专题讲座五 无机框图题的解题策略
1.解题策略
无论推断题属于哪种形式,均遵循这样的推断思路:迅速浏览、整体扫描、产生印象、寻找"突破口",突破点由点到面、随时检验,注意联系、大胆假设、全面分析(正推或逆推),验证确认。解题的关键是仔细审题,依物质的特性或特征转化来确定"突破口",顺藤摸瓜,进而完成全部未知物的推断。我们可以将推断题的解题方法及推理过程表示如下:
推断题审题(审题摸)抓关键?突破口?推断(推断口)结论―→验证
2.解题"突破口"
(1)物质的特殊颜色
相关知识:
①有色固体:
a.红色:Cu、Cu2O、Fe2O3;
b.红褐色:Fe(OH)3;
c.黄色:AgI;
d.淡黄色:S、Na2O2、AgBr;
e.蓝色:Cu(OH)2;
f.黑色:炭粉、CuO、MnO2、FeS、CuS;
g.紫黑色:KMnO4、I2;
h.白色:Fe(OH)2、CaCO3、BaSO4、AgCl、BaSO3。
②有色溶液:
Fe2+(浅绿色)、Fe3+(黄色)、Cu2+(蓝色)、MnO(紫红色)、Fe3+与SCN-(血红色)、I2与淀粉(蓝色)等。
水(溶剂)
苯(溶剂)
CCl4(溶剂)
Br2
黄→橙
橙→橙红
I2
深黄→褐
淡紫→紫红
紫→深紫
③有色气体:
Cl2(黄绿色)、Br2(g)(红棕色)、NO2(红棕色)、I2(g)(紫色)、O3(淡蓝色)等。
④火焰颜色:
a.焰色反应:Na+(黄色)、K+(紫色)、Ca2+(砖红色)等;
b.蓝色:CO在空气中燃烧;
c.淡蓝色:S、H2、CH4等在空气中燃烧;
d.苍白色:H2在Cl2中燃烧。
【例1】 (2012·四川理综,26)下列框图中的字母分别代表一种常见的物质或其溶液,相互之间的转化关系如下图所示(部分产物及反应条件已略去)。已知A、B为气态单质,F是地壳中含量最多的金属元素的单质;E、H、I为氧化物,E为黑色固体,I为红棕色气体;M为红褐色沉淀。
请回答下列问题:
(1)B中所含元素位于周期表中第________周期________族。
(2)A在B中燃烧的现象是__________________________________________________。
(3)D+E―→B的反应中,被氧化与被还原的物质的物质的量之比是__________。
(4)G+J―→M的离子方程式是______________________________________________。
(5)Y受热分解的化学方程式是______________________________________________。
解析 解题的关键是利用物质的颜色进行突破。Ⅰ为红棕色气体氧化物,一定是NO2;M为红褐色沉淀,一定是Fe(OH)3;F是地壳中含量最多的金属元素的单质,一定是Al;X电解生成三种物质,其中A、B是气态单质且能反应生成D,猜测是电解NaCl溶液,生成的H2和Cl2反应生成HCl,盐酸能与黑色固体E(氧化物)反应生成气体B,则E应是MnO2,B是Cl2,则A是H2。NO2和H2O反应生成HNO3(N),HNO3和Fe(OH)3反应生成Fe(NO3)3(Y),Fe(NO3)3可分解生成Fe2O3(H),Fe2O3与HCl反应生成FeCl3(J),NaOH(C)与Al反应生成NaAlO2(G),Fe3+和AlO可以发生双水解反应生成Fe(OH)3(M)。
答案 (1)3 ⅦA (2)产生苍白色火焰 (3)2∶1
(4)3AlO+Fe3++6H2O===3Al(OH)3↓+Fe(OH)3↓
(5)4Fe(NO3)3△(△))2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑
(2)物质的特征性质
相关知识:
①能使品红溶液褪色的气体:
SO2(加热后又恢复红色)、Cl2(加热后不恢复红色)。
②沉淀特殊的颜色变化:
白色沉淀先变灰绿色,再变红褐色:
Fe(OH)2放置于空气中(放置于空气中绿)Fe(OH)3。
③在空气中变为红棕色:
NO(无色)被氧气氧化(被氧气氧化红)NO2(红棕色)。
④能使澄清石灰水变浑浊的气体:CO2、SO2。
⑤通入CO2气体变浑浊的溶液:石灰水(过量则变澄清)、Na2SiO3溶液、饱和Na2CO3 溶液。
⑥使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体:NH3。
⑦使湿润的淀粉-KI试纸变蓝:NO2、Cl2、Br2、FeCl3等。
⑧常温下能溶解SiO2固体的物质:氢氟酸和NaOH溶液。
⑨滴入沸水中可得到红褐色胶体的溶液:含Fe3+的盐溶液。
⑩烟雾现象:
a.棕(黄)色的烟:Cu或Fe在Cl2中燃烧;
b.白烟:Na在Cl2中燃烧;NH3遇到浓盐酸或浓硝酸;
c.白雾:由HX等极易溶于水的气体产生。
【例2】 已知有以下物质相互转化。
试回答下列问题:
(1)B的化学式为______________________,D的化学式为______________________。
(2)由E转变成F的化学方程式为______________________________________________。
(3)用KSCN鉴别G溶液的离子方程式为___________;向G溶液加入A的有关离子反应方程式为__________________________________________________________________。
解析 由白色沉淀E置于空气中转化为红褐色沉淀F,可见E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3;G为FeCl3,从而推断出A为Fe,B为FeCl2;焰色反应呈紫色,说明溶液中含有K+,从而确定C为KOH。(1)B的化学式为FeCl2,D的化学式为KCl。(2)由E转变成F的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。(3)用KSCN鉴别FeCl3溶液的离子方程式为Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3,向FeCl3溶液中加入铁,离子反应方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+。
答案 (1)FeCl2 KCl (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 (3)Fe3++3SCN-===Fe(SCN)3 2Fe3++Fe===3Fe2+
(3)物质之间的特征转化关系
相关知识:
①连续氧化反应:AO2(O2化)BO2(O2化)CH2O(H2O))D(酸或碱)。
a.NH3(g)O2(O2O)N2O2(O2O)NOO2(O2O)NO2H2O(H2O))HNO3;
b.H2S(g)O2(O2))SO2(O2))SO2O2(O2))SO3H2O(H2O))H2SO4;
c.CH4(g)O2(O2O)CO2(O2O)COO2(O2O)CO2H2O(H2O))H2CO3;
d.Na(s)O2(O2s)Na2OO2(O2s)Na2O2H2O(H2O))NaOH。
X可能为弱酸的铵盐:(NH4)2CO3或NH4HCO3;(NH4)2S或NH4HS;(NH4)2SO3或NH4HSO3等。
③三角转化关系:
④化合物+化合物→单质+化合物
这类反应主要有:CO+H2O(g)高温(高温))CO2+H2、Fe2O3+3CO高温(高温))2Fe+3CO2等。
⑤化合物A+单质B→化合物C+单质D。
这类反应主要有:
CO2+2Mg点燃(点燃应)2MgO+C;
Fe2O3+3H2高温(高温O)2Fe+3H2O;
Fe+2HCl===FeCl2+H2↑;
C+H2O(g)高温(高温))CO+H2;
3Fe+4H2O(g)高温(高温))Fe3O4+4H2等。
【例3】 已知A、B、C、D为气体,E、F为固体,G是氯化钙,它们之间的转换关系如下图所示:
(1)D的化学式是____________,E的化学式是________。
(2)A和B反应生成C的化学方程式是_____________________________________。
(3)E和F反应生成D、H和G的化学方程式是______________。
解析 本题的突破口为"D(气体)→E(固体)→D(气体)"这一系列转化过程,可联想到中学化学中"氨气→铵盐→氨气"这一转化过程,据此可推测D为NH3,结合G为CaCl2,可知E为NH4Cl,F为Ca(OH)2。其余物质可以逐一确定:A为H2(或Cl2),B为Cl2(或H2),C为HCl,H为H2O。
答案 (1)NH3 NH4Cl (2)H2+Cl2点燃(点燃H)2HCl
(3)2NH4Cl+Ca(OH)2△(△()CaCl2+2NH3↑+2H2O
(4)特殊反应条件
相关知识:
具有特殊反应条件的反应,大多数是重要的工业生产反应。
①高温条件:
CaCO3高温(高温O)CaO+CO2↑;
SiO2+CaCO3高温(高温O)CaSiO3+CO2↑;
SiO2+Na2CO3高温(高温i)Na2SiO3+CO2↑;
SiO2+CaO高温(高温i)CaSiO3;
SiO2+2C高温(高温i)Si+2CO↑;
C+H2O(g)高温(高温))CO+H2;
CO+H2O(g)高温(高温))CO2+H2;
3Fe+4H2O(g)高温(高温))Fe3O4+4H2;
2Al+Fe2O3高温(高温))2Fe+Al2O3;
4FeS2+11O2高温(高温S)2Fe2O3+8SO2等。
②高温、高压和催化剂条件:
N2+3H2高温、高压催化剂2NH3等。
③加热、催化剂条件:
4NH3+5O2催化剂△4NO+6H2O;
2SO2+O2催化剂△2SO3等。
④通电条件:
2NaCl+2H2O通电(通电C)2NaOH+H2↑+Cl2↑;
2H2O通电(通电O)2H2↑+O2↑等。
【例4】 A~F均为中学化学中常见的物质,它们之间相互转化的关系如下图所示(产物水等略去)
(1)写出下列物质的化学式:A__________,D__________,F________。
(2)C和D的稀溶液不反应,但若B与C反应后再与D反应可生成A,试写出有关反应 方程式:__________________________________________________________________。
(3)写出A的溶液电解时阳极的电极反应方程式:_______________。
解析 根据框式:A的溶液通电(通电框)单质B+单质C+D可知A可能是NaCl或CuSO4型的盐溶液,又由框式单质B+E催化剂△F中的反应条件催化剂可知,F只能是SO3,因此B是O2,E是SO2,D是H2SO4。最后由D(浓H2SO4)+单质C可生成SO2,推知A是CuSO4。
答案 (1)CuSO4 H2SO4 SO3 (2)2Cu+O2△(△))2CuO,CuO+H2SO4===CuSO4+H2O (3)4OH--4e-===2H2O+O2↑
(5)特征数据
相关知识:
近几年无机框图推断题已融入计算的成分,计算型框图推断题也成为高考热点之一,解答这类问题时,要善于抓住物质转化过程中以下物理量的变化:
①相对分子质量(例CO→CO2、NO→NO2、SO2→SO3转化时分子中都增加1个氧原子,相对分子质量增加16)
②放出气体的体积或生成沉淀的量;
③化合物中各元素的含量;
④气体的相对密度;
⑤离子化合物中离子个数之比;
⑥反应物之间的物质的量之比;
⑦电子总数;
⑧质子总数等。
⑨常见10电子微粒及相互转化关系
a.分子:Ne、HF、H2O、NH3、CH4;
b.阳离子:Na+、Mg2+、Al3+、NH、H3O+;
c.阴离子:F-、O2-、N3-、OH-、NH等。
其相互转化关系为NH+OH-△(△互)NH3↑+H2O;H3O++OH-===2H2O等。
⑩常见18电子微粒
a.分子:Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、H2O2、N2H4;
b.阳离子:K+、Ca2+;
c.阴离子:Cl-、S2-、P3-、O;
d.有机物:CH3OH、CH3NH2、CH3F、CH3CH3等。
?常见物质的相对分子质量
a.相对分子质量为28的物质:CO、N2、C2H4等;
b.相对分子质量为26的物质:C2H2等;
c.相对分子质量为32的物质:S、O2等;
d.相对分子质量为78的物质:Na2S、Na2O2、Al(OH)3等;
e.相对分子质量为100的物质:CaCO3、KHCO3、Mg3N2等。
【例5】 已知甲、乙、丙为常见单质,A、B、C、D、E、F、G、X均为常见的化合物;B和X的摩尔质量相同,E的相对分子质量比D的相对分子质量大16。在一定条件下,各物质相互转化关系如下图所示:
[
(1)写出X的电子式和G的化学式:X________________,G______________。
(2)写出有关变化的化学方程式:
B+H2O:_____________________________________________________________;
D+丙:______________________________________________________________。
解析 单质甲、乙均能分别与单质丙连续两次反应,可能是单质甲、乙分别被O2连续两次氧化,生成不同的氧化物,则丙是O2。氧化物B与水反应能放出O2,则B是Na2O2,那么C是NaOH,A是Na2O,甲是Na。又因B和X的摩尔质量相同,则X是Na2S,那么乙是S,F是SO2,G是SO3。进一步推出D是Na2SO3,E是Na2SO4,而Na2SO4的相对分子质量比Na2SO3的相对分子质量大16,符合题意。
答案 (1)Na+Na+ SO3
(2)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
2Na2SO3+O2===2Na2SO4
1.有一化合物X,其水溶液为浅绿色,可发生如下的转化关系(部分反应物、生成物已略)。其中B、D、E、F均为无色气体,M、L为常见的金属单质,C为难溶于水的红褐色固体。在混合液中加入BaCl2溶液可生成不溶于稀盐酸的白色沉淀,H和M反应可放出大量的热。
请回答下列问题:
(1)B的电子式为____________。
(2)画出元素M的原子结构示意图__________________________________________。
(3)物质X的化学式为____________。
(4)电解混合液时阳极反应式为____________________________________________。
(5)按要求写出上述转化关系中有关反应的化学方程式:
①含有L元素的化合反应_________________________________________________。
②含有L元素的置换反应_________________________________________________。
(6)已知a g E气体在D中完全燃烧生成稳定的化合物时,放出b kJ的热量,写出E气体燃烧热的热化学方程式为_________________________________________________。
答案 (1)HNH(H)),H (2)
(3)(NH4)2Fe(SO4)2
(4)4OH--4e-===O2↑+2H2O
(5)①4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
②Fe2O3+2Al高温(高温()2Fe+Al2O3
(6)H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=- kJ·mol-1
解析 由颜色可知C为Fe(OH)3,则A为Fe(OH)2、H为Fe2O3,由M、L为常见的金属单质,可知M、L分别为Al、Fe;X与NaOH反应生成气体B,B一定是NH3;在混合液中加入BaCl2溶液,可知含有SO,所以X为(NH4)2Fe(SO4)2,混合液为NaOH和Na2SO4溶液,电解生成H2、O2,D、E分别为O2、H2,F为NO、G为HNO3。最后从头到尾再检查一遍。
2.A、B、C、D、E为中学化学常见的单质或化合物,相互转化关系如图所示(部分产物 略去)。
(1)若A是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体;C、D均为空气的主要成分;E是一种有毒气体。
①C的电子式为______________。
②写出反应Ⅰ的化学方程式_______________________________________________。
③写出反应Ⅱ的化学方程式_______________________________________________。
(2)若A是淡黄色化合物;常温下D是无色气体;C中含有的阴、阳离子均为10电子
粒子。
①D的结构式为____________,C中所含化学键的类型是____________________。
②写出反应Ⅰ的化学方程式_____________________________________________。
③写出反应Ⅱ的化学方程式_____________________________________________。
(3)将(2)中一定量的气体D通入2 L C的溶液中,在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,并将溶液加热,产生的气体与HCl物质的量的关系如图所示(忽略气体的溶解和HCl的挥发)。
①O点溶液中所含溶质的化学式为__________,常温下a点溶液的pH________(填">"、"="或"<")7,a点溶液中各离子浓度由大到小的关系是________________。
②标况下,通入气体D的体积为__________L,C溶液的物质的量浓度为______mol·L-1。
答案 (1)①N??N
②4NH3+5O2催化剂△4NO+6H2O
③2NO+2CO催化剂(催化剂_)N2+2CO2
(2)①O===C===O (极性)共价键、离子键
②2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2
③Ca(OH)2+Na2CO3===CaCO3↓+2NaOH
(3)①NaOH、Na2CO3 > c(Na+)>c(Cl-)>c(HCO)>c(OH-)>c(H+)>c(CO)
②44.8 2.5
解析 (1)A是能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,说明其为NH3,C、D为空气的主要成分,且D能与A反应,故D为O2,C为N2。反应Ⅰ为氨的催化氧化反应,那么B为NO,NO与有毒气体E反应可生成N2,说明E具有还原性,故其为CO。
(2)A是淡黄色化合物,故A是Na2O2,常温下D是无色气体且能与Na2O2反应,故D必为CO2。Na2O2与CO2反应生成B,那么B为Na2CO3,Na2CO3经反应Ⅱ可得到C,C中的阴、阳离子都含10个电子,故其为NaOH。
(3)分析图像可知,加入盐酸时,开始没有气体产生,加到一定的量时,才产生气体。故溶液中的溶质为NaOH、Na2CO3,在a点开始产生气体,说明a点的溶质为NaHCO3和NaCl,故其溶液呈碱性,其离子浓度大小关系为c(Na+)>c(Cl-)>c(HCO)>c(OH-)> c(H+)>c(CO)。从a点开始是NaHCO3与盐酸反应,消耗盐酸的物质的量为2 mol,故NaHCO3的物质的量为2 mol,由碳元素守恒可得,n(NaHCO3)=n(CO2)=2 mol,故标况下CO2的体积为44.8 L。NaHCO3恰好反应完时消耗的盐酸的物质的量为5 mol,此时溶液中的溶质全部为NaCl,由氯和钠元素守恒可得:n(HCl)=n(NaCl)=n(NaOH)=5 mol,故c(NaOH)===2.5 mol·L-1。
3.已知A~K均为中学化学的常见物质,它们之间的转化关系如下图所示,其中A、D为金属单质,反应过程中生成的水及其他部分产物已略去。
请回答以下问题:
(1)B的主要用途是______________(填一项),C的化学式为__________。
(2)E中阳离子的结构示意图为____________,CO2的电子式为________________。
(3)向F中通入足量CO2生成K的离子方程式是_________________________________。
(4)J在工业上可用于净水,其原理是____________________ (用离子方程式表示)。
(5)写出H在空气中生成I的化学方程式________________________________。
答案 (1)作颜料(其他合理答案也可) Al2O3
(2)
(3)AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
(4)Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+
(5)4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
解析 由I为红褐色固体,可知其为Fe(OH)3,从而可知H为Fe(OH)2,J、B分别为FeCl3、Fe2O3,G、D分别为FeCl2、Fe;A为金属,高温条件下能将Fe置换出来,则可知A为Al,从而可知C为Al2O3,E、F、K分别为AlCl3、NaAlO2、Al(OH)3。
4.甲、乙、丙为常见单质。A、B、C、D、E、F、G、H均为中学化学中常见的化合物,其中B、G的焰色反应均为黄色,C能使品红溶液褪色。在一定条件下,各物质相互转化关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)用化学式表示:丙为__________,H为__________。
(2)A的电子式为___________________________________________________ (3)电解E的水溶液时,E起到的作用是_______________________________。
(4)写出B+C―→D的化学方程式:__________________________________;
写出E+G―→F的离子方程式:____________________________________。
答案 (1)O2 SO3 (2)Na+[]2-Na+
(3)增强溶液的导电能力
(4)Na2O2+SO2===Na2SO4 OH-+HCO===CO+H2O
解析 根据乙和丙两种单质反应生成的化合物C能使品红溶液褪色,可知C为SO2; B的焰色反应为黄色,所以B中含有Na元素,又因为B是由甲和丙两种单质在点燃条件下反应生成的,可推知B为Na2O2,同时可确定甲、乙、丙分别为Na、S、O2;根据B(Na2O2)分别与H2O、CO2的反应产物,可知E为NaOH,F为Na2CO3;F可由E与G(焰色反应为黄色)反应得到,所以G为NaHCO3;C与丙(O2)在一定条件下反应得H,则H为SO3,H(SO3)与E(NaOH)反应生成D,D为Na2SO4。
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