北京四中网校高考化学一轮复习 非金属 专题二 氢氧硫氮磷碳硅 3其它常见的非金属元素.docx
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北京四中网校高考化学一轮复习非金属专题二氢氧硫氮磷碳硅3其它常见的非金属元素
非金属专题二－－氢、氧、硫、氮、磷、碳、硅
3．其它常见的非金属元素（如H、O、S、N、P、C、Si）
[考点扫描]
1．水的组成测定（电解水实验；氢气还原氧化铜实验）。
2．水分子结构与性质的相互关系。
3．氢气的性质和实验室制法。
4．空气的组成，空气中氧气体积分数的实验验证。
5．氧气的性质、制备、用途。
6．催化剂的概念。
7．臭氧、过氧化氢的性质及用途。
8．氧族元素的原子结构与其单质及化合物性质递变关系。
9．硫的主要性质。
10．二氧化硫的性质和用途。
11．二氧化硫的污染及环境保护。
12．硫酸的性质、用途，工业制法。
13．SO42-的检验方法及原理。
14．氮族元素的原子结构及性质上相似性和递变性。
15．N2的性质、用途。
16．氮的氧化物的性质。
17．白磷与红磷的结构、性质、用途。
18．NH3的结构、性质、制取、用途。
19．铵盐的性质、用途、NH4+的检验。
20．硝酸的化学性质。
硝酸的贮存方法和用途。
21．从浓、稀硝酸性质的比较，理解氧化性强弱。
22．碳族元素原子结构及其单质、化合物的相似性和递变性。
23．碳的同素异形体的结构、物理性质、用途；碳的化学性质。
24．二氧化碳、一氧化碳的性质、制取、用途。
25．碳酸、碳酸盐的一些性质。
26．硅的结构、性质、用途和制取，硅元素的存在。
27．二氧化硅的结构、性质和用途。
28．硅酸盐的表示，性质，硅酸盐工业简述。
29．新型无机非金属材料。
30．硫、氮、碳的氧化物对大气的污染，以及大气污染的防治。
31．生活用水的净化及工业污水的处理方法。
32．石油化工、煤化工、农副产品加工、资源综合利用及污染和环保的概念。
[知识指津]
1．水组成测定实验
作为定量实验，应理解实验原理、操作方法，学会分析实验误差。
①电解水实验，应弄清：
能否使用交流电?
两电极的名称是什么?
加入少量硫酸或氢氧化钠溶液有何作用?
怎样证明收集的气体是氢气和氧气?
由氢气和氧气的体积比约为2:
1得出水的分子式为H2O还需要什么条件?
等等。
②氢气还原氧化铜实验，要懂得：
怎样制得干燥纯净的氢气?
为何先通氢气后加热?
实验结束时先要熄灭酒精灯后停止通氢气?
如何防止空气中水蒸气的影响?
等等。
2．水分子的结构与水的性质
水分子为V形极性分子，水在4℃时密度最大，为1g/cm3，结冰时体积膨胀，有较大的比热。
水是多种无机物和有机物的良好溶剂（相似相溶）。
水中H－O键极性强，使水微弱电离：
H2O
H+＋OH-。
水中氢为＋1价表现氧化性，氧为-2价表现还原性，既可作为氧化剂又可作为还原剂参加反应。
此外水也参与许多非氧化还原反应（如水化、水合、水解）。
3．氢原子的结构与氢气的性质
氢原子半径最小，核外只有一个电子。
既可失电子成为H+（无电子），也可得电子成为H-（2e-稳定结构）。
氢气是最轻的气体，难溶于水。
具有强还原性（可燃性、还原CuO等）。
实验室常用锌、铁、镁与稀硫酸、稀
盐酸反应制取氢气，用排水法或向下排空气法收集氢气。
点燃氢气前一定要检验纯度。
4．空气的组成，氧气的性质、制备
空气主要由O2、N2组成，各种物质都不可避免地与空气接触。
因此，物质贮存、化学实验都有要考虑空气的影响。
氧原子最外层有6e-无＋6价，常为-2、-1价。
化学反应中O2表现强氧化性。
实验室制氧气的原理：
①加热KClO3、MnO2的混合物；②加热KMnO4③将H2O2溶液滴到MnO2粉末上。
工业制氧气：
将空气液化后，蒸发出氮气。
氧气经加压后贮存在天蓝色钢瓶中。
5．催化剂的概念
催化剂能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变。
6．燃烧与灭火
根据燃烧条件（①可燃物要与氧气、氯气等助燃气体接触；②可燃物温度达到着火点）理解灭火原理。
燃烧现象与可燃物的性质、可燃物与助燃气体的接触面积、助燃气体的浓度有关。
了解燃烧、爆炸、缓慢氧化等概念及相互关系。
7．臭氧与过氧化氢
O3是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，比氧气易溶于水。
不稳定，易分解成氧气。
具有极强的氧化性，可用于漂白和消毒。
大气平流层中的臭氧层是人类和生物的保护伞。
H2O2是一种无色粘稠液体，会分解成水和氧气（2H2O2
2H2O＋O2↑）。
水溶液俗称双氧水，呈弱酸性，医疗上常作为消毒杀菌剂。
8．用氧族元素的原子结构知识解释元素性质的相似性、递变性，并与卤族元素进行比较。
9．硫有多种同素异形体；硫原子最外层电子数为6e-，常见化合价为-2、＋4、＋6价，在化学反应中硫既表现出氧化性（与金属、氢气等），又表现出还原性（与氧气及硝酸等强氧化剂）。
10．二氧化硫的化学性质：
（1）酸性氧化物的通性（亚硫酐），
（2）二氧化硫中硫元素的化合价为＋4，二氧化硫既有氧化性又有还原性，以还原性为主，（3）漂白性（漂白的原理）。
11．亚硫酸的性质（不稳定的中强酸，氧化性，还原性）及亚硫酸盐的性质（遇氧化剂易被氧化成硫酸盐，与非氧化性强酸作用生成SO2，并检验SO2，判别是否存在亚硫酸根）
12．二氧化硫的污染（危害、来源）。
13．硫酸的物理性质（高沸点，难挥发；溶于水时放出大量的热）。
14．硫酸的化学性质：
（1）具有强酸的一切通性；
（2）浓硫酸的特性：
①吸水性（H2SO4＋nH2O＝H2SO4·nH2O）；②脱水性（吸水性与脱水性的比较）；③强氧化性（氧化性酸与酸的氧化性的区别）。
15．硫酸是实验室常用试剂：
（1）用于制取某些气体
（2）干燥剂 （3）催化剂 （4）脱水剂 （5）磺化剂 （6）吸水剂 （7）氧化剂 （8）酸化剂 （9）检验剂 （10）除杂剂等。
16．SO42-的检验方法及原理（Ba2+＋SO42-＝BaSO4↓）
17．硫酸的工业制法（六个三：
三原料、三反应、三阶段、三设备、三原理、三净化）。
18．不同价态硫元素的性质及价态变化规律（邻位转化规律、互不换位规律、跳位转化规律）
19．用氮族元素的原子结构解释其性质相似性和递变性，并与同周期卤族、氧族、碳族作比较。
能与H2、O2等发生化学反应。
20．N原子最外层电子数为5e-，N
N的键能很大，N2通常性质稳定，一定条件下既有氧化性，又有还原性。
21．N的化合价有-3、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5，氧化物有N2O，NO、N2O、NO2、N2O4、N2O5，其中N2O为亚硝酸的酸酐，N2O5为硝酸的酸酐，NO、NO2为不成盐氧化物。
NO为无色还原性较强的气体，易被氧气氧化成NO2。
NO2是红棕色易溶于水的有毒气体，与水反应生成HNO3和NO，工业常用此法制硝酸。
值得注意的是，NO和NO2均是大气的污染物，且空气中的NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
22．有关NO、NO2与O2、H2O反应的计算：
（1）NO2或NO2与N2（非O2）等的混合气体溶于水时可依据3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO并利用体积变化差值计算。
（2）NO2和O2的混合气体溶于水时，可依据4NO2＋O2＋H2O＝4HNO3进行推算。
（3）NO和O2同时通入水中时，可依据4NO＋3O2＋2H2O＝4HNO3进行推算。
（4）NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按
（1）求出NO2与H2O反应生成NO的体积，再加上原混合气体中的NO体积即NO的总体积，再按（3）法进行计算。
23．磷：
（1）在化学性质上与氮有相似的地方，如单质也能与非金属O2、Cl2等物质反应。
（2）磷的两种同素异形体白磷和红磷的比较，可从状态、颜色、毒性、溶解性、着火点等角度列表分析。
（3）两者在一定条件下可以相互转化，都可用于制造纯度较高的磷酸。
24．氨分子呈三角锥形，固态氨是分子晶体，由于N－H是强极性键，氢原子几乎裸露，氨易液化；液化时放出大量热；易溶于水，与水反应（氨的水溶液呈弱碱性，氨气是中学化学中唯一的碱性气体）；氮原子上有一对孤对电子，与氢离子、银离子等络合；氮元素的化合价为-3价，表现出还原性（与氧气、氯气、氧化铜等反应）。
25．铵根离子中含共价键和配位键，四个N-H的形成过程不完全相同，但形成之后完全等同；铵盐易溶于水；受热易分解（通常有NH3放出）；铵盐与碱反应（注意常温、加热下的区别），实验室利用该原理制氨气（注意试剂的选择）和检验铵根离子；铵盐可发生水解反应。
26．硝酸是一种挥发性的强酸，具有不稳定性（见光、受热或浓度越大越易分解），故在贮存时，应盛放在棕色瓶里，并贮放在黑暗且温度低的地方。
硝酸中氮元素的化合价为＋5价，有很强的得电子能力，所以硝酸有强氧化性（体现在如金属的钝化，与不活泼金属的反应及“王水”的组成和强腐蚀性，硝酸根在酸性条件下的强氧化性等）。
此外，硝酸还能与有机物发生硝化、酯化等反应。
27．硝酸的浓度越大，其氧化性越强，浓硝酸的还原产物往往为二氧化氮，稀硝酸的还原产物往往为一氧化氮。
28．用碳族元素原子结构的特点解释碳族元素性质上的相似性和递变性，并与同周期的卤族、氧族、氮族进行比较。
29．金刚石、石墨结构特点，物理性质，典型用途。
无定形碳的典型用途。
30．碳的化学性质：
（1）稳定性；
（2）还原性；（3）弱氧化性。
31．二氧化碳的结构，物理性质，化学性质（弱氧化性，酸性氧化物的通性），实验室制取（原理、装置、与工业制法的比较）；一氧化碳的结构，物理性质，化学性质（不成盐氧化物，可燃性，还原性，毒性），实验室和工业制法；一氧化碳和二氧化碳的相互转化。
32．碳酸的性质（二元弱酸），碳酸盐、碳酸氢盐性质的比较（溶解性、与酸碱作用、热稳定性）及相互转化。
33．晶体硅具有类似于金刚石的空间结构；硅的最外层电子数为4，硅既难得到电子，也难失去电子，通常情况下比较稳定，与其它元素化合形成共价键（常温下，与F2、HF、NaOH反应；加热时，与氧气反应）；硅元素在自然界中仅以化合态存在，工业上用碳还原二氧化硅制取硅。
34．二氧化硅属于原子晶体（比较二氧化硅与二氧化碳的物理性质）；二氧化硅的化学性质（酸性氧化物的性质，弱氧化性，与氢氟酸反应）。
35．硅酸的性质，硅酸盐的表示（常用氧化物形式）。
36．从主要原料、生产条件、主要设备、产品的主要成分等几方面比较水泥、玻璃、陶瓷三种硅酸盐工业。
37．新型无机非金属材料的特性、实例及用途。
38
．大气污染的含义，常见的大气污染，硫、氮、碳的氧化物对大气造成污染的原理、防治及处理方法或改进措施。
39．生活污水造成的水体污染，工业污水的危害，工厂厂址的选择，以及工业废水的合理化处理，或进一步开发利用。
[范例点击]
例1 下列反应中，水只作氧化剂的是（ ）
①氟气通人水中 ②水蒸气经过灼热的焦炭 ③钠块投人水中 ④电解水 ⑤三氧化硫溶于水中
A．只有①④
B．只有①⑤
C．只有②③
D．只有②③④
解析
水中
具有氧化性，一定条件下能被Na、K、Fe等金属以及C、CO等还原为氢气：
-2价氧具有还原性，能被F2氧化为O2。
电解水时，水表现出氧化性和还原性。
SO3与水的化合反应为非氧化还原反应。
答案 C
例2 用下列装置连接成一套测定水的组成的实验装置。
（1）所用装置的连接顺序是____________。
（2）装置C的作用是____________，若不用C，测得的氢、氧质量比会____________（偏高或偏低）。
（3）测量数据如下，则水中氢和氧的质量比为____________。
实验前
实验后
氧化铜和玻璃管质量
M1
M3
氯化钙和U形管质量
M2
M4
（4）如果在停止加热的同时就停止通氢气，并拆开装置，则测定结果氢与氧的质量比________。
（偏高或偏低）。
解析
从A、B装置所用试剂知，本实验利用氢气还原氧化铜的反应来测定水的组成。
A中反应管加热前后质量变化为氧元素的质量，还需要测定反应中生成水的质量，才能求出水的组成。
故必须除去混在氢气中的水蒸气，装置的连接顺序为B、C、A、D。
C装置用于干燥氢气，若无C装置，则D装置所测水的质量偏大，进而求得的氢元素的质量偏大。
表中（M4－M2）为反应生成水的质量，（M1－M3）为其中氧元素的质量，则水中氢、氧元素的质量比为
。
若停止加热的同时，停止通氢气并拆开装置，反应中生成的铜将被空气中氧气氧化，使M3偏大，氢氧质量比偏高。
例3 实验室用加热KClO3的方法制O2时，若不加MnO2其结果是（ ）
A．不能产生O2
B．产生
的O2不减少，但速率较慢
C．产生的O2量减少，反应速率较慢
D．生成O2量和反应速率都不变
解析
本题测试对催化剂概念的理解。
催化剂通过改变反应途径来影响化学反应速率，它不能改变生成物的产量。
MnO2能加快KClO3分解反应的速率，不加MnO2只能使反应变慢，但产生的O2量不变。
答案 B
例4
（1）分别写出由氧在一定条件下生成下列物质的化学方程式（必须注明反应条件）。
①O3：
____________。
②Na2O2：
____________。
③Na2O：
____________。
（2）指出氧在下列各物质中的化合价。
O3：
____________价；Na2O2：
____________价；Na2O：
____________价。
（3）人体内O2-离子对健康有害，使人过早衰老，但在催化剂SOD存在下可发生如下反应，请完成该反应的离子方程式。
□O2-＋□H2O-口H2O2＋□O2＋□□
答案
（1）①3O2
2O3
②2Na＋O2
2Na2O2
③4Na＋O2＝2Na2O
（2）0；-1；-2
（3）2，2，1，1，2OH-
例5 某同学用下图装置测定空气中O2的体积分数。
实验步骤是
（1）先用夹子夹紧橡皮管；
（2）点燃燃烧匙内的红磷；（3）将燃烧匙插入广口瓶并塞紧塞子；（4）燃烧完毕打开夹子。
实验后发现O2的体积分数小于21％。
试分析其可能的原因。
解析
题述实验测定空气中O2的体积分数的原理是：
燃烧红磷消耗广口瓶中的氧气，广口瓶中气体压强降低，在大气压作用下烧杯中的水沿导管进人广口瓶。
同温同压下，可认为进入广口瓶的水的体积等于广口瓶内氧气的体积。
现测得O2的体积分数小于21％，可能有以下原因：
①红磷量不够，瓶内氧气未耗尽；②塞子未塞紧，外界空气进人；③未冷至室温即打开瓶盖，使进入瓶内的水的体积减少；④瓶内水面与烧杯中水面不在同一水平面。
例6 甲、乙两学生用加热KClO3的方法制取O2。
甲取了一定量的KClO3和0.1gMnO2，经混合后装人试管内加热，待收集到所需O2时停止加热。
试管冷却后，乙称得甲留下的反应物的质量为4.04g，将它继续加热至KClO3完全分解，收集O2 672mL（标准状况）。
求甲实验时KClO3分解的百分率。
解析
要求甲实验时KClO3分解率，必须先求甲所取KClO3的质量和加热时已分解KClO3的质量。
由题意，甲加热时未分解的KClO3被乙加热分解，乙分解KClO3的质量为：
甲加热时生成KCl质量为4.04g-0.10g-2.45g＝1.49g，甲分解KClO3质量为：
故甲实验时KClO3分解率为
。
例7 硒（Se）为第四周期VIA族元素，根据它在周期表中的位置，推测硒不可能具有的性质是（ ）
A．通常状况下是固体
B．SeO的水化物是一种酸
C．H2Se比H2S稳定
D．有＋6、＋4、-2三种常见的化合价
解析
本题考查元素在周期表中的位置与元素及其化合物性质的关系，硒位于第四周期第ⅥA族，在的下方，Te的上方，左边是As，右边是Br。
根据元素周期律，其常见化合价为＋6，＋4，-2价，其最高价氧化物的水化物是酸，但比H2SO4弱，氢化物的稳定性H2S强于硒化氢，故选C。
答案 C
例8 哪些实验事实说明氯元素的非金属性比硫元素强，并用原子结构加以解释?
解析
比较两种非金属元素的非金属性相对强弱一般可根据以下几方面的实验事实：
①非金属单质H2化合的难易程度；②最高价氧化物对应水化物的酸性强弱；③非金属单质间的置换反应。
答案可以说明氯元素非金属性比硫元素强的实验事实有：
①氯气与氢气反应时光照可发生爆炸，而硫单质加热变为蒸气才可与H2化合；②H2SO4的酸性不如HClO4强；③H2S与Cl2反应可生成硫单质；④铁与Cl2反应生成FeCl3，而硫与铁反应生成FeS。
S、Cl两原子电子层数相同，但Cl原子最外层电子数较多，但Cl原子半径比S原子小，最外层电子受原子核的引力较大，故氯元素非金属性应比硫元素强。
例9 检验SO2气体中是否混有CO2气体，可采用的方法是（ ）
A．通过品红溶液
B．通过澄清石灰水
C．先通过NaOH溶液，再通过澄清石
灰水
D．先通过酸性高锰酸钾溶液，再通过澄清石灰水
解析
要正确解答本题必须先做到以下两点：
（1）理解题意，本题要检验的是CO2，且这CO2气体又是混在SO2气体中。
（2）要掌握SO2与CO2性质上的相似点与不同点。
A选项检验的是SO2，而非CO2；B选项中不管是否混有CO2，均有白色沉淀生成；C选项中不管是否混有CO2，均无白色淀淀生成；惟有D选项在通过酸性KMnO4溶液时混合气体中仅有SO2被吸收，再通过澄清石灰水若有白色沉淀生成，说明混有CO2；若无白色沉淀，说明没有混有CO2。
答案 D
例10 在氯化钡溶液中通人SO2，溶液仍澄清；若将氯化钡溶液分盛两试管，一支加硝酸，另一支加烧碱溶液，然后再通人SO2，结果两试管都有白色沉淀，由此得出的结论合理的是（ ）
A．氯化钡有两性
B．两支试管中的沉淀均是亚硫酸钡
C．SO2有还原性，水溶液有酸性
D．升高pH使SO2水溶液中SO32-浓度降低
解析
SO2与BaCl2溶液不反应，当加入HNO3时，HNO3把SO2氧化成SO42-，从而与Ba2+形成白色BaSO4沉淀。
当加入烧碱时，NaOH与SO2生成SO32-
，SO32-与Ba2+形成白色BaSO3沉淀，故选C。
答案 C
例11 储存浓硫酸的铁罐外口会出现严重的腐蚀现象，下列浓硫酸的性质中，与此现象有关的是（ ）
A．吸水性
B．脱水性
C．氧化性
D．强酸性
解析
题中强调在铁罐外腐蚀严重，而常温下，Fe与浓H2SO4发生钝化，故选AD。
答案 AD
例12 某同学设计下列一组实验来讨论卤族元素的相似性和递变性，其实验步骤如图所示，试回答下列问题：
（1）该组实验中存在什么问题?
（2）在试管口观察到的共同现象。
（3）在试管③观察到红棕色的气体，在试管④内观察到紫红色，同时闻到臭鸡蛋气味的气体（H2S），分析变化，写出相应的化学方程式。
（4）0.5mL水的作用是什么?
解析
题目强调不仅讨论卤族的相似性，还讨论递变性。
（1）由于HF能腐蚀玻璃，所以①不应在试管中进行，
（2）讨论相似性，都有“白雾”产生，
（3）分析此时Br-，I-还表现出强还原性，而浓H2SO4表现出强氧化性。
2HBr＋H2SO4（浓）＝Br2＋SO2＋2H2O
（4）上述反应应在加热条件下进行，所以浓H2SO4吸水放热供体系加热。
例13 取一定量铜与115mL浓硫酸充分反应后，过滤，向滤液中加人过量的金属锌，完全反应后，取锌干燥，称重，发现质量减少了7.5g，同时产生了2.24L的气体（标准状况），试计算原硫酸溶液物质的量浓度。
解析
Cu与浓H2SO4反应，随着反应的进行，H2SO4浓度降低与Cu不再反应，但稀H2SO4与Zn反应可放出H2。
Zn ＋ H2SO4 ＝ ZnSO4 ＋ H2↑
65g 1mol 22.4L
6.5g 0.1mol 2.24L
Zn ＋ CuSO4 ＝ ZnSO4 ＋ Cu △m
1mol （65-64）g
1mol
7.5g-6.5g
Cu ＋ 2H2SO4（浓）
CuSO4 ＋ SO2↑ ＋ 2H2O
2 1
2mol 1mol
∴C（H2SO4）＝（2mol＋0.1mol）/0.115L＝18.3mol/L
答案：
18.3mol/L
例14 只用氯化钡溶液及试管鉴别亚硫酸钠溶液和稀硫酸，简述过程。
解析
由于只可用BaCl2，而BaCl2与两者直接反应都产生白色沉淀，所以必须利用反应后两溶液性质的不同进行鉴别。
答案
第一步：
分别用试管取2mL的待测液，滴加氯化钡溶液至恰好完全反应；第二步：
将两支试管中的液体分别加入对方试管的沉淀中，如果沉淀溶解，产生气体的试管为亚硫酸钠，无明显现象的为稀硫酸。
例15 砷的原子结构示意图为__________。
在元素周期表里，砷元素位于____________周期____________族，它的最高价的氧化物的化学式为____________，砷酸钠的化学式为砷酸钠在酸性条件下可使碘化钾氧化为单质碘，同时生成亚砷酸钠（Na3AsO3）和水，这个反应的离子方程式为____________。
解析
由同一主族元素在结构上的相似性和递变性，可写出原子结构示意图为：
砷
在周期表中位置（第四周期VA族），由最高价为＋5价可写出其最高价氧化物化学式为As2O5，及砷酸钠化学式为Na3ASO4，而反应方程式关键则在于配平和任意酸性条件：
答案
第四周期第VA族 As2O5 Na3AsO4
AsO43-＋2I-＋2H+＝AsO33-＋I2＋H2O。
例16 将VmLNO和NO2的混合气体通过水吸收后，得到amL的无色气体A，将此无色气体A与等体积的氧气混合
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