化學(xué)謎題邏輯推理試題一、元素周期表謎題題目1：某短周期元素X的核外電子排布滿足以下條件：①最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的3倍；②單質(zhì)能與水發(fā)生置換反應(yīng)生成氧氣；③其最高價氧化物對應(yīng)的水化物為強(qiáng)酸。推斷X的元素符號及原子結(jié)構(gòu)示意圖。解析：短周期元素中最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)3倍的元素有兩種可能：若內(nèi)層為K層（2個電子），則最外層為6個電子，對應(yīng)元素為O；若內(nèi)層為K+L層（10個電子），則最外層為30個電子，不符合核外電子排布規(guī)律，故排除。但O?與水反應(yīng)生成O?的反應(yīng)為2F?+2H?O=4HF+O?↑，而O?與水不發(fā)生置換反應(yīng)，因此需重新考慮條件②。氟氣能與水發(fā)生置換反應(yīng)生成O?，且F的最高價氧化物對應(yīng)水化物為HF（弱酸），與條件③矛盾。此時需注意：題目中“最高價氧化物對應(yīng)的水化物”可能存在特例，Cl的最高價氧化物對應(yīng)水化物為HClO?（強(qiáng)酸），且Cl?與水反應(yīng)為Cl?+H?O=HCl+HClO（非置換反應(yīng)）。重新梳理條件：滿足置換反應(yīng)生成O?的單質(zhì)只有F?，而F無正價，故條件③可能指向該元素的含氧酸。綜合判斷，題目中存在干擾條件，正確元素應(yīng)為O：雖然O?與水不反應(yīng)，但O的同素異形體O?可與水緩慢反應(yīng)生成O?；且H?SO?為強(qiáng)酸，但S的最外層電子數(shù)為6，內(nèi)層電子數(shù)為10，最外層/內(nèi)層=0.6，不符合條件①。最終得出唯一符合條件的元素為F，原子結(jié)構(gòu)示意圖為+927。二、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)推斷題目2：化合物A（C?H?O?）具有以下性質(zhì)：①能與NaHCO?溶液反應(yīng)生成CO?；②能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；③在濃硫酸催化下加熱脫水生成唯一產(chǎn)物B（C?H?O）；④B能使溴的四氯化碳溶液褪色；⑤B與足量H?加成生成C（C?H??O），C的核磁共振氫譜顯示3組峰，峰面積比為3:2:5。推斷A、B、C的結(jié)構(gòu)簡式及A→B的反應(yīng)類型。解析：由性質(zhì)①可知A含羧基（-COOH），由性質(zhì)②可知A含醛基（-CHO），故A分子中同時含有-COOH和-CHO，剩余基團(tuán)為C?H?O?-(-COOH)-(-CHO)=C?H?-，因此A的結(jié)構(gòu)可能為HOOC-CH(CHO)-CH?-CH?或HOOC-CH?-CH(CHO)-CH?或HOOC-C(CHO)(CH?)?。性質(zhì)③中脫水反應(yīng)生成唯一產(chǎn)物B，說明A的羥基（-OH）所在碳原子的鄰位碳上氫原子種類唯一。若A為HOOC-CH(CHO)-CH?-CH?，其結(jié)構(gòu)中與-COOH相連的碳原子（C2）上有-CHO和-CH?CH?兩個基團(tuán)，鄰位C3上有2個H，C1為羧基碳無H，脫水可生成兩種產(chǎn)物（消去C3上不同H）；若A為HOOC-C(CHO)(CH?)?，C2上連接兩個甲基和一個-CHO，鄰位C1無H，無法發(fā)生消去反應(yīng)，排除；故A只能為HOOC-CH?-CH(CHO)-CH?，脫水生成B為HOOC-CH=CH-CH?（唯一產(chǎn)物）。B與H?加成生成C為HOOC-CH?-CH?-CH?，其核磁共振氫譜應(yīng)有4組峰（羧基H、C2-H、C3-H、C4-H），與題目中3組峰矛盾。重新推斷：A中含有的官能團(tuán)應(yīng)為-COOH和-OH（而非-CHO），因銀鏡反應(yīng)可能由甲酸酯基（HCOO-）引起，故A可能為HCOO-CH(OH)-CH?-CH?，此時滿足C?H?O?的組成。水解后生成HCOOH和CH(OH)CH?CH?，符合性質(zhì)①（HCOOH酸性強(qiáng)于H?CO?），性質(zhì)②（甲酸酯基可發(fā)生銀鏡反應(yīng)）。脫水時，-OH與鄰位C上H消去生成HCOO-CH=CH-CH?（B），加成后生成HCOO-CH?-CH?-CH?（C），但C的核磁共振氫譜仍不符合。最終正確結(jié)構(gòu)為：A為CH?CH(OH)CH?COOH（3-羥基丁酸），B為CH?CH=CHCOOH（巴豆酸），C為CH?CH?CH?COOH（正丁酸），反應(yīng)類型為消去反應(yīng)。三、實驗現(xiàn)象邏輯分析題目3：現(xiàn)有四瓶無色溶液，分別為AlCl?、MgCl?、FeCl?、NH?Cl，僅用一種試劑鑒別，寫出該試劑的化學(xué)式及各溶液的實驗現(xiàn)象。解析：首先排除FeCl?（黃色溶液），但題目明確為無色溶液，故FeCl?應(yīng)為干擾項，實際需鑒別AlCl?、MgCl?、NH?Cl三種無色溶液。選用NaOH溶液鑒別：AlCl?：先產(chǎn)生白色沉淀（Al(OH)?），繼續(xù)加NaOH沉淀溶解：Al3?+3OH?=Al(OH)?↓，Al(OH)?+OH?=AlO??+2H?OMgCl?：產(chǎn)生白色沉淀（Mg(OH)?），沉淀不溶于過量NaOHNH?Cl：加熱時產(chǎn)生刺激性氣味氣體（NH?）：NH??+OH?=△=NH?↑+H?OFeCl?：產(chǎn)生紅褐色沉淀（Fe(OH)?），但題目中溶液為無色，故實際不存在FeCl?溶液，此處為題目設(shè)置的陷阱條件。四、化學(xué)計算推理題目4：將10.8g某金屬單質(zhì)M投入200mL1mol/L的稀硫酸中，金屬完全溶解，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下13.44LH?。向反應(yīng)后的溶液中逐滴加入2mol/LNaOH溶液，當(dāng)沉淀量達(dá)到最大值時，消耗NaOH溶液體積為300mL。推斷金屬M(fèi)的元素符號及反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度（假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變）。解析：生成H?的物質(zhì)的量為13.44L/22.4L/mol=0.6mol，故反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1.2mol（H?~2e?）。設(shè)金屬M(fèi)的化合價為+n，則10.8g/M×n=1.2mol（M為摩爾質(zhì)量）。沉淀量最大時，溶液中溶質(zhì)為Na?SO?，根據(jù)硫酸根守恒：n(Na?SO?)=n(H?SO?)=0.2L×1mol/L=0.2mol，故n(NaOH)=2×0.2mol=0.4mol，而實際消耗NaOH為2mol/L×0.3L=0.6mol，多出的0.2molNaOH用于溶解Al(OH)?（Al(OH)?+OH?=AlO??+2H?O），故n(Al)=0.2mol，m(Al)=0.2mol×27g/mol=5.4g，剩余金屬質(zhì)量為10.8g-5.4g=5.4g，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1.2mol-0.2mol×3=0.6mol，設(shè)剩余金屬化合價為+m，則5.4g/M'×m=0.6mol。若剩余金屬為Mg（m=2），則M'=5.4g×2/0.6mol=18g/mol（不存在）；若為Fe（m=2），M'=18g/mol（錯誤）；若金屬為單一元素，則原假設(shè)錯誤。重新計算：若金屬為Al，10.8g/27g/mol=0.4mol，轉(zhuǎn)移電子1.2mol（0.4mol×3），與H?轉(zhuǎn)移電子數(shù)匹配，此時沉淀最大時消耗NaOH應(yīng)為0.4mol×3=1.2mol（Al3?~3OH?），但0.2molH?SO?提供0.4molH?，需0.4molNaOH中和，總消耗NaOH=1.2+0.4=1.6mol（體積0.8L），與題目300mL矛盾。最終得出：金屬為Mg，n(Mg)=10.8g/24g/mol=0.45mol，轉(zhuǎn)移電子0.9mol，H?應(yīng)為0.45mol（8.96L），題目數(shù)據(jù)矛盾，故題目中“無色溶液”提示不含F(xiàn)e3?，正確金屬為Al，實驗現(xiàn)象中NaOH過量導(dǎo)致沉淀部分溶解。五、工業(yè)流程推斷題目5：某工廠以黃銅礦（CuFeS?）為原料冶煉銅，流程如下：焙燒：黃銅礦與O?反應(yīng)生成Cu?S、FeS和SO?制粗銅：Cu?S與O?在高溫下反應(yīng)生成Cu和SO?電解精煉：以粗銅為陽極，純銅為陰極，CuSO?溶液為電解質(zhì)（1）寫出焙燒和制粗銅的化學(xué)方程式；（2）若焙燒時生成SO?體積為4480m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況），計算理論上可制得粗銅的質(zhì)量；（3）分析電解精煉中陽極泥的主要成分。解析：（1）焙燒反應(yīng)需配平：2CuFeS?+O?=Cu?S+2FeS+SO?（部分S被氧化為SO?，F(xiàn)e保持+2價，Cu由+2→+1）；制粗銅反應(yīng)：Cu?S+O?=2Cu+SO?（Cu?S中Cu為+1價，S為-2價，O?將S氧化為+4價，自身被還原為O2?）。（2）SO?總物質(zhì)的量=4480×103L/22.4L/mol=2×10?mol，焙燒階段生成SO?與Cu?S的物質(zhì)的量比為1:1，制粗銅階段Cu?S與SO?物質(zhì)的量比為1:1，故兩階段生成SO?相等，各1×10?mol，因此Cu?S為1×10?mol，制得Cu為2×10?mol，質(zhì)量=2×10?mol×64g/mol=1.28×10?g=12.8t。（3）陽極泥主要成分為比Cu不活潑的金屬Ag、Au及非金屬雜質(zhì)，因電解時陽極粗銅中Fe、Zn等活潑金屬優(yōu)先放電進(jìn)入溶液，Cu其次，而Ag、Au不放電沉積為陽極泥。六、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合題目6：某配合物的組成為Co(NH?)?BrSO?，向其溶液中加入BaCl?溶液無沉淀生成，加入AgNO?溶液生成淡黃色沉淀。推斷配合物的內(nèi)界、外界及中心離子的配位數(shù)，寫出配合物的化學(xué)式并解釋實驗現(xiàn)象。解析：配合物中內(nèi)界離子難以電離，外界離子可自由移動。加入BaCl?無沉淀，說明SO?2?在內(nèi)界；加入AgNO?生成AgBr沉淀，說明Br?在外界。因此內(nèi)界為[Co(NH?)?SO?]?，外界為Br?，化學(xué)式為[Co(NH?)?SO?]Br。中心離子Co的配位數(shù)為6（5個NH?+1個SO?2?）。若假設(shè)Br?在內(nèi)界，SO?2?在外界，則加入BaCl?會生成BaSO?沉淀，與題目矛盾。此外，Co的常見配位數(shù)為6，故NH?分子數(shù)+其他配體數(shù)=6，因此內(nèi)界必含5個NH?和1個SO?2?，外界為Br?。七、化學(xué)平衡與速率計算題目7：在2L密閉容器中充入2molA和1molB發(fā)生反應(yīng)：2A(g)+B(g)?3C(g)ΔH=-QkJ/mol。反應(yīng)5min后達(dá)到平衡，此時容器內(nèi)壓強(qiáng)為初始壓強(qiáng)的1.2倍，C的物質(zhì)的量濃度為0.6mol/L。計算：（1）平衡時A的轉(zhuǎn)化率；（2）用B表示的平均反應(yīng)速率；（3）若升高溫度，平衡常數(shù)K值如何變化？解析：（1）初始物質(zhì)的量：n(A)=2mol，n(B)=1mol，n(C)=0。設(shè)轉(zhuǎn)化的B為xmol，則轉(zhuǎn)化A為2xmol，生成C為3xmol。平衡時總物質(zhì)的量=2-2x+1-x+3x=3mol，根據(jù)壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量比：3mol/初始3mol=1（矛盾），題目中C的濃度為0.6mol/L，故n(C)=1.2mol，即3x=1.2mol→x=0.4mol。平衡時總物質(zhì)的量=2-0.8+1-0.4+1.2=3mol，壓強(qiáng)比=3/3=1，與題目1.2倍矛盾。因此反應(yīng)應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，正確方程式為2A(g)+B(g)?C(g)，則平衡時n(C)=1.2mol，x=1.2mol，總物質(zhì)的量=2-2.4+1-1.2+1.2=0.6mol（壓強(qiáng)減?。?，仍矛盾。最終確定題目中反應(yīng)應(yīng)為A(g)+B(g)?3C(g)，初始n=3mol，平衡n=3×1.2=3.6mol，Δn=0.6mol，根據(jù)反應(yīng)式Δn=1mol（生成3molC，增加1mol），故生成C=1.8mol（0.9mol/L），與題目0.6mol/L矛盾。結(jié)論：題目數(shù)據(jù)錯誤，但按C濃度0.6mol/L計算，A轉(zhuǎn)化率=0.8/2×100%=40%，v(B)=0.4mol/(2L×5min)=0.04mol/(L·min)，ΔH<0，升溫K減小。八、無機(jī)框圖推斷題目8：A為常見金屬單質(zhì)，B為黑色氧化物，C為無色氣體，D為藍(lán)色沉淀，E為白色沉淀，轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：A→（O?）B→（H?SO?）F→（NaOH）D↓→（△）B→（CO）AF→（BaCl?）E↓（不溶于硝酸）推斷各物質(zhì)化學(xué)式并寫出B→F、F→D的離子方程式。解析：D為藍(lán)色沉淀，必為Cu(OH)?，受熱分解生成CuO（黑色氧化物B），故B為CuO，A為Cu，F(xiàn)為CuSO?（CuO+H?SO?=CuSO?+H?O），E為BaSO?（CuSO?+BaCl?=BaSO?↓+CuCl?）。C為無色氣體，可能為CO?（CuO與CO反應(yīng)生成Cu和CO?），符合轉(zhuǎn)化關(guān)系。B→F的離子方程式：CuO+2H?=Cu2?+H?O；F→D的離子方程式：Cu2?+2OH?=Cu(OH)?↓。九、實驗設(shè)計邏輯分析題目9：設(shè)計實驗鑒別Na?CO?、NaHCO?、NaCl、NH?Cl四種白色固體，要求寫出實驗步驟、現(xiàn)象及結(jié)論，限用一種試劑和酒精燈。解析：選用Ba(OH)?溶液并加熱：分別取少量固體于試管中，加入足量Ba(OH)?溶液并加熱：產(chǎn)生白色沉淀且有刺激性氣味氣體生成的是NH?Cl（NH??+OH?=△=NH?↑，Cl?與Ba2?不反應(yīng)，沉淀來自Na?CO?或NaHCO?）僅產(chǎn)生白色沉淀的是Na?CO?（CO?2?+Ba2?=BaCO?↓）產(chǎn)生白色沉淀且有氣泡的是NaHCO?（HCO??+OH?=CO?2?+H?O，CO?2?+Ba2?=BaCO?↓，但NaHCO?與Ba(OH)?反應(yīng)無氣泡，此處錯誤）正確方案：用稀鹽酸鑒別：立即產(chǎn)生氣泡且劇烈的是NaHCO?緩慢產(chǎn)生氣泡的是Na?CO?無氣泡但加熱有刺激性氣味的是NH?Cl無現(xiàn)象的是NaCl十、化學(xué)與生活綜合謎題題目10：某家用清潔劑標(biāo)簽如下：“本品為無色液體，呈堿性，主要成分為A和B；A具有漂白性，受熱易分解；B為常見鹽，與鹽酸反應(yīng)生成無色無味氣體；將A與B的溶液混合，立即產(chǎn)生大量氣泡和白色沉淀?！蓖茢郃、B的化學(xué)式及混合時