化学物质综合判断题的“关系图”解法

根据所罗列出的诸多未知物性质及相互关系，而确定出各物质的化学式，是一类有一定综合性、可用于巩固元素及其化合物知识的练习题。在无机化学课程的各种教学活动中也常常会遇到。

要能比较顺利地找出这类习题的答案，仅有较为丰富的元素及其化合物知识，往往还是不够的。解题所需的另一个能力是，要能在纷繁的表象中抓出事物的主要矛盾方面，找出解题的突破口。教师应该在教学中，有意识、并逐步地对学生进行这方面的训练，指导他们如何来化难为易。

教师不妨把这种题的一般解题方法归纳为如下的四句话：

逐项解析，即将整个有关物质性质及物质间相互关系的描述，从前到后一条条地分析，进行恰如其分地解读。并将解读出的物质性质用文字简要地标记出来，将相互关系用“反应式”来表示，构成一张“关系图”。

抓住特征，即根据特征现象（独有或在给定范围内独有的性质），确定出特征物质的化学组成（特征物质有时不止一个）。

推及其余，即由已确定出组成的特征物质，据相互间的关系，往前及向后，再推导出其余的各物质。

复核确认，即检验这些物质能否符合这一系列的“反应式”。

下面就举例说明，在解题中应如何来使用这个方法。

例1. 一种纯金属单质A不溶于水和盐酸，但溶于硝酸而得到B的溶液。金属在溶于硝酸时有无色气体C放出。C在空气中可以转变为另一种棕色的气体D。加盐酸到B的溶液中，能生成白色沉淀E。E可溶于热水之中。E的热水溶液与硫化氢气体反应，可得黑色沉淀F。F用60%的硝酸处理可得黄色固体G，同时又得到B的溶液。

根据上述现象判定这七种物质各是什么。写出化学反应方程式。

解；第一步，就是将这一大段文字中涉及的各化学物质，及其主要的物理性质简要地标记出来，相互关系用一个个独立的“反应式”来表述。并将相同的物种保持在一个纵列内，而作出一个如下的，有7种物质、5个反应式的关系图（如下图一）：

第二步，在写出上述“反应式”及关系图时，实际上就要对每句话所给出的信息进行梳理，并判断其中是否有“特征”的现象。

如第一句话“一种纯金属单质A不溶于水和盐酸，但溶于硝酸而得到B的溶液。金属在溶于硝酸时有无色气体C放出”。这只是给单质A限定了一个选择的范围，它是一种不活泼的金属（要注意，不只是金属活动性顺序表中H后面的金属不溶于盐酸。像Sn、Pb也难于或不溶于盐酸）。从金属与硝酸的反应形式看，B是一个硝酸盐（可用红字标记出来），C可能是NO。由于这个反应算不上是“特征”现象，对此不要进行过多的思索与纠缠。

图中的反应（2）是一个“特征”现象，描述的是NO变成NO₂的反应过程。可以由此确定出它们分别是C和D（可在关系图中及时标记出其化学式）。可惜，仅由此还无法判断出金属A是什么。

图中的反应（3）是一个更重要的“特征”现象。因为，其硝酸盐可溶，氯化物在冷水中难溶、在热水中易溶的阳离子，只有Pb²⁺离子。所以，可得出E是PbCl₂，而B是Pb(NO₃)₂,，这样的结论。

图中反应（4）是再次验证所讨论是Pb²⁺离子。可确定F是黑色的PbS，这实际上已属于“后推”性质的工作。

反应（5）则主要是描述PbS的还原性。告诉我们G是S，验证了B是Pb(NO₃)₂。要求写出反应（5）的主要目的，只是检查学生是否会写出这个较复杂的氧化还原反应方程式了。

第三步，完成“前推”的工作，由B确定出A是金属Pb。

第四步，写出各反应方程式。

检查完这些物质确实能满足上述5个反应后，就可以完整地作答为：

A为Pb、B为Pb(NO₃)₂、C为NO、D为NO₂、E为PbCl₂、F为PbS、G为S。

化学反应方程式从略。

当所给物质种类很多，反应关系也较复杂时，可以将其关系图分成几个部分来画，如下例。

例2. 某金属A与水反应激烈，生成呈碱性的产物B。B与溶液C反应得到溶液D，D在无色的火焰中燃烧呈黄色焰色。在D中加入AgNO₃溶液有白色沉淀E生成，E可溶于氨水溶液。一黄色粉末状物质F与A反应生成G，G溶于水则得到B。F溶于水则得到B和H的混合溶液。H的酸性溶液使高锰酸钾溶液褪色，并放出气体I。试确定各字母所代表的物质，并写出有关的反应方程式。

解：从内容上看，这是一个有9种物质，涉及8个反应的习题。

第一个反应是活泼金属与水的反应。反应产物B应该是一个强碱。可标记如下图一中的第一行。

第二个反应是强碱所进行的反应。强碱与盐类或酸类物质都可以发生复分解反应。由于无沉淀或气体放出，所以应该是碱与酸间的反应。C是一个酸，D是一个盐。

“D在无色的火焰中燃烧呈黄色焰色”是一个特征现象。表明D是一个钠盐。这样，可“前推”出，A是金属钠，B是氢氧化钠。

第三个反应与第四个反应是检验阴离子的较规范方法，说明溶液中有Cl^-离子。这样C就是盐酸，而E是AgCl。

这部分的关系图如图二中蓝线上面的半部分所示。

前5种物质既然都被判断出来了，其余的反应实际上就是与这些物质有一定关联，但本质上已是另外的一个判断题了。

能够与金属钠发生化合反应的黄色物质（F）有两种。一种是硫磺，它与金属钠反应的产物G为硫化钠。另一种是过氧化钠，它与金属钠反应的产物G为氧化钠。

到底是其中的哪一个呢？从后继的反应可看出，物质G溶于水后得到的是氢氧化钠（不是硫化钠）。所以前一反应中的F是过氧化钠。

其后，过氧化钠与水反应的产物当然就是过氧化氢。过氧化氢被高锰酸钾氧化而放出氧气。都是水到渠成，没有任何难度可言的过程了。

最终有判断结果：A是Na，B是NaOH，C是HCl，D是NaCl，E是AgCl，F是Na₂O₂，G是Na₂O，H是H₂O₂，I是O₂。

反应方程式从略。

有时，在这类题中，仅用反应现象还无法判断出物质的组成，这时就要有一些定量的数据来补充。如下例。

例3. 有一阴离子A的钾盐溶液。它被酸化并加热时，可产生黄色沉淀B、无色气体C、及另一种阴离子D。把气体C通入到酸性的BaCl₂溶液中，并无沉淀生成；但通入含有H₂O₂的BaCl₂溶液中，则生成白色的沉淀E。

过滤干燥后，物质B可在空气中燃烧，燃烧产物也是C。

定量测定，由A酸化生成的气体C的体积，与同时生成的物质B在完全燃烧后所生成的气体体积之比为1:2（相同温度及压力下）。在分离出B、C后的溶液中，加入BaCl₂溶液，则生成白色沉淀。

试判定出这几种物质。

解：第一步，绘制出相应的关系图三：

第二步，解读各反应传递出的信息。

反应（1）表明酸根离子A对应的酸是不稳定的。其酸分解且能同时给出沉淀及气体产物的有三种离子：多硫化物中的Sx^2-，硫代硫酸中的S₂O₃^2-，连多硫酸中的SxO₆^2-离子。它们对应的分解反应分别为，

Sx^2-+2H⁺=(X-1)S↓+H₂S↑……（5）

S₂O₃^2-+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O……（6）

SxO₆^2-(+2H⁺)= (X-2)S↓+ SO₂↑+SO₄^2-……（7）

对上面的这三个反应来说，反应（5）只有两种反应产物，反应（6）有三种反应产物，但第三种产物是水（也不是“另一种阴离子D”）。所以，仅从反应形式上看也可以知道，只有反应（7）符合“另一种阴离子D”的要求，A一定是SxO₆^2-离子。

反应（1）本身就是一个特征现象。如对酸的性质掌握的较少，就不会看到这一点，而会给解题带来一些的麻烦。

好在，反应（2）、（3）、（4）都是在说明，C是SO₂，D是SO₄^2-离子。也就是说A是SxO₆^2-离子。

但是X的具体值还不知道。这就要由定量测定的数据来判断了。

定量测定，式（7）中S与SO₂的物质的量比为2: 1，即X-2=2。这样就有X=4。也就是说，反应（7）实际上是，S₄O₆^2-= 2S↓+ SO₂↑+SO₄^2-。

可以得出结论：A为S₄O₆^2-离子，B为S单质，C为SO₂，D为SO₄^2-离子，E为BaSO₄。

从上面的几例不难看出，用“关系图”来处理这类问题时，能将某物质的物理性质，化学性质，都集中展现在一个较小的区间内；同时将相互间的关系完整地表现出来。这些，对解题无疑都会有较大的帮助。