必修1 第4章 非金属元素及其化合物.docx
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必修1第4章非金属元素及其化合物
第四章非金属及其化合物知识总结
第一节无机非金属材料的主角——硅
要点精讲
一、二氧化硅和硅酸
二、硅酸盐
(1)性质特征:
性质稳定,熔点较高,大都难溶于水。
(2)主要原料:
黏土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、石英(SiO2)和长石(钾长石K2O·Al2O3·6SiO2或钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2)。
(3)主要制品:
玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃(Na2SiO3的水溶液)等。
(4)水泥和玻璃的生产:
水泥
玻璃(普通)
原料
石灰石、粘土
纯碱、石灰石、石英
设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
反应
复杂物理化学变化
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
主要成分
3CaO·SiO2
2CaO·SiO2
3CaO·Al2O3
Na2O·CaO·6SiO2
特性
水硬性
(加石膏调节硬化速度)
玻璃态物质(在一定温度范围内软化)
非晶体
三、硅单质
(1)物理性质:
a.硅的存在和形态:
自然界中没有游离态的硅,主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
b.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。
c.导电性:
介于导体和绝缘体之间(硅和锗是重要的半导体材料)。
(2)化学性质(和碳相似)——形成共价化合物,化学性质不活泼。
①常温下,不能强酸、强氧化性酸反应,只能与氟气、氢氟酸(HF)和烧碱等物质反应。
Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4+H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
②加热条件下,能跟一些非金属单质起反应。
Si+O2
SiO2Si+2H2
SiH4
(3)工业制法:
SiO2+2C
Si+2CO↑(焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅)
粗硅提纯后,可以得到可用作半导体材料的高纯硅。
(3)用途:
①作半导体材料②制合金
注意:
SiO2与CO2的比较
CO2
SiO2
与碱性氧化物
CaO+CO2
CaCO3
CaO+SiO2
CaSiO3
与碱液
2NaOH+CO2=Na2CO3
+H2O
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
与盐反应
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
2Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
与碳反应
C+CO2
2CO
2C+SiO2
Si+2CO↑
与H2O作用
CO2+H2O
H2CO3
不与水化合
与酸反应
不反应
只与HF反应
SiO2+4HF=SiF4↑+H2O
典型例题
一、二氧化硅和硅酸
例1.光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。
目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络,即信息高速公路。
光纤通信所使用的光缆,其主要部件为光导纤维。
下列说法正确的是()
①制造光导纤维的主要原料是CaCO3;②制造光导纤维的主要原料是SiO2;③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射;④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射
A.①④B.②③C.①③D.②④
例2.把26g含有SiO2和CaCO3固体在高温下加热至质量不再改变,冷却后称重为17.2g。
(1)写出有关的化学反应方程式
(2)求生成CO2的体积(标况)
(3)求原混合物中所含SiO2的质量。
二、硅酸盐
例3.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的,此处所措的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。
例如钾长石(KalSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4],此后反应的离子方程式为
2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O==2K++2HCO3-+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4.
(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成①KalSi3O8___________②Al2Si2O5(OH)4___________
(2)上述反应能够发生的原因是_____________。
第二节富集在海水中的元素——氯
要点精讲
一、活泼的黄绿色气体——氯气
1.氯气的物理性质
(1)氯气是黄绿色的气体。
氯气的密度比空气大。
能溶于水。
(2)有刺激性气味的气体。
氯气有毒。
(闻气体方法:
用手轻轻在瓶口扇动,使极少量的氯气飘进鼻孔。
)
2.预测氯气的化学性质并用实验证实之。
氧气、氢气等都是非金属单质,由此推测:
非金属一般都能跟金属反应生成盐,非金属单质间也能发生化学反应。
(1)氯气与金属的反应
2Fe+3Cl2
2FeCl3(Fe丝在氯气中燃烧,产生棕黄色烟)
Cu+Cl2
CuCl2(Cu丝在氯气中燃烧,产生棕色烟,溶于水后,溶液呈蓝绿色)
2Na+Cl2
2NaCl(产生大量白烟)
(2)氯气与非金属的反应
H2+Cl2
2HCl(H2在Cl2中能安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口有白雾)
2P+3Cl2
2PCl3(在空气中形成白雾);2P+5Cl2
2PCl5(在空气中形成白烟)
(3)氯气与水的反应
Cl2+H2O==HCl+HClO(次氯酸)。
氯气溶于水,在该溶液中:
①滴加酚酞溶液呈红色,说明生成了酸(H+);
②加入镁条,可观察到镁条表面有少量气泡产生,说明产生了酸(H+);
③放入红纸条,红色褪去,说明产生了一种具有漂白性的物质(HClO)。
④滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明溶液中产生了Cl-。
次氯酸不稳定,见光易分解:
2HClO
2HCl+O2↑
(4)氯气与碱的反应
工业上制漂粉精:
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O
工业上制漂白粉:
2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
(漂白粉的主要成分为:
CaCl2、Ca(ClO)2,其有效成分为:
Ca(ClO)2)
次氯酸盐跟稀酸或空气里的二氧化碳和水反应,生成次氯酸,起到漂白和消毒的作用。
NaClO+HCl==NaCl+HClO或NaClO+CO2+H2O==NaHCO3+HClO
Ca(ClO)2+2HCl==CaCl2+2HClO或Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
二、氯离子(Cl-)的检验
(1)常见阴离子的特性及检验
离子
检验试剂
主要实验现象
离子方程式及说明
Cl-
AgNO3溶液,稀硝酸
生成的白色沉淀不溶于稀HNO3
Ag++Cl-===AgCl↓(白色)
SO
可溶性钡盐溶液,稀盐酸
生成不溶于稀HCl的白色沉淀
Ba2++SO
===BaSO4↓(白色)
CO
①BaCl2溶液、稀盐酸
②盐酸、石灰水
①生成的白色沉淀能溶于稀HCl
②生成能使石灰水变浑浊的无色气体
①Ba2++CO
===BaCO3↓(白)
BaCO3+2H+===Ba2++CO2↑+H2O
②CO
+2H+===CO2↑+H2O
Ca(OH)2+CO2===H2O+CaCO3↓(白)
OH-
①无色酚酞试液
②紫色石蕊溶液
③甲基橙溶液
④pH试纸
①变红色
②变蓝色
③变黄色
④显蓝至深蓝色
OH-表现碱性
(2)常见阳离子的特性及检验
离子
检验试剂
主要实验现象
离子方程式及说明
Ba2+
硫酸或硫酸盐溶液,稀硝酸
加SO
生成白色沉淀,再加稀HNO3沉淀不溶解
Ba2++SO
===BaSO4↓(白色)
Mg2+
NaOH溶液
生成白色沉淀,当NaOH过量时沉淀不溶解
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓(白色)
Al3+
NaOH溶液
氨水
加氨水或适量NaOH溶液,有絮状白色沉淀生成,沉淀能溶于NaOH溶液,不溶于氨水
Al3++3OH-===Al(OH)3↓(白色)
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
Fe3+(黄色)
①NaOH溶液
②KSCN溶液
①生成红褐色沉淀
②溶液呈血红色
①Fe3++3OH-===Fe(OH)3↓(红褐色)
②Fe3++SCN-===〔Fe(SCN)〕2+(血红色)
Fe2+(淡绿色)
①NaOH溶液
②KSCN溶液,
氯水
①生成白色沉淀,在空气中迅速变灰绿色,最后变成红褐色
②无明显现象,加氯水呈血红色
①Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3↓
(红褐色)
②2Fe2++Cl2===2Fe3++2Cl-
Fe3++SCN-===〔Fe(SCN)〕2+
Ag+
①盐酸或氯化物溶液,稀硝酸
②NaOH溶液
①生成白色沉淀,此沉淀不溶于稀硝酸,溶于氨水
②生成白色沉淀,迅速转变成棕色,此沉淀溶于氨水,形成无色溶液
①Ag++Cl-===AgCl↓(白色)
AgCl+2NH3·H2O==〔Ag(NH3)2〕++Cl-+2H2O
②Ag++OH-===AgOH↓(白色)
2AgOH===H2O+Ag2O(棕色)
AgOH+2NH3·H2O=〔Ag(NH3)2〕++OH-+2H2O
注意:
(1)辨清液氯和氯水的区别:
液氯:
氯气在加压或冷却时变成液氯,液氯是纯净物,由Cl2分子组成,具有Cl2的化学性质;
氯水:
即氯气的水溶液,属于混合物。
氯气不但能溶于水,还能与水反应,氯水中的溶质有Cl2、HCl和HClO,因此氯水兼有Cl2、HCl、HClO的性质。
氯水中含有的粒子包括:
分子:
Cl2(未反应)、H2O、HClO;离子:
H+、Cl-、ClO-(HClO为弱电解质,要发生部分电离)、OH-(水电离产生的,极少量)。
久置的氯水,因为HClO分解,可视为稀盐酸。
(2)干燥的氯气没有漂白性,潮湿的氯气有漂白性,这是因为Cl2与H2O反应生成的次氯酸(HClO)具有漂白性。
事实上,次氯酸盐也都具有漂白性。
典型例题
例1.下列物质中呈浅黄绿色的是()
A.常温时的氯气B.新制的浓氯水C.氯化铜溶液D.氯化氢
例2.氯气是一种重要的化工原料,除了用于消毒、制备盐酸和漂白剂外,还用于制备有机溶剂和农药。
请你通过对氯气性质的研究回答下列问题。
(1)下列有关氯气的叙述中,不正确的是()。
A.氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体B.氯气、液氯和氯水是同一种物质
C.氯气能溶于水D.氯气是一种有毒的气体
(2)下列化合物中,不能通过单质间化合直接制取的是()。
A.FeCl3B.CuCl2C.HClD.FeCl2
(3)把氯气通入紫色石蕊溶液后,可以观察到的现象是___________。
请你解释其中的原因。
例3.漂白粉在社会生活、工业生产中用途广泛,漂白粉除了具有漂白作用外,还能杀菌消毒。
(1)1998年,我国长江流域和松花江流域都发生了百年不遇的特大洪水。
灾区人们的饮用水,必须用漂白粉等药品消毒后才能饮用,以防传染病发生,但瓶装漂白粉久置空气中会呈稀粥状而失效。
试用化学方程式表示漂白粉在空气中易失效的原因是①______________;②_______________。
(2)已知浓盐酸和次氯酸钙能发生如下反应:
Ca(ClO)2+4HCl(浓)==CaCl2+2Cl2↑+2H2O用贮存很久的漂白粉与浓盐酸制得的氯气中,可能含有的杂质气体是()
①CO2②HCl③H2O④O2
A.①②③B.②③④C.②③D.①④
例4.将一盛满Cl2的试管倒立在水槽中,当日光照射相当长一段时间后,试管中最后剩余气体的体积占试管容积的()
A.1/4B.1/3C.1/2D.2/3
例5.实验证实:
H2可以在Cl2中安静地燃烧,发出苍白色火焰,瓶口产生大量白雾:
H2+Cl2
2HCl;Fe丝可以在氯气中燃烧时,产生棕黄色烟:
2Fe+3Cl2
2FeCl3。
(1)白雾、棕黄色的烟是怎样形成的?
(2)联系生活实际,探讨一下雾与烟的区别。
第三节硫和氮的氧化物
要点精讲
一、二氧化硫
(1)物理性质:
无色有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易液化,易溶于水(1:
40),是大气的主要污染物,来源于含硫燃料(如煤)的燃烧。
(2)化学性质
①酸性氧化物通性:
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
SO2+H2O===H2SO3(可逆反应,H2SO3为中强酸)
SO2+CaO=CaSO3(煤中加生石灰防大气污染)SO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2
②氧化性:
SO2+2H2S=3S↓+2H2O
③还原性:
2SO2+O2=2SO3(工业制H2SO4)
SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX(X2包括Cl2、Br2、I2);2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
SO2使KMnO4(H+)、Br2水,褪色也是SO2还原性表现,不是漂白性。
④SO2漂白性→SO2与某些有色物质(如品红)结合生成不稳定无色化合物。
加热又恢复原来的颜色。
二、二氧化氮和一氧化氮
放电化合:
N2+O2
2NO(无色,有毒,与血红蛋白结合)
NO易被氧化:
2NO+O2==2NO2(红棕色,有毒,刺激呼吸器官)
NO2易溶于水:
3NO2+H2O==2HNO3+NO(NO2不是HNO3的酸酐)
NO、NO2是大气污染物,NO2能造成光化学烟雾。
三、SO2和NO2对大气的污染
酸雨及其防治:
(1)成因:
含硫化石燃料的燃烧以及化工厂排放出的尾气中含有二氧化硫,在氧气和水蒸气的共同作用下,形成酸雾,随雨水降落就成为酸雨。
(2)危害:
使湖泊的水质变酸,导致水生生物死亡;酸雨浸渍土壤、会使土壤变得贫瘠;长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡;酸雨危害人体健康。
(3)防止方法:
①从实际情况出发,对酸性物质的排放加以控制;②改变能源结构,开发利用新能源,从根本上解决问题。
注意:
SO2也有漂白性,注意与氯水的漂白性的区别
SO2
氯水(Cl2通入水溶液中)
漂白原因
SO2能与某些有色物结合成不稳定无色物
Cl2与H2O反应生成HClO具有强氧化性,将有色物氧化成无色物
漂白效果
不稳定,加热能复原
稳定
漂白范围
某些有机色质
绝大多数有机色质
与有机色质
作用实例
品红褪色红色
紫色石蕊红色
品红褪色不显红色
紫色石蕊先变红随即褪色
混合作用
SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl漂白作用大大减弱
典型例题
一、二氧化硫
例1.某同学为了探究硫与氧气的反应情况,装配好如图所示得装置,待内外空气压强不变时标注出水银液面的刻度(用红漆)。
取下橡皮塞,在玻璃燃烧匙中加入硫粉,用酒精灯点燃迅速移入锥形瓶中并塞紧橡皮塞。
硫粉安静地燃烧,水银柱推向左管。
当火焰熄灭后,静置,水银柱又慢慢地回到原先标定的刻度。
简要回答下列问题:
(1)水银柱推向左管说明什么?
__________________________________________。
(2)硫粉未燃尽时火焰就熄灭了,说明_____________。
(3)根据水银柱最后又回到原先标定的刻度,可得到什么结论?
_______________________。
(4)根据反应方程式S+O2==SO2和上述结论又可推导出什么?
(或证明什么?
)_______。
二、二氧化氮和一氧化氮
例2.下列过程属于固氮的是()
A.NH3→NOB.NO→NO2C.N2→NOD.N2→NH3
例3.当前城市空气质量恶劣的重要原因是汽车尾气的超标排放,你能否应用氮元素单质和化合物之间的转化关系,设计除去汽车尾气中的CO和氮氧化物(如NO、NO2等)的理论构想?
其中包括:
确定无害化过程及其产物和选择无害化试剂及反应条件等。
(1)将有害物质转化为什么物质即可完成无害化过程?
(2)应依据什么化学原理完成无害化过程?
(3)完成无害化过程中,无害化试剂选择原则是什么?
(4)对无害化过程反应条件的确定原则是什么?
(5)写出无害化过程的化学方程式。
三、SO2和NO2对大气的污染
例4.你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是①用煤做燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰⑤开发新能源()。
A.①②③B.②③④⑤C.①③⑤D.①③④⑤
例5.某雨水样品刚采集时测得pH为4.82,放在烧杯中经2h后,再次测得pH为4.68。
以下叙述正确的是()。
A.雨水样品酸度逐渐减小B.雨水样品酸度没有变化
C.雨水样品继续吸收空气中的CO2D.雨水样品中的H2SO3逐渐被空气中的氧气氧化成H2SO4
例6.某校高一研究性学习小组将造成我省某市空气污染的主要原因分为4种:
A.燃烧农作物秸秆B.燃烧含硫煤C.粉尘污染D.机动车尾气污染
设计的问题是:
你认为造成我市空气污染的最主要的原因是什么?
并就此调查了我市100名市民和100位环保部门人士,调查结果如下图所示:
(1)该市市民认为造成我市空气污染的最主要的原因是__________,环保人士认为造成我市空气污染的最主要的原因是________。
(2)上述调查结果说明该市市民对__________造成的空气污染认识不足。
该原因造成的大气污染的主要有害成分是_______________,空气中该成分含量较高时,在空气中的氧气和水的共同作用下,会形成酸雾,其化学反应方程式为_____________________________。
第四节硫酸、硝酸和氨
要点精讲
一、硫酸和硝酸的氧化性
(一)硫酸
1.硫酸的物理性质:
纯硫酸是无色油状液体,难挥发,易吸水,能与水任意比互溶,溶于水放出大量热。
2.硫酸的化学性质:
1)稀硫酸具有酸的通性。
①能与活泼金属反应生成盐和氢气;
②能与金属氧化物反应生成盐和水;
③能和碱反应生成盐和水;
④能使酸碱指示剂变色;
⑤能和某些盐反应。
2)浓硫酸的特性:
①吸水性:
将物质中含有的水分子夺去。
如:
使蓝色的胆矾晶体变为白色固体。
②脱水性:
将别的物质中的H、O按原子个数比2:
1脱出生成水。
如:
HCOOHCO+H2O
C12H22O1112C+11H2O
③强氧化性:
a)活泼性在H以后的金属反应:
(条件:
Δ)
Cu+2H2SO4(浓)==CuSO4+SO2↑+2H2O
b)与非金属反应:
(条件:
Δ)
C+2H2SO4(浓)==CO2↑+2SO2↑+2H2O
c)冷的浓H2SO4使Fe、Cr、Al等金属表面生成一层致密的氧化物薄膜而发生“钝化”;
d)与其他还原性物质反应:
2HBr+H2SO4(浓)==Br2+SO2↑+2H2O
H2S+H2SO4(浓)==S+SO2↑+2H2O
“黑面包实验”中,硫酸体现出的性质:
脱水性(使蔗糖炭化)、强氧化性(有刺激性气味气体产生)。
(二)硝酸
1.物理性质:
无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2.化学性质——特性
(1)不稳定性——保存硝酸装在棕色瓶,放在冷暗处。
4HNO3
2H2O+4NO2+O2
(2)强氧化性
①与金属(除Au、Pt)反应:
Cu+4HNO3(浓)==Cu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2+2NO+4H2O
常温下,浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化,保护内部的金属不再跟硝酸反应,所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。
②与非金属反应——非金属主要生成高价的含氧酸
4HNO3+C
2H2O+4NO2+CO26HNO3+S
H2SO4+6NO2+2H2O
二、氨
1.氨
(1)物理性质:
无色、有刺激性气味气体;易液化,液氨作致冷剂;极易溶于水(1:
700)。
(2)化学性质:
①与水的反应:
NH3+H2O
NH3·H2O
NH4++OH-(一水合氨的水溶液即氨水,显弱碱性)
NH3·H2O
NH3+H2O(一水合氨不稳定)
②与酸的反应:
NH3+HCl==NH4Cl;2NH3+H2SO4==(NH4)2SO4
③与O2的反应——氨的催化氧化(接触氧化)
4NH3+5O2
4NO+6H2O
2.铵态氮肥——铵盐
(1)物理性质:
铵盐都是晶体,都易溶于水。
(2)化学性质:
①受热分解:
NH4Cl
NH3+HCl;NH4HCO3
NH3+H2O+CO2
②与碱的反应:
制NH3和检验NH4+
(NH4)2SO4+2NaOH
Na2SO4+2NH3+2H2O
NH4NO3+NaOH
NaNO3+NH3+H2O
2NH4Cl+Ca(OH)2
NH3↑+CaCl2+2H2O(实验室制取氨气的反应原理)
③NH4+的检验方法:
加浓碱液,加热,放出可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。
NH4++OH-
NH3↑+H2O
注意:
(1)
硝酸与任何金属反应无H2生成;
常温下,Fe、Al遇浓硝酸钝化,但在加热条件下,Fe、Al能溶解在硝酸中;
除Au、Pt外,硝酸能溶解大部分金属。
(2)比较浓H2SO4与硝酸的氧化性,例如:
与Cu反应的条件,浓度对氧化性的影响(稀HNO3能与Cu反应而稀H2SO4不能)。
同时指出,尽管HNO3浓度越稀,被还原程度愈大,但浓HNO3的氧化性比稀HNO3的要强,因为氧化性强弱是指氧化其他物质的能力,而不是指本身被还原的程度,即不能以还原产物中氮的价态作衡量氧化性强弱的标准。
典型例题
一、硫酸和硝酸的氧化性
例1.为检验浓硫酸与木炭在加热条件下反应产生SO2和CO2气体,设计了如图所示实验装置,a、b、c为止水夹,B是用于储气的气囊,D中放有用I2和淀粉的蓝色溶液浸湿的脱脂棉。
请回答下列问题:
(1)实验前欲检查装置A的气密性,可以采取的操作是;
(2)此实验成败的关键在于控制反应产生气体的速率不能过快,由此设计了虚框部分的装置,则正确的操作顺序是(用操作编号填写);
①向A装置中加入浓硫酸,加热,使A中产生的气体进入气囊B,当气囊中充入一定量气体时,停止加热;②待装置A冷却,且气囊B的体积不再变化后,关闭止水夹a,打开止水夹b,慢慢挤压气囊,使气囊B中气体慢慢进入装置C中,待达到实验目的后,关闭止水夹b;③打开止水夹a和c,关闭止水夹b;
(3)实验时,装置C中的现象为_____________;(4)当D中产生______(多选不得分)现象时,可以说明使E中澄清石灰水变浑的是CO2,而不是SO2;
A.进气口一端脱脂棉蓝色变浅,出气口一端脱脂棉蓝色不变
B.脱脂棉上蓝色均变浅C.脱脂棉上蓝色褪去
则装置D的作用为。
二、氨和铵盐
例2.某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。
在恒