第四章 非金属及其化合物.docx
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第四章非金属及其化合物
第四章非金属及其化合物
一.硅:
1.物理性质:
硅在地壳中的含量仅,其存在形式是态,熔点高,主要以氧化物及硅酸盐的形式存在,单质导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。
2.化学性质:
化学
性质
与非金属反应
Si+O2
SiO2
与氢氟酸反应
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
与强碱溶液反应
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
粗硅工业制取
SiO2+2C
Si+2CO↑
3.主要用途计算机芯片太阳能电池板等。
二.二氧化硅
1存在:
地球上存在的二氧化硅叫硅石,其存在形态有结晶形和无定形两大类。
SiO2不溶于水,熔点很高,硬度很大。
石英晶体是结晶的二氧化硅,石英中无色透明的晶体叫水晶,具有彩色环带状或层状的称为玛瑙,沙子中含有小粒的石英晶体
2.化学性质
化
学
性
质
与氢氟酸反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
与强碱溶液反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
与盐反应
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑
3.用途:
①沙子是基本的建筑材料。
②纯净的SiO2是现代光学和光导纤制品的基本原料。
③石英、和玛瑙制作饰物和工艺品。
三.硅酸:
是一种很弱的酸,酸性:
H2SiO3 物理性质 白色沉淀 化学 性质 与强碱溶液反应 H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O 不稳定性 H2SiO3 H2O+SiO2 实验室制取原理 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl Na2SiO3+CO2===Na2CO3+H2SiO3↓; (1)硅酸的酸酐为SiO2,因其不溶于水也不与水反应,所以不能直接用SiO2制备硅酸。 (2)可通过可溶性的硅酸盐与其它酸反应制得,所生成的H2SiO3易聚合形成胶体溶液——硅酸溶胶,又称为硅胶,吸附水分能力强,常用作干燥剂,也用作 催化剂的载体。 四.硅酸盐: 硅酸钠 1.物理性质: Na2SiO3是白色固体,可溶于水,水溶液俗称水玻璃,水玻璃在建筑工业上做黏合剂。 2.化学性质: 化学性质相对稳定,不能燃烧,不易腐蚀,热稳定性强。 3.用途: 作肥皂填料、木材防腐剂、防火剂。 从古到今,人类创造性地生产出了几大类硅酸盐产品陶瓷、玻璃和水泥等。 第二节氯及其化合物 一.氯气 1.物理性质: 通常是色、密度比空气、有气味气体,溶于水,有毒,易液化。 2.化学性质: 与非金属反应 Cl2+H2 2HCl(发出苍白色火焰,集气瓶口有白雾产生) 与金属反应 Cl2+2Na 2NaCl(白烟)Cl2+Cu CuCl2(棕色烟)3Cl2+2Fe 2FeCl3(棕黄色烟) (Cl2与金属反应生成高价金属氯化物) 与H2O反应 Cl2的水溶液叫氯水,为黄绿色Cl2+H2O=HCl+HClO 氯水有漂白作用,能杀菌消毒 与碱溶液反应 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O制漂白液(“84消毒液”) 2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O工业制漂白粉(或漂粉精Ca(ClO)2为主要成分) 生成的CaCl2和Ca(ClO)2的混合物叫漂白粉,有效成分是Ca(ClO)2。 漂白粉露置在空气中会失效,其原因是: Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3+2HClO,生成的2HClO见光分解: 2HClO==2HCl+O2↑,因此失效。 与盐溶液反应 Cl2+Na2SO3+H2O=2HCl+Na2SO4Cl2+2KI=I2+2KCl 3.①Cl2的水溶液叫氯水,该水溶液的颜色为黄绿色,这说明其中含有氯分子 ②新制氯水成分分子: H2OHClOCl2离子: H+Cl-ClO-OH- 久置氯水成分分子: H2O离子: H+Cl-OH- ③次氯酸的性质 光 A.弱酸性: HClO的酸性比碳酸的酸性弱。 B.不稳定性: 不稳定,在光照下分解,化学方程式2HClO===2HCl+O2↑。 C.强氧化性: 次氯酸是一种强氧化剂,能杀死水中的病菌,所以自来水常用氯气来杀菌消毒.次氯酸的强氧化性还能使某些染料和有机色素褪色,可用作漂白剂 4.氯气的制备: (1)实验室制法: ①原理: 4HCl(浓)+MnO2 MnCl2+Cl2↑+2H2O ②装置: 发生装置: 分液漏斗和烧瓶配套; 净化装置: 制取的氯气中含主要杂质有: HCl气体和水蒸气;用饱和食盐水除去HCl,用浓硫酸除去水蒸气。 收集方法: 向上排空气法或排饱和食盐水法。 尾气吸收: 用NaOH溶液吸收多余的氯气,防止污染空气。 (2)工业制法: 电解饱和食盐水: 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 5.氯离子的检验 1)反应原理为: Cl-与Ag+生成AgCl沉淀,此沉淀不溶于稀硝酸; 2)鉴定方法为: 先在被检验液中加稀硝酸酸化,再滴入AgNO3溶液,如产生白色沉淀,则可判断该溶液中含有Cl-。 3)先加入稀硝酸的目的是: 排除CO32-、PO43-等离子对Cl-检验的干扰 硫及其化合物 一.硫 1.物理性质: 硫俗称硫磺,是一种黄色的晶体,不溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳。 2.化学性质: (1)金属反应: Fe+S→Cu+S→ (2)非金属反应: S+O2→S+H2→ 二.SO2的性质 物理性质 无色气体、有刺激性气味、有毒、易溶于水、密度大于空气 化 学 性 质 与H2O SO2+H2O=H2SO3 与碱溶液 SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O SO2过量时总反应: SO2+NaOH=NaHSO3 与盐溶液 SO2+Na2CO3=CO2+Na2SO3(SO2不过量时) 与氯水 SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl 漂白性 SO2能使品红溶液(有机色质)褪色(生成了不稳定的无色物质),但加热褪色后的无色溶液,又恢复为原来的红色(不稳定的无色物质分解复原) 实验室制法 Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O 三.三氧化硫: 具有酸性氧化物的通性, 1.与水反应: SO3+H2O==H2SO4(硫酸生产原理之一) 2.与碱性氧化物反应生成硫酸盐: SO3+CaO==CaSO4。 3.与碱反应生成硫酸盐: SO3+Ca(OH)2==CaSO4+H2O。 四.浓H2SO4 物理性质 无色油状液体、常用浓H2SO4为: 98.3%、1.84g/cm3、C=18.4mol/L难挥发 化 学 性 质 吸水性 H2SO4+nH2O=H2SO4·nH2O 脱水性 C12H22O11 12C+11H2O 强氧化性 与金属反应Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O 与非金属反应C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O 与化合物反应H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2+2H2O 氮及其化合物 一.氮气 1.物理性质: 色、味、难溶于水、密度略空气。 N2和O2反应的化学方程式为: N2+O2===2NO。 二、一氧化氮和二氧化氮 1.一氧化氮 (1)物理性质: NO是无色有毒难溶于水的气体。 (2)化学性质: NO易与O2化合,所以不能与O2共存。 与O2反应的方程式为: 2NO+O2===2NO2。 所以实验室收集NO只能用排水法收集,而不能用排空气法法收集。 2.二氧化氮 (1)物理性质: NO2是红棕色,有刺激性气味的有毒气体。 密度比空气大,易液化易溶于水且与水反应。 在闪电时,大气中有少量NO2生成,并随雨水落下。 (2)化学性质: NO2易与水反应,化学方程式为: 3NO2+H2O===2HNO3+NO。 所以实验室收集NO2只能用向上排空气法收集,而不能用排水法收集。 3.酸雨的形成与防治: 氧化硫和二氧化氮都是有刺激性气味、有毒的气体,其危害性主要表现为: (1)直接危害人体健康,引起呼吸道疾病,严重时会使人死亡。 (2)大气中的SO2和NO2溶于水后形成酸性溶液,随雨水降下,成为酸雨。 正常雨水由于溶解了二氧化碳,pH为5.6,而酸雨的pH<5.6。 酸雨的危害: 能直接破坏农作物、森林、草原,使土壤、湖泊酸化,还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具及电信、电缆的腐蚀。 (3)NO2是造成光化学烟雾的主要因素。 (4).控制措施: ①调整能源结构,发展清洁能源②原煤脱硫技术③改进燃烧技术。 ④对煤燃烧后的气体脱硫⑤开发新能源⑥严格控制SO2的排放) 三.氨气 1.物理性质: 氨是无颜色,有刺激性气味的气体,密度比空气密度小,极易溶于水 2.化学性质: (1)水反应: NH3+H2O NH4++OH-,所以氨水溶液显弱碱性。 (2)与氯化氢反应: NH3+HCl==,现象: 应用: 用玻璃棒蘸浓盐酸检验氨气。 (3)氨气的催化氧化: 4NH3+5O2= 3.制取: (1)实验室制法: 2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2H2O+2NH3↑。 (2)装置: (3)收集: 用向排空气法(试管口塞一小团棉花,防止空气对流,使收集到的NH3尽量纯净)。 (4)验满: 用湿润靠近试管口,若试纸说明收集满。 (5)干燥: 将氨气通过装有碱石灰(固体NaOH和CaO的混合物)的干燥管(或U形管)可吸收氨气中的水蒸气。 不能用浓硫酸、P2O5等酸性干燥剂,也不能用无水CaCl2干燥氨气。 (四)铵盐 1.铵盐均易溶于水: 农业上常见的化肥,如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等都是铵盐。 铵盐都易溶于水,受热易分解。 2.铵盐的不稳定性: 铵盐受热易分解, 例如: NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑; NH4Cl NH3↑+HCl↑。 应用: 贮存氮肥时,应密封包装并放在阴凉通风处;施肥时,应埋在土下并及时灌水。 ②与碱反应: NH4NO3+NaOH NaNO3+H2O+NH3↑ 3.NH4+的检验: 取少量的铵盐(固体或溶液),与强碱溶液共热,生成的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色,证明原固体或溶液中含有铵根离子。 五.硝酸: 物理性质 无色液体、有刺激性气味、能以任意比溶于水 化 学 性 质 酸的通性 强氧化性 与金属 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 与非金属 C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 不稳定性 4HNO3 4NO2↑+O2↑+H2O 专题: 硝酸的计算题 一、应用守恒法 1.电荷守恒法 例;3.2gCu和过量的30mL8moL/L的硝酸充分反应,硝酸还原产物为NO和NO2。 反应后溶液中H+的物质的量为amoL,z则溶液中NO3--的物质的量为 (0.1+a)moL 2.原子守恒法 例;amoLCu与含bmoL的硝酸的溶液恰好完全反应,被还原的硝酸产物的量一定为 A。 (b-2a)moLB.b/4moLC.2a/3moLD.2amoL 3.电子守恒法 例: 铜镁合金4.6g完全溶于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原只产生4480mLNO2和336mLN2O4(标准状况下测定),则向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液,生成沉淀的质量为g(8.51g) M–2e==M2+M2++2OH--==M(OH)2 4.比例守恒法 内容: 金属单质与稀硝酸反应时,还原产物只有NO,则反应中起氧化作用的HNO3 的量是HNO3总量的1/4。 二.离子方程式法 内容: 金属与H2SO4和HNO3反应时,计算应用离子方程式 专题: 氮的氧化物溶于水的计算 1.NO2和O2混合溶于水: 4NO2+O2+2H2O==4HNO3 例: 10ml试管充满NO2和O2混合气体,把试管倒立在水槽中,水逐渐充满试管,求原混合气中O2和NO2的体积。 (2ml、8ml) 练习: 10ml试管充满NO2和O2混合气体,把试管到立在水槽中,剩1ml气体,求原混合气中O2和NO2的体积。 (7.2ml、2.8ml或1.4ml、8.6ml) 2.NO和O2混合溶于水: 4NO+3O2+2H2O==4HNO3 例: 往充满水的试管里通入2体积NO和1体积O2,经一段时间后试管内剩余什么气体,多少体积。 (相同的条件下) 3.NO和NO2混合溶于水 例: 把15mlNO和NO2混合气体通入到立水槽中装满水的量筒内,一段时间后,15ml减小到7ml,求原混合气中NO和NO2的体积。 (4.5ml、10.5ml) 4.NO和NO2和O2混合溶于水。 先考虑3NO2+H2O==2HNO3+NO: 再考虑4NO+3O2+2H2O==4HNO3 专题: 喷泉实验 一.形成的四个要素: 1.液体。 2.接纳的空间。 3.顺畅的通道。 4.足够大的压力差。 二.改变压力差的原因: 1.若气体的物质的量一定,改变温度。 2.若温度一定,改变气体的物质的量。 三.能产生的气体 1.极易溶于水的气体: NH3、HCl、SO2 2.酸性的气体和碱溶液: CO2、H2S、Cl2 例: 1.若在图(a)中收集一瓶氨气,应由口进气,原因。 为了证明充满了氨气,可用检验,现象。 2.用排空气法收集到体积为VL的烧瓶中的NH3,最后所得气体对H2的相对密度为10.5,将此瓶到置于水池中,实验完毕,在同温同压下瓶内剩余气体的体积为。 (V/3) 3.下列不可能产生喷泉的是() A.HCl和H2OB。 O2和H2OC.NH3和H2OD。 CO2和NaOH溶液 4.某学生如图(c)的装置,分别加入足量的下列物质反应后可能产生喷泉的是 A.Cu和稀H2SO4B.NaHCO3和NaOHC.CaCO3和稀H2SO4D。 NH4HCO3和稀盐酸。 5.在图(c)中放一水漕,锥形瓶内放入乙醇,水漕内放入冷水,加入足量下列物质,能产生喷泉的是() A。 浓硫酸B.食盐C.KNO3D.硫酸铜 6.从产生喷泉的原理分析(b)(c)用什么区别。 专题: 酸式盐 一.多元酸: 正盐,酸式盐,二者可以相互转化。 CO32-- HCO3--SO32-- HSO3-S2-- HS—(小结例子) 二.碱+CO2(SO2、H2S)反应的规律: “三段讨”论法。 三.现象(以CO2为例) 1.无现象: CaCl2溶液。 2.先产生沉淀又溶解的: ①Ca(OH)2溶液②Ca(ClO)2溶液 3.产生沉淀不溶解的: ①NaAlO2溶液②Na2SiO3溶液③饱和的Na2CO3溶液④苯酚钠溶液。 练习题: 取A.B两份物质的量浓度相等的氢氧化钠溶液,体积均为50ml,分别向其中通入一定量的CO2后,再分别稀释成100ml。 (1)在氢氧化钠溶液中通入一定量的CO2后,溶液中的溶质可能为: ①②③④ (2)在稀释后的溶液中分别逐滴加0.1mol/L的盐酸,产生CO2的体积(标准状况)与 V[HCl(aq)]关系如图: ①分别加入足量的盐酸后溶液中的溶质,原NaOH溶液的物质的量浓度。 ②A曲线表明,原溶液通入CO2后,所得溶质与HCl反应产生CO2的最大体积为。 ③B曲线表明,原溶液通入CO2后,所得溶质的化学式为,其物质的量之比。 答案: (1)①Na2CO3②NaHCO3③Na2CO3、NaHCO3④Na2CO3、NaOH (2)①NaCl0.15mol/L②33.6ml③Na2CO3、NaHCO31: 1 专题: 元素化合物的推断题的突破口 一.特征反应: 1.与碱反应产生气体: (1)Al、Si→H2↑ (2)铵盐→NH3↑ 2.与酸反应产生气体: (1)单质 ①Zn+H2SO4→②Cu+H2SO4(浓)→ ③Cu+HNO3(浓)→④Cu+HNO3(稀)→ ⑤C+H2SO4(浓)→⑥C+HNO3(浓)→ (2)化合物: CO32-(HCO3-)+H+→CO2↑、S2-(HS-)+H+→H2S↑、SO32-(HSO3-)+H+→SO2↑ 3.Na2S2O3+H+→SO2↑ 4.与水反应产生气体 ①Na+H2O→②Na2O2+H2O→③Mg3N2+H2O→ 5.双水解 6.既能和酸反应又能和碱反应: ①Al②Al2O3③Al(OH)3④弱酸的酸式盐⑤弱酸的铵盐⑥弱酸弱碱盐 7.电解条件下: H2O、NaCl、Al2O3、饱和食盐水。 8.铝热反应 Al+金属氧化物--金属+Al2O3(条件是高温) 9.置换反应 (1)金属置换金属: ①金属+盐---②铝热反应 (2)金属置换非金属: ①Na(Mg.Fe)+H2O—H2↑②Mg+CO2→ (3)非金属置换非金属: ①C+SiO2→②C+H2O→③Cl2、Br2、I2、S之间的置换。 (4)非金属置换金属: ①H2+CuO→②C+CuO→ 10.连续氧化反应 ①C→CO→CO2→H2CO3②Na→Na2O→Na2O2→NaOH ③NH3(N2)→NO→NO2→HNO3④H2S(S)→SO2→SO3→H2SO4 (二)特征现象 1.焰色反应: Na、K 2.浅黄色固体: S、Na2O2、AgBr 3.使品红褪色: SO2、Cl2 4.有色的气体: Cl2、NO2 5.有色的溶液: Cu2+、Fe3+、Fe2+、MnO4-- 6.有色的固体: ①红色;Cu、Fe2O3②红褐色: Fe(OH)3③蓝色;Cu(OH)2 ④.黑色;CuO.、FeO.、FeS、CuS、Ag2S、PbS、C、MnO2 ⑤白色: Fe(OH)2、Al(OH)3、Mg(OH)2、H2SiO4、CaCO3、BaCO3、CaSO3、BaSO3 BaSO4、AgCl、 CaSO4、Ag2SO4 ⑥黄色: AgI 练习: 1.有X、Y、Z三种元素: (1)X、Y、Z在常温下都是气体。 (2)X的单质可以在Z的单质中燃烧,生成物为XZ,火焰呈苍白色。 (3)XZ极易溶于水,在水溶液中能电离出X-+和Z--.,其水溶液能使蓝色石试纸变红。 (4)每两个X2分子能与1个Y2分子化合成两个X2Y分子。 常温下为液体。 (5)Z的单质溶于X2Y中,所得溶液有漂白性 试写出元素符号XYZ;化合物的化学式XZ,X2Y. 2.已知有如下物质的相互转化关系: 试回答: (1)写出B的化学式;D的化学式。 (2)写出E变成F的化学方程式。 (3)写出用KSCN鉴别G溶液的离子方程式。 向G溶液中加入A的有关离子反应方程式为。 答案: (1)FeCl2KCl (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 (3)3SCN-+Fe3+==Fe(SCN)32Fe3++Fe==3Fe2+ 3.下列是中学化学中常见物质的转化关系图,反应条件及部分反应物和产物未全部注明。 已知A.D为金属单质,其他为化合物。 试推断 (1)写出物质的化学式: ACI. (2)写出下列反应的方程式: C→F的离子方程式: H→I的化学方程式。 答案: (1)Al、Al2O3Fe(OH)3 (2)Al2O3+2OH-==2AlO2-+H2O: 4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3 无机推断题 一.考察范围 1.金属: Al、Fe、Na、Mg 2.非金属: N、S、Cl、Si、C、H、O 3.周期表和周期律相互结合。 二.原则: 大胆假设,小心求证。 三.题型设计 (一)框图推断 1.以特殊现象为突破口 (1)课本中实验的现象: (2)①焰色反应;Na、K②浅黄色固体;S、Na2O2、FeS2、AgBr ③使品红褪色气体;SO2、Cl2④有色溶液;Fe3+、Fe2+、MnO4-、Cu2+ ⑤有色的气体;Cl2、NO2 ⑥有色的固体: 红色;Fe2O3、Cu。 红褐色;Fe(OH)3。 蓝色;Cu(OH)2 黑色;C、MnO2、FeO、CuO、FeS、CuS 白色;AgCl、BaSO4、Fe(OH)2、CaCO3、BaSO3、Mg(OH)2、Al(OH)3 H2SiO3、CaSO4、Ag2SO4 【例题】下图每一方框中的字母代表一种反应物或生成物。 产物J是含A金属元素的胶状白色沉淀,I为NaCl溶液,D是淡黄色固体单质。 填写下列空白: (1)L的化学式为。 (2)F的化学式。 (3)H和G之间反应的化学方程式。 答案; (1)H2O (2)Na2S(3)2H2S+SO2==3S↓+2H2O 2..以特征反应为突破口 常见的特征反应有: (1)与碱反应产生气体: ①铵盐②Al、Si (2)与酸反应产生气体: 1单质: 金属,例如;HCl、H2SO4;Cu跟浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3 非金属,例如;C+浓H2SO4、浓HNO3 ②CO32-(HCO3-)、S2-(HS-)、SO32-(HSO3-)产生CO2、SO2、H2S (3)Na2S2O3 (4)与水反应产生气体 ①单质;Na、K、F2 ②化合物;Na2O2、CaC2、Mg3N2、Al2S3 (5)双水解;①推断题②大量共存 (6)既能和酸反应,又能和碱反应 ①单质;Al ②化合物;Al2O3、Al(OH)3、弱酸弱碱盐、弱酸的酸式盐、弱酸的铵盐。 (7)铝热反应;(注意形式和条件) (8)置换反应 A.金属→金属: ①金属+盐②铝热反应 B.金属→非金属: ①Na、Mg、Fe+水或酸②2Mg+CO2==2MgO+C
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