碳族方面试题的解题方法与技巧

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约45730字。

  策略7 碳族方面试题的解题方法与技巧
  金点子:
  碳族元素,作为元素化合物部分的重点内容,在近几年的高考试卷中,巳波及到新型无机非金属材料及锗、锡、铅三种元素的内容。
  此类试题中的常规题,其解法有过量分析、守恒分析、方程式的合并分析等。
  此类试题中的信息题,其解法有迁移类比、现象剖析、效用比较等。
  经典题:
  例题1 :(1996年上海高考)某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应,消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6:5, 该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为(    )
  A.1:1  B.1:2  C.1:3  D.1:4
  方法:利用假想法。将消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6:5 假想成消耗6molH+和产生5molCO2,然后再行分析求算。
  捷径:设二价金属碳酸盐为RCO3,碳酸氢盐为R(HCO3)2,其物质的量分别为x和y。根据题意有:2x + 2y = 6mol ,x + 2y = 5mol 。解得x = 1mol ,y = 2mol 。混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为1:2,选B。
  总结:部分考生在解题时,将混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比理解成CO32-和HCO3-,而出现错选D选项的较多。
  例题2 :(1996年全国高考)将1体积选项中的一种气体与10体积O2混和后,依次通过盛有足量浓NaOH溶液的洗气瓶和盛有足量灼热铜屑的管子(假设反应都进行完全,最后得到的尾气可以是(  )
  A.Cl2        B.CO    C.CO2      D.N2
  方法:找对气体来源,分析好气体去路。通过剖析来龙去脉求解。
  捷径:A.Cl2与O2混合后,通过NaOH,Cl2全部被吸收,再通过热铜屑,O2被全部吸收,最后得不到尾气。
  B.CO与O2混合后,通过NaOH溶液,都不能被吸收,再通过热铜屑,发生反应:2Cu+O2     2CuO,CuO+CO   Cu+CO2最后得到的尾气是CO2,故C选项为最后得到的尾气。
  C.CO2与O2混合后,通过NaOH溶液,CO2被吸收,再通过热铜屑,O2被全部吸收,最后得不到尾气。
  D.N2与O2混合后,通过NaOH溶液,都没有被吸收,再通过热铜屑,O2被吸收,最后得到尾气N2,所以D选项也为最后得到的尾气。
  故本题答案为CD。
  总结:本题的难点是对题意的理解。有学生误认为选项中的某种气体混入氧气后,再按题意依次反应后的尾气仍然是原选项中的气体。这是对题意的片面理解。正确的理解是,尾气可以是原选项,也可以是其他选项。对于这种设问尽管比较少见。但只要认真阅读,题中的设问是可以理解明白的。
  例题3 :(2000年全国高考)向下列溶液中通入过量CO2,最终出现浑浊的是(   )
  A.氢氧化钙饱和溶液       B.苯酚钠饱和溶液
  C.醋酸钠饱和溶液        D.氯化钙饱和溶液
  方法:分别分析,逐步淘汰。
  捷径:分析A选项:把CO2气体通入氢氧化钙饱和溶液,发生反应为Ca(OH)2+CO2(少量)= CaCO3↓+H2O,CaCO3+CO2(足量)+H2O=Ca(HCO3)2沉淀溶解,最终不能出现浑浊。
  分析B选项:把CO2气体通入苯酚钠饱和溶液,发生反应为+H2O+CO2
  (足量)→+ NaHCO3,由于苯酚在常温时溶解度小,最终出现苯酚浑浊。
  分析C、D选项:把CO2气体通入醋酸钠溶液和氯化钙溶液不发生反应(因为较弱的酸不能制取较强的酸)。
  以此得答案为B。
  总结:此题中四种溶液均为饱和溶液,部分考生因忽视这一点而出现错误。
  例题4:(1998年全国高考)已有BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料,曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验,它是锗酸铋的简称。若知:①在GBO中,锗处于其最高价态②在GBO中,铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同,在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构③GBO可看作是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物,且在GBO晶体的化学式中,这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空:
  (1)锗和铋的元素符号分别是和。
  (2)GBO晶体的化学式是。
  (3)GBO晶体中所含铋氧化物的化学式是。
  方法:价态分析法。
  捷径:由条件①可知Ge为+4价。因为锗处于元素周期表的第四主族,最高正价为+4价。铋处于第五主族,其正价有+3、+5价。根据条件②,铋应为+3价。因为BiCl3中Bi具有最外层8电子稳定结构。由条件③可知该化合物可写成mBi2O3•nGeO2,由于两种氧化物中含氧的总质量相等,所以m︰n=2︰3。锗酸铋写成2Bi2O3•3GeO2,也可写成盐的形式Bi4(GeO4)3,其中锗酸根为—4价。以此得答案为:(1)Ge、Bi (2)Bi4Ge3O12或2Bi2O3•3GeO2或Bi4(GeO4)3 (3)Bi2O3
  总结:该题解答的关键是对Ge、Bi两元素价态的确定。
  例题5 :(1995年全国高考)图(Ⅰ)中瓶a放入20 mL 6 mol•L-1盐酸,b是未充气的气球,里边放有4 g碳酸钙粉末,将它紧套在瓶a口上,胶管c套在瓶的侧口,并用弹簧夹d夹紧(瓶口与侧口不漏气)。将图(Ⅰ)的装置在托盘天平上称量,质量为W1 g。
  根据实验现象填写下列空白:
  (1)把气球b中的碳酸钙粉末小心倒入瓶中,立即产生许多气泡,气球逐渐胀大(图II),反应结束后,再将其称量,质量为W2 g,则W1与W2的关系是。
  (2)取25 mL 6 mol•L-1 NaOH溶液,先用滴管取少量NaOH溶液,滴管插入胶管c口(为便于操作,可以适当倾斜瓶a,注意防止漏气),打开d,将溶液挤入瓶中,立即夹紧d,可看到瓶内产生少量白色沉淀,轻轻摇动瓶a,沉淀随即消失。用同样的方法再加入少量NaOH溶液,又产生白色沉淀,轻摇,沉淀又消失,使沉淀消失的反应的化学方程式是
  (3)将全部NaOH溶液很快加入瓶中,夹紧d,瓶内产生大量白色沉淀,不再溶解,此时瓶内温度(填“不变”“降低”或“升高”)
  (4)继续轻摇瓶a,气球逐渐缩小,直至恢复反应前的下垂状,写出此时发生反应的化学方程式。
  方法:对现象与反应进行综合分析。解题时,必须先弄清题中反应的实质,然后再解答。
  捷径:(1)由题意可知:整个装置气密性完好,当CaCO3与HCl反应时,产生的气体虽然使气球膨胀,但并没有气体逸出,根据质量守恒定律,反应前质量W1与反应后的质量W2应该相等。
  (2)在第一步中,CaCO3与HCl反应,两者的量是已知的,生成多少CO2气体要考虑其量的多少:HCl为0.02 L×6 mol•L-1=0.12 mol,CaCO3为= 0.04 mol。由CaCO3+2HCl = CaCl2+CO2↑+H2O反应可知:盐酸过量0.04  mol,生成CaCl2和CO2均为0.04 mol。当加入0.025 L×6 mol•L-1=0.15 mol NaOH后,先中和剩余的盐酸,过量的0.11  mol NaOH与CaCl2发生反应:CaCl2+2NaOH = Ca(OH)2↓+2NaCl,生成0.04 mol微溶于水的Ca(OH)2 ,还剩余0.03 mol NaOH。在第三步反应中是0.04 mol CO2跟Ca(OH)2和NaOH混合物的反应,碱过量,故生成碳酸盐而不是酸式碳酸盐。
  (3)明白了上述反应原理后,该题中的(2)、(3)、(4)问就不难解决了。第(2)问:当从侧口加入少量NaOH时,出现少量白色沉淀,这是因为局部NaOH过量,CaCl2+2NaOH =  Ca(OH)2↓+2NaCl,轻摇瓶a时,白色沉淀消失,是溶液中剩余的盐酸将Ca(OH)2溶解了:Ca(OH)2+2HCl = CaCl2+H2O;第(3)问:由于酸碱中和反应是放热的,故瓶内温度升高;第(4)问:由上述解析(2)可知,摇瓶a时,在碱性条件下CO2被吸收,气球逐渐变小,直至恢复反应前的下垂状,方程式为:2NaOH+CO2= Na2CO3+H2O,Ca(OH)2+CO2 =  CaCO3↓+H2O。
  以此得答案为:(1)W1=W2  (2)Ca(OH)2+2HCl = CaCl2+2H2O  (3)升高(4)2NaOH+CO2 = Na2CO3+H2O;Ca(OH)2+CO2 = CaCO3↓+H2O
  总结:该题文字量大,涉及化学反应多,内涵丰富,思考容量大,要求考生在较短时间里,通过阅读题干,准确理解题意,迅速捕捉有用的关键信息,通过加工处理,找出解答问题的正确途径。
  例题6 :(2000年上海高考)某天然碱可看着由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份,溶于水后,分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL,产生CO2体积(标准状况)如下表:
  Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
  盐酸溶液的体积(mL) 30 30 30 30
  样品(g) 3.32 4.15 5.18 7.47
  二氧化碳的体积(mL) 672 840 896 672
  (1)由第Ⅰ组数据中的CO2体积与样品质量之比,可以推测用2.49g样品进行同样的实验时,产生CO2         mL(标准状况)。
  (2)另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全(300℃时Na2CO3不分解),产生112mL(标准状况)和水0.45g,计算并确定该天然碱的化学式。
  (3)已知Na2CO3和HCl(aq)的反应分下列两步进行:
  Na2CO3+HCl →NaCl+NaHCO3
  NaHCO3+HCl →NaCl+CO2↑+H2O
  由上表中第Ⅳ组数据可以确定所用的HCl(aq)的浓度为mol/L。
  (4)依据上表所列数据以及天然碱的化学式,讨论并确定上述实验中CO2(标准状况)体积V(mL)与样品质量W(g)之间的关系式。
  方法:充分依靠表中和题中数据,将反应隔离分割后,再综合分析。
  捷径:(1)3.32︰672=2.49︰V(CO2),V(CO2)=5

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