高中化学复习专题：非盐型无机物的水解应用
展开一、金属氮化物(或磷化物、或砷化物)、金属碳化物(或硅化物)等水解反应
例1．(四川)某物质是一种由不同的短周期元素形成的离子化合物，其阴、阳离子的个数比为2∶3，且能与水反应得到两种碱。写出该离子化合物与足量硝酸反应生成两种盐的化学方程式____________________。
解析与答案：依题意阴、阳离子的个数比为2∶3的离子化合物与水反应得到两种碱，阴离子只能是生成氨水的－3价N3－离子，则阳离子只能是+2价的Mg2+离子(Be与N元素同周期)，该物质为Mg3N2。Mg3N2与水发生水解反应得到两种碱：Mg3N2+8H2O==3Mg(OH)2+2NH3·H2O，然后，两种碱再分别与硝酸中和生成两种硝酸盐：Mg3N2+8HNO3==3Mg(NO3)2+2NH4NO3。
例2．(江苏)铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
(1)真空碳热还原－氯化法可实现由铝矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：
①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)==3AlCl(g)+3CO(g) △H=a kJ·mol-1
②3AlCl(g)==3Al(l)+AlCl3(g) △H=b kJ·mol-1
③反应Al2O3(s)+3C(s)==2Al(l)+3CO(g)的△H= kJ·mol-1(用含a、b的代数式表示)。
(2)Al4C3是反应过程的中间产物。请写出Al4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方程式 。
解析与答案：(1)根据盖斯定律知，①式与②式相加即得③式，△H= (a+b)kJ·mol-1。(2) Al4C3与盐酸反应可视为Al4C3水解生成Al(OH)3和含氢量最高的烃CH4，而后Al(OH)3与盐酸反应生成AlCl3，反应的化学方程式为：Al4C3+12HCl==4AlCl3+3CH4↑。
总结：金属氮化物、磷化物、砷化物以及金属碳化物、硅化物等均易水解生成金属氢氧化物和氢化物。如：Mg2Si+4H2O===2Mg(OH)2↓+SiH4↑等。
体验1．(重庆)化合物A由周期不同的短周期元素X、Y组成，是良好的耐热冲击材料。
(1)X的单质既可与盐酸反应，又可与NaOH溶液反应，X的硫酸盐溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式为 。
(2)一定条件下，A和水缓慢作用生成含Y的化合物Z，Z分子含有10个电子。Z与H2O2反应，其产物之一是Y的单质。A与过量NaOH溶液反应的离子方程式为 。
(3)X的单质、石墨和二氧化钛(TiO2)按比例混合，高温下反应得到的化合物均由两种元素组成，且都是新型陶瓷材料(在火箭和导弹上有重要应用)，其反应的化学方程式是 。
提示：(1) X的单质既可与盐酸反应，又可与NaOH溶液反应，X为Al元素；(2)A和水缓慢作用生成含Y的化合物Z，Z分子含有10个电子，可以推测Z是一种氢化物，常见的氢化物由NH3、CH4、HF等；Z与H2O2反应，其产物之一是Y的单质N2，Z是NH3，故化合物A为AlN。
参考答案：(1) Al3++4OH－==[Al(OH)4]－
(2) AlN+3H2O+OH－==[Al(OH)4]－+NH3↑
(3) 4Al+3C+3TiO22Al2O3+3TiC
体验2．磷化铝、磷化锌、磷化钙是我国目前最常见的熏蒸杀虫剂，都能与水或酸反应产生有毒气体膦(PH3)，PH3具有较强的还原性，能在空气中自燃。
请回答下列有关问题：
以磷化铝为例，写出磷化物与水反应的化学方程式 ；
写出PH3在空气中自燃的化学方程式 。
参考答案：AlP+3H2O==Al(OH)3↓+PH3↑，2PH3+4O2==P2O5+3H2O
二、金属氢化物的水解反应
例3．(新课标全国)氢化钙固体登山运动员常用的能源提供剂。某化学兴趣小组拟选用如下装置制备氢化钙。
请回答下列问题：
(1)实验结束后，某同学取少量产物，小心加入水中，观察到有气泡冒出，溶液中加入酚酞后显红色，该同学据此断，上述实验确有CaH2生成。
①写出CaH2与水反应的化学方程式_______________ ；
②该同学的判断不正确，原因是______________ 。
(2)请你设计一个实验，用化学方法区分钙与氢化钙，写出实验简要步骤及观察到的现象_ 。
(3)登山运动员常用氢化钙作为能源提供剂，与氢气相比，其优点是___________________。
解析与答案：(1)①氢化钙中H显－1价，极易与水中的+1价H发生归中反应，化学方程式为：CaH2+2H2O==Ca(OH)2+H2↑；根据实验装置与所用试剂知制取氢化钙是用金属钙与氢气反应制得，若金属钙未完全反应，也会与水反应生成氢氧化钙和氢气，同样会出现上述现象，所以该同学的判断不正确。(2)由于氢化钙中含有氢元素，因此氢化钙的燃烧产物有水，所以可以利于无水硫酸铜进行检验其燃烧产物。取适量氢化钙，在加热条件下与干燥氧气反应，将反应气相产物通过装有无水硫酸铜的干燥管，观察到白色变为蓝色；取钙做类似实验，观察不到白色变为蓝色。(3)氢气是气体不方便携带，而氢化钙是固体，便于携带。
总结：离子型氢化物如NaH、LiH、CaH2、NH4H中的氢为－1价，具有还原性，均可与水发生归中反应生成H2。氢化物的水解属氧化还原反应，水作氧化剂。如：LiH+H2O==LiOH+H2↑，NH4H+H2O==NH3·H2O +H2↑等。
体验3．下列各组物质相互反应时，能产生在空气中可燃的气体的是
①氮化钙投入水中 ②氢化钙投入稀硫酸中
③过氧化钙投入水中 ④电石投入食盐水中
A．①③ B．②③④ C．①④ D．②④
提示：所给各组物质发生水解反应为：
①Ca3N2+6H2O==3Ca(OH)2+2NH3↑；
②CaH2+H2SO4==CaSO4+2H2↑；③2CaO2+2H2O==2Ca(OH)2+O2↑；
④CaC2+2H2O==Ca(OH)2+C2H2↑；显然只有H2、C2H2在空气中可燃。
参考答案：D
三、非金属卤化物、卤素互化物、拟卤素等水解反应
例4．(广东) 硅单质及其化合物应用范围很广。制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷(SiHCl3)还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
请回答下列问题：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式 。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式 ；
H2还原SiHCl3过程中若混O2，可能引起的后果是 。
③硅酸钠水溶液俗称水玻璃。取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。写出实验现象并给予解释 。
解析与答案：①由图示信息知：制备高纯硅可通过氢气还原SiHCl3得到，有关反应的化学方程式为H2+SiHCl3Si+3HCl。②题设信息SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl，实为硅的卤化物水解生成两种酸，由于SiHCl3中硅元素的化合价为+4价，则氢元素的化合价为－1价，此－1价氢与水中+1价氢可发生归中反应生成氢气，反应的化学方程式SiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+3HCl+H2↑；H2还原SiHCl3过程中若混O2，O2与H2混合可能引起爆炸，O2可能会氧SiHCl3。③硅酸钠溶液与氯化铵溶液混合后，发生互相促进水解反应：2NH4++SiO32－==H2SiO3↓+2NH3↑，故有白色胶状沉淀和刺激性气味气体生成。
总结：非金属卤化物的水解：硼、磷、砷、硅等的卤化物与水剧烈水解，一般生成两种酸。如：BCl3+3H2O==H3BO3↓+3HCl，PCl3+3H2O==H3PO3+3HCl，PCl5+4H2O==H3PO4+5HCl等。注意：NCl3(N元素显－3价，Cl元素显+1价)的水解不生成两种酸：NCl3+3H2O==NH3↑+3HClO。
卤素互化物的水解：如BrCl+H2O==HCl+HBrO，BrCl3+2H2O==3HCl+HBrO2，ICl3+3H2O==HIO3+5HCl等。以上反应均属非氧化还原反应。注意：BrF3与水反应则属氧化还原反应：3BrF3+5H2O==9HF+Br2+HBrO3+O2↑。
要注意区别卤素互化物的水解与拟卤素的水解。
拟卤素的水解：与Cl2、Br2、I2的水解相似，均属歧化反应，如：(CN)2+H2O==HCN+HCNO，(SCN)2+H2O==HSCN+HSCNO等。
体验4．类比是学习的重要方法之一，但是往往机械类比会产生错误，因此学习化学要透过现象看本质，谨防思维定势。下列类比中正确的是
A．由Cl2与水反应类推：BrCl+H2O==HClO+HBr
B．由NCl3的水解产物NH3和HClO类推：PCl3的水解产物是PH3和HClO
C．由Cl2O与水反应生成HClO类推：OF2与水反应可生成HFO
D．由NaH与水反应时放出H2类推：NH4H与水反应可生成H2
提示：Cl2O是次氯酸的酸酐，与水反应可生成次氯酸：Cl2O+H2O==2HClO，OF2中的O元素显+2价可与水中的－2价O元素发生归中反应：OF2+H2O==O2+2HF，选项C错。
参考答案：D
四、其他非盐的水解反应
例5．(海南)镁化合物具有广泛用途。请回答有关镁的下列问题：
(1)单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的__________，还生成少量的__________ (填化学式)。
(2)CH3MgCl是一种重要的有机合成剂，其中镁的化合价是_____________，该化合物水解的化学方程式为_________________。
解析与答案：(1)镁在空气中燃烧产物有氧化镁和氮化镁：MgO、Mg3N2。
(2)化合物的水解要看化合物中离子的正负价，题中Mg是+2价，氯为－1价，则CH3为－1价，负价的与H+结合，正价的与OH－结合得产物：2CH3MgCl+2H2O==Mg(OH)2↓+MgCl2+2CH4↑。
体验5．(广东)硼酸(H3BO3)在食品、医药领域应用广泛。
(1)B2H6的一种重要用途是用于水下点火，就是说，将B2H6气体通入水中，它立刻能够燃烧起来，请完成B2H6气体与水反应的化学方程式：B2H6+H2O==_______+________。
(2)硼酸呈弱酸性的机理是：硼酸溶于水后，硼酸分子中的硼原子与水电离产生的的氢氧根离子以配位键结合并形成－1价阴离子，导致溶液中氢离子浓度低于氢氧根离子。请写出硼酸与水反应的方式： 。
参考答案：(1) B2H6+6H2O==2H3BO3+6H2
(2) H3BO3+H2OH++[B(OH)4]－
体验6．(海南) Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为：4Li+2SOCl2==4LiCl+S+SO2。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为 ，发生的电极反为 。
(2)电池正极发生的电极反应为 。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是 ，反应的化学方程式为 。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是 。
参考答案：(1)锂 Li－e－==Li+ (2)2SOCl2+4e－==4Cl－+S+SO2
(3)出现白雾，有刺激性气体生成。SOCl2+H2O==SO2↑+2HCl↑
(4)锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应。
体验7．氢化亚铜（CuH）是一种难溶物质，可用CuSO4溶液和“另一种反应物”在40℃—50℃时反应来制备。CuH不稳定，它既能与盐酸反应产生气体，又能在氯气中燃烧。以下有关推断错误的是
A．这“另一种反应物”一定具有还原性
B．CuH既可做氧化剂也可做还原剂
C．CuH在氯气中燃烧的化学方程式为 CuH+Cl2CuCl+HCl
D．CuH跟盐酸反应化学方程式为2CuH+2HCl==CuCl2+2H2↑+Cu
参考答案：C
体验8．二氯化二硫(S2Cl2)是广泛用于橡胶工业的硫化剂。已知它的结构式为Cl—S—S—Cl，易与水反应：2S2Cl2+2H2O==4HCl+SO2↑+3S↓。对该反应下列说法正确的是
A．S2Cl2既作氧化剂又作还原剂 B．S2Cl2只作氧化剂
C．每生成1molSO2转移4mol电子 D．S2Cl2只作还原剂
参考答案：A
体验9．粉末状的氮化硅，可以由SiCl4的蒸气和氨气的混合物反应制取。粉末状的氮化硅对空气和水都不稳定。但是将粉末状的氮化硅和适量的MgO在230×1.01×105 Pa和185℃的密闭容器中进行热处理，可以得到结构十分紧密，对空气和水都相当稳定的固体材料。
(1)写出由SiCl4和NH3反应制备氮化硅的化学方程式：______________。
(2)分别写出氮化硅与H2O、O2反应的化学方程式：_________________；_______________。
(3)请说明为什么结构紧密的氮化硅不再受H2O、O2的侵蚀？
参考答案：(1) 3SiCl4+4NH3==Si3N4+12HCl；
(2) Si3N4+9H2O==3H2SiO3+4NH3；Si3N4+3O2==3SiO2+2N2
(3) 固体Si3N4表面与空气中的氧气反应，生成稳定的二氧化硅，从而形成了二氧化硅的保护层，防止内部的Si3N4继续与空气和水接触而被侵蚀。
