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化学竞赛高一校本教材

化学竞赛(高一)(校本教材)

喻华编著

上海市洋泾中学

前言

化学竞赛活动,对学生来说,可以拓宽视野,激发学习化学的兴趣,培养科学的思维方法和分析解决问题的能力;对教师而言,通过化学竞赛,可以激发老师不断完善自我,全方位提高自身素质,做到有研究的教学,重视基础,重视学生群体发展,重视学生个性特长发展,大力推进素质教育,促进高一化学教学质量大面积的提高。

本教材就是为了适应高一化学竞赛活动辅导而编写的。

书的内容分三部分。

第一部分为基础知识。

因为高一学生所学化学知识教少,一开始还不能进行专题训练,必须把高一高二的基础知识给学生快速上一遍。

第二部分为能力培养,特点是以培养观察能力、思维能力和自学能力为主线,突出启迪思维,指导学习方法,开拓解题思路,以求增强学生分析解决问题的能力。

第三部分是化学实验,培养学生的动手能力。

第一部分基础知识

第一章物质的量

第一节物质的量

第二节气体摩尔体积

第三节物质的量浓度

第二章卤素

第一节氯气

第二节卤族元素

第三节物质的量应用于化学方程式的计算

第三章氧族元素

第一节氧族元素

第二节二氧化硫

第三节硫酸

第四节环境保护

第四章氮族元素

第五章碳族元素

第六章碱金属

第一节钠

第二节钠的化合物

第三节碱金属元素

第七章镁铁铝

第八章物质结构元素周期律

第一节原子结构

第二节元素周期律

第三节元素周期表

第四节化学键

第五节非极性分子和极性分子

第九章化学反应及其能量变化

第一节氧化还原反应

第二节离子反应

第三节化学反应中的能量变化

第二部分能力培养

第一章观察能力

第二章思维能力

第三章自学能力

第三部分学生实验

第四部分化学计算

选做实验一趣味实验

选做实验二制取蒸馏水

选做实验三天然水的净化

选做实验四海带成分中碘的检验

选做实验五阿伏加德罗常数的测定

附录I相对原子质量表

附录II部分酸、碱和盐的溶解性表(20ºC)

附录III元素周期表

 

 

第二章卤族元素

一、知识点

   卤族元素主要是指F、Cl、Br、I等几种元素,即元素周期表中第七主族元素,这些元素的原子结构特征是最外层电子层有7个电子,内层电子均饱和,这是一族典型的非金属元素,并随核电荷数的递增,电子层数的增加,其非金属性依次减弱。

二、例题精选

例1.新制氯水中有Cl2HClOH2O分子和H+Cl-ClO-OH-离子,若向氯水中加入食盐晶体,溶液的PH值将增大;若要增加氯水中ClO-的浓度,可以加入含OH-离子的物质,若要增加氯水中HClO的浓度,可加入CaCO3

Cl2+H2O==H++Cl-+HClO①

HClO==H++ClO-②

H2O==H++OH-③

酸性强弱关系:

HCl>H2CO3>HClO

 

例2:

G,Q,X,Y,Z均为氯的含氧化合物,我们不了解它们的分子式(或化学式),但知道在一定条件下发生氧化还原反应时具有如下转化关系(未配平)电解

①G─→Q+NaCl  ②Q+H2O──→X+H2

③Y+NaOH──→G+Q+H2O  ④Z+NaOH─→Q+X+H2O

这五种化合物中氯的化合价由低到高的顺序为:

(B)

(A)Q,G,Z,X,Y(B)G,Y,Q,Z,X (C)G,Y,Z,Q,X(D)Z,X,G,Y,Q

分析:

①G─→Q+NaCl   Q>G

             电解

    ②Q+H2O─→X+H2    X>Q

    ③Y+NaOH─→G+Q+H2O   Q>Y>G

    ④Z+NaOH─→Q+X+H2O    X>Z>Q                   G

 

例3:

不同卤原子之间能形成卤素互化物,其通式可表达为XX’n,(n=1,3,5,7)。

  这种互化物大多数不稳定,易发生水解,如果BrFn跟水反应时物质的量之比为3:

5,生成溴酸、氢氟酸、单质溴和氧气,则下列叙述正确的是:

(A)此卤素互化物的分子式为BrF3

(B)此卤素互化物的分子式为BrF5

(C)每摩尔BrFn跟水完全反应可生成等物质的量的Br2和O2

(D)BrFn的许多性质类似于卤素单质,有强还原性

分析:

3BrFn+5H2O=HBrO3+3nHF+Br2+O2

          1+3n=10

             n=3

 

例4:

0.31g磷与Cl2完全反应生成PClx和PCly的混合物,已知PClx和PCly的物质的量之比为2:

3,将此混合物全部溶于水配成500ml溶液,取此溶液10ml与足量的AgNO3溶液反应,得到120.54mgAgCl沉淀,求X、Y的值。

解:

nP=

=0.01mol

                    PClx:

0.01mol×2/5=0.004mol

                    PCly:

0.01mol×3/5=0.006mol

由氯原子守恒即PClx和PCly中Cl原子的物质的量等于AgCl中Cl-的物质的量

得     0.004xmol+0.006ymol=

=0.042mol

化简得2X+3Y=21,其中X,Y必须为正整数。

讨论:

X     Y

1  19/3

          不合理

2  17/3

3     5  合理

X=3Y=5

答:

在化学式PClx和PCly中,x等于3,y等于5

 

三、思考题:

1.实验室制取氯气的化学方程式是___________________________,因为氯气___________而不能散放在空气中,多余的Cl2一般用__________来吸收,反应的化学方程式为______________________________________

 

2.溴化碘的化学性质类似于卤素单质,它与水反应的化学方程式为IBr+H2O=HBr+HIO,下列有关IBr的叙述不正确的是()

(A)IBr是共价化合物

(B)在很多反应中IBr是强氧化剂

(C)IBr与水反应时既不作氧化剂也不作还原剂

(D)IBr跟NaOH稀溶液反应生成NaI,NaBrO和H2O

 

3.在密闭容器中盛有H2,O2,Cl2混和气体,用电火花引爆,这三种气体正好完全反应,冷却至室温后所得溶液的浓度为25.62%,则容器中原有H2,O2、Cl2的物质的量之比为()

 (A)6:

3:

1(B)9:

6:

1(C)10:

6:

1(D)13:

6:

1

 

4.SCN-离子与Cl-、Br-、I-等卤素离子性质相似,都可以和AgNO3溶液反应生成沉淀,利用这个性质,可以测定NaBr和NaCl混合物的组成,现称取样品0.3675g,溶于水后加入0.2000mol/LAgNO3溶液30.00mL,再加入少量的Fe3+溶液作指示剂,然后用0.1000mol/L的NH4SCN溶液去滴定过量的Ag+,当滴至溶液显红色时即到达终点,这时共用去NH4SCN溶液20.00mL

⑴写出滴定时SCN-与Ag+和Fe3+反应的离子方程式

⑵计算样品中NaCl和NaBr的物质的量之比。

第三章氧族元素

一、知识点

   氧族元素为元素周期表中第ⅥA族元素,包括O、S、Se、Te、Po等元素,其原子结构特征是最外层电子层均含有6个电子,内层电子数均饱和,体现出较强的非金属性,且随核电荷数的增加,原子半径的增大,其非金属性依次减弱而金属性逐渐增强。

中学化学中重点研究了硫及其化合物的有关知识,其知识结构体系如下:

二、范例剖析:

例1:

在下列变化中硫酸显示什么性质或起什么作用?

⑴固体NaCl与浓硫酸共热制HCl高沸点难挥发性和酸性

⑵铜片跟浓硫酸在加热条件下反应强氧化性和酸性

⑶利用硫酸除去金属表面的氧化物酸性

⑷浓硫酸与碳加热反应强氧化性

⑸浓硫酸与蔗糖混和,蔗糖变黑且放出刺激性气体脱水性和强氧化性

⑹浓硫酸使铁、铝钝化强氧化性

  

⑺乙酸、乙醇与浓硫酸混和制乙酸乙酯作脱水剂和催化剂

⑻苯与浓硫酸共热制苯磺酸作磺化剂

 

例2:

下列实验中溶液的PH值的变化曲线与右图相符的是(B)

(A)向H2S饱和溶液中通入过量的SO2

(B)向H2SO3饱和溶液中通入过量的H2S

(C)向澄清石灰水中通入过量的CO2

(D)向MgCl2,AlCl3的混和液中加入过量的NaOH溶液

分析:

本题中图像主要有两个特征:

(1)PH值先增大后减小最终不变

(2)起始状态的PH值小于最终状态的PH值

(A)2H2S+SO2=3S↓+2H2O       SO2+H2O=H2SO3

(B)H2SO3+2H2S=3S↓+3H2O

(C)Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O  CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2

     CO2+H2O=H2CO3

(D)MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl    AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl

    Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O

例3:

将H2S和O2的混合气体在120℃温度下,装入密闭容器中,在高温下使之燃烧,已知全部H2S和O2都参加了反应,反应后容器内恢复到120℃时,测得压强为反应前的3/4,则原混和气体中H2S和O2的物质的量之比为:

(A)

  A.1:

1 B.1:

2 C.2:

1 D.3:

2

分析:

2H2S+O2=2S+2H2O压强为原来的2/3

    2H2S+3O2=2SO2+2H2O压强为原来的4/5

因为2/3<3/4<4/5,所以生成物为S、SO2和H2O

设硫化氢的物质的量为a,氧气的物质的量为b。

则可得:

   

得a=b所以a:

b=1:

1

 

例4:

将一定量的H2S气体缓慢通入300mL0.4mol/L的NaOH溶液中,然后在减压低温条件下蒸干,得到5.36g固体(不含有结晶水)通过计算判断固体的组成及各组成的物质的量。

解:

原NaOH的物质的量为0.350.4=0.12mol则原NaOH溶质的质量为0.12540=4.8g

若NaOH全部反应转化Na2S,则其质量为0.12578/2=4.86g

若NaOH全部反应转化NaHS,则其质量为0.12556=6.72g

由于4.86g<5.36g<6.72g,说明所得固体为Na2S与NaHS的混合物。

设Na2S与NaHS的物质的量分别为X与Y

由钠离子守恒得:

2X+Y=0.12…

(1)

由质量关系得:

78X+56Y=5.36…

(2)

(1)

(2)得

X=0.04mol即Na2S为3.12g

Y=0.04mol即NaHS为2.24g

 

总结:

一、根据S的化合价的高低,判断其氧化性或还原性

  -20+4  

 H2SSSO2具有还原性既有氧化性又有还原性

  +6

 H2SO4具有氧化性

二、H2S

1.臭蛋味毒性

2.可燃性(可能有三种情况)

3.还原性:

能被多种氧化剂氧化如:

KMnO4、H2SO4(浓)、HNO3(浓稀)、SO2、Cl2、Br2、I2、Fe3+等

三、SO2

1.具有酸性氧化物的通性(三个通性)

2.氧化性

3.还原性

4.漂白作用

四、H2SO4

1.稀H2SO4具有酸的通性(五个通性)

2.浓H2SO4的特性;①吸水性②脱水性③强氧化性④参与某些有机化学反应

3.H2SO4的工业制法三个过程三步反应三种典型设备

 

三、思考题:

1.15mL18mol/L的浓硫酸中,加入足量的铜片并加热,充分反应后被还原的H2SO4的物质的量是:

()

 A.0.9mol B.大于0.45mol小于0.9mol C.0.45mol D.小于0.45mol

 

2.将XmolNa2SO3和YmolNa2S溶于水,用稀硫酸酸化后,若生成物分别为①SO2+S②S+H2S③只有S,则X与Y的比值从(Ⅰ)1/2(Ⅱ)>1/2(Ⅲ)<1/2中选出正确顺序组合为()

 (A)ⅠⅡⅢ(B)ⅡⅢⅠ(C)ⅢⅡⅠ(D)ⅡⅠⅢ

 

3.S、T、P下112LH2S燃烧,用掉O2100.8L,然后把生成物冷却到原来状态,剩余气体体积缩小为原混和气体体积的21.05%,则充分燃烧的H2S气体体积占H2S总体积的()

  A.40% B.32% C.74% D.80%

 

4.在FeCl3和CuCl2的混和溶液中,通入适量H2S,反应结束后,生成0.2mol沉淀物,过滤,在溶液中加入足量AgNO3溶液,生成沉淀0.8mol,求原混合液中FeCl3和CuCl2的物质的量。

第四章氮族元素

一、知识点

   氮族元素为元素周期表中ⅤA族元素,包括N、P、As、Sb、Bi等元素,这些元素的原子结构特征为最外电子层均具有五个电子,且随着核电荷数的递增,原子半径的增大,得电子能力逐渐减弱,而失电子能力逐渐增强,表现出元素的非金属性逐渐减弱,而金属性逐渐增强.中学化学中主要研究了氮及其化合物,其次是磷及其化合物,有关氮和磷的知识结构体系如下:

二、范例剖析:

例1.一定质量的铜与足量的浓HNO3或稀HNO3完全反应,在相同条件下,用排水法收集产生的气体(浓稀HNO3的还原产物分别为NO2和NO),下列叙述正确的是:

(AD)

A.硝酸浓度越大,反应速度越快

B.硝酸浓度越大,消耗的硝酸越少

C.硝酸浓度越大,产生的气体越少

D.两者用排水法收集到的气体体积相等

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O①

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O②

3NO2+H2O=2HNO3+NO③

例2:

有CO2和NO的混和气体aml,通过足量的Na2O2后,用排水法收集气体,结果没有收集到气体,则原混和气体中的CO2和NO的体积比为:

(D)

   A.1:

1 B.1:

2 C.2:

3 D.3:

2

2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2①

4NO+3O2+2H2O=4HNO3②

3CO2──2NO③

 

例3:

已知NH3与H2O相似.NH4+与H3O+,NH2-与OH-,N3-与O2-等相似,试推测下列反应方程式:

⑴液氨的电离_______________________________________

⑵钠与液氨反应_______________________________________

⑶乙酸乙酯的氨解_______________________________________

⑷Mg(NH2)2受热分解_______________________________________

类比:

2H2O

H3O++OH-      2NH3

NH4++NH2-

 

类比:

Mg(OH)2

MgO+H2O         3Mg(NH2)2

Mg3N2+4NH3

 

例4:

有一支10ml的试管中充满NO2和O2,将其倒插在盛有足量水的水槽之中,若以y(ml)表示完全反应后试管内剩余气体的体积,x(ml)表示原混和气体中NO2的体积,①试建立y=f(x)的函数关系②在坐标系中作出y=f(x)的曲线

解:

(1)由4NO2+O2+2H2O=4HNO3知,若10mLNO2与O2的混和气体恰好完全反应,则NO2的体积为8mL,O2的体积为2mL,此时剩余气体为零。

      即x=8mL时,y=0

(2)当x>8时,(10-x)mL氧气全部反应,余气为NO。

与氧气反应的NO2为4(10-x),只与水反应的NO2为10-5(10-x),即5x-40,则NO的体积为(5x-40)/3,

      即y=(5x-40)/3(10>x>8mL

解:

②当x<8时,(10-x)mL氧气过量。

与NO2反应的氧气为x/4,剩余的氧气为(10-x-x/4)mL,

   即y=(10-5x/4)mL,(0

解:

 

 

重要知识点:

一、NH3

1.与H2O反应,(1:

700)得弱碱NH3H2O

2.与酸反应

3.还原性①催化氧化 ②与Cl2反应 ③与CuO反应

4.制法实验室制法  工业制法

二、HNO3

1.稀HNO3具有酸的通性

2.浓HNO3的特性

①不稳定性

②强氧化性

③硝化反应

④酯化反应

⑤黄蛋白反应

3.工业制法──氨催化氧化法

三、磷及其化合物

1.P的同素异形体(白磷和红磷)

①与O2反应

②与CI2反应

2.H3PO4

①高沸点,难挥发性,可溶性,固体酸

②分步电离(三元中强酸)

③与碱反应(可生成三种不同的盐)

④可用于实验室制HBr与HI气体

 

三、思考题:

1.将10.7gNH4Cl和7.8gCa(OH)2混和加热,把制得的NH3全部通入100mL2mol/LH3PO4溶液中,这时生成的盐为()

A.(NH4)3PO4  B.NH4H2PO4  C.(NH4)2HPO4   D.(NH4)HPO4和NH4H2PO4

 

2.CuS和HNO3反应生成物中有Cu2+和H2SO4,若反应中CuS和HNO3的物质的量之比为3:

14,则HNO3的还原产物为()

 A.NO2 B.NO C.NH4NO3D.Cu(NO3)2

 

3.为消除NOx对大气的污染,工业上通常利用如下反应NOx+NH3──N2+H2O来保护环境,现有NO2和NO的混和气体3L,可用相同状况下3.5LNH3恰好使其完全转化为N2,则混和气体中NO2和NO体积比为()

 A.1:

4 B.3:

1 C.2:

1 D.1:

1

4、⑴PH3分子结构是______________,在PH4+里4个P-H键间的夹角是_________

  ⑵用“大”、“小”、“强”、“弱”填写以下空白:

和NH3相比,PH3在水中的溶解性较________,跟H+离子结合能力较________,碱性_________,还原性较________

  ⑶用离子方程式表示PH4Br固体的水解反_______________________________

 

第五章碳族元素

一、知识点

   碳族元素属于元素周期表中ⅣA族元素,包括C、Si、Ge、Sn、Pb等元素。

其原子结构特征是最外电子层均含有4个电子,其内层电子数均饱和,且随着核电荷数的递增,原子半径的增大,得电子能力逐渐减弱,而失电子能力逐渐增强,即非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强。

初中化学中已研究了碳及其化合物,高中化学中则重点研究硅及其化合物,有关硅及其化合物的知识结构体系如下图:

 

二、范例剖析:

例1:

下列说法正确的是:

(B、D)

(A)SiO2是酸性氧化物,不与任何酸反应

(B)物质的量浓度相同的Na2SiO3和Na2CO3溶液,其PH值前者大于后者

(C)高温时SiO2和Na2CO3反应放出CO2,说明硅酸的酸性比碳酸强

(D)水玻璃敝口存放,会有沉淀析出

酸性H2CO3>H2SiO3

Na2SiO3+H2O+CO2==Na2CO3+H2SiO3↓

 

例2:

硅能与强碱溶液作用生成硅酸盐和氢气:

(B、D)

Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑

对于这个反应,下列说说法正确的是:

(A)Si是氧化剂(B)Si是还原剂(C)NaOH和H2O是氧化剂(D)水是氧化剂

  简化成:

Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑

 

例3:

在密闭容器中充入CO2和CO混合气体,其密度是相同条件下氦气密度的8倍,这时测得容器内的压强为P1。

若控制容器的体积不变,加入足量的Na2O2,充分振荡并不断用电火花点燃至完全反应,恢复到开始时的温度,再次测得容器内的压强为P2,则P1和P2的关系是:

(A)

(A)P1=8P2 (B)P1=4P2 (C)P1=2P2 (D)P1=P2

2CO2+2Na2O2==2Na2CO2+O2①

2CO+O2==2CO2②

合并为CO+Na2O2==Na2CO3③

2CO2+2Na2O2==2Na2CO3+O2

2mol                  1mol

1mol                  0.5mol

 

  所以:

P1=8P2

 

例4:

若发现了114号新元素X,则有关X元素及其化合物的叙述正确的是:

(B)

(A)X有稳定的气态氢化物

(B)X的最高正价氧化物的化学式为XO2

(C)X为非金属元素

(D)X的低价氧化物是酸性氧化物

分析:

搞清114号元素在周期表中的位置是解决问题的关键。

一般可作这样的分析:

第一、二、三、四、五、六、七周期中所能容纳元素的种类分别是2、8、8、18、18、32、32(假设第七周期排满),显然第七周期的最后一种元素为118号,则易推知114号元素为第七周期第四主族元素。

该元素的性质应最接近Pb。

重要知识点:

一、Si

1.晶体硅与金刚石的晶体结构和性质比较

2.Si、Ge半导体性能

3.Si的化性

①与非金属反应(如O2、C、F2)

②与强碱溶液反应

二、SiO2

1.与碱反应

2.与碱性氧化物反应

3.与HF反应

4.与某些盐反应(酸酐代换)

三、Na2SiO3

1.与酸(如盐酸与碳酸)反应

2.水解反应

3.与盐溶液反应(①复分解反应②双水解反应)

四、硅酸盐工业:

玻璃、水泥、陶瓷等

 

三、思考题:

1.在100mL、3mol/L的NaOH溶液中,通入0.2molCO2气体,完全反应后溶液中一些离子浓度大小的关系为:

()

(A)[HCO3-]>[CO32-]>[OH-]>[H+]

(B)[CO32-]>[HCO3-]>[OH-]>[H+]

(C)[OH-]>[CO32-]>[HCO3-]>[H+]

(D)[HCO3-]>[OH-]>[CO32-]>[H+]

 

2.某金属氧化物MO2,高温下用碳还原得到标况下400mLCO和100mLCO2及0.978g金属M,则M的原子量为:

()

(A)40 (B)73 (C)118 (D)207

 

3.第ⅣA元素中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的,而铅的+2价化合物是稳定的。

Ge是一种良好的半导体材料,被广泛应用于电子工业中,它可以从煤燃烧的烟道灰中提取。

其过程如下:

烟道灰(含GeO2)──→锗的氯化物─→锗酸加热氢气流中加热──→纯净的锗的氧

       

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