化学高中化学之非金属元素.docx
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化学高中化学之非金属元素
非金属元素
优盟教育化学教研组
【学习目标】
了解元素原子核外电子排布的周期性与元素性质递变关系。
重点掌握典型非金属(卤族元素)在周期表中的位置及与其性质的关系。
了解其他常见非金属元素(如:
H、O、S、N、P、C、Si)的单质及其化合物。
【知识梳理】
一、非金属元素在周期表中的位置和原子结构特点:
1.位置:
在已知的元素中,非金属共22种(包括6种稀有气体元素),除氢元素位于周期表的ⅠA族外,其余都集中在元素周期表阶梯线(硼、硅、砷、碲、砹斜线)的右上方。
2。
原子结构特点及化合价:
Ⅰ.最外层电子均大于、等于3(除H以外),与其主族序数相同。
Ⅱ.最高正价分别为:
+4+5+6+7(与族序数相等)
对应最低负价:
-4-3-2-1(等于族序数减8)
Ⅲ.非金属元素一般都有变价:
除呈现上述最高价及最低价以外,有的非金属还呈现其它价态。
如:
S:
+4价;N:
+1+2+3+4价;Cl:
+1+3+5价。
3.非金属单质的聚集状态和同素异形体:
①典型的非金属单质在固态时为分子晶体,如:
F2、Cl2、Br2、I2、O2、S、N2、P4、H2,这些晶体表现为硬度不大,熔点不高,易挥发、不导电,它们在常温下聚集态为气态(“气”字头)液态(“氵”旁)或固态(“石”字旁)
②碳(金刚石)、硅、硼为原子晶体,硬度很大,熔沸点很高。
由于原子晶体中没有离子和自由电子,所以固态和熔融态都不导电。
但某些原子晶体,如单晶硅可以作为半导体材料。
③非金属元素常出现同素异形现象。
如:
金刚石与石墨;白磷与红磷;O2与O3;S2、S4、S8等互为同分异构体。
二、元素非金属性的强弱规律
1.常见非金属元素的非金属性由强到弱的顺序:
F、O、Cl、N、Br、I、S、P、C、Si、H
2.元素的非金属性与非金属单质活泼性是并不完全一致的:
如元素的非金属性O>Cl,N>Br;而单质的活泼性:
O2<Cl2,N2<Br2。
但由于某些非金属单质是双原子分子,原子间以强烈的共价键相结合(如NN等),
当参加化学反应时,必须消耗很大的能量才能形成原子,表现出了单质的稳定性。
这种现象不一定说明这种元素的非金属性弱。
强的分子内共价键恰是非金属性强的一种表现。
3.比较非金属性强弱的八条依据
(1)元素在周期表中的相对位置
①同周期元素,自左向右,元素的非金属性依次增强,如F>O>N>C>B;Cl>S>P>Si等。
②同主族元素自上而下,非金属性依次减弱,如F>Cl>Br>I;O>S>Se;N>P>As等。
(2)非金属单质与氢气化合的越容易,非金属性越强。
如F2、Cl2、Br2、I2与H2化合由易到难,所以,非金属性F>Cl>Br>I。
(3)气态氢化物的越稳定,非金属性越强,如稳定性HF>H2O>HCl>NH3>HBr>HI>H2S>PH3,所以非金属性F>O>Cl>N>Br>I>S>P。
(4)最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,非金属性越强,如酸性HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3>H4SiO4,则非金属性Cl>S>P>C>Si。
(5)非金属性强的元素的单质能置换出非金属性弱的元素的单质。
如2F2+2H2O=4HF+O2↑;O2+4HCl=2H2O+2Cl2(地康法制Cl2);Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2;3Cl2+2NH3=N2+6HCl;Cl2+H2S=S+2HCl。
(6)非金属单质对应阴离子的还原性越强,该非金属元素的非金属性越弱。
常见阴离子的还原性由强到弱的顺序是S2->I->Br->Cl->F-,则非金属性S<I<Br<Cl<F。
(7)与变价金属反应时,金属所呈价态越高,非金属性越强,如Cu+Cl2
CuCl2;2Cu+S
Cu2S,说明非金属性Cl>S。
(8)几种非金属同处于一种物质中,可用其化合价判断非金属性的强弱,如HClO、HClO3中,氯元素显正价、氧元素显负价,说明氧的非金属性强于氯。
三、非金属元素的化学性质(注意反应条件、现象、生成物的聚集状态)
四、常见非全属单质的制取方法
1.电解法
①电解水溶液:
如2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑
②电解熔融物:
如2KHF2
F2↑+H2↑+2KF
2.分解法:
如2KClO3
2KCl+3O2↑CH4
C+2H22H2O2
2H2O+O2↑
3.置换法:
如Cl2+2NaBr=2NaCl+Br22H2S+O2(不足)
2H2O+2S
4.氧化法:
如MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
4NaBr+3H2SO4+MnO2=2Na2SO4+MnSO4+2Br2+3H2O
2H2S+SO2=3S+2H2O
5.还原法:
C+H2O
CO+H2,Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑2C+SiO2
Si+2CO↑
【试题举例】
【例1】
(1)氰化钾、氰化氢的制备反应式为:
K2CO3+C+2NH3
2KCN+3H2O;△H=+276kJ/mol①
CO+NH3
HCN+H2O;△H=+46kJ/mol②
氰离子为负一价(CN-),其中碳氮元素的化合价分别为________。
以上两个反应是否均为氧化还原反应?
(2)制备纯净无水HCN(沸点299K)的另一种方法是:
混合磨细的KCN和KHS粉末适度加热①试写出这个反应式。
②为什么要磨细和用粉末?
③为什么要强调适度加热?
解析:
据共价键理论,一般当碳同非金属性比它强的元素结合时,碳显正价,氮为负价,为-3价,所以(CN-)中碳为+2价,氮为-3价。
故①为氧化还原反应,②为非氧化还原反应。
第二种方法制备HCN是固体与固体之间的反应,故磨细和用粉末的目的是增大表面积,加快反应速率,据题意知,第二种方法制备HCN如温度太低,反应速率较小,温度太高,则酸式盐易分解发生副反应:
2KHS
K2S+H2S↑。
该反应的化学方程式为KCN+KHS
HCN↑+K2S。
【例2】金属M可以在不同条件下发生下列五个反应:
M+A→IM+B→HM+C→H+FM+D→H+AM+E→I+G其中
(1)A、B、C、D、E在通常情况下都是气体,并且C是CO2。
(2)上述反应的产物,在不同条件下,还可和有关反应物发生下列反应:
F+B→CA+G→E,(3)I是一种离子化合物,它可以水解产生一种白色沉淀和E。
该白色沉淀加热可分解为H和H2O。
而E则是分子晶体,其分子中共有10个电子,根据以上条件,判断并写出有关物质的化学式:
A________,B________,C________,D________,E________,F________,G________,H________,I________,M________。
解析:
本题的突破口是M+C→H+F,而C为CO2。
一般同CO2能发生反应的金属就现有知识来讲,只能是Mg。
F、H中有一为碳,根据F+B→C,则C为CO2,B为气体,F肯定为碳,H为MgO。
扫描全题,得知E是分子晶体,且其分子中共有10个电子。
分子中有10个电子的有:
HF、H2O、NH3、CH4等。
而E又通过一种离子化合物水解而得到,E可能为HF或NH3。
如E为HF,根据M+E→I+G,HF同Mg作用,但事实HF同Mg不反应。
如为NH3同样根据A+G→E,A为N2或H2。
因为Mg可跟A作用,显然A为N2,I为Mg3N2。
再根据M+D→H+A,M为Mg,H为MgO,A为N2,则D只能为NO2。
答案:
A:
N2,B:
O2,C:
CO2,D:
NO2,E:
NH3,F:
C,G:
H2,H:
MgO,I:
Mg3N2,M:
Mg。
硫及其化合物
【学习目标】
1.硫的物理性质及硫的可燃性。
2.了解二氧化硫与氧气、与水的反应及二氧化硫的实验室制法,认识亚硫酸的不稳定性,认识二氧化硫的漂白作用与次氯酸的漂白作用的区别。
3.知道浓硫酸的强氧化性。
4.学会SO42-的检验方法硫的几种常见价态之间的相互转化硫。
【知识梳理】
一、硫的原子结构和物理性质
硫位于周期表周期族。
淡黄色晶体,难溶于水,微溶于酒精,能溶于。
二、硫的化学性质-
1.硫的可燃性:
硫在纯净的氧气中燃烧现象,硫的化合价-(填“升高或降低”)
2.汞与硫磺生成硫化汞,因此,实验室常将硫磺撒在汞的表面,以除去不慎洒落的汞。
化学方程式为,硫的的化合价(填“升高或降低”)
3.硫与氢气化合生成,生成的氢化物比水(“稳定”还是“不稳定”)
三、SO2
1.SO2的物理性质:
色有气味体,毒溶于水。
2.SO2的化学性质:
(1)具有酸性氧化物的通性:
(2)具有还原性:
(3)具有氧化性其氧化性比氧气,氯气都弱。
(4)具有漂白性:
漂白原理是和HClO的漂白性的区别。
几种物质漂白原理的比较
SO2
氯水、H2O2、Na2O2、O3
活性炭
漂白原理
与有色物质结合生成无色物质
将有色物质氧化为无色物质
吸附有色物质
变化类型
化学变化
化学变化
物理变化
是否可逆
可逆,加热或日久后恢复原来颜色
不可逆,加热或日久后不恢复原来颜色
3.SO2的实验室制法:
反应原理
Na2SO3+H2SO4==Na2SO4+SO2↑+H2O(可加热提高反应速率)
Cu+2H2SO4(浓)
CuSO4+SO2↑+2H2O
发生装置
固体与液体反应制取气体,发生装置与制Cl2相似
收集方法
向上排空气法
干燥
用浓H2SO4或P2O5酸性干燥剂(不可用碱石灰)
尾气处理
用NaOH等碱溶液吸收多余的二氧化硫气体
4.SO2的危害和治理
SO2是大气主要污染物,直接危害人类身体健康,酸雨为SO2产生的二次污染物。
SO2的主要来源为燃烧含硫的燃料(如煤),消除SO2污染的最有效的途径是减少SO2的排放。
SO3是硫的最高价氧化物,为白色易挥发晶体,是典型的酸性氧化物
四、硫酸
浓硫酸除了具有酸的通性外,还具有吸水性、脱水性和强氧化性这三大特性。
(1) 吸水性:
吸收游离的水。
可作实验室的干燥剂(但不能干燥碱性气体和还原性气体)。
(2) 脱水性:
把有机物中的氢、氧两种元素按水的比例脱去。
如蔗糖中加入浓硫酸(注意吸水和脱水的区别)。
(3) 强氧化性:
浓硫酸的强氧化性还可以与多种物质反应体现。
2H2SO4(浓)+Cu
CuSO4+2H2O+SO2↑
2H2SO4(浓)+C
CO2↑+2H2O+2SO2↑
在常温下,浓硫酸跟铁、铝接触时,能在金属表面生成一薄层致密的氧化物,从而阻止内部的金属继续反应,这种现象叫钝化。
因此可以用铁或铝贮存浓硫酸(硝酸也具有这一性质)。
但是加热条件下可以反应。
注意:
常温下铁、铝使浓硫酸、浓硝酸钝化(钝化过程是复杂的化学变化),不能理解成“常温下铁、铝使浓硫酸、浓硝酸不发生化学反应”。
五、SO42-检验
被检液中滴入少量酸化,再加入,若产生,不可用硝酸酸化,原因是。
【试题举例】
【例1】高温下硫酸亚铁发生如下反应:
2FeSO4
Fe2O3+SO2↑+SO3↑若将生成的气体通入氯化钡溶液中,得到的沉淀是( )
A.BaSO3和BaSO4B.BaS
C.BaSO3D.BaSO4
解析:
SO2和SO3通入氯化钡溶液,只有硫酸钡沉淀,因为亚硫酸钡溶于稀硫酸
答案:
D
【例2】白色的亚铜化合的Cu(NH4)SO3难溶于水,若与足量的10mol·L-1的硫酸溶
液混合并微热,生成铜和SO2气体及溶液。
(1)完成并配平化学方程式:
Cu(NH4)SO3+H2SO4-Cu+SO2+CuSO4+_________
(2)按上述操作,铜的最高转化率是多少_______________
(3)有人设计让上述实验在密闭容器中进行,结果铜的转化率大大提高,问在密闭
容器中进行反应,铜的最高转化率是多少?
请说明理由。
解析:
(1)上述反应打用逆向配平(歧化反应,铜元素化合价既升高又降低)缺项显然为(NH4)2SO4,各计量系数依次为2,2,1,2,1,2,1。
(2)2molCu(NH4)SO3中的铜1mol转化为单质铜,1mol转化为CuSO4,因此,转化率为50%。
(3)若在密闭容器中进行,为何铜的转化率会提高?
显然Cu(I)自身岐化转化率只能为50%,必有其它还原剂才能提高其转化率。
由于产物中含SO2,SO2具有强还原性,能将Cu(
)还原为零价。
其最高转化率可达100%,原因是:
每生成1molCuSO4可生成2molSO2,它可提供4mol电子,完全可将CuSO4还原且SO2仍过量。
答案:
(1)2,2,1,2,1,2,1
(2)50%(3)略
【例3】硫与热强碱溶液可生成S2-和SO32-;生成物继续与硫作用得Sz2-和S2O32-。
过滤后除去过量硫,向滤液中加入一定量的强碱后,再适入足量的SO2,SO2与Sz2-也完全转化为S2O32-。
问:
(1)S+SO2+OH-完全转化为S2O32-的离子方程式____________________
(2)amolS最终转化为Na2S2O3,需SO2、NaOH的物质的量分别为________
(3)若amolS最终转化为Na2Sz耗原热碱溶液6molNaOH,则Na2Sx中x值为
_________。
解析:
3S+6OH△2S2-+SO32-+3H2O…………①
S2-+(x+1)SSx2-………………②
SO32-+S△S2O32-……………………③
由①②③迭加得:
(2x+2)S+6OH-=2Sx2-+S2O32-+3H2O…………④
SO2+Sx2-+OH-——S2O32-+H2O………………⑤
由④⑤迭加得:
S+SO2+2OH-=S2O32-+H2O…………………………⑥
答第
(1)问时,实质不必要这么繁的过程,因Sx2-、SO32-均为中间产物,只要抓住反应物为S和SO2及OH-,生成物为S2O32-和水即可得反应⑥。
由⑥式可知每有1mol硫需1molSO2和2molOH-,则SO2和OH-分别为a、2amol。
(3)由④式可知
x=
答案:
(1)S+SO2+2OH-=S2O32-+H2O
(2)a、2amol(3)
氯及其化合物
【学习目标】
1.知道氯气的物理性质。
2.了解氯气及其化合物的性质
3.知道氯水的消毒和漂白原理
4.学会Cl-的检验方法
5.理解卤族元素原子结构及其单质性质的递变性
【知识梳理】
一、氯元素的原子结构与自然界的存在
氯元素位于周期表__周期__族,在自然界中的主要存在形态:
。
全球海洋中含盐左右,主要为、。
二、活泼的氯气
1、氯气的物理性质:
色有气味的体,毒,溶于水。
实验室中应怎样闻气体:
。
2、氯气的化学性质
由氯的原子结构示意图可知氯元素的性质如何?
进而能否预测氯气的化学性质又怎样?
为什么?
。
①与金属单质的反应:
与钠反应方程式。
现象是。
与
铁反应方程式。
现象是。
与铜反应方程式。
现象是。
②与氢气的反应:
化学方程式:
,反应现象:
氢气在氯气中燃烧;氯气与氢气的爆炸实验。
③Cl2和红磷反应:
化学方程式:
,反应现象。
结论:
分析以上反应中氯元素价态的变化也可得知:
氯气是一种强氧化性物质,常氧化剂。
思考:
在初中我们是如何定义燃烧的?
现在通过氢气与氯气的燃烧实验,你有什么新的认识?
④与水的反应:
与水反应的离子方程式:
,说明:
氯气与水反应很微弱,且未可逆反应。
思考:
1、氯水的成分?
(氯水参加反应时,能表现多种性质)2、氯水的保存方法?
⑤次氯酸的性质:
a、一元弱酸(比弱)
b、强氧化性(、、)
c、不稳定(见光或受热分解):
化学方程式:
。
⑥与碱的反应
Cl2+_NaOH--。
(常用于除去多余氯气)
离子方程式:
。
漂白液主要成分是。
漂白粉的制法:
。
其主要成分:
,有效成分:
。
漂粉精的有效成分:
。
漂白原理:
ClO-+H+=HClO(实际漂白者),Ca(ClO)2+_HCl(稀)=。
Ca(ClO)2+CO2+H2O=。
思考:
抗洪救灾中防疫部门,向灾民发放的漂白粉片或漂粉精用于饮用水消毒。
漂粉精为何要密封保存在阴暗处?
三、氯离子的检验
1、填写下列表格:
2、原理:
被检液中滴入少量酸化,再滴入溶液,若产生,则可断定溶液中含有氯离子。
不可用盐酸酸化,酸化目的是防止(、、、)影响。
+AgNO3(aq)→+稀硝酸→白色↓
解释:
Ag++Cl—=AgCl↓
2Ag++CO32—=Ag2CO3↓Ag2CO3+2H+=2Ag++H2O+CO2↑
四、卤族元素
(一)卤素的原子结构
共同点:
原子的最外层均为个电子,都易1个电子而表现性;
不同点:
核电荷数逐渐;电子层数逐渐;原子半径依次,得电子能力逐渐;单质氧化性逐渐。
(二)单质的物理性质
随卤素核电荷数增加,其原子结构的递变而使卤素单质的物理性质呈规律性变化.
归纳:
从F2→I2
1、颜色逐渐,状态从→→,密度从→ ,熔沸点由 → (原因是。
2、单质的溶解性——除氟外(与水剧烈反应)在水中溶解度都较,且由 → ,都易溶于有机溶剂,下表列出Cl2、Br2、I2在不同溶剂中的颜色.
水
CCl4
Cl2
Br2
I2
(三)卤素单质的化学性质(相似性及递变性)
由于最外层均为个电子,极易电子,因此卤素都是剂,在自然界均只以态存在.但随着电子层数递增,原子半径渐,核对外层电子的引力渐,得电子能力渐,其氧化性逐渐,主要表现:
。
【试题举例】
【例1】下列有关氯的叙述中正确的是
A.液氯和氯水是同一物质
B.红磷在氯气中燃烧产生白色烟雾
C.氯气与水的反应中氯是氧化剂,水是还原剂
D.用氯制漂白粉是为了得到易贮存的漂白剂
解析:
液氯、氯水都是液体,但前者是纯氯,后者是氯与水的混合物,时间延长氯水中还逐渐生成盐酸和次氯酸,氯分子渐少,氯离子渐多。
如果再有光照,因分解也在渐少,出现氧气和更多盐酸。
氯与水的反应是氯分子中氯原子间发生的自身氧化还原,即歧化反应,水虽然是反应物,却未参加氧化还原。
A、C不正确。
烟是分散在气体中的固体小颗粒,雾是分散在气体里的液体小珠滴。
磷在氯气里燃烧的产物三氯化磷是无色液体,可发雾;五氯化磷是浅黄色固体,能形成烟。
漂白粉和氯都可以作为漂白剂、消毒剂,且氯更有效。
但氯气难贮存,又有剧毒,一般医用、家用的漂白剂和消毒剂使氯气是不合宜的,所以制成漂白粉便于贮存和使用。
漂白粉保存得当,如密闭,以防止吸水和而变质,可以存放较长时间。
B、D正确。
答案:
B、D。
【例2】潮湿的氯气、新制的氯水、次氯酸钠及漂白粉的水溶液均能使有色布条褪色,原因是它们均含有()
A.氯气B.次氯酸C.次氯酸根D.氯化氢
解析NaClO及Ca(ClO)2的水溶液中,ClO—水解产生HClO无HCl;有色布条的褪色是因HClO的氧化所致。
答案:
B
【变式】用滴管将新制的氯水慢慢滴入盛酚酞的氢氧化钠稀溶液中,当滴到最后一滴时红色突然褪去,发生这一现象的原因可能有两个:
①是由于(用简要文字说明)
②是由于(用简要文字说明)
简述用实验方法证明褪色的原因是①还是②
。
【例3】如何鉴别NaCl、NaBr、KI三种白色固体?
解答:
方法一:
可用氯水鉴别。
把这三种物质各取少量制成溶液,加入新制的氯水和汽油(或四氯化碳),振荡,分层,使汽油层呈无色的是NaCl;使汽油层呈橙色的是NaBr;呈紫色的是KI。
方法二:
可先用焰色反应将KI区分出来。
然后再将另外两种物质各取少量制成溶液,加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有浅黄色沉淀生成的是NaBr。
方法三:
直接加入AgNO3溶液。
分别取少量固体制成溶液,分别加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有浅黄色沉淀生成的是NaBr,有黄色沉淀生成的是KI。
【例4】多原子分子氰(CN)2、硫氰(SCN)2和(OCN)2的性质与卤素单质相似,故称它们为拟卤素。
它们可以生成酸和盐(见下表,表中X代表F、Cl、Br或I)。
卤素
氰
硫氰
①
“单质”
X2
(CN)2
(SCN)2
(OCN)2
酸
HX
HCN
②
HOCN
盐
KX
KCN
KSCN
③
(1)在表中①②③空格处应分别填写_______、_______、_______。
(2)完成下列反应的化学方程式或离子方程式。
①(CN)2和KOH溶液反应的化学方程式为:
______________。
②已知阴离子的还原性强弱为:
Cl-<Br-<CN-<SCN-<I-。
试写出在NaBr和KSCN的混合溶液中加入(CN)2反应的离子方程式:
____________________________________。
解析:
此题主要考查“运用已学知识进行类推思维的能力”。
解题时可用熟知的Cl2、HCl、KCl等物质作参照物。
由还原性Br—
答案:
(1)氧氰HSCNKOCN
(2)①(CN)2+2KOH====KCN+KOCN+H2O
②(CN)2+2SCN-====2CN-+(SCN)2
该题为信息给予题,给予的信息是:
拟卤素〔如(CN)2〕的性质与卤素单质相似,由此而可依据卤素单质的性质来进行类比、模拟来解答习题。
这是解答信息给予题的一种方法。
【变式】溴化碘(IBr)的化学性质与卤素单质相似,能与大多数金属反应生成金属卤化物,和某些非金属单质反应生成相应的卤化物,跟水反应的方程式IBr+H2O=HBr+HIO,下列有关IBr的叙述中,不正确的是()
A.IBr是双原子分子
B.在很多反应中IBr是强氧化剂
C.和NaOH溶液反应生成NaBr和NaIO
D.和水反应时,既是氧化剂又是还原剂
【例5】在右图的四条直线分别表示钠、镁、铝、铁与足量Cl2反应时,消耗金属的质量(纵轴)与反应掉的氯气质量(横轴)的关系,其中代表铁与Cl2反应的直线是()
A.aB.bC.cD.d
解析Cl2与四种金属反应的均为氧化还原反应,在横坐标上取一点作一条垂直于横坐标的直线,分别与a、b、c、d四条直线的交点即为四种金属与等质量Cl2反应时所需的质量。
假设这一点的质量为35.5g,此时金属均转移1mol电子,则消耗四种金属的质量分别为:
WNa=23g、WMg=12g、WAl=9g、WFe=18.7g,即等质量氯气消耗四种金属的质量是WNa>WFe>WMg>WAl,故a、b、c、d分别代表Al、Mg、Fe、Na与氯气的反应。
答案:
C
氮及其化合物
【学习目标】
1.知道氮气的物理性质及存在。
2.能从氮气的结构理解其化学性质。
3.掌握氮氧化物的重要性质,知道氨的物理性质和用途,掌握氨与水、HCl、O2等的反应。
了解氨水的成分及不稳定性。
4.了
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