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如P4、S8、As4等,通常为液态或固态。
均为分子晶体,但熔、沸点因范德华力较大而比①高,Br2、I2也属此类,一般易挥发或升华。
③原子晶体类单质。
如金刚石、晶体硅和硼等,是非金属单质中高熔点“三角区”,通常为难挥发的固体。
(3)导电性:
非金属一般属于非导体,金属是良导体,而锗、硅、砷、硒等属于半导体。
但半导体与导体不同之处是导电率随温度升高而增大。
(4)化学活性及反应:
③非金属一般为成酸元素,难以与稀酸反应。
固体非金属能被氧化性酸氧化。
2、氢化物:
(1)气态氢
化物性质比较
(2)由于氢键的存在,使得第ⅤA、ⅥA、ⅦA氢化物的熔沸点出现了反常。
第ⅤA中:
SbH3>NH3>AsH3>PH3;
第ⅥA中:
H2O>H2Te>H2Se>H2S;
第ⅦA中HF>HI>HBr>HCl。
(3)气态氢化物水溶液的酸碱性及与水作用的情况。
①HCl、HBr、HI溶于水成酸且都是强酸。
②HF、H2S、H2Se、H2Te溶于水成酸且都是弱酸。
③NH3溶于水成碱,氨水是弱碱。
④PH3、AsH3、CH4与水不反应。
⑤SiH4、B2H6与水作用时分解并放出H2。
3、非金属氧化物的通性:
(1)许多非金属低价氧化物有毒,如SO2、NO、NO2、CO等,注意不能随便排放于大气中。
(2)非金属氧化物(除SiO2外)大都是分子晶体,熔沸点相差不大。
(3)非金属氧化物大都为酸酐,相应的酸易溶于水,则氧化物易与水化合,反之水化反应难以进行。
(4)不成盐氧化物(如CO、NO)不溶于水,也不与碱反应。
虽然NO2能与碱反应生成盐,但NO2不属于酸酐。
4、含氧酸
(1)同周期非金属元素最高价含氧酸从左到右酸性增强。
(2)氧化性:
同种元素低价强于高价含氧酸.
HClO>HClO3>HClO4(稀)
H2SO3>H2SO4(稀)
HNO2>HNO3(稀)
(3)对于同种非金属形成的不同含氧酸,价态越高,酸性越强。
其顺序如:
HClO4>HClO3>HClO2>HClO,H2SO4>H2SO3。
(4)难挥发的H2SO4、H3PO4受热难分解;
强氧化性的HNO3、HNO2、HClO见光或受热易分解;
非氧化性的H2CO3、H2SO3易分解。
强酸可制弱酸,难挥发性酸制挥发性酸。
(5)常见含氧酸的一般性质:
①H2SO4:
无色粘稠的油状液体,强酸,沸点高,不挥发,稳定。
浓硫酸有吸水性、脱水性和强氧化性。
②H2SO3:
仅存在于溶液中,中强酸,不稳定。
③HClO4:
在水溶液中相当稳定,最强无机酸,有强氧化性。
④HClO:
仅存在于溶液中,是一种弱酸,有强氧化性和漂白性,极不稳定,遇光分解。
⑤HNO3:
无色液体,强酸,沸点低,易挥发,不稳定,易分解,有强氧化性。
⑥H3PO4:
无色晶体,中强酸,难挥发,有吸水性,稳定,属于非氧化性酸。
⑦H2CO3:
仅存在于溶液中,弱酸,不稳定。
⑧H2SiO3:
白色固体,不溶于水,弱酸,不挥发,加热时可分解。
⑨常见酸的酸性强弱。
强酸:
HCl、HNO3、H2SO4;
中强酸:
H2SO3>H3PO4(H3PO4中强偏弱);
弱酸:
HF>CH3COOH>H2CO3>H2S>HClO>H2SiO3。
四、11种无机化学气体的制取和性质(O2、H2、Cl2、CO、NO、SO2、NO2、CO2、H2S、HCl、NH3)。
(1)利用氧化还原反应原理制取的气体有:
O2、H2、Cl2、NO、NO2等。
(2)利用复分解制取的气体有:
SO2、CO2、H2S、HCl、NH3等。
(3)可用启普发生器制取的气体有:
H2、CO2、H2S等。
(4)只能用排气法收集的是:
Cl2、SO2、NO2、CO2、H2S、HCl、NH3等。
只能用排水法收集的气体是:
NO、CO。
(5)使红色石蕊变蓝的气体是NH3;
使石灰水变浑浊的气体是SO2和CO2;
使品红溶液褪色的气体是SO2和Cl2;
使高锰酸钾溶液和溴水褪色的气体有H2S和SO2。
(6)臭鸡蛋气味的气体是H2S;
刺激性气味的气体有:
Cl2、SO2、NO2、HCl、NH3等;
毒性气体有:
Cl2、CO、NO、SO2、NO2、H2S等。
(7)能在空气中燃烧的气体:
H2S、CO、H2等。
【典型例题】
例1:
现取用一个容量为200mL的大注射器(A),在注射器的套筒内预先盛放0.2414g漂粉精,然后吸入足量的盐酸,反应充分后,将注射器内的液体小心地推出,这时注射器内的黄绿色的气体折合为标准状况下的体积是40.32mL。
(1)然后用B注射器在A注射器的橡皮管上抽取折合为标准状况下的黄绿色气体5.00mL,再吸入水若干,当B注射器内气体恰好全部溶入水中时,形成的氯水约为多少体积(20℃时,氯气的溶解度0.72939/100g水,假设该氯水的密度为1g/cm3)?
漂粉精是NaClO和NaCl的混合物,其物质的量之比为1︰1,在制漂粉精时,难免有极少量的烧碱多余,你能否计算出这种漂粉精中除NaClO和NaCl之外的杂质含量为多少?
B
(2)将二滴氯水滴在蓝色石蕊试纸上,试纸的颜色有什么变化?
反映了氯水具有什么性质?
(3)将该氯水放置一段时间,B注射器内会出现气体,且将注射器剧烈振荡也不能使气体消失,相反地,气体数量还略有增加,这是为什么?
(4)若将该氯水长时期放置,你估计B注射器内出现气体的体积约是多少?
你可用怎样的化学方法确定这种气体是什么?
具体的操作步骤怎样?
(5)你还可以利用A注射器内的氯气做哪些氯气性质的试验?
当实验结束时,A注射器内多余的氯气应如何处理?
解析:
(1)NaClOCl2,向右的反应是产生氯气;
向左的反应是吸收氯气。
根据化学方程式计算
NaClO+2HCl→NaCl+H2O+Cl2↑
74.522400
x40.32
NaClO理论质量x=0.1341g;
0.2414×
y%×
74.5/(74.5+58.5)=0.1341;
y%=0.9917
杂质含量1-99.17%=0.83%。
5.00rnL氯气的质量为:
71×
5.00/22400=0.01585g
设z克水能吸收0.1585g氯气。
0.01585/0.7294=z/100,解得z=2.173g,由于氯水的密度为1g/cm3,故能形成2.173mL氯水。
(2)氯水中含有以下多种微粒,存在下列平衡:
Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,石蕊试纸由蓝变红,是盐酸和次氯酸的酸性(H+)所致。
石蕊试纸又由红变白,是次氯酸的漂白性所致。
(3)2HClO
2HCl+O2↑,剧烈振荡增加分子间碰撞的机会,促进HClO的分解。
(4)由于2Cl2→2HClO→O2;
2Cl2→O2;
若HClO全部分解可产生O2约2.5mL。
2.5mL的氧气,要能检验出来,最好能找1个略大于2.5mL的小试管粗细的容器,用注射器将氧气推入小容器中,立即将带余烬的卫生香插入,用这种方法检验氧气的存在成功率比较高。
(5)可利用注射器内的Cl2试验卤素的活动性。
如果是用来做氯氢爆鸣、氯气跟金属的反应,请注意反应具体步骤的可行性,并防止氯气的逸出。
实验结束,将多余的氯气通入石灰水中(或NaOH溶液)中。
答案:
(1)2.173mL0.83%
(2)石蕊试纸由红变白,说明氯水中的次氯酸分子具有强氧化性(3)次氯酸分解产生O2(4)(5)见分析。
例2:
工业制纯碱时,第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳反应,获得碳酸氢钠晶体,它的反应原理可以用下面的方程式表示:
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3;
NH4HCO3+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl
以上反应的总结果是放热反应。
请设计一个实验:
用最简单的实验装置模拟实现这一过程,获得碳酸氢钠晶体。
可供选择的实验用品有:
6mol·
L-1盐酸,6mol·
L-1硫酸,浓氨水,氢氧化钠、消石灰、石灰石、氯化铵、食盐、蒸馏水和冰,以及中学化学实验常用仪器。
⑴画出实验装置示意图(包括反应时容器中的物质),并在图中玻璃容器旁自左至右分别用A、B、C……符号标明(请见题后说明)
⑵请写出在图上用A、B、C……各玻璃容器中盛放物质的化学式或名称。
A:
B:
C:
D:
E:
⑶利用在本题所提供的实验用品,如何判断得到的产品是碳酸氢钠的结晶,而不是碳酸氢铵或食盐结晶。
答:
_________________________________________________________。
说明:
①本题装置示意图中的仪器可以用下面的方式表示。
敞口玻璃容器
有塞玻璃容器
玻璃漏斗
分液漏斗
玻璃导管(但应标示出在液面上或液面下)
②铁架台、石棉网、酒精灯、玻璃导管之间的联接胶管等,在示意图中不必画出。
如需加热,在需加热的仪器下方,标以“△”表示。
本题是结合元素化合物知识设计一个最简单实验方案,评价不同实验方案优劣的新情境实验题。
题目要求用限定的仪器装置和药品,设计一个最简单的实验装置,来获得碳酸氢钠的晶体。
主要考查学生接受题给信息和排除干扰信息的能力。
题中没有给予出仪器的图示和名称,要求考生自己用示意图画出实验装置,增加了题目的难度。
解答本题的关键是理解氨在反应中的作用。
从题中得到的信息是:
(1)反应原理:
①NH3+CO2+H2O=NH4HCO3,
②NH4HCO3+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl
(2)反应的总结果是放热反应。
合并以上二式,得总反应的化学方程式为:
③NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)=NaHCO3↓+NH4Cl;
ΔH=-Q(Q>0)。
根据这个反应式又提供了两点信息:
一是如果向饱和食盐溶液中同时通入CO2和NH3,可以获得NaHCO3晶体;
二是降低温度,将有利于NaHCO3晶体的生成。
如果直接这样设计实验方案,在整个实验装置中至少有CO2和NH3的两个气体发生装置。
为了确定最简单的实验方案,就必须设计出不止一个方案,然后进行分析、比较,从中选出最简单的实验方案。
从化学平衡和弱电解质的电离平衡的知识来分析,CO2溶于水,发生反应:
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO3—,因为碳酸是弱酸,所以HCO3—的浓度很小;
但是当通入NH3后,NH3在水中也发生如下反应:
NH3+H2O
NH3•H2O
NH4++OH—,氨水电离产生的OH—和CO2溶于水产生的H+结合生成弱电解质H2O,从而使碳酸和氨水的电离平衡都向右移动,可以使溶液中的HCO3—的浓度增大。
由此不难想到,只要在通入CO2的同时,食盐饱和的浓氨溶液中已有足够的NH3•H2O,就能起到与通入氨同样的效果。
从题目提供的信息来看,可以联想到配制用食盐饱和的浓氨溶液作为反应液,也可以达到上述结果。
这样在实验装置中就可以减少氨气的发生装置。
还有不少学生认为整个设计装置只用三个装置就够了,这不更简单吗?
第一个装置是CO2气体的发生装置,第二个装置就是生成NaHCO3晶体的装置,第三个装置就是尾气吸收装置。
因为反应液使用了浓氨水,为了减少逸出的NH3对环境的污染,应用6mol/LH2SO4吸收NH3。
表面看来三个装置确实最简单,但这些学生们又没有考虑到石灰石和6mol/L盐酸反应产生CO2时,一定要使CO2通过装有水的洗气装置,除去CO2中带出的HCl酸雾,否则HCl会和NH3反应生成NH4Cl,使③式平衡向左移动,从而大大地减少了NaHCO3的生成。
还有的学生没有考虑到反应是放热的,在生成NaHCO3晶体的反应器外一定要有一个冷却装置,否则③式平衡也会向左移动,也会减少NaHCO3的生成。
综合以上分析,设计最简单的实验装置应有5个部分组成,见答案。
⑴
⑵A.CaCO3,并由漏斗加入6mol·
L-1HCl;
B.蒸馏水(或答水);
C.冰水(或答冷水);
D.被氯化钠饱和的浓氨溶液;
6mol·
L-1H2SO4。
⑶取少量产品放在试管中,在酒精灯上加热至不再有气体放出时,停止加热。
试管中如有白色剩余物质,则得到的产品不是碳酸氢铵。
试管冷却后,向其中加入适量盐酸,反应激烈,冒大量气泡,最后剩余物全部溶解,说明得到的结晶是碳酸氢钠。
如果加入盐酸后,晶体全部溶解,但没有气泡产生,则得到的结晶可能是食盐。
【能力强化】
1.喷泉是自然界中的一种现象。
在实验室中,利用气体和溶剂的某种性质,在一特定装置中,例如如右图装置,也能模拟这种现象。
要能看到喷泉现象,则烧瓶和烧杯中应加入的物质为
A.HCl(H2O)B.CO2(H2O)
C.SO2(4mol/LNaOH溶液)D.NH3(汽油)
2.向NaBr、NaI、Na2SO3混合液中,通入—定量氯气后,将溶液蒸干并充分灼烧,得到固体剩余物质的组成可能是
A.NaClNa2SO4B.NaClNaBrNa2SO4
C.NaClNa2SO4I2D.NaClNaINa2SO4
3.(03年上海)下列实验过程中产生的现象与对应的图形相符合的是
A.NaHSO3粉末加入HNO3溶液中B.H2S气体通入氯水中
C.NaOH溶液滴入Ba(HCO3)2溶液中D.CO2气体通入澄清石灰水中
4.同温同压下,在3支相同体积的试管中分别充有等体积混合的2种气体,它们是①NO和NO2,②NO2和O2,③NH3和N2。
现将3支试管均倒置于水槽中,充分反应后,试管中剩余气体的体积分别为V1、V2、V3,则下列关系正确的是
A.V1>V2>V3B.V1>V3>V2C.V2>V3>V1D.V3>V1>V2
5.一定条件下,将含有等体积H2、CO、CO2的混合气体,分别通过装有足量还原铁粉、四氧化三铁和过氧化钠的3个反应管。
假设气体通过每个反应管都能充分反应,且3个反应管以任意顺序排列。
问:
(1)混合气体是否有可能被完全吸收?
________(填“可能”或“不可能”)。
(2)尾气中是否可能有单一气体?
_________。
若有可能,该气体是______。
(3)原混合气体中哪一种成分不可能在尾气中出现?
________。
6.有一无色气体(可能由O2、N2、CO2、HCl、NH3、H2、NO、NO2中的一种或几种组成),如图示通过洗气瓶,发现气体减少一部分体积;
通过干燥管后气体呈红棕色,再将该气体适量地通入盛满水倒立于水槽的试管内,发现倒立于水槽的试管内的水位下降后又缓慢上升,最后试管内全部充满液体,由此判断:
(1)干燥管内的固体是
(2)原气体中一定有
(3)原气体中一定没有
(4)从最终结果可知原气体中气体的体积比为。
【热身冲刺】
7.生活中处处有化学,火柴在日常生活和化学实验等方面有着广泛的用途。
火柴头和火柴盒两侧面都附有化学物质,火柴头上的化学物质主要是氯酸钾、硫磺、二氧化锰等混合物;
火柴盒两侧面附着的物质是红磷、玻璃粉等混合物;
火柴杆是可燃木条,其主要成分是碳。
划过火柴,就可燃着生火,常常会闻到一种火药味,伴有一股白烟。
试写出火柴生火过程中可能有的化学方程式,并解释有关的现象。
8.将红热的2.4g木炭投入盛有足量12mol/L的浓硝酸试管a中,立即塞好塞子,按下图装置进行实验(事先已检查过装置的气密性)。
(1)试管b中最终_______(填“有”或“无”)沉淀,原因是_______。
(2)试管c中的现象是_________________________。
(3)集气瓶e中最后收集到的气体名称为_________。
理论上该气体的总体积为______L(标准状况),实际上比理论值______(填“大”或“小”)。
9.下图是实验室制取Cl2并以Cl2为原料进行特定反应的实验:
(1)A为氯气发生装置,写出反应的化学方程式_____________________________________。
;
(2)实验开始先点燃A处的酒精灯,打开旋塞K,让Cl2充满整个装置,再点燃D处的酒精灯。
Cl2通过C瓶后进入D,D装置内盛有碳粉,发生氧化还原反应,生成CO2和HCl(气),试写出D装置中反应的化学方程式___________________________________;
装置C的作用是______________________。
(3)E处石蕊试液的现象是_______________________________________________。
其原因是______________________________________________________________________。
(4)若将E处溶液改为石灰水,反应过程的现象是___________________
A.有白色沉淀生成B.没有白色沉淀生成
C.先生成白色沉淀,然后沉淀消失
(5)D处反应完毕后,关闭旋塞K,移去酒精灯,由于余热的作用,A处仍有少量Cl2产生,此时B中的现象是_______________________,B的作用是______________________________。
10.为检验浓硫酸与木炭在加热条件下反应产生SO2和CO2气体,设计了如下图所示实验装置,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,当气囊中充人一定量气体时,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____________________________。
11.某学生要用浓硝酸法(测定反应生成气体的量)测定某铜银合金中铜的质量分数。
资料表明:
①反应中除生成NO2气体外,还会有少量NO生成;
②常温下NO2与N2O4混合存在,在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体(或晶体)存在。
为完成测定并验证确有NO生成,该学生设计的实验装置如下图,试回答:
(1)实验前要先打开A装置的活塞K1,通入一段时间氮气后再关闭K1其目的和原因是。
(2)装置B的作用是。
(3)实验时A中反应停止后,打开D装置导管的活塞K2并通入氧气,若反应确有NO产生,D中的现象是;
实验时发现通入氧气温度的高低对实验有较大的影响,为便于观察应通入(填“冷”或“热”)的氧气,其原因是(用所学过的理论知识解释)。
(4)为减小测量误差,在A中反应完成和D中出现现象后,还应进行的操作是。
(5)若设反应中硝酸无挥发也无分解,且溶液的体积变化忽略不计,实验已测得以下数据:
铜银合金的质量、浓硝酸的物质的量浓度及体积(过量)、E装置反应生成物中氮元素的质量;
为确定合金中铜的质量分数,还需测定的数据是。
(6)若实验只测定Cu的质量分数,不检验NO的产生,则在铜银合金与浓硝酸反应后,只需简单实验操作(不使用B~E连续装置)就可达目的,简述实验过程。
12.现有KCl,NaCl和Na2CO3混合物,其中Cl元素含量27.08%,Na元素含量为31.5%。
求混合物中Na2CO3的含量。
13.白色粉末A由Na2S、Na2SO3、Na2S2O3、Na2SO4、NaCl等物质中的三种混合而成。
取一定量A样品投入100mL2.2mol·
L-1盐酸中,充分反应后过滤,最终得到100mLH+浓度为1mol·
L-1的溶液。
若将此溶液蒸干,只得到8.19g纯净物B。
已知反应2H2S+SO2=3S+2H2O在常温下即可发生。
(1)B的化学式为。
(2)A中是否含有NaCl?
(填有或没有)
(3)若反应中还生成VL(已折算成标准状况下,且该气体不会使品红溶液褪色),则取出的A样品中含有Na2Smol(用含V的代数式表示)。
(4)A中各组成的物质的量比不同时,所产生的沉淀物的量亦不同。
上述A样品与盐酸反应可生成的况淀物的质量最大值为g。
1.AC2.AB3.D4.B5.
(1)可能
(2)可能;
O2(3)CO
6.
(1)Na2O2
(2)NH3CO2NO(3)O2HClNO2H2N2
(4)CO2、NO3︰2
7.P(红)
P(白)4P(白)+5O2
2P2O5(放热)
2KClO3
2KCl+3O2S+O2
SO2C+O2
CO2
火药味是硫磺燃烧生成SO2的气味,白烟是磷和碳燃烧生成P2O5与CO2的混合物。
8.
(1)无沉淀,通过计算可知反应生成的NO2、CO2混合气体通过石灰水时NO2与水反应生成的HNO3过量,试管b中最终无沉淀,得Ca(OH)2、HNO3的混合溶液。
(2)先有白色沉淀后沉淀消失。
(3)NO、6.0L、小。
9.
(1)MnO2+4HCl(浓)
MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)2Cl2+C+2H2O
4HCl+CO2提供D处所需的水蒸气
(3)先变红,后变无色未反应完的氯气与水作用产生HClO,HClO的漂白作用使红色消失
(4)B(5)瓶中液面下降,长颈漏斗内
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