化學(xué)推理能力綜合提升試題一、元素周期律與物質(zhì)結(jié)構(gòu)推理題例題1：短周期主族元素A、B、C、D的原子序數(shù)依次增大，其中A與C同主族，B與D同主族，且A、B原子的最外層電子數(shù)之和等于C、D原子的最外層電子數(shù)之和。已知B元素的單質(zhì)在常溫下為氣體，其氫化物的水溶液呈堿性。請(qǐng)回答：（1）寫出元素符號(hào)：A為______，D為______；（2）比較C、D的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱：＞；（3）用電子式表示A與B形成的化合物的形成過(guò)程：________________。推理思路：突破口：B的氫化物水溶液呈堿性，短周期中唯一符合的是NH?，故B為N；B與D同主族，則D為P。A與C同主族，設(shè)A的最外層電子數(shù)為x，則C的最外層電子數(shù)也為x；B（N）最外層電子數(shù)為5，D（P）最外層電子數(shù)為5。根據(jù)題意：x+5=x+5（等式恒成立），但需結(jié)合原子序數(shù)A＜B＜C＜D，且A、C同主族，故A只能為H，C為Na（若A為L(zhǎng)i，則C為Na，但Li的原子序數(shù)小于N，此時(shí)C的原子序數(shù)會(huì)大于N，符合條件，但H的原子序數(shù)更小，且H與Na同主族更符合邏輯）。驗(yàn)證：A（H）、B（N）、C（Na）、D（P），原子序數(shù)依次增大，A與C同主族（IA族），B與D同主族（VA族），最外層電子數(shù)之和均為1+5=6，5+5=10？此處需重新核對(duì)：題目中“A、B原子的最外層電子數(shù)之和等于C、D原子的最外層電子數(shù)之和”，即x+5=x+5（因A、C同主族，最外層電子數(shù)均為x；B、D同主族，最外層電子數(shù)均為5），等式成立，但需滿足原子序數(shù)A＜B（7），故A只能為H（1），C為Na（11），此時(shí)C的原子序數(shù)（11）大于B（7），符合條件。答案：（1）H；P（2）H?PO?＞H?SiO?（注：C為Na，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物為NaOH，D為P，對(duì)應(yīng)H?PO?，此處題目可能存在表述誤差，應(yīng)為“比較C、D的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性/酸性”，修正后答案為NaOH的堿性＞H?PO?的酸性，但需根據(jù)題目原意調(diào)整）。二、無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)流程推理題例題2：某工業(yè)廢料含有CuO、Al?O?、Fe?O?和SiO?，某同學(xué)設(shè)計(jì)如下流程回收金屬銅：廢料→加過(guò)量鹽酸→過(guò)濾→濾液1（含Cu2?、Al3?、Fe3?、H?）→加過(guò)量NaOH溶液→過(guò)濾→沉淀2（含Cu(OH)?、Fe(OH)?）→加過(guò)量鐵粉、稀硫酸→過(guò)濾→濾渣3（含Cu、Fe）→加過(guò)量稀鹽酸→過(guò)濾→金屬銅請(qǐng)回答：（1）“加過(guò)量鹽酸”后，濾渣的主要成分是______；（2）沉淀2中加入過(guò)量鐵粉和稀硫酸后，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式有：①Fe+2H?=Fe2?+H?↑；②________________；③________________；（3）若流程中“加過(guò)量NaOH溶液”改為“加過(guò)量氨水”，沉淀2的成分會(huì)如何變化？______。推理關(guān)鍵：SiO?不與鹽酸反應(yīng)，故濾渣為SiO?；濾液1含Cu2?、Al3?、Fe3?，加過(guò)量NaOH后，Al3?轉(zhuǎn)化為AlO??（溶于水），Cu2?、Fe3?生成Cu(OH)?、Fe(OH)?沉淀；沉淀2加鐵粉和稀硫酸時(shí)，H?先與Fe反應(yīng)生成Fe2?，然后Fe3?與Fe反應(yīng)生成Fe2?，最后Cu2?（由Cu(OH)?與H?反應(yīng)生成）與Fe發(fā)生置換反應(yīng)。答案：（1）SiO?；（2）②Fe+2Fe3?=3Fe2?；③Fe+Cu2?=Fe2?+Cu；（3）沉淀2中會(huì)含有Al(OH)?（因氨水為弱堿，無(wú)法溶解Al(OH)?）。三、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)推理題例題3：化合物X（C?H?O?）能與NaHCO?溶液反應(yīng)產(chǎn)生CO?，其核磁共振氫譜有3組峰，峰面積比為3:2:3。X與乙醇在濃硫酸加熱條件下反應(yīng)生成Y（C?H??O?），Y能發(fā)生銀鏡反應(yīng)。請(qǐng)推斷：（1）X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為______；（2）Y與銀氨溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________；（3）X的同分異構(gòu)體中，能發(fā)生水解反應(yīng)且能使溴的四氯化碳溶液褪色的有______種（不考慮立體異構(gòu)）。推理步驟：X的分子式為C?H?O?，能與NaHCO?反應(yīng)生成CO?，說(shuō)明含羧基（-COOH），剩余基團(tuán)為C?H?-，即X為C?H?COOH。核磁共振氫譜有3組峰，峰面積比3:2:3，而C?H?COOH的兩種結(jié)構(gòu)中：CH?CH?CH?COOH：氫譜有4組峰（3:2:2:1），不符合；(CH?)?CHCOOH：氫譜有3組峰（6:1:1），不符合；修正：若X含羧基和醛基？但與NaHCO?反應(yīng)只能是羧基。重新考慮：X可能為酯類，但酯不與NaHCO?反應(yīng)，故必須含-COOH。峰面積比3:2:3，總H數(shù)8，即3+2+3=8，說(shuō)明分子中存在兩個(gè)甲基（3H）、一個(gè)亞甲基（2H）和一個(gè)羧基（1H）？矛盾。突破口：Y由X與乙醇酯化生成，且Y能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，說(shuō)明Y含醛基（-CHO），則X中必含-CHO和-COOH，即X為羥基醛？但分子式C?H?O?，含-COOH（C?H?O?），剩余C?H?，若為OHC-CH?CH?COOH（H數(shù)8），但與乙醇酯化后生成OHC-CH?CH?COOCH?CH?，含醛基，符合Y的銀鏡反應(yīng)。此時(shí)X的核磁共振氫譜：OHC-（1H）、-CH?-（2H）、-CH?-（2H）、-COOH（1H），共4組峰，仍不符合。最終結(jié)論：X為CH?COOCH=CH?（酯類，但需含羧基？題目可能存在干擾，若X為羧酸酯且含碳碳雙鍵，水解后生成羧酸，但與NaHCO?反應(yīng)的應(yīng)為羧酸，故原題中“X能與NaHCO?反應(yīng)”是關(guān)鍵，必須含-COOH，因此正確結(jié)構(gòu)為CH?CH?CH?COOH的核磁共振氫譜錯(cuò)誤，需重新推斷：X為CH?CH(COOH)CH?？即(CH?)?CHCOOH，氫譜為(CH?)?-（6H）、-CH-（1H）、-COOH（1H），3組峰，峰面積比6:1:1，仍不符合。修正思路：X含-COOH和-O-，即羥基羧酸：HOCH?CH?CH?COOH（4組峰）、CH?CH(OH)CH?COOH（4組峰）、CH?CH?CH(OH)COOH（4組峰）、(CH?)?C(OH)COOH（3組峰：6:1:1），均不符合。此時(shí)應(yīng)考慮題目可能存在“X與乙醇反應(yīng)生成Y，Y能發(fā)生銀鏡反應(yīng)”，則Y為甲酸酯（HCOO-），故X為甲酸某酯？但X需與NaHCO?反應(yīng)，矛盾。最終答案：X為CH?CH?COOH（丙酸）？但分子式為C?H?O?，與C?H?O?矛盾。此處題目可能存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，但若強(qiáng)行按條件推理，X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式應(yīng)為CH?COCH?COOH（酮酸），氫譜3組峰（3:2:3），符合條件，與乙醇酯化生成CH?COCH?COOCH?CH?，不含醛基，仍無(wú)法解釋Y的銀鏡反應(yīng)。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與現(xiàn)象推理題例題4：某同學(xué)用如下裝置（夾持儀器省略）探究SO?的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①打開分液漏斗活塞，向圓底燒瓶中滴加濃硫酸；②點(diǎn)燃酒精燈，加熱銅片；③觀察到品紅溶液褪色，澄清石灰水變渾濁。（1）寫出圓底燒瓶中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：；（2）品紅溶液褪色體現(xiàn)了SO?的______性，若加熱褪色后的溶液，現(xiàn)象是；（3）裝置中NaOH溶液的作用是______，反應(yīng)的離子方程式為________________。推理要點(diǎn)：銅與濃硫酸加熱生成SO?：Cu+2H?SO?(濃)$\xlongequal{\Delta}$CuSO?+SO?↑+2H?O；SO?使品紅褪色是漂白性，加熱后恢復(fù)紅色；NaOH溶液用于吸收多余SO?，防止污染：SO?+2OH?=SO?2?+H?O。五、計(jì)算題中的推理應(yīng)用例題5：將10.8g某金屬單質(zhì)與足量稀硝酸反應(yīng)，收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的NO氣體6.72L（假設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO），向反應(yīng)后的溶液中加入過(guò)量NaOH溶液，得到沉淀20.4g。求該金屬的相對(duì)原子質(zhì)量及在化合物中的化合價(jià)。推理過(guò)程：設(shè)金屬M(fèi)的化合價(jià)為+n，相對(duì)原子質(zhì)量為M，物質(zhì)的量為n(M)=10.8/Mmol。硝酸被還原為NO，n(NO)=6.72L/22.4L/mol=0.3mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.3mol×3=0.9mol。金屬失去電子數(shù)=n(M)×n=0.9mol，即(10.8/M)×n=0.9→M=12n。沉淀為M(OH)?，質(zhì)量為10.8g+n×17g/mol×(10.8/M)mol=20.4g。代入M=12n，得：10.8+n×17×(10.8/(12n))=20.4→10.8+17×0.9=20.4→10.8+15.3=26.1≠20.4，矛盾。修正：沉淀質(zhì)量=金屬質(zhì)量+OH?質(zhì)量，即20.4=10.8+17n×(10.8/M)，結(jié)合(10.8/M)×n=0.9→10.8n/M=0.9→17n×(10.8/M)=17×0.9=15.3，故20.4=10.8+15.3→26.1=20.4，錯(cuò)誤。結(jié)論：金屬可能為變價(jià)元素，如Fe，硝酸過(guò)量時(shí)生成Fe3?，n(Fe)=x，電子轉(zhuǎn)移3x=0.3×3→x=0.3mol，沉淀為Fe(OH)?，質(zhì)量0.3×107=32.1g＞20.4g；若生成Fe2?，電子轉(zhuǎn)移2x=0.9→x=0.45mol，沉淀質(zhì)量0.45×90=40.5g，仍不符。正確答案：金屬為Al，n=3，M=27，10.8/27=0.4mol，電子轉(zhuǎn)移0.4×3=1.2mol，n(NO)=1.2/3=0.4mol，體積8.96L≠6.72L。題目數(shù)據(jù)可能有誤，但推理方法為：電子守恒與質(zhì)量守恒結(jié)合。六、工業(yè)流程與化學(xué)平衡推理題例題6：工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)ΔH＜0，回答下列問題：（1）實(shí)際生產(chǎn)中采用20~50MPa高壓的原因是________________；（2）若反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，達(dá)到平衡后充入He氣，正反應(yīng)速率______（填“增大”“減小”或“不變”）；（3）下圖是不同溫度下NH?的產(chǎn)率與壓強(qiáng)的關(guān)系曲線，曲線A對(duì)應(yīng)的溫度______曲線B（填“高于”或“低于”），判斷依據(jù)是________________。推理核心：高壓促進(jìn)平衡正向移動(dòng)（氣體分子數(shù)減少），但需考慮設(shè)備成本；恒容充He氣，反應(yīng)物濃度不變，速率不變；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫有利于平衡正向移動(dòng)，相同壓強(qiáng)下，NH?產(chǎn)率越高，溫度越低，故曲線A產(chǎn)率高于曲線B，則A的溫度低于B。答案：（1）增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，提高NH?產(chǎn)率，且加快反應(yīng)速率；（2）不變；（3）低于；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡正向移動(dòng)，NH?產(chǎn)率提高。七、綜合應(yīng)用題：物質(zhì)鑒別與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例題7：現(xiàn)有四瓶無(wú)色溶液，分別為NaCl、Na?CO?、Na?SO?、NH?Cl，限用一種試劑鑒別，該試劑是______，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論為：________________；________________；________________；________________。推理分析：需鑒別Cl?、CO?2?、SO?2?、NH??，可選用Ba(OH)?溶液：NH?Cl：加熱產(chǎn)生刺激性氣味氣體（NH?）；Na?CO?：生成白色沉淀（BaCO?），且沉淀溶于酸（若進(jìn)一步加酸）；Na?SO?：生成白色沉淀（BaSO?），沉淀不溶于酸；NaCl：無(wú)明顯現(xiàn)象。答案：Ba(OH)?溶液；加熱后產(chǎn)生刺激性氣味氣體的是NH?Cl；生成白色沉淀且沉淀溶于稀硝酸的是Na?CO?；生成白色沉淀且沉淀不溶于稀硝酸的是Na?SO?；無(wú)明顯現(xiàn)象的是NaCl。八、定量分析與誤差推理題例題8：用酸堿滴定法測(cè)定某NaOH溶液的濃度，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用托盤天平稱取2.0gNaOH固體，配成250mL溶液；②用移液管量取25.00mL待測(cè)液于錐形瓶中，加入2滴酚酞試液；③用0.1000mol/L鹽酸滴定至終點(diǎn)，重復(fù)三次，平均消耗鹽酸20.00mL。（1）步驟①中存在的錯(cuò)誤是________________，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果______（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）；（2）若滴定前滴定管尖嘴有氣泡，滴定后氣泡消失，測(cè)定結(jié)果______（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）；（3）計(jì)算該NaOH溶液的實(shí)際濃度為______mol/L。推理過(guò)程：托盤天平的精度為0.1g，無(wú)法稱取2.00gNaOH，應(yīng)改為電子天平；NaOH易潮解，需用燒杯稱量，否則實(shí)際質(zhì)量偏小，濃度偏低。氣泡消失導(dǎo)致讀取的鹽酸體積偏大，根據(jù)c(NaOH)=c(HCl)V(HCl)/V(NaOH)，結(jié)果偏高。實(shí)際n(HCl)=0.1×0.02=0.002mol，n(NaOH)=0.002mol，2