物质的转化和元素的循环

物质的转化和元素的循环
一、考点解读：
1.金属的氧化和金属氧化物的还原：
①从得失氧的角度理解金属的氧化及金属氧化物的还原
②知道氢气还原氧化铜的实验原理、方法
2．金属、金属氧化物、碱之间的转化
①举例说出金属、金属氧化物、碱之间的转化关系
②能根据金属、金属氧化物、碱之间相互关系设计物质制备的方案
③进行简单的物质鉴别
3．非金属、非金属氧化物、酸之间的转化
①举例说出非金属、非金属氧化物、酸之间的转化关系
②能根据非金属、非金属氧化物、酸之间相互关系设计物质制备的方案
③会进行简单的物质鉴别
4.根据化学方程式的简单计算：
①化学方程式表示的意义：
质的方面：表示该反应的反应物（或原料）和生成物（或产品）
量的方面：表示该反应中各物质的质量关系。
②根据化学方程式进行生成物和反应物之间的计算
5．自然界中的碳循环和氧循环
①知道自然界中的碳循环
②知道自然界中的氧循环
③增强环境保护的意识与责任感
6.自然界中的氮循环：
①知道常见的化学肥料的分类及它们对农作物的作用
②知道自然界中的氮循环的几种途径
二、重难点突破：
1、金属的氧化与金属氧化物的还原
（1）理解氧化、还原反应的实质：金属获得氧的过程称为金属的氧化，金属氧化物失去氧的过程称为金属氧化物的还原。
注：①这里的氧指氧元素而不是氧气，范围更大，如铁也会和浓硫酸、浓硝酸中的氧结合发生氧化。
②金属的氧化有利也有弊：一方面形成了氧化膜，对金属起保护作用，如铝；另一方面使金属锈蚀，如铁。关键是看形成氧化膜的致密程度。
③金属氧化物的还原实质上就是金属的冶炼，利用还原剂把氧元素脱去。
（2）氢气还原氧化铜实验的注意事项：①实验前应先通氢气后加热，目的是排尽试管内空气以防爆炸。②实验后应先停止加热直到铜冷却到室温再断氢气，为了防止铜在高温下重新被氧化。可记为：氢气早出晚归，酒精灯迟到早退。
2、金属、金属氧化物、碱之间的转化：
（1） 金属金属氧化物可溶性碱 盐
例：以钙为例完成各物质之间转化的化学方程式
①2Ca ＋O2 ?2CaO ②CaO ＋H2O ＝Ca(OH)2
③Ca(OH)2 ＋H2CO3 ＝CaCO3 ↓＋H2O ④CaCO3 ?CaO ＋CO2 ↑
（2）不溶性碱金属氧化物＋水
Cu(OH)2 ?CuO ＋H2O
3．非金属、非金属氧化物、酸之间的转化
非金属非金属氧化物酸盐
注：一氧化碳、二氧化硅不能和水反应得到酸
例：以碳为例完成各物质之间转化的化学方程式
4、根据化学方程式的简单计算
计算要领：写准物质化学式，化学方程要配平；关系式对关系量，计算单位不能忘；
关系量间成正比，解设比答要完整。
5．自然界中的碳循环和氧循环
注：
①释放二氧化碳消耗氧气的途径：呼吸作用，燃料燃烧，微生物的分解作用等
②消耗二氧化碳产生氧气的途径：植树的光合作用
③自然界自发进行的碳循环在很长的时期内始终处于一种均衡的状态，使地球环境基本保持不变，人类的活动破坏了这种平衡，造成大气中二氧化碳的浓度升高，导致温室效应。
④保护碳循环平衡的方法：开发新能源，利用太阳能，减少化石燃料的燃烧，限制汽车数量或尾气的排放，多植树造林等。
6.自然界中的氮循环：
（1）、常见的化学肥料：
氮肥：含氮元素的化肥。如CO(NH2)2 、NH4Cl 等，有促进植物的茎叶生长、叶色浓绿等作用。
磷肥：含磷元素的化肥。如Ca3(PO4)2 、Ca(H2PO4)2 等，能促进植物的根系发达，使作物提前成熟。
钾肥：含钾元素的化肥。如K2CO3 、KCl 等，能使植物生长健壮，茎杆粗壮。
复合肥：含两种或两种以上的营养元素。如磷酸二氢铵。
化肥对农作物的作用可简记为：氮钾磷、叶茎根。
三、易错点分析 ：
本部分容易错的内容有：氢气还原氧化铜的操作顺序问题、各种物质之间相互转化的条件、根据物质间的转化规律和物质的性质进行的判断题、物质的制备等。
例1、某学生在实验室还原8g氧化铜，需耗氢气的质量为（ ）
（A）8g (B)大于0.2g (C)小于0.2g (D)0.2g
解析：此题考查的是学生对实验室中氢气还原氧化铜操作顺序的理解和掌握情况。
在做氢气还原氧化铜实验时，其正确顺序为先通氢气后加热。反应结束时，先移走酒精灯，再通一段时间的氢气直至冷却。因此，要还原8g氧化铜所需消耗的氢气的量，要大于根据化学方程式计算的参加反应的氢气的质量0.2g。此题正确答案应为(B)，而许多同学因考虑问题不周，没注意到“实验室中氢气还原氧化铜”而错选为（D）。
例2、将H2通入10g灼热的氧化铜中，过一段时间后，得到8.4g固体，下列说法正确的是( )。
(A)有8.4g铜生成 (B)有8g氧化铜参加反应
(C)有1.6g水生成 (D)有10g氧化铜被还原
解析：此题考查的是学生对题意的理解，题目中“过一段时间后”，并没有说明反应进行的程度。因此，氧化铜有可能并没有反应完全，得到的8.4g固体可能是剩余氧化铜和新生成铜的混合物。此题有两种解法，答案为(B)。
解法一：设未参加反应的氧化
铜的质量为x
CuO+H2?Cu+H2O
64
10g-x 8.4g-x
x=2g
参加反应的CuO 10g－2g＝8g
此题的错误主要是一些同学把8.4g固体当做反应生成的铜，而错选（A）。
还有一些同学虽然注意到了8.4g不是反应生成的铜，但是把10g与8.4g的差量1.6g当做了水的质量，实际上是减少的氧元素的质量，错选（C）。
例3、 下列反应不能一步实现的是（ ）
A. CuO →Cu(OH)2 B. NaCl →NaNO3
C. Fe →FeCl2 D. CaCO3→CaO
解析：解此题应以熟悉反应规律和反应条件为基础。因为Cu(OH)2 难溶于水，CuO 不能直接与水化合生成Cu(OH)2；NaCl可与AgNO3 反应生成NaNO3的同时产生AgCl沉淀，符合复分解反应规律；Fe 可通过置换反应变为FeCl2；CaCO3可以通过高温分解产生CaO。 答：选A。
例4、 现有石灰石、水、碳酸钠，怎样制取烧碱（不能引入其他物质），写出化学方程式。
解析：此题是物质的制备题。在具备单质、氧化物、酸、碱、盐的相互关系，各种物质的制备规律和条件时，还要掌握酸、碱、盐的溶解性，就可以考虑解题方法了。本题应采用倒推法，即从产品烧碱出发向原料推。在考虑过程中应注意烧碱是一种可溶性碱，制备时应用盐+碱—新盐+新碱这一规律，此规律的条件是反应物都是可溶于水的物质且生成物必有一种物质是难溶于水时，此复分解反应才能发生，而且能把烧碱分离出来。再考虑给出的物质有Na2CO3 ，还缺少可溶性的一种碱，必须从石灰石和水两种物质中制备，由于氧化钙溶于水可得氢氧化钙，水已给出。最后再考虑如何制得氧化钙，我们已很熟悉煅烧石灰石这一反应，因此，该题用倒推法解题。
化学方程式：
（1）CaCO3 ?CaO +CO2 ↑ （2）CaO +H2O ?Ca(OH)2
（3）Ca(OH)2 +Na2CO3 =CaCO3 ↓+2NaOH
例5 、今年年初，我国南方出现了大面积的冰雪灾害，在除雪过程中，融雪剂发挥了很大的作用。某公司生产的融雪剂是由氯化钠、硝酸钠、氯化镁、硫酸铜中的两种或两种以上的物质组成的。小佳同学为探究其成分，设计并完成了以下实验：
请你根据以上设计过程，完成下列空白：
①该融雪剂中一定含有 (写化学式，下同)，一定不含有 ，可能含有 ；
②加入硝酸银溶液发生反应的化学方程式是 。
解析：加水溶解得到无色溶液，可判断肯定不含CuSO4 ，能和NaOH 反应产生白色沉淀的只能是MgCl2 ，同时生成 NaCl ，与AgNO3 反应产生白色沉淀的可能就是新生成的NaCl ，这一点学生容易判断错误，认为融雪剂中一定含有NaCl的错误结论 。 答案：①MgCl2 ，CuSO4 ，NaCl 、NaNO3 ②NaCl ＋AgNO3 ＝AgCl ↓＋NaNO3
四、社会热点透视
本部分内容与社会热点联系紧密，如：近年冰雪等灾害性气候给交通带来很大的危害，融雪剂应运而生，有关融雪剂成分的探究是常见的题目，参见例5；CO2 过量排放引起的温室效应，严重影响了整个环境，已经引起全世界的关注；三聚氰胺给中国牛奶企业造成毁灭性地打击，这些都是出题很好的材料。
练习：
1、衢州日报报道： 3月10日，浙江巨化股份有限公司（下称“巨化股份”）迎来了JMD跨国公司，无偿帮助巨化股份进行环保技改，并把减少的二氧化碳废气排放权统统买走。该项目是迄今为止世界上最大的一笔二氧化碳排放权交易。为了保护人类赖以生存的地球，根据“京都议定书”有关要求，世界各地纷纷采用多种措施和新技术，限制CO2的排放量，以控制日趋严重的温室效应。请回答下列问题：
（1）科学家把工业上排出的二氧化碳气体采用“组分转化”技术，将CO2和H2以一定比例混合，在一定条件下反应生成一种重要的化工原料和水，化学方程式为2CO2+6H2＝X+4H2O。请写出X的化学式_________。
（2）为了减缓大气中CO2含量的增加，下列建议中，目前可行的是 ___________（填序号）。
①大量植树造林，禁止乱砍滥伐
②公交车上推广使用压缩天然气[主要成分是甲烷（CH4）]作燃料，使用天然气作燃料能从根本上避免温室效应的发生
③更多地利用核能、太阳能、风能、地热能等
④禁止使用煤、石油等矿物能源
2、中国爆发三鹿奶粉幼儿奶粉受污染事件，导致食用了受污染奶粉的婴幼儿产生了结石病症，其原因是奶粉中含有三聚氰胺（C3N6H6）
（1）添加三聚氰胺的目的是为了使牛奶中哪种成分检查合格（ ）
A、糖类 B、脂肪 C、蛋白质 D、以上都是
（2）三聚氰胺的相对分子质量是______，其含氮量的质量分数为_________。
参考答案：1、C2H4，①③ 2、C，126，66.7％
同步测试题（45分钟 100分）
相对原子质量：H=1 C=12 N=14 O=16 Na=23 S=32 Cl=35.5 Ca=40 Cu=64
一、选择题：（每题2分，共40分）
1．温室效应主要是由于大气中哪种气体含量增加所致 （ ）
A．NO2 B．CO2 C．SO2 D．氟利昂
2．关于下列物质的转化过程：H2→H2O，CO →CO2 ，C→ CO2说法不正确的是 （ ）
A．都能通过化合反应实现 B．都能通过置换反应实现
C．都能通过和单质反应实现 D．变化前后都有元素化合价改变
3．自然界中以二氧化碳形式进行的碳循环开始于 （ ）
A．二氧化碳在大气圈和水圈之间的扩散作用 B．各种生物对现成有机物的获取
C．绿色植物固定大气中二氧化碳的光合作用 D．生物分解有机物呼吸作用
4．下列化肥是常见的是氮肥，含氮质量分数最高的是（ ）
A.NH4HCO3 B.CO(NH2)2 C．NH4NO3 D.NH4Cl
5. 下列物质间的转化，不能一步实现的是（ ）
A．CO2→H2CO3 B．CuO→Cu(OH)2 C．H2CO3→CO2 D．Cu(OH)2→CuO
6. 用二氧化碳的水溶液浇灌盐碱地的植物，其主要作用除改良碱性土壤外，还能 ( )
A.促进植物的呼吸作用 B.加速植物的光合作用
C.增加植物生长所需的微量元素 D.代替碳酸氢铵等作氮肥施用
7.食盐、食醋、纯碱等均为家庭厨房中的常用物质，利用这些物质，你能做成功的家庭小实验是 ( )
①检验自来水中的氯离子 ②鉴别食盐和纯碱
③探究鸡蛋壳是否含有碳酸盐 ④除去热水瓶中的水垢
A.①②③④ B.①③ C.②④ D.②③④
8. 美国首颗“嗅碳”卫星在2009年2月24日在发射升空过程中因运载火箭出现故障坠毁，这颗卫星的主要任务是绘制全球二氧化碳循环地理分布图。下面关于二氧化碳的叙述不正确的是( )
A．二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊 B．二氧化碳是植物进行光合作用必不可少的原料C．自然界中的二氧化碳主要消耗途径是植物的呼吸作用 .
D．固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂
9.某工厂拟选用下列物质处理含硫酸的废水。现花最少的钱中和等量的废水应选择 ( )
A.NaCl B.CaCO3 C.Ca(OH)2 D.NaOH
物 质 NaCl CaCO3 Ca(OH)2 NaOH
市场参考价(元/kg) 1.2 1.8 2.0 11.5
10.右图是一种化肥包装袋上的部分说明，该化肥属于 ( )
A.氮肥 B.磷肥
C.钾肥 D.复合肥料
11.氢气还原氧化铜的实验中，还原剂是 ( )
A.．H2 B． CuO C．Cu D．H2 O
12.家用碱面的主要成分是Na2CO3。其物质类别属于 ( )
A.酸 B.盐 C.碱 D.氧化物
13.铁、稀硫酸、石灰水和氯化铜溶液之间的反应关系如图所示，图中两圆相交部分(A、B、C、D)表示物质间反应的类型或主要实验现象。下列说法错误的是 ( )
A.A处发生置换反应 B.B处发生复分解反应
C.C处产生气泡 D.D处生成白色沉淀
14.对反应X+3NaOH=3Y+Fe(OH)3↓的分析，错误的是 ( )
A.X中含有三价元素 B.X可能是Fe2(SO4)3
C.Y中一定含有Na元素 D.Y可能是NaNO3
15. 把6克碳在24克氧气中充分燃烧，生成二氧化碳的质量是 （ ）
A．30克 B．22克 C．32克 D．44克
16．把足量的铁粉分别投入到各组物质的溶液中，充分反应后过滤，滤液中只有一种溶质的是（ ）
A．Na2SO4 和CuSO4 B．H2SO4 和 CuSO4
C．HCl 和H2SO4 D．CuCl2 和 Cu(NO3)2
17.下列物质的转化能实现的是 ( )
A.H2SO4 HCl B.CO Na2CO3
C.Cu(OH)2 NaOH D.NaNO3 Ba(NO3)2
18. 取四朵用石蕊试剂染成紫色的干燥纸花进行如下操作，能够观察到纸花变红的是【 】
A．喷石灰水 B．直接喷水
C．直接放入CO2中 D．喷水后放入CO2中
19．相同质量的下列物质分别溶于等质量的水中，所得溶液中溶质的质量分数最大的是（ ）
A、Na2O B、NaOH C、CuSO4·5H2O D、H2SO4
20．有一种气态物质，当依次通过灼热的氧化铜、无水硫酸铜和澄清石灰水时，发现依次出现变红、变蓝、变浑浊的现象，这种气体可能是 （ ）
A、二氧化碳 B、氢气 C、一氧化碳 D、氢气和一氧化碳的混合气体
二、填空与探究(每空2分，共54分)
21.2009年11月首届“世界低碳与生态大会暨技术博览会”将在江西南昌市举行。低碳经济是一种以低能耗和高效能等为主要特征，以较少的温室气体排放获得较大产出的新经济发展模式。请问：
(1) 近年来大气中二氧化碳含量不断上升的主要原因是 ，自然界中消耗二氧化碳的主要途径是 ；
(2)科学家正在研究将二氧化碳加氢转化成甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）、甲酸（CH3COOH）等化工原料，这些化工原料属于 （填“无化合机物”或 “有机化合物”）；
(3)下列做法中不符合“低碳经济”理念的是（填序号） ；
①改造或淘汰高能耗、高污染产业；②大力发展火力发电；③研制和开发新能源替代传统能源；④ 优化建筑设计，增强室内自然采光，减少照明用电。
(4) 请你另举一例在日常生活中符合“节能减排”的做法 。
22.将紫红色的铜丝放在酒精灯外焰上加热，会发现紫红色的铜丝表面变成了 色，立刻把上述灼热的铜丝放入酒精中，铜丝表面又变成了 色。
23．将铁粉和氧化铜粉的混合物投入到稀硫酸中,微热,充分反应后过滤,发现滤纸上有铁粉剩余,由此推断,滤纸上还应有的物质是 ，滤液中的溶质是 。
24．已知：化合物甲 + 单质乙 化合物丙 + 单质丁，试回答：
（1）此反应的基本反应类型为 ；
（2）写出两个符合此表达式化学方程式（要求：甲在不同的化学方程式中所属类别不能相同）：
① ；② ；
25.碳和部分碳的化合物间转化关系如图5所示。
(1)物质X的化学式为 。
(2)在物质的分类中，CO属于 。(填标号)
A．酸 B．碱 C．盐 D．氧化物
(3)从图中任选一种物质，它的一种用途 。
(4)写出图中转化关系中属于化合反应的一个化学方程式 。
26.为确定木炭还原氧化铜后的固体成份，请你与兴趣小组的同学完成以下探究。
【对固体猜想】
猜想I：全部是金属铜； 猜想Ⅱ：除铜外，还含有氧化铜；
猜想Ⅲ：除铜外，还含有木炭； 猜想Ⅳ：除铜外，还含有氧化铜、 。
【进行实验】实验流程见下图：
【问题与讨论】
(1)步骤②包括溶解、 两步操作，它们共同用到的玻璃仪器是烧杯、 。
(2)C的化学式为 ，D的化学式为 ，由此推出固体B中含有
(写化学式)，步骤④发生反应的化学方程式为 。
(3)结合(2)的结论推断：如果溶液A显蓝色，则溶液A的溶质的化学式为 ，说明样品
中含有 ，则证明猜想 成立；如果溶液A无色，则证明猜想 成立。
三、分析与计算：（6分）
27.长久使用的热水瓶底部有一层水垢，主要成分是CaCO3 和Mg(OH)2,某学校化学研究小组的同学通过实验测定水垢中CaCO3 的含量:取200g水垢，加入过量的稀盐酸，同时测量5分钟内生成气体的质量，结果如下表：
时间/min 1 2 3 4 5
质量/g 30 50 60 66 66
试回答下列问题：
(1)4分钟后，水垢中CaCO3 (填已或未)反应完全？你的理由是___________________
(2)该水垢中CaCO3 的质量分数是多少？
参考答案：
一、选择题：
1．B
2．B （H2 CO CO2 都能和O2 反应，所以A C是正确的，其中CO不能通过置换反应生成CO2 ，B选项是错误的）
3．C
4．B
5. B（金属氧化物与水反应能生成可溶性的碱，Cu(OH)2 是不溶性碱，所以CuO 不能一步生成Cu(OH)2 ）
6. B
7.D（利用食醋能与碳酸盐反应并产生气泡的现象，②③④都能做成功。检验氯离子需用AgNO3 故①不能做成功）
8.C（植物的呼吸消耗的是氧气而不是二氧化碳）
9.C（NaCl 不能中和硫酸；计算可知中和98千克的硫酸需要CaCO3 100千克、Ca(OH)2 74千克、NaOH 80千克，花钱分别为180元、148元和920元）
10.A（含有氮元素）
11.A
12.B
13.D（石灰水与氯化铜反应会产生蓝色沉淀氢氧化铜而不是白色）
14.B（X若是Fe2(SO4)3 ，Fe(OH)3 前应加2，否则化学方程式没有配平）
15. B（不能简单地6克加24克，6克碳充分燃烧只需16克氧气，生成二氧化碳的质量是22克）
16．B（根据置换反应规律可知，A中剩的溶质为Na2SO4 和FeSO4 ，B中为FeSO4 ，C中FeCl2和FeSO4 ，D中为FeCl2 和Fe(NO3)2 ）
17.A（CO不能与碱反应，Cu(OH)2 和BaCO3 均为不溶性物质，不能与盐反应）
18. D（能使石蕊试剂变红的是酸性物质，CO2 遇水生成酸）
19．A（Na2O 与水反应后使溶质质量增加，CuSO4·5H2O溶于水后结晶水不能算溶质，使溶质质量减少，故选A）
20．D（氢气和一氧化碳能使氧化铜还原成红色的铜、同时产生水和二氧化碳）
二、
21.（1）矿物燃料的燃烧；植物的光合作用（或海水吸收）
（2）有机化合物（3）② （4）随手关灯（或步行代替乘车等）
22黑 紫红
23铜 硫酸亚铁（氧化铜与硫酸反应产生硫酸铜，硫酸铜再与铁粉反应生成铜和硫酸亚铁）
24置换反应， H2 + CuO 加热 Cu + H2O，
Fe + H2SO4 === FeSO4 + H2↑， Fe + CuSO4 === FeSO4 + Cu （其它合理的也可以）
25 (1)CO2 （CO2 在高温下能与C反应生成CO） (2 )D (3)CO可作燃料(合理答案均可) (4)C+O2CO2 (合理答案均可)
26猜想IV： 木炭 （氧化铜与木炭都是黑色的，可能它们没反应完，都有剩余）(1)过滤 玻璃棒 (2) CO2 CuO C和Cu CuO+ H2SO4===CuSO4+ H2O（经过步骤2粉末中的CuO 被硫酸溶解了，固体B中只能有木炭或氧化铜，木炭灼烧能生成CO2 铜灼烧能生成CuO ）
(3)CuSO4 氧化铜(或CuO) IV Ⅲ
三、27. (1)已(2分)，产生的CO2 不再增加(1分)
(2)(3分)75%（根据产生的CO2 的质量66克，计算出CaCO3 的质量，再算出CaCO3 的质量分数）
钙
氧化钙
氢氧化钙
碳酸钙
①
②
③
④
③
⑦
⑥
一氧化碳
⑤
碳
二氧化碳
碳酸
碳酸钙
①
②
⑧
④
④Ca(OH)2 + H2CO3==== CaCO3↓+ 2H2O
①C + O2====== CO2
点燃
②CO2 + H2O====H2CO3
③H2CO3==== H2O +CO2↑
⑤2C + O2====== 2CO
点燃
⑥2CO + O2====== 2CO2
点燃
⑦Ca(OH)2 + CO2==== CaCO3↓+ H2O
⑧CaCO3====== CaO+ CO2↑
高温
CO2⑥2CO + O2====== 2CO2
点燃
光合作用
①③H2CO3==== H2O +CO2↑
作用
呼吸作用
植物
动物
呼吸作用
微生物
煤和石油等
燃料的燃烧
分解作用
解法二：（差量法）由方程式可知，每80份质量的CuO 反应都会生成64份质量的铜，固体质量会减少16份，设参加反应的氧化铜的质量为x
CuO+ H2?Cu+ H2O 少
80 64 16
x 10g-8.4g x=8g
同理可算出有6.4g铜生成，同时有1.8g水生成。
+NaCl
+BaCl2
+NaOH
+BaCO3
图5