原料需经过粉碎，其目的是_____________________________________________________________________________________________。(3)热空气和高炉气体的主要成分有一种相同，这种气体的化学式是__________；炉渣中含有硅酸钙(CaSiO3)，其中硅元素的化合价是________。(4)炼钢炉中，通入纯氧的目的是________________________________________；将钢锭轧成钢板，体现了金属的________性。(5)铁制品易生锈，写出一种防止铁制品生锈的措施______________________________________________________________________________________。类型三物质的鉴别1．若用实验证明CuSO4溶液显蓝色不是由SOeq\o\al(2－,4)离子造成的，下列实验无意义的是()A．观察K2SO4溶液的颜色B．向CuSO4溶液滴加适量的NaOH溶液，振荡后静置，溶液颜色消失C．向CuSO4溶液滴加适量的BaCl2溶液，振荡后静置，溶液颜色未消失D．加水稀释后CuSO4溶液颜色变浅2．科学的假设与猜想是科学探究的先导和价值所在。下列假设(猜想)引导的探究肯定没有意义的是()A．探究铁和硫酸铜溶液反应生成的气体可能是氢气B．探究碳还原氧化铜的生成物可能有一氧化碳C．探究铁锈的成分中可能含有氢氧化铁D．探究滴加了酚酞的中和反应后的无色溶液中可能含有氢氧化钠3．下列各组离子在水溶液中能大量共存的是()A．Cu2＋、Na＋、NOeq\o\al(－,3)、OH－B．H＋、K＋、COeq\o\al(2－,3)、Cl－C．Mg2＋、NHeq\o\al(＋,4)、OH－、SOeq\o\al(2－,4)D．Na＋、Ca2＋、NOeq\o\al(－,3)、Cl－4．下列除去杂质的方法正确的是()A．除去N2中的少量O2，可以通过灼热的CuO粉末，收集气体N2B．除去CaO中的少量CaCO3，可以加入足量稀盐酸，充分反应C．除去KCl溶液中的少量MgCl2，可以加入适量NaOH溶液，过滤D．除去Cu(NO3)2溶液中的少量AgNO3，可以加入足量铜粉，充分反应后过滤5．下列做法和对应的化学方程式均正确的是()A．用稀盐酸除去铁制品表面的锈：2HCl＋FeO===FeCl2＋H2OB．向纯碱溶液中滴加澄清石灰水：Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOHC．医疗上用氢氧化镁中和过多胃酸：Mg(OH)2＋H2SO4===MgSO4＋2H2OD．用点燃的方法除去二氧化碳中少量的一氧化碳：CO＋O2eq\o(=====,\s\up10(点燃))2CO26．已知某混合溶液由HCl、K2CO3、H2SO4、CuCl2溶液中的两种混合而成，向该溶液中加入Ba(OH)2溶液，产生的沉淀与加入Ba(OH)2溶液的关系如图。则混合溶液中溶质的组成为()A．HCl、K2CO3B．HCl、H2SO4C．HCl、CuCl2D．H2SO4、CuCl27．下列各组物质的溶液，不另加试剂无法一一鉴别的是()A．NaOHHClCuSO4MgSO4B．Na2CO3K2SO4BaCl2HClC．KNO3NaClFeCl3NaOHD．NH4NO3H2SO4NaOHMgCl28．下列各组物质加入水中充分搅拌后，同组反应物恰好完全反应，过滤后，在滤纸上留下两种不溶物质的是()A．Ca(NO2)3、BaCl2、AgNO3B．MgCl2、KOH、NaClC．CuSO4、Ba(OH)2、Cu(NO3)2D．Ba(NO3)2、CuSO4、KCl9．某粗盐固体样品中含有少量CaCl2、MgCl2、Na2SO4、MgSO4和泥沙，进行以下操作可得到纯净的NaCl晶体：①加过量的NaOH溶液；②加H2O溶解；③加过量的BaCl2溶液；④过滤；⑤蒸发；⑥加过量的Na2CO3溶液；⑦加适量的稀盐酸，则正确的操作顺序是()A．②①⑥③④⑦⑤B．②①③⑥⑦④⑤C．⑥②①③④⑤⑦D．②③①⑥④⑦⑤10．要将待提纯的物质中的杂质(括号内为杂质)除去，下表中选用的试剂及操作方法均正确的一项是()选项待提纯物质选用试剂操作方法ACuCl2(MgCl2)镁片过滤BCuO(Cu)稀盐酸过滤CCu(Fe)稀硫酸过滤DFeCl3溶液(盐酸)氢氧化钠溶液滴加11.雾霾严重影响人们的生活和健康，某地区的雾霾中可能含有可溶性物质NH4NO3、NaNO3、BaCl2、MgCl2、Na2SO4中的一种或多种，该地区的雾霾，经必要的处理后得到试样溶液。某同学设计并完成了如图所示实验：根据以上实验操作与现象，该同学得出的结论错误的是()A．沉淀B含有Mg(OH)2和BaSO4B．沉淀D的化学式为BaCO3C．试样中一定不含有NaNO3和BaCl2D．试样溶液中一定含有NH4NO3、MgCl2、Na2SO412．国庆节后，小丽带着快乐的心情返回学校。当她来到实验室时，意外地发现实验桌上有瓶敞口放置已久的NaOH溶液，由此，激发了她的探究欲望。【提出问题】这瓶NaOH溶液一定变质了，其变质程度如何呢？【提出猜想】小丽的猜想：NaOH溶液可能部分变质。【实验探究】小丽设计如下实验验证自己的猜想，请根据表中内容填写小丽实验时的现象：实验步骤现象结论取少量NaOH溶液样品于试管中，先滴加足量的CaCl2溶液，然后再滴加酚酞试液。______________________________NaOH溶液部分变质【实验反思】(1)下列物质：①BaCl2溶液、②Ca(NO3)2溶液、③Ca(OH)2溶液、④Ba(OH)2溶液，不能替代小丽实验中CaCl2溶液的是_______(填序号)。(2)小丽第二次滴加的试剂除用指示剂外，还可以用______________________________替代。【拓展应用】保存NaOH溶液的方法是_____________。13．在某校九年级某班的实验课上，小科取了40mL的Ba(OH)2溶液，并随手倒入等量的稀盐酸(均未知浓度)。老师发现后，递给他一瓶K2CO3溶液，让小科来检测混合溶液的酸碱性。小科在混合液中慢慢滴入K2CO3溶液，发现刚加入K2CO3溶液时，并没有沉淀生成，却有气泡产生，则原混合溶液呈______(选填“酸性”“碱性”或“中性”)，其中所含的溶质有______________(用化学式表示)。14．根据如图化合物与单质相互转化的关系，回答：(1)若化合物乙的溶液呈蓝色，单质y是银白色固体，则化学方程式是___________________________。(2)在常温下y若是气体单质，则化合物甲的化学式可能是____________。(3)若常温下化合物甲是黑色固体，化合物乙是无色液体，则化学方程式为______________________。15．鉴别(NH4)2SO4、NH4NO3、NaNO3三种无色溶液，随机编号为A、B、C，实验过程及现象如图所示：(1)A中的溶质是_______。(2)B与Ba(NO3)2溶液混合：①反应的化学方程式为___________