元素及其化合物知識復習思路
高考化學總復習一般分三輪展開:第一輪復習的主要內容是學科內主干知識的復習與學科能力的培養(yǎng)(一般安排在先年9月至次年3月),第二輪復習的主要內容是熱點(或專題)復習與綜合能力的培養(yǎng)(一般安排在次年3月至4月),第三輪復習的主要內容是套題訓練與查漏補缺(一般安排在次年5月)。元素化合物知識是中學化學的重要組成部分,是其它版塊研究的具體對象。從備考復習角度講這部分知識也是高考命題的重要熱點之一,況且化學實驗、化學計算、化學原理等也常把元素化合物作為背景和載體。因此,復習中應把這部分內容放在必須導深、導活、導透的戰(zhàn)略高度來認識。
由于元素化合物涉及到的知識點太多,且許多都是描述性的,內容繁雜零碎,需要理解和記憶的東西分散、不系統(tǒng),因此復習使用起來不太容易。鑒于這些特點,在進行專題復習時應著重抓好如下幾點。
一、深入研究教材和《考試大綱》,明確每個知識點的要求
(一)酸式鹽的定義:酸式鹽是多元酸中的氫離子部分被堿中和的產(chǎn)物,它由金屬陽離子(或NH4+)和酸式酸根離子構成,例如KHSO4、NaHS、NH4HCO3等。
(二)酸式鹽的類別:為了研究的方便,一般可把酸式鹽分成強酸酸式鹽(硫酸氫鹽)、弱酸酸式鹽(非硫酸氫鹽)兩大類。
(三)酸式鹽的形成
1、不足量堿與多元酸反應,例如:H2SO4+NaOH==NaHSO4+H2O;
2、正鹽與對應的酸反應,例如:Na2CO3+H2O+CO2==2NaHCO3;
3、弱酸正鹽與少量強酸的反應,例如:Na2CO3+HCl==NaHCO3+NaCl;
4、過量的酸性氧化物跟少量的可溶性堿溶液反應,例如:CO2(過量)+NaOH==NaHCO3;
5、過量的酸性氧化物與少量相應酸的正鹽或更弱酸的鹽反應,例如:
Na2CO3+CO2+H2O==NaHCO3
NaAlO2+CO2+2H2O==NaHCO3+Al(OH)3↓
(四)酸式鹽在水中的溶解性:絕大多數(shù)的酸式鹽易溶于水,而且酸式鹽的溶解度大于正鹽,例如Ca(HCO3)2>CaCO3、Mg(HCO3)2>MgCO3,但是堿金屬元素中有例外――Na2CO3在水中的溶解度就比NaHCO3要大。
(五)酸式鹽的化學性質
1、熱穩(wěn)定性
(1)熱穩(wěn)定性大小順序一般為:正鹽>酸式鹽>對應酸,例如:Na2CO3受熱難分解、2 NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O、H2CO3=CO2↑+H2O。
(2)一般說來,多元弱酸(如H2CO3 、H2SO3)易分解,其酸式鹽受熱也易分解,例如:2NaHSO3=Na2SO3+SO2+H2O;多元酸較穩(wěn)定,其酸式鹽也較穩(wěn)定,例如:H2SO4較H2CO3穩(wěn)定,則NaHSO4要較NaHCO3穩(wěn)定。
2、酸式鹽與堿的反應
(1)強酸的酸式鹽
具有強酸的性質,例如:NaHSO4 +NaOH==Na2SO4+H2O(其離子方程式為H++OH-==H2O),NaHCO3+ NaHSO4== Na2SO4+CO2↑+H2O(其離子方程式為HCO3-+H+== CO2↑+H2)。
(2)弱酸酸式鹽
弱酸酸式鹽具有H+的某些性質,能與堿反應。例如:NaHCO3 + NaOH == Na2CO3+H2O(其離子方程式為HCO3-+OH-==CO32-+H2O),Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O(其離子方程式為Ca2++HCO3-+OH-==CaCO3↓+H2O)。
3、弱酸酸式鹽與強酸的反應
例如:NaHCO3+ HCl ==NaCl+CO2↑+H2O(其離子方程式為HCO3-+H+== CO2↑+H2O)。
當然,酸式鹽仍然是鹽,肯定能體現(xiàn)鹽的某些性質――包括金屬陽離子(或NH4+)和酸根離子的某些性質。
(六)酸式鹽的水解與電離
1、酸式鹽的水解
水解的規(guī)律是“有弱才水解、越弱越水解”,例如:HCO3-+H2OㄐH2CO3+OH-。
弱酸酸式鹽與某些弱堿強酸鹽溶液混合時可能發(fā)生“雙水解反應”,例如:AlCl3+ 3NaHCO3=====Al(OH)3↓+3CO2↑+3NaCl。
2、酸式鹽的電離
(1)水溶液中
①NaHCO3==Na++ HCO3-、HCO3-ㄐH++CO32-
②NaHSO4== Na++ H++ SO42-(或NaHSO4= Na++ HSO4-)
(2)熔化狀態(tài)下
①2NaHCO3(熔)== Na2CO3+CO2+H2O(NaHCO3在熔化狀態(tài)下不存在,要分解),Na2CO3(熔)== 2Na++CO32-。
②NaHSO4== Na++ HSO4-。
3、酸式鹽水溶液的酸堿性
酸式鹽溶于水后,溶液的酸堿性與酸式陰離子的電離和水解程度的大小有關,如果電離大于水解,則溶液顯酸性;如果電離小于水解,則溶液顯堿性。所以酸式鹽溶液不一定顯酸性,相反,絕大多數(shù)酸式鹽水溶液顯堿性,只有HSO4-、H2PO4-、HSO3-等鹽的水溶液顯酸性。
(七)涉及酸式鹽的?碱}型
1、酸式鹽與堿反應的離子方程式問題
(1)單純“中和”,如前述NaHSO4 +NaOH ==Na2SO4+H2O的離子方程式為H++OH-=H2O,NaHCO3 + NaOH = Na2CO3+H2O的離子方程式為HCO3-+OH-==CO32-+H2O ,NaHCO3+ NaHSO4== Na2SO4+CO2↑+H2O的離子方程式為HCO3-+H+== CO2↑+H2O。
(2)既“中和”又“沉淀”
①NaHSO4(少量)+Ba(OH)2的離子方程式為:H++SO42-+Ba2++OH-==BaSO4↓+H2O;
NaHSO4(過量)+Ba(OH)2的離子方程式為:Ba2++2OH-+2H++SO42-== BaSO4↓+2H2O。
②Ca(HCO3)2 + NaOH(少量)的離子方程式為: OH-+ Ca2++HCO3-== CaCO3↓+H2O;
Ca(HCO3)2 + NaOH(過量)的離子方程式為:Ca2++2HCO3-+2OH-== CaCO3↓+2H2O。
書寫這類離子方程式的訣竅是“設少為1,以少定多”――設量少的物質為1mol,根據(jù)其電離產(chǎn)生的離子物質的量,確定量多物質有關離子的用量(它們需多少便有多少)。
但要注意:Mg(HCO3)2+NaOH(過量)的離子方程式為:Mg2++2HCO3-+4OH-== Mg(OH)2↓+2CO32-+2H2O,原因是Mg(OH)2比MgCO3更難溶。
2、離子共存問題
(1)弱酸的酸式鹽離子(如HCO3-、HS-等),不能與H+或OH-大量共存。
(2)HCO3 -等弱酸酸式鹽離子,在溶液中能與Al3+、Fe3+等離子發(fā)生雙水解反應,因而不能大量共存。
注意AlO2-與HCO3-在溶液中也不能大量共存。這不是水解,而是因為AlO2-的水解促進了HCO3-的電離,其離子方程式為:AlO2-+HCO3-+H2O==Al(OH)3↓+CO32-。
(3)HS-、HSO3-等酸式鹽離子通常具有還原性,因而不能與Fe3+、ClO-等具有強氧化性的離子大量共存。
3、推斷題。限于篇幅,這里從略。
復習必須“樹魂立根”――樹化學理論之魂、立元素及其化合物知識之根,充分運用理論的指導作用,才能把每個知識點導深、導活、導透。重要的理論包括:
二、充分運用理論的指導作用,把每個知識點導深、導活、導透
1、氧化還原反應理論:主要解決物質是否具有氧化性、還原性及其強弱等。例如,元素處于最低價態(tài)時只可能具有還原性、處于最高價態(tài)時只可能具有氧化性、處于中間價態(tài)時既可能具有還原性又可能具有氧化性。一般說來,元素處于高價且對應物質不穩(wěn)定就具有強氧化性,如HClO、濃H2SO4、HNO2及其鹽、HNO3及其鹽;但如果物質穩(wěn)定,即使元素處于最高價也沒有強氧化性,如HClO4及其鹽(ClO4-穩(wěn)定)、稀H2SO4及其鹽(SO42-穩(wěn)定)。
2、離子反應理論和電解質溶液理論:主要解決溶液中離子的種類和濃度、溶液的酸堿性、離子之間是否發(fā)生反應――包括離子互換反應、氧化還原反應、雙水解反應和絡合反應等。例如FeCl3溶液的性質可以從以下方面去考慮:Cl-的性質(沉淀性及還原性)、Fe3+的性質(沉淀性、水解性、氧化性、絡合性);又如新制氯水的性質可以從以下方面去考慮:
成分
H2O
Cl2
HClO
H+
Cl-
ClO-、OH-(微量)
性質
與CuSO4等反應
與Fe2+、
Br-等反應
強氧化性及漂白性
酸的通性
沉淀性及還原性
3、元素周期律理論:主要解決元素及其化合物的基本性質,例如元素的金屬性非金屬性、同周期元素及其化合物的遞變性、同主族元素及其化合物的相似性與遞變性等。
4、化學鍵理論和晶體結構理論:主要解決物質結構、化學活性、穩(wěn)定性、熔沸點、硬度、溶解性等。
5、化學反應速率與化學平衡理論:主要解決化學反應的快慢與進行的程度。
在復習每種物質(知識點)時,應引導學生按以下程序進行聯(lián)想:
在復習元素的單質及其化合物時首先列出以下兩條知識主線:
(一)非金屬知識主線(六種)
氣態(tài)氫化物←單質→氧化物→對應水化物→相應含氧酸鹽
氣態(tài)氫化物
單質
氧化物
對應水化物
相應含氧酸鹽
HCl
Cl2
Cl2O
HCl
NaClO、Ca(ClO)2
H2S
S
SO2、SO3
H2SO3、H2SO4
Na2SO3 、Na2SO4
NH3
N2
NO、NO2 、N2O5
HNO3
NaNO3、Cu(NO3)2
PH3
P
P2O5
HPO3、H3PO4
Ca3(PO4)2 、Ca(H2PO4)2
CH4
C
CO、CO2
H2CO3
CaCO3 、Ca(HCO3)2
SiH4
Si
SiO2
H4SiO4 、H2SiO3
Na2SiO3 、CaSiO3
(二)金屬知識主線(五種)
單質→氧化物→對應水化物→相應鹽
單質
氧化物
對應水化物
相應鹽
Na
Na2O、Na2O2
NaOH
Na2CO3 、NaHCO3
Mg
MgO
Mg(OH)2
MgCl2 、Mg(HCO3)2
Al
Al2O3
Al(OH)3
Al2(SO4) 3 、NaAlO2
Fe
FeO、Fe2O3、Fe3O4
Fe(OH)2 、Fe(OH)3
FeSO4 、Fe2(SO4)3
Cu
Cu2O、CuO
Cu(OH)2
CuSO4
在此基礎上再構建知識網(wǎng)絡,例如銅及其化合物:
中學無機化學重點研究的物質有單質、氫化物、氧化物、酸、堿、鹽六大類。
四、把握各類物質性質的一般規(guī)律,注意特殊性
1、單質
(1)結構:分子組成可分為單原子分子、雙原子分子、多原子分子。晶體結構可分為:分子晶體、原子晶體、金屬晶體。
(2)性質
①金屬單質:由于最外層電子數(shù)一般少于4個,易失去外層電子而達到穩(wěn)定結構,所以容易表現(xiàn)出還原性,不會表現(xiàn)氧化性,主要研究與氧化性物質的化學反應,故一般研究其與非金屬單質、氫化物(包括H2O)、高價態(tài)氧化物(如CO2)、酸(分氧化性酸和非氧化性酸)和鹽的反應。當然也要注意一些特殊的反應,如某些金屬(如Al)可與強堿溶液反應,又如某些金屬(如Fe和Al)與濃H2SO4、濃HNO3會發(fā)生鈍化等。
②非金屬單質:由于最外層電子數(shù)一般比較多,易得到電子達到穩(wěn)定結構,容易表現(xiàn)出氧化性(當然也可以表現(xiàn)出還原性),主要研究與還原性物質的化學反應,故一般研究其與金屬單質、非金屬單質(如H2)、氫化物(如H2O)、氧化物(一般是金屬氧化物)、酸、堿和鹽的反應,也要注意一些特殊的反應,如Si與HF、C與濃H2SO4或濃HNO3等。
2、氫化物
(1)結構:分族研究,各族都有特定的結構,如第VA族氫化物是三角錐形。另外F、O、N與H原子之間可形成氫鍵,會使物質的一些性質(如熔點、溶解度)表現(xiàn)出特殊性。
(2)性質
①金屬氫化物:主要研究其與水反應生成堿和H2。其本質是金屬氫化物中―1價的氫與水中+1價的氫之間發(fā)生歸中反應。
②非金屬氫化物:先判斷水溶液的酸堿性,若水溶液顯酸性,則一般可以表現(xiàn)酸的通性,可與單質、氧化物、堿反應。其次非金屬氧化物易表現(xiàn)還原性,注意MnO2與濃鹽酸,SO2與H2S,NH3與CuO,H2O與F2等的反應。
3、氧化物
(1)分類 酸性氧化物(包括Mn2O7等)
成鹽氧化物 堿性氧化物
氧化物 兩性氧化物(Al2O3)
不成鹽氧化物(CO、NO)
過氧化物等特殊氧化物
(2)非氧化還原通性
①酸性氧化物:與水反應只生成酸,與堿性氧化物反應只生成鹽,與堿反應只生成鹽和水,與某些鹽反應。
②堿性氧化物:與水反應只生成堿,與酸性氧化物反應只生成鹽,與酸反應只生成鹽和水,與某些鹽反應。
③兩性氧化物:兼有酸性氧化物、堿性氧化物的性質。
(3)氧化性還原性
氧化物里中心元素的化合價決定了氧化物的氧化性和還原性。若處于中間價態(tài),則一般既可表現(xiàn)氧化性、又可表現(xiàn)還原性;若處于最高價態(tài),則只能表現(xiàn)氧化性。例如H2O2跟強氧化性物質(如KMnO4/H+)作用表現(xiàn)還原性,與強還原性物質(如H2S)作用表現(xiàn)氧化性。
4、酸
酸分為含氧酸和無氧酸,又可分為非氧化性酸、氧化性酸和還原性酸,還可分為揮發(fā)性酸和高沸點酸,強酸和弱酸,一元酸和多元酸。
(1)一般性:①與酸堿指示劑作用;②含氧酸一般由酸酐與水反應得到,一般溶于水,放出大量熱,并電離出H+和相應酸根離子;③酸能與堿性氧化物、堿反應生成鹽和水;④酸能與活潑金屬發(fā)生置換反應放出H2;⑤酸能與某些鹽發(fā)生復分解反應生成新鹽和新酸。
(2)特殊性:①一些氧化性酸與酸堿指示劑先顯色后褪色;②H2SiO3不溶于水,且不能由SiO2與水反應得到;③與堿或堿性氧化物反應生成的鹽不一定是正鹽;④強氧化性酸與金屬反應,不一定是置換反應;不一定放出氣體;放出的氣體也不一定是H2。
5、堿
(1)一般性:①與酸堿指示劑作用;②可溶性堿可由堿性氧化物與水反應得到;堿溶于水放出大量熱,不溶性堿受熱易分解;③可與酸性氧化物、酸反應生成鹽和水;④堿可與一些非金屬單質發(fā)生歧化反應;⑤堿能與某些鹽發(fā)生復分解反應生成新鹽和新堿。
(2)特殊性:①強堿可與鋁反應生成H2;②堿可使某些沉淀溶解,如NaOH溶液可溶解Al(OH)3沉淀,氨水可溶解AgOH沉淀(得到銀氨溶液)。
6、鹽
(1)水溶性:鈉鹽、鉀鹽、銨鹽均溶于水。碳酸鹽大都不溶于水,而碳酸氫鹽一般易溶于水。
(2)氧化性、還原性:①常見氧化性鹽:Fe3+鹽、KMnO4/H+、NaClO;②常見還原性鹽:KI、Na2S、Na2SO3、Fe2+鹽。
(3)特殊顏色:Fe3+(黃色)、Fe2+(淺綠色)、Cu2+(藍色)、AgCl(白色)、AgBr(淡黃色)、AgI(黃色)、CuS(黑色)。
五、抓好“三個結合”,注重縱橫聯(lián)系
元素及其化合物知識不僅與基本理論密切相關,也與實驗、計算以及生產(chǎn)生活實際有密切的聯(lián)系,在復習元素及其化合物時要將這三塊內容穿插其中,使元素及其化合物知識與實驗、計算以及生產(chǎn)生活實際融為一體。
1、與實驗結合
化學是一門以實驗為基礎的學科,實驗中除基本操作外,試劑保存、儀器洗滌、物質的制備、分離和提純、檢驗、定量實驗,特別是性質實驗無不與元素化合物知識有關。復習元素及其化合物時,如果能結合一些典型實驗進行教學,不但能提高學習興趣,而且還能加深對知識的理解和運用。與實驗結合結合時,要特別注意綜合與創(chuàng)新。
實例1:在復習“Fe2+”和“Fe3+”的相互轉化關系時,可設計如下兩組實驗:(1)向新制的FeCl2溶液中滴加幾滴KSCN溶液,溶液無明顯變化,再向其中滴加氯水,觀察現(xiàn)象;(2)取四支分別盛有FeCl3溶液的試管,再向其中三支試管中分別加入少量Fe粉,銅粉、KI溶液,觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象;并寫出上述兩組實驗的有關反應方程式。通過上述實驗,既復習了“Fe2+”和“Fe3+”的性質和相互轉化關系,又復習了 “Fe2+”和“Fe3+”的檢驗。
實例2:使氯氣依次通過濕的色布、濃硫酸、干燥的有色布條、FeCl3溶液、氫硫酸、KI 淀粉溶液和NaOH溶液,各有什么現(xiàn)象?指出NaOH溶液的3個作用,寫出有關化學方程式。這就把氯氣的許多性質聯(lián)系起來復習了。
實例3:對SO2氣體的性質可通過下列實驗進行――SO2通入哪種溶液中會出現(xiàn)下列現(xiàn)象:(A)使澄色溶液變?yōu)闊o色;(B)使棕黃色溶液變?yōu)闊o色;(C)使紫色溶液變?yōu)榧t色;(D)使紅色溶液變?yōu)闊o色,但加熱后又變?yōu)榧t色;(E)使無色溶液變?yōu)闇\黃色沉淀;(F) 使無色溶液出現(xiàn)白色沉淀,繼續(xù)通入過量的SO2,白色沉淀逐漸溶解。通過對問題的分析與實驗,把SO2的主要性質,即與溴水、FeCl3、石蕊、品紅、氫硫酸、澄清石灰水等物質的反應得到全面復習。
2、與計算結合
復習元素及其化合物的性質時,將定性深化為定量是必不可少的,與計算結合,既鞏固加深了對物質性質的理解和運用,又可提高學生的分析和計算能力。例如ClO2、Cl2都是強氧化劑,都可以消毒殺菌,與同質量的Cl2相比,ClO2具有更高的消毒效率計算相同質量的ClO2消毒效率是Cl2的多少倍。又如在復習氮氧化物知識時,應穿插NO、NO2、O2、H2O反應的有關計算。
3、與生產(chǎn)生活實際結合
在復習中,應盡可能將元素及其化合物知識與生產(chǎn)、生活、環(huán)境、自然、能源等實際問題緊密聯(lián)系起來,使學生感到化學知識是有源之水、有本之木,學習化學知識不僅僅是為了應試,更重要的是具有實際的意義。同時,這也是激發(fā)學生學習興趣的重要途徑。
六、滲透重要的化學思想,提高學生的思維能力
1、分類的思想:分類思想就是根據(jù)研究對象本質屬性的相同點與不同點,將其分成幾個不同種類的一種科學思想。它既是一種重要的科學思想,又是一種重要的邏輯方法。分類的思想是學習中最常用也最有用的思想,它能將知識系統(tǒng)化,是尋找共性的基礎。例如我們在前面就將中學無機化學涉及的物質分成了單質、氫化物、氧化物、酸、堿、鹽六大類去研究。
2、同中求異、異中求同的思想:在創(chuàng)造性思維活動中,求異思維占主導地位,也有求同的成分,而且兩者是密切結合的。在復習中,只有引導學生同中求異與異中求同的反復結合,才能培養(yǎng)思維的流暢性、變通性、新奇性。例如對一類物質,我們可以先分析它們的通性,再去尋找某些個體的特性。
3、對比的思想:將不同物質從多角度進行對比,不僅有助于記憶,而且能體現(xiàn)二者的區(qū)別。在元素化合物中有一些元素化合物之間存在著相同點、不同點和相互聯(lián)系,容易引起混淆,對于這些物質,可采用比較法,進行綜合分析,一一進行對照比較分析,找出其共性和差異,以獲得牢固、系統(tǒng)、準確的知識。例如液氯和氯水的比較、鹽酸和氯化氫的比較、三大強酸的比較、Na2CO3與NaHCO3的比較、Na2O與Na2O2的比較。
4、類比的思想:類比是依據(jù)兩個對象之間存在著某些相同或相似的屬性,推出它們存在其它相同或相似的屬性的思維方法。例如對于同一主族的元素或處于對角線位置的元素,性質常常十分相似,運用類比思想,便可推出未學元素的一些性質。
5、歸納的思想:歸納推理是從具體的前提過渡到一般性的結論的推理。它有兩種功能,一是概括一般情況,二是推測將來結果,其結論都超越了前提的范圍。例如對置換反應可作如下歸納:
(1)同主族元素單質之間的置換反應:
ⅠA: Na、K→H2 Na→K
ⅣA: C→Si
ⅥA: O2→S
ⅦA: Cl2→Br2、I2 Br2→I2
(2)不同主族元素單質之間的置換反應:
①堿金屬單質以外的金屬單質置換H2:
Mg、Al→H2 Al、Si→H2 C→H2
②鹵族元素單質與氧族元素單質之間的置換:
F2→O2 Cl2→S
③鹵族元素單質與氮族元素單質之間的置換:
Cl2→N2
④氧族元素單質與氮族元素單質之間的置換:
O2→N2
⑤其他
Mg→C H2→Si
(3)過渡元素單質參與的置換反應:
①置換出氫氣:
Zn、Fe→H2 Fe→H2
②非金屬單質置換出金屬:
H2→Cu、Fe C→Cu、Fe Si→Fe
③鋁熱反應:Al與比它活潑性差的金屬氧化物之間的置換。
④金屬單質置換出金屬單質:遵循金屬活動順序表。
復習有法但無定法。元素化合物的復習,重在方法的指導和典型知識的歸納總結、并關注各類知識間的相互滲透,力求達到知識的有序儲存和有序檢索,努力提高學生的綜合能力。
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