2020届中考科学教材实验突破讲义：专题十一 非金属和金属及其化合物之间的转化、氢气还原氧化铜

专题十一 非金属和金属及其化合物之间的转化、氢
气还原氧化铜[学生用书P53]
一、非金属及其化合物之间的转化
1．硫黄的燃烧实验。

(1)取一药匙硫黄，观察其外观：__黄色固体__。

(2)将硫黄放到燃烧匙中，在酒精灯上点燃硫黄，观察现象：__淡蓝色火焰、有刺激性气味产生__。

(3)把燃烧着的硫黄放进盛有氧气的集气瓶内，观察现象：__明亮的蓝紫色火焰、有刺激性气味产生__。

以上变化可用化学方程式表示为：__S ＋O 2=====点燃SO 2__。

2．CO 2与碳酸的转化实验。

(1)取2杯蒸馏水，向其中1杯蒸馏水中吹气或通入CO 2。

然后，分别向2只烧杯中滴加几滴紫色石蕊试液，比较2只烧杯中出现的现象并说明原因：__吹气或通入CO 2的烧杯中，溶液呈红色，另一只烧杯中溶液呈紫色，原因：CO 2溶于水生成碳酸，碳酸使紫色石蕊试液变红色__。

(2)从2只烧杯中分别取少量液体放入试管中，加热，有什么现象发生？__吹气或通入CO 2的烧杯中溶液从红色变为紫色__。

怎样解释(1)(2)所发生的变化？(用化学方程式表示)__CO 2＋H 2O===H 2CO 3__；
__H 2CO 3=====△CO 2↑＋H 2O__。

1．硫是一种重要的非金属单质，黄色粉末，在空气中点燃呈淡蓝色火焰，在氧气中点燃呈明亮的蓝紫色火焰，产生有刺激性气味的SO 2气体。

SO 2气体被水吸收与水反应可生成亚硫酸。

(SO 2气体在催化条件下可与氧气继续反应生成SO 3，
SO3与水结合可生成硫酸。

)
2．碳与充足氧气反应可生成CO2气体，氧气不足则生成CO(即煤气，有剧毒)，CO是一种高能燃料气体，进一步与氧气反应又可生成CO2气体，CO2气体与水结合生成碳酸，碳酸不稳定，受热即分解。

3．碳、硫与其氧化物及酸之间的相互转化，也是经常考查的知识点，常出现在物质推断题中。

典例(2018·呼和浩特)甲、乙、丙是初中化学常见的三种物质，
其相互转化关系如图，通常甲为固态单质，乙、丙为两种气
体，且所含元素种类相同，乙易与血液中的血红蛋白结合。

下列说法错误的是(C)
A．丙能产生温室效应
B．①②④三个转化的反应中有一种相同的反应物
C．③的转化只能通过和氧气反应来实现
D．乙和丙化学性质不同是由于其分子构成不同
【命题点分析】甲、乙、丙是初中化学常见的三种物质，通常甲为固态单质，乙、丙为两种气体，且所含元素种类相同，乙易与血液中的血红蛋白结合，固态单质碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，因此甲是碳，乙是一氧化碳，丙是二氧化碳。

(原创)在高中化学中我们将学到CO2又叫碳酸酐，可看作是一分子H2CO3失去一分子水后得到的产物。

试根据上述原理判断，下列氧化物不能称为酸酐的是(C)
A．SO2B．P2O5
C．NO D．N2O5
【解析】SO2、P2O5、N2O5分别可称为亚硫酸酐、磷酸酐、硝酸酐。

一分子H2SO3
失去一分子水后得到SO 2产物，2H 3PO 4、2HNO 3各失去一分子水后分别得到P 2O 5和N 2O 5产物。

二、金属及其化合物之间的转化
1．取少量铁粉放在白纸上，再取少量硫黄与铁粉混合。

2．用磁铁接近混合物，如图所示，看到的现象是：__磁铁能吸引其中的铁粉__。

3．把混合物放进试管内，用酒精灯加热，如图所示，可观察到的现象是__试管内混合物加热后迅速呈红热状态__。

4．当反应后发出的光扩展至整支试管时，立即停止加热，静置，冷却。

5．将生成物倒在白纸上，观察生成物的外观如何，再用磁铁靠近生成物，磁铁能否吸引生成物？为什么？__磁铁不能吸引生成物，因为生成物不是铁，而是硫化亚铁__。

6．以上变化的化学方程式为：__Fe ＋S=====△FeS__。

7．在蒸发皿中放1小块生石灰，加少量水，搅拌，如图所示，
发生的现象是：__剧烈反应并放出大量的热__。

以上变化的化学方程式为：__CaO ＋H 2O===Ca(OH)2__。

滴加几
滴无色酚酞试液，发现试液变__红色__。

1．铁粉与硫粉共热反应生成硫化亚铁的反应说明金属与非金属(氧气除外)反应可直接生成盐，钠在氯气中燃烧反应生成氯化钠也属于这种情况。

补充：铁在氯气中反应生成氯化铁。

注意：氯气的氧化性更强，反应得到的产物中铁元素全部为＋3价；铁与硫反应得到的产物中铁元素为＋2价。

2．多数非金属氧化物如CO2、SO2等能与水结合生成酸，能与碱反应生成盐和水；某些金属氧化物如Na2O、K2O、CaO等能与水化合反应生成碱，某些金属氧化物如MgO、Fe2O3、CuO等能与酸反应生成盐和水。

典例(2018·永兴模拟改编)铁粉和硫粉以适当的质量比混合，堆放在石棉网上，然后用烧红的玻璃棒一端接触混合物，这时部分混合物迅速变红热状态，撤离玻璃棒后，反应继续进行，直至全部混合物都呈红热的状态，冷却后得到一种黑色无磁性的固态物质。

(1)该黑色无磁性的固态物质分类上属于__盐__(选填“酸”“盐”或“氧化物”)。

(2)铁与硫的反应是__放热__(选填“吸热”“放热”或“既不吸热也不放热”)反应。

(3)该实验中铁粉和硫粉的最佳质量比是__56∶32(或7∶4)__。

【解析】铁粉和硫粉反应后产生黑色的硫化亚铁，硫化亚铁与铁粉的物理性质和化学性质都不同，不能被磁铁吸引。

铁粉和硫粉被点燃后即利用自身产生的热量自动进行下去，是放热反应。

三、金属氧化物的还原与金属的冶炼
1．观察氧化铜的颜色：__黑色__。

2．在一支试管中加入少量氧化铜，如图所示，通入氢气，过一
会儿，再给氧化铜加热，观察到试管中的氧化铜的变化是__黑色氧化铜变红色__。

3．反应完成后停止加热，继续通入氢气，直到试管冷却。

试管中氧化铜与氢气
反应的化学方程式为：__CuO ＋H 2=====△Cu ＋H 2O__。

讨论
1．由氧化铜制取铜，还可用其他什么方法？__还可用碳粉或CO 还原CuO__。

2．为什么在氢气还原氧化铜的实验开始时，要先通氢气，后给氧化铜加热？__先通氢气以排除试管内的空气，防止爆炸__。

3．铜在空气中加热很容易氧化变成氧化铜，在实验过程中要注意什么？__待冷却后再停止通氢气__。

1．关于氢气还原氧化铜实验的注意点：①试管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流使试管破裂；②氢气的导管应插入管底，因为氢气密度小而向下排空气；③加热时要注意“酒精灯需迟到早退”的问题，先通氢气再点燃酒精灯是为了防止氢气爆炸，反应结束时先熄灭酒精灯后待铜丝冷却再停止通氢气，是为了防止铜在较高温度下再次被氧化。

2．关于还原金属氧化物的反应：氢气、碳粉、一氧化碳均可作为还原剂。

其中氢气、碳粉还原氧化铜的反应既是氧化还原反应又是置换反应，而一氧化碳还原氧化铜的反应不属于四种基本反应类型中的任何一种，属于氧化还原反应。

3．上述还原剂同样可以还原铁的氧化物，但反应温度要求更高，一般为高温。

钢铁冶炼时主要利用CO 来还原，炼铁的主要方程式是：Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe
＋3CO 2。

氧化铜与氧化铁的还原常见题型有实验分析题、计算题等。

典例1 (2017·武汉)木炭还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验装置如图所示。

下列说法正确的是( D )
A ．木炭、一氧化碳与氧化铜的反应都属于置换反应
B ．两个实验的相关反应中，只有碳元素的化合价发生改变
C ．两个实验中都可观察到红色固体变黑
D ．两个实验的操作中都要防止液体倒吸
【命题点分析】 本题主要考查置换反应的判断、实验现象的描述；置换反应的反应物和生成物都是一种单质和一种化合物，一氧化碳属于化合物；两个实验的相关反应中，还有铜元素化合价由＋2价变为0价；两个实验反应都是氧化铜被还原成铜，所以都可观察到黑色固体变红；两个实验都是在加热条件下反应，热的试管遇冷水易炸裂，所以都要防止液体倒吸。

典例2 (2018·济宁)(1)某研究性学习小组为验证“氨气还原氧化铜”的实验，认真查阅资料并做出以下准备。

资料准备：
Ⅰ.氨气是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，溶液呈碱性。

Ⅱ.氨气还原氧化铜的化学反应原理：2NH 3＋3CuO=====△3Cu ＋N 2＋3H 2O 。

实验准备：
请回答：
①为达成“氨气还原氧化铜”的实验目的，装置A 、B 、D 、E 的正确连接顺序__A 、D 、B 、E__(填序号)。

②装置A 中发生反应的化学方程式__Ca(OH)2＋2NH 4Cl=====△CaCl 2＋2H 2O ＋
2NH 3↑__。

③装置B 观察到的现象__黑色氧化铜逐渐变成红色__，装置E 的作用__吸收氨气，防止污染环境__。

④将装置A 产生的气体通入装置C 中，紫色石蕊试液浸泡的纸花变蓝色，原因是__氨气溶于水，形成氨水，氨水能使紫色石蕊显蓝色__。

(2)小凡同学利用氯化钡和氢氧化钠两种试剂，从硫酸钠、硫酸镁和氯化镁三瓶未贴标签的无色溶液中鉴别出硫酸镁溶液，设计并进行以下实验。

请你补齐实验内容；
入生成白色沉淀的两种溶
液，滴加氢氧化钠，振荡，
观察现象__
支没有明显现象__ 酸镁，没有明显现象的是
硫酸钠__
【命题点分析】(1)氢氧化钙和氯化铵在加热的条件下生成氯化钙、水和氨气，氨气溶于水形成氨水，氨水能使紫色石蕊试液变蓝色，碱石灰具有吸水性，氨气和氧化铜在加热的条件下生成铜、水和氮气，需要尾气处理。

(2)硫酸根离子和钡离子反应会生成硫酸钡沉淀，镁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化镁沉淀。

1．(2018·余姚联考)某课外小组利用H2还原黄色的WO3粉末测定W的相对原子质量，如图是测定装置的示意图。

A中的试剂是盐酸。

请回答下列问题：
(1)接好装置后应首先检验装置气密性，其方法是
__将H弯管浸没在盛有水的烧杯中，温热烧瓶B，观察H管口，若有气泡逸出，说明装置的气密性良好__。

(2)“加热反应管E”和“从A瓶逐滴滴加液体”这两步操作应该先进行的是__从A瓶逐滴滴加液体__。

在这两步之间还应进行的操作是__检验H2的纯度__。

(3)从实验中测得了下列数据：
①空E 管的质量a ；
②E 管和WO 3的总质量b ；
③反应后E 管和W 粉的总质量c (冷却后)；
④反应前F 管及内盛物的总质量d ；
⑤反应后F 管及内盛物的总质量e 。

由以上数据可以列出计算W 的相对原子质量的两个不同计算式(除W 外，其他涉及的元素的相对原子质量均为已知)。

计算式：W 的相对原子质量＝__48（c －a ）b －c __或__54（c －a ）e －d
__。

【解析】 该装置用“手握法”或“压水法”均可检查气密性。

氢气不纯时受热易爆炸，实验时要先排除装置内的空气，经检验纯净后再加热E 处。

E 处的反应
方程式为：WO 3＋3H 2=====高温W ＋3H 2O 。

即可以利用E 处的质量差计算W 的相对
原子质量，也可利用F 处吸收水的质量来进行计算。

2．(2018·杭州下城区二模)木炭燃烧产生的气体中可能同时含有CO 2和CO ，小乐为了探究其成分设计了如图实验装置。

回答下列问题：
(1)装置A 和B 中加入的药品分别是__澄清石灰水、氢氧化钠溶液__。

(2)为了收集实验中可能产生的有毒尾气，请在图中将装置E 中的导管补全。

(3)若小乐的操作正确，且木炭燃烧产生的气体中含CO，则能观察到的现象是__C__中黑色粉末变红色，D__中澄清石灰水变浑浊__。

装置E中的烧杯里会承接到液体，小乐认为其中含H2CO3，请设计实验帮助她进行检验。

__取少量烧杯中的液体于试管中，滴加紫色石蕊试液，观察到紫色石蕊试液变红；加热试管内的液体，发现石蕊试液又恢复紫色(合理即可)__。

【答案】(2)如答图所示。

第2(2)题答图
【解析】A处的澄清石灰水用于检验原气体中的CO2，B处的氢氧化钠溶液用于吸收CO2。

尾气处理装置类似于排水法收集气体。

CO具有还原性，能使黑色的氧化铜变成红色的铜，同时产生的CO2能使澄清石灰水变浑浊。

若E处承接到的液体含有碳酸，则能使石蕊试液变红色，且碳酸受热易分解。

四、化合物之间的转化
1．将一只生鸡蛋(或螺蛳壳)放到盛有稀盐酸的容器中，如图所示，观察实验现象：__鸡蛋壳表面有气泡生成__。

2．2min后，将生鸡蛋从酸中取出，用水冲洗干净，蛋壳发生了什么变化？__蛋壳表面变得粗糙__。

3．将鸡蛋继续放置在稀盐酸中，10min后取出，用水冲洗干净，蛋壳又发生了什么变化？__蛋壳变软__。

解释上述变化的原因：__蛋壳无机成分是碳酸钙，能与盐酸反应生成可溶的氯化钙、二氧化碳气体和水__。

化合物之间的转化主要包括酸与碱的反应、酸与盐的反应、碱与盐的反应、盐与盐的反应等几种形式，其反应类型一般是复分解反应，能否发生反应的条件是产物中是否有沉淀或气体或水产生。

典例(2018·安顺)某化学兴趣小组用铁、硫酸、氢氧化钡、硫酸铜和碳酸钠五种物质玩化学拼图游戏(如图)，游戏规则要求图中相邻物质之间能发生化学反应，其中C物质的溶液呈蓝色，A与E反应产生的气体是光合
作用的原料之一。

(1)A物质的俗称是__纯碱(或苏打)__，E物质的用途是__
金属除锈或做化工原料，合理即可__。

(2)B与C反应的化学方程式为
__Ba(OH)2＋CuSO4===Cu(OH)2↓＋BaSO4↓__。

E与D反应的基本类型是__置换反应__。

(3)按游戏规则，下列能替代B物质的是__③__(填序号)。

①银②氯化铁③氯化钡④氧化铜
【解析】(1)C物质的溶液呈蓝色，因此C是硫酸铜；A与E反应产生的气体是光合作用的原料之一，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，氢氧化钡和硫酸铜反应生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钡白色沉淀，碳酸钠和硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，硫酸能与三种物质反应，因此E是硫酸，A是碳酸钠，B是氢氧化钡，D是铁。

(3)按游戏规则，能替代B物质的是氯化钡，它能与碳酸钠、硫酸铜、硫酸反应。

【命题点分析】本题要求熟练掌握各种不同类型物质之间的相互转化关系。

由于不同物质种类之间的相互转化类型较多，可以进行分类理解记忆：一、以C、S元素为例来理解非金属与其氧化物及相应的酸之间的转化关系；二、以铜、铁为例来理解金属与其氧化物及相应的碱之间的转化关系；三、以较常见的酸、碱、盐相互反应来理解相互之间的转化。