专题10 常见非金属元素及其重要化合物专题高考.docx
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专题10常见非金属元素及其重要化合物专题高考
【2017年高考考纲解读】
1.了解常见非金属元素单质及其重要化合物的主要性质及作用。
2.了解常见非金属元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
【重点、难点剖析】
一、非金属元素单质及其化合物
1.硅及其化合物的“特性”
(1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:
SiO2+2C
Si+2CO↑。
(2)非金属单质跟碱作用一般无H2放出,但Si能跟强碱溶液作用放出H2:
Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。
(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能跟HF作用:
Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。
(4)非金属氧化物一般为分子晶体,但SiO2为原子晶体。
(5)一般情况,酸性氧化物与水反应生成相应的酸,如CO2+H2O===H2CO3,但SiO2不溶于水,不与水反应。
(6)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O(SiF4不属于盐)。
(7)无机酸一般易溶于水,但H2SiO3及H4SiO4难溶于水。
(8)硅酸钠水溶液称为泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液。
(9)H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以有Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3,但高温下:
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑也能发生。
2.有关Cl2及化合物的命题热点
(1)Cl2与水的可逆反应,HClO的强氧化性、漂白性和弱酸性。
(2)Cl2与碱的歧化反应。
(3)Cl2作为氧化剂使用,如将Fe2+氧化为Fe3+。
(4)Cl2的实验室制法,还原剂用浓盐酸,氧化剂可以为MnO2(△)、KClO3和KMnO4等。
(5)次氯酸盐为重点
①ClO-不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能表现强氧化性,如ClO-与SO
、I-、Fe2+均不能大量共存。
②ClO-表现水解性,因HClO酸性很弱,ClO-水解显碱性,如Fe3++3ClO-+3H2O===Fe(OH)3↓+3HClO。
3.常见无机酸的重要规律和特性
(1)重要规律
①最高价氧化物对应水化物的酸性强弱取决于元素非金属性的强弱,如酸性:
HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3>H2SiO3,
则非金属性:
Cl>S>P>C>Si。
②证明酸性强弱顺序,可利用复分解反应中“强酸制弱酸”的规律,如:
Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
Ca(ClO)2+CO2+H2O===CaCO3↓+2HClO
③强氧化性酸(如HNO3、浓H2SO4)与金属反应,一般不生成H2;金属和浓HNO3反应一般生成NO2,而和稀HNO3反应则生成NO,金属和浓H2SO4反应一般生成SO2。
(2)重要特性
①H2SiO3(或H4SiO4)为难溶性酸,浓盐酸、浓硝酸为挥发性酸。
②HNO3、浓H2SO4、HClO具有强氧化性,属于氧化性酸,其中HNO3、HClO见光受热易分解。
③浓HNO3和Cu(足量)、浓H2SO4和Cu(足量)、浓盐酸和MnO2(足量)在反应时,随着反应的进行,产物会发生变化或反应停止。
④浓H2SO4具有吸水性、脱水性和强氧化性。
⑤常温下,铁、铝遇浓H2SO4、浓HNO3发生钝化。
⑥浓盐酸、浓硝酸、醋酸等遇氨气能冒白烟,即它们挥发出来的酸蒸气与氨气反应生成相应的铵盐(固体)的缘故。
⑦H2S、HI、HBr遇强氧化性酸能发生氧化还原反应,因此不能用浓硫酸进行干燥。
二、常见非金属氧化物与环境污染
1.常见的环境污染
污染类型
污染成因
温室效应
CO2排放量过大,造成全球气温上升
赤潮/水华
大量富含N、P等营养物质的废水的排放使水体富营养化
酸雨
硫的氧化物、氮的氧化物的大量排放,造成雨水酸度过大
臭氧空洞
氟氯代烷、氮的氧化物的大量排放使臭氧层大量损耗
光化学污染
主要是由氮的氧化物(主要指NO2)和碳氢化合物引起
白色污染
主要是由废弃的难降解的塑料类制品造成
食品污染
人类在动物饲养和植物培养过程中使用的大量生长激素、农药、化肥等造成的
飘尘
烟雾、尘埃、煤灰或冷凝汽化物的固体长时间悬浮于空气中造成的
2.污染及防治
类型
主要污染物
防治措施
大气污染
有害气体和粉尘
调整能源结构;综合运用各种技术措施
水污染
城市生活污水、重金属、酸、碱、盐等无机物;耗氧物质
控制污水任意排放,用物理、化学、生物等方法治理
土壤污染
生活垃圾及工矿业固体废弃物、化肥、农药等
控制和减少污染物的排放
3.工业尾气的主要成分及其治理
(1)硫酸厂尾气:
SO2、O2、N2等,一般用氨水吸收。
(2)硝酸厂尾气:
NO、NO2、N2、O2等,一般用NaOH溶液吸收。
(3)高炉煤气:
CO、CO2、N2等,一般回收利用。
(4)炼钢烟气:
Fe2O3烟尘、CO等,一般回收利用。
(5)焦炉气:
H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2等,可用作燃料。
(6)氯碱工业:
Cl2一般用NaOH溶液吸收。
三、非金属元素单质及其化合物的综合实验探究
1.气体除杂剂的选择原则
选择的气体除杂试剂应在除去杂质气体的同时,减少原气体的溶解度,故一般采取通入相关饱和溶液的方法除杂。
如Cl2中混有HCl,可通入饱和氯化钠溶液;SO2(或CO2)中混有HCl,则通入饱和NaHSO3(或NaHCO3)溶液。
2.常见的尾气处理方法
通常有毒和有污染的尾气必须适当处理,常用尾气处理装置有:
a用于NaOH溶液吸收氯气、CO2(气体溶解或反应速率不很快,不易引起倒吸)。
b用于收集少量气体然后处理。
c、d用于收集极易溶且溶解很快的气体,如HCl、HBr、NH3等;其中d吸收量少。
e用于处理难以吸收且可燃的气体,如H2、CO等。
3.“防水”处理
在空气中遇水蒸气剧烈反应的物质,制取时应保证制取装置前后均有除水装置,以确保“前后”均无水蒸气引入,提高产物的纯度。
【题型示例】
题型一 碳及其化合物
随着新能源、新材料、新工艺的发展应用,碳、硅及其化合物的性质和应用的考查在高考中有逐渐增多的趋势。
硅及其化合物的性质和有关实验以及工艺流程题是近几年高考考查的重点,复习时加以重视。
特别关注:
①Si和SiO2性质的特殊性;②有关碳及其化合物的工艺流程题。
例1.(2016·课标全国Ⅱ,7)下列关于燃料的说法错误的是( )
A.燃料燃烧产物CO2是温室气体之一
B.化石燃料完全燃烧不会造成大气污染
C.以液化石油气代替燃油可减少大气污染
D.燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一
【答案】 B
【举一反三】(2016·江苏化学,1)大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。
下列活动会导致大气中CO2含量增加的是( )
A.燃烧煤炭供热B.利用风力发电
C.增加植被面积D.节约用水用电
【解析】 煤炭燃烧会生成大量CO2,加剧“温室效应”,A正确;风力发电,不影响CO2,B错误;增加植被面积,植物会将CO2转化为O2,C错误;节约用电用水,不影响CO2,D错误。
【答案】 A
【变式探究】(2015·江苏化学,4)在CO2中,Mg燃烧生成MgO和C。
下列说法正确的是( )
A.元素C的单质只存在金刚石和石墨两种同素异形体
B.Mg、MgO中镁元素微粒的半径:
r(Mg2+)>r(Mg)
C.在该反应条件下,Mg的还原性强于C的还原性
D.该反应中化学能全部转化为热能
【答案】 C
【变式探究】(2014·课标全国卷Ⅱ,7,6分)下列过程没有发生化学反应的是( )
A.用活性炭去除冰箱中的异味
B.用热碱水清除炊具上残留的油污
C.用浸泡过高锰酸钾溶液的硅藻土保鲜水果
D.用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装
【解析】 A项,用活性炭去除冰箱中的异味利用了吸附原理,没有发生化学反应;B项,热碱水使得油脂发生水解反应而变得易清除;C项,KMnO4能吸收成熟水果释放的乙烯,从而起到保鲜水果的目的;D项,硅胶起干燥作用,而铁粉是脱氧剂,会与O2发生化学反应。
【答案】 A
【变式探究】(2015·北京理综,27,14分)研究CO2在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HCO
占95%。
写出CO2溶于水产生HCO
的方程式:
_____________________________________。
(2)在海洋碳循环中,通过下图所示的途径固碳。
①写出钙化作用的离子方程式:
________________________________________。
②同位素示踪法证实光合作用的化学方程式如下,将其补充完整:
+
(CH2O)x+x18O2+xH2O
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上,其准确测量是研究海洋碳循环的基础。
测量溶解无机碳,可采用如下方法:
①气提、吸收CO2。
用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。
将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。
②滴定。
将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3,再用xmol·L-1HCl溶液滴定,消耗ymLHCl溶液。
海水中溶解无机碳的浓度= mol·L-1。
(4)利用如图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。
①结合方程式简述提取CO2的原理:
____________________________________。
②用该装置产生的物质处理b室排出的海水,合格后排回大海。
处理至合格的方法是_____________________________________________________________。
酸性;c室的反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,可用c室排出的碱液与从b室排出的酸液中和调至接近装置入口海水的pH,即处理合格。
【答案】
(1)CO2+H2O===H2CO3、H2CO3
H++HCO
(2)①2HCO
+Ca2+===CaCO3↓+CO2↑+H2O
②xCO2 2xH
O
(3)①
②
(4)①a室:
2H2O―4e-===O2↑+4H+,H+通过阳离子膜进入b室,发生反应:
HCO
+H+===CO2↑+H2O ②c室的反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,用c室排出的碱液将从b室排出的酸液调至接近装置入口海水的pH
【变式探究】(2014·课标全国卷Ⅱ,27,15分)铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。
回答下列问题:
(1)铅是碳的同族元素,比碳多4个电子层。
铅在元素周期表的位置为第 周期、第 族;PbO2的酸性比CO2的酸性 (填“强”或“弱”)。
(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为________________________________。
(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。
阳极发生的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为______________________,
这样做的主要缺点是______________________________________________________________。
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即
×100%)的残留固体。
若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO,列式计算x值和m∶n值 。
【答案】
(1)六 ⅣA 弱
(2)PbO2+4HCl(浓)
PbCl2+Cl2↑+2H2O
(3)PbO+ClO-===PbO2+Cl- Pb2++2H2O-2e-===PbO2↓+4H+
石墨上包上铜镀层 Pb2++2e-===Pb↓ 不能有效利用Pb2+
(4)根据PbO2
PbOx+
O2↑,有
×32=239×4.0%,x=2-
=1.4
根据mPbO2·nPbO,
=1.4,
=
=
题型二 硅及其化合物 无机非金属材料
例2.(2015·课标全国卷Ⅱ,7,6分)食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好。
下列说法错误的是( )
A.硅胶可用作食品干燥剂
B.P2O5不可用作食品干燥剂
C.六水氯化钙可用作食品干燥剂
D.加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂
【答案】 C
【变式探究】(2015·江苏化学,8,2分)在给定条件下,下列选项中所示的物质间转化均能一步实现的是( )
A.粗硅
SiCl4
Si
B.Mg(OH)2
MgCl2(aq)
Mg
C.Fe2O3
FeCl3(aq)
无水FeCl3
D.AgNO3(aq)
Ag(NH3)2]OH(aq)
Ag
【解析】 B项,电解熔融的MgCl2可制得镁,电解MgCl2溶液:
MgCl2+2H2O
Mg(OH)2↓+H2↑+Cl2↑,错误;C项,FeCl3溶液蒸干过程中发生反应:
FeCl3+3H2O
Fe(OH)3↓+3HCl↑,错误;D项,蔗糖是非还原性糖,不能和银氨溶液发生银镜反应生成银,错误。
【答案】 A
【变式探究】(2015·海南化学,14,8分)单质Z是一种常见的半导体材料,可由X通过如下图所示的路线制备。
其中X为Z的氧化物;Y为氢化物,分子结构与甲烷相似。
回答下列问题:
(1)能与X发生化学反应的酸是 ;由X制备Mg2Z的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)由Mg2Z生成Y的化学方程式为_____________________________________,
Y分子的电子式为__________________________________________________。
(3)Z、X中共价键的类型分别是 、 。
【答案】
(1)氢氟酸(HF) SiO2+2Mg
O2↑+Mg2Si
(2)Mg2Si+4HCl===2MgCl2+SiH4↑
(3)非极性键 极性键
题型三 氯及其化合物
例3.(2016·上海化学,9)向新制氯水中加入少量下列物质,能增强溶液漂白能力的是( )
A.碳酸钙粉末B.稀硫酸
C.氯化钙溶液D.二氧化硫水溶液
【解析】 在氯水中存在反应:
Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,若反应使溶液中c(HClO)增大,则溶液的漂白性会增强。
A.由于酸性HCl>H2CO3>HClO,所以向溶液中加入碳酸钙粉末,会发生反应:
2HCl+CaCO3===CaCl2+H2O+CO2↑,使化学平衡正向移动,导致c(HClO)增大,则溶液的漂白性会增强,正确;B.若加入稀硫酸,使溶液中c(H+)增大,使化学平衡逆向移动,则溶液的漂白性减弱,错误;C.加入氯化钙溶液,不能发生反应,溶液的水对氯水起稀释作用,使溶液的漂白性减弱,错误;加入二氧化硫的水溶液,氯水被二氧化硫还原,使化学平衡逆向移动,则溶液的漂白性减弱,错误。
【答案】 A
【举一反三】(2014·江苏化学,13,4分)在探究新制饱和氯水成分的实验中,下列根据实验现象得出的结论不正确的是( )
A.氯水的颜色呈浅黄绿色,说明氯水中含有Cl2
B.向氯水中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液,产生白色沉淀,说明氯水中含有Cl-
C.向氯水中加入NaHCO3粉末,有气泡产生,说明氯水中含有H+
D.向FeCl2溶液中滴加氯水,溶液颜色变成棕黄色,说明氯水中含有HClO
【解析】 氯水中含有“三分四离”Cl2、HClO、H2O、H+、Cl-、ClO-、OH-(少)],含Cl2,溶液呈浅黄绿色,A项正确;含Cl-,加入AgNO3反应生成AgCl沉淀,B项正确;能与NaHCO3反应生成CO2,说明有H+,C项正确;氯水中Cl2可以将Fe2+氧化为Fe3+,D项错误。
【答案】 D
【变式探究】(2014·浙江理综,12,6分)氯在饮用水处理中常用作杀菌剂,且HClO的杀菌能力比ClO-强。
25℃时氯气氯水体系中存在以下平衡关系:
Cl2(g)
Cl2(aq) K1=10-1.2
Cl2(aq)+H2O
HClO+H++Cl- K2=10-3.4
HClO
H++ClO- Ka=?
其中Cl2(aq)、HClO和ClO-分别在三者中所占分数(α)随pH变化的关系如图所示。
下列表述正确的是( )
A.Cl2(g)+H2O
2H++ClO-+Cl- K=10-10.9
B.在氯处理水体系中,c(HClO)+c(ClO-)=c(H+)-c(OH-)
C.用氯处理饮用水时,pH=7.5时杀菌效果比pH=6.5时差
D.氯处理饮用水时,在夏季的杀菌效果比在冬季好
【答案】 C
【变式探究】(2015·重庆理综,9,15分)ClO2与Cl2的氧化性相近,在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。
某兴趣小组通过如图1装置(夹持装置略)对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。
(1)仪器D的名称是 。
安装F中导管时,应选用图2中的 。
(2)打开B的活塞,A中发生反应:
2NaClO3+4HCl===2ClO2↑+Cl2↑+2NaCl+2H2O,为使ClO2在D中被稳定剂充分吸收,滴加稀盐酸的速度宜 (填“快”或“慢”)。
(3)关闭B的活塞,ClO2在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO2,此时F中溶液的颜色不变,则装置C的作用是___________________________________。
(4)已知在酸性条件下NaClO2可发生反应生成NaCl并释放出ClO2,该反应的离子方程式为_________________________________________________
_________________________________________________________________。
在ClO2释放实验中,打开E的活塞,D中发生反应,则装置F的作用是__________________________________________________________________。
(5)已吸收ClO2气体的稳定剂Ⅰ和稳定剂Ⅱ,加酸后释放ClO2的浓度随时间的变化如图3所示。
若将其用于水果保鲜,你认为效果较好的稳定剂是 ,原因是 。
图3
【答案】
(1)锥形瓶 b
(2)慢
(3)吸收Cl2
(4)4H++5ClO
===Cl-+4ClO2↑+2H2O 验证是否有ClO2生成
(5)稳定剂Ⅱ 稳定剂Ⅱ可以缓慢释放ClO2,能较长时间维持保鲜所需的浓度
【变式探究】(2015·福建理综,25,15分)某化学兴趣小组制取氯酸钾和氯水并进行有关探究实验。
实验一 制取氯酸钾和氯水
利用下图所示的实验装置进行实验。
(1)制取实验结束后,取出B中试管冷却结晶、过滤、洗涤。
该实验操作过程需要的玻璃仪器有_________________________________________________。
(2)若对调B和C装置的位置, (填“能”或“不能”)提高B中氯酸钾的产率。
实验二 氯酸钾与碘化钾反应的探究
(3)在不同条件下KClO3可将KI氧化为I2或KIO3。
该小组设计了系列实验研究反应条件对反应产物的影响,其中系列a实验的记录表如下(实验在室温下进行):
试管编号
1
2
3
4
0.20mol·L-1KI/mL
1.0
1.0
1.0
1.0
KClO3(s)/g
0.10
0.10
0.10
0.10
6.0mol·L-1H2SO4/mL
0
3.0
6.0
9.0
蒸馏水/mL
9.0
6.0
3.0
0
实验现象
①系列a实验的实验目的是__________________________________________。
②设计1号试管实验的作用是_________________________________________。
③若2号试管实验现象为“黄色溶液”,取少量该溶液加入淀粉溶液显蓝色;假设氧化产物唯一,还原产物为KCl,则此反应的离子方程式为________________________________________________。
实验三 测定饱和氯水中氯元素的总量
(4)该小组设计的实验方案为:
使用下图装置,加热15.0mL饱和氯水试样,测定产生气体的体积。
此方案不可行的主要原因是_________________________________________________________________。
(不考虑实验装置及操作失误导致不可行的原因)
(5)根据下列资料,为该小组设计一个可行的实验方案(不必描述操作过程的细节):
___________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
资料:
i.次氯酸会破坏酸碱指示剂;
ii.次氯酸或氯气可被SO2、H2O2、FeCl2等物质还原成Cl-。
【答案】
(1)烧杯、漏斗、玻璃棒、胶头滴管(不填“胶头滴管”也可)
(2)能
(3)①研究反应体系中硫酸浓度对反应产物的影响
②硫酸浓度为0的对照实验 ③ClO
+6I-+6H+===Cl-+3I2+3H2O
(4)因存在Cl2的重新溶解、HClO分解等,此方案无法测定试样含氯总量(或其他合理答案)
(5)量取一定量的试样,加入足量的H2O2溶液,加热除去过量的H2O2,冷却,再加入足量的硝酸银溶液,称量沉淀质量(或其他合理答案)
题型四 溴、碘及其化合物
例4.下列叙述中正确的是( )
A.液溴易挥发,在存放液溴的试剂瓶中应加水封
B.能使润湿的淀粉KI试纸变成蓝色的物质一定是Cl2
C.某溶液加入CCl4,CCl4层显紫色,证明原溶液中存在I-
D.某溶液加入BaCl2溶液,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀,该溶液一定含有Ag+
【答案】 A
【变式探究】(2015·课标全国卷Ⅱ,28,15分)二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。
回答下列问题:
(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2,该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为 。
(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2:
①电解时发生反应的化学方程式
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- 专题10 常见非金属元素及其重要化合物专题高考 专题 10 常见 非金属元素 及其 重要 化合物 高考