第四章 非金属及其化合物.doc

第四章 非金属及其化合物第一节 无机非金属材料的主角硅一、二氧化硅和硅酸硅为亲 元素，在地球上硅主要是以熔点很高的 形式存在；而碳主要形成 矿物，碳的氧化物二氧化碳通过光合作用进入以碳为骨架的有机世界。、 二氧化硅地球上天然二氧化硅称为 ，约占地壳质量的12，存在形态有 形和 形两种。将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开，并在其间夹入一个氧原子，就形成了二氧化硅的晶体。这样，每个硅原子和四个氧原子以 键结合，形成以该硅原子为中心的 结构，这种 结构通过顶角的O向空间伸展，就形成了具有 结构的原子晶体。由于每个氧原子同时和 个硅原子成键，所以二氧化硅晶体中，硅氧原子数之比为 ，SiO2只表示一种比例关系，并不表示晶体中存在SiO2的小分子。石英晶体是结晶的二氧化硅，水晶石英中无色透明的晶体；具有彩色环带状或层状的称为 。二氧化硅可用来做 纤维。石英可用来做石英钟、石英表，耐高温的 ；水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、 仪器、工艺品、眼镜片等，含有有色杂质的石英，还可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品等。（）物理性质： 、难 固体， 溶于水（）化学性质： SiO2与CO2化学性质的比较物 质二氧化硅(SiO2)二氧化碳(CO2)与水反应与酸反应与碱反应与碱性氧化物反应与碳反应从上表可以看出，二氧化硅能与 反应生成相应的盐和水，是一种 性氧化物，但它 能溶于水得到相应的酸 。酸性氧化物一般 酸发生化学反应，而二氧化硅却能与 酸发生反应，这也是工业上用 酸雕刻玻璃的反应原理。以上两点，属二氧化硅的特性。 SiO2 HF 思考为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？.硅酸(H2SiO3)（）硅酸是一种比碳酸 的酸，它 溶于水， 使指示剂变色，是一种 色粉末状的固体。硅酸易形成胶体溶液，浓度较大时，则形成硅酸凝胶，再经脱水，形成硅酸干胶，称为“ ”。是常用的 剂及 剂的载体。（）Na2SiO3+2HCl+H2O= Na2SiO3+CO2+2H2O=生成的H4SiO4叫 ，是一种 色 状物质， 溶于水，在干燥的空气中易失水变成 。H4SiO4= 练习：1.熔融烧碱应选用的器皿是（ ）A.石英坩埚 B.生铁坩埚C.普通玻璃坩埚 D.陶瓷坩埚2.下列说法正确的是（ ）A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在B.二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸C.二氧化硅溶于水显酸性 D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸二.硅酸盐硅酸钠，是一种 性的硅酸盐，而其他硅酸盐多数是 溶于水的。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐矿物，约占地壳质量的5%。1、硅酸钠：水溶液俗称水玻璃，可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。2、粘土：化学成分主要是：Al2Si2O5(OH)4，土壤胶体一般带负电荷，具有保肥能力。3、硅酸盐工业：产品主要原料主要设备反应条件主要反应或主要成分主要性质水泥 、 、(石膏)适量水泥回转窑高温硅酸三钙： 硅酸二钙 铝酸三钙： 玻璃 玻璃窑高温Na2CO3+SiO2 CaCO3+SiO2 成分： 、 、 4、氧化物表示形式：硅酸盐的种类很多，结构也很复杂，通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。书写规则：金属氧化物写在最前面，然后写二氧化硅，最后写水，而且氧化物之间用“.”隔开例题Na2SiO3可以写成 练习如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 以氧化物形式表示为（ ）钠长石：NaAlSi3Oa a为 ，若以氧化物形式表示为（ ） 练习如何用化学式表示下列硅酸盐石棉：3MgOCaO4SiO2 长石：K2OAl2O36SiO2 普通玻璃：CaONa2O6SiO2 黏土：Al2O32SiO22H2O 5、新型陶瓷：结构陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、生物陶瓷。三、硅单质思考硅元素以什么形态存在于自然界？硅元素主要存在于什么物质里？硅有几种同素异形体？分别是什么？1、物理性质：熔、沸点 ，硬度 ， 导体。2、单质硅化学性质：常温下，硅的化学性质不活泼，除 、 和 外，硅不跟其他物质，如氧气、氯气、硝酸、硫酸等起反应。加热时，能跟一些非金属反应，如它也能和氧气反应生成二氧化硅。Si+2F2= Si+4HF= Si+2NaOH+H2O= Si+O2 练习1.下列物质中属于纯净物的是A.Na2CO310H2O B.水泥C.纯净的盐酸D.普通玻璃2.下列叙述正确的是A.酸均不能与酸性氧化物反应 B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同 D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同3.下列物质有固定熔点的是A.水泥 B.玻璃 C.Na2OSiO2 D.水玻璃第二节 富集在海水中的元素氯氯元素主要以 的形式存在，富集在 中。自然界中没有 态的氯一、活泼的黄绿色气体氯气1. 氯气的物理性质： 色、 气味、有 气体， 溶于水。2. 氯气的化学性质：氯原子最外层有 个电子，很容易得到 个电子，使最外层达到8电子的稳定结构。说明氯气的化学性质很 。具有较强的 性，能与大多数金属反应。（1）与金属反应：铁丝、铜丝在氯气中燃烧的化学方程式： （2）与H2等非金属反应 H2+Cl2= 实验H2在Cl2中燃烧。 现象安静 ， 色火焰，有 形成。HCl气体具有 性气味， 溶于水。HCl的水溶液称为 。观察到的 就 是HCl气体跟空气中的水蒸气结合所形成的盐酸 。盐酸是重要的化工原料。在一定条件下，氯气还可以与磷、碳等非金属反应。在这些反应中，氯元素的化合价都从 价降低到 价，被 。氯气在反应中都是 剂，说明氯气具有强 性。（3）Cl2和水反应 思考：氯水呈什么颜色？说明有什么微粒？ 、 。提出问题氯气溶于水形成氯水的过程，是简单的物理过程吗？会有怎样的反应发生？讨论（1）假设Cl2不和水反应，只是溶于水，那么溶液中只存在Cl2分子和H2O分子，这时溶液应该是中性的。（2）假设Cl2和水反应，那么溶液中除存在Cl2分子、H2O分子外，还可能会含有Cl-，溶液不一定是中性。实验验证（1）加紫色石蕊试液检验溶液的酸碱性。（2）加酸化的硝酸银溶液检验Cl-。 （3）加Zn粒或Na2CO3粉末检验H+。实验现象实验（1）：石蕊试液先变红后褪色。实验（2）：生成了白色沉淀，说明溶液中有 存在。实验（3）：有气体产生，说明生成了酸性较强的含氯物质，应为 。初步得出结论氯水中含 、 、 、 。提出疑问石蕊试液为什么先变红后褪色呢？学生猜想（1）溶液中有盐酸，是不是盐酸使石蕊褪色呢？（2）Cl2中氯是0价，而HCl中氯是-1价，则氯气与水反应后还会有氯元素显正价的物质生成。氯气有强氧化性，使石蕊褪色的物质是不是氯气？（3）氯水光照产生氧气，而氯水中Cl2、H2O、H+、Cl-都不可能在光照的条件下产生氧气，说明氯气与水反应的产物中应该有一种含氧元素，光照能产生氧气的物质。实验验证（1）一张干燥和一张湿润的红纸分别投入两瓶干燥氯气中。（2）取一张红纸，湿润一半投入一瓶干燥氯气中。实验现象干燥的纸条 色，湿润的纸条 色了。得出结论使石蕊褪色的物质不是 而是含氧元素、光照能产生 的 酸（ ）。Cl2+H2O= 氯水的成分：1、分子： 、H2O、 。2、离子： 、 、 、 。次氯酸是 酸，不 ，只存在于水溶液中，在光照下容易 。有 性，故有杀菌消毒作用。此外，HClO有 性，可以用于棉花、纸张的 。（4）氯气与碱反应 Cl2+2NaOH= 次氯酸盐比次氯酸 ，容易保存。利用氯气与NaOH溶液的反应，可以得到以 为有效成分的漂白液。氯气有 ，不能直接排放到大气中，通常用 溶液吸收多余Cl2。工业上常用Cl2与消石灰反应，制得漂白粉。2Cl2+2Ca(OH)2=漂白原理：Ca（ClO）2+CO2+H2O= 由于Ca（ClO）2易与 反应， 不稳定，所以漂白粉、漂粉精要密封包装，避 、隔 存放。（5）与某些盐的反应 FeCl2+Cl2= 离子方程式为： Fe2+Cl2= 氯气用途做 剂、 剂（HClO的氧化作用）制 （Cl2与H2反应）制 粉（Cl2与Ca(OH)2反应）二、氯离子的检验实验桌上有A、B、C三瓶无色液体，分别是NaCl溶液、Na2CO3溶液、蒸馏水中的一种。请通过实验找出A、B、C各是三种液体中的哪一种。序号实验现象结论及化学方程式、离子方程式加入AgNO3溶液后加入稀硝酸后ABC思考：1、滴加AgNO3有白色沉淀生成，能不能断定溶液中有氯离子呢?2、为什么滴加AgNO3溶液后还要再加稀硝酸呢？的检验方法：先加稀 酸使溶液酸化，目的是排除 等的干扰。再加 溶液，若生成的 色沉淀，则证明原溶液中含有。元素周期表中，与氯元素处于同一纵行的元素还有 、 、 、 ，它们与氯元素统称为卤素。第三节 硫和氮的氧化物一、二氧化硫的物理性质 色、有 气味的有 气体，密度比空气 ， 溶于水(1 )， 液化(10)。二、二氧化硫的化学性质1、二氧化硫与水反应 SO2 + H2O可逆反应的特点：同 、不同 、同时 。中间为可逆号。思考：H2 +O2 =H2O，H2O= H2 +O2是可逆反应吗？2、二氧化硫是酸性氧化物的实验设计学生甲：取一部分刚才做二氧化硫溶解性实验得到的溶液滴入石蕊试液，如果石蕊试液变 ，说明二氧化硫与水生成了 ，证明二氧化硫是 性氧化物。学生乙：不一定，与水反应生成酸的氧化物就一定是酸性氧化物吗？学生丙：酸性氧化物的概念应该是和 反应只生成 的氧化物。取2mL氢氧化钠溶液滴加酚酞，然后滴加上述二氧化硫的水溶液，看 色是否褪去，就可以证明。学生丁：如果是酸性氧化物就应该有酸性氧化物的特征，我们可以利用它的通性来设计实验证明。3、氧化性和还原性学生甲：证明二氧化硫具有还原性，我们选择了二氧化硫的水溶液与酸性高锰酸钾溶液反应，现象是 。学生乙：二氧化硫的氧化性应该加入还原剂，可将二氧化硫通入硫化氢的水溶液，现象： 4、漂白性学生甲：我们将二氧化硫的水溶液中滴加品红，结果品红 ，再加热结果溶液又变 ，由此我们知道二氧化硫具有 性，且漂白性是 稳定的，是 的 性的漂白，反应实质是： 。而氯水中次氯酸的漂白是不能再 的，是 的 性的漂白。利用了HClO的强 性，将有色物质 成 色物质，其反应实质是 。思考：由以上所学可知：二氧化硫可使滴有酚酞的氢氧化钠溶液褪色，其解释有两种：一种是SO2与NaOH反应使溶液不再显 性而使酚酞 色；第二种是二氧化硫把氢氧化钠溶液中 色的酚酞试液 了，如何设计实验来验证哪种解释是正确的？三、二氧化氮和一氧化氮实验探究将两支分别充满一氧化氮和二氧化氮的试管同时倒放在水槽中拔掉下端的胶塞，观察现象，得出结论：一氧化氮 溶于水；二氧化氮 溶于水，并且和水 ，试管上部有 色气体生成，液体充满整支试管的 。思考：由实验现象可知，试管（盛有二氧化氮）上部有无色气体，是什么气体？试管中的液体显酸性、碱性还是中性呢？ 用胶塞塞紧该试管的管口，取出试管正立过来，拔掉胶塞，试管上部的无色气体立刻变成 色，迅速用镊子将浸有浓 溶液的棉花团填在试管的管口，把 吸收掉，防止其进入空气造成 。片刻后，移走棉花团，向试管中滴加几滴紫色石蕊试液，试管中的液体立即显 色，得出结论：试管中的无色气体是 ，液体显 性的原因是 NO2 + H2O = 思考：二氧化氮是硝酸的酸酐吗？为什么？一氧化氮二氧化氮物理性质 色， 溶于水，密度比空气的 ， 毒 色，有 气味， 溶于水，密度比空气的 、 毒化学性质很容易在常温下和氧气化合2NO + O2 = 部分二氧化氮可转化为 2NO2 二氧化氮能和水发生反应 NO2 + H2O = 四、二氧化硫和二氧化氮对大气的污染1、空气中SO2超标，会引起 疾病，严重时还会使人死亡。2、正常雨水的PH值约为 ，这是由于 ，因此CO2不会形成 雨。酸雨是指 的雨水。3、酸雨的危害很大，主要有以下几个方面：、破坏农作物、森林和草原，是土壤酸化。、使湖泊酸化，造成鱼类死亡。、加速建筑物、桥梁、工业设备以及电信电缆等的腐蚀。4、酸雨的主要成因：含硫燃料的大量燃烧。 、酸雨的成因：空气中硫的氧化物及氮的氧化物SO2H2SO3 H2SO4 NO NO2HNO3 + NO 排入空气中的SO2远大于NO等，故酸雨的主要成因是SO2 5、酸雨的防治措施、减少SO2的排放。、燃料脱硫、固硫。、SO2回收利用等：SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O练习4：下列气体中，能污染大气但可以用碱溶液吸收的是：（ ） A、CO B、Cl2 C、SO2 D、N2第四节 氨 硝酸 硫酸一、氨 1、NH3的物理性质： 色，有 气味，密度 空气， 液化，可作 剂。 溶于水, 1体积的水约溶解 体积的氨气，氨的水溶液叫做 显 性。 2、氨的化学性质：（1）NH3与水的反应： NH3H2O NH3H2O NH4OH 思考：讨论氨水中的成分：分子 、离子 。 （2）NH3与酸的反应：氨与氯化氢反应，现象：大量 生成。 NH3HCl 思考：生产Cl2的化工厂常用浓氨水来检查生产设备和管道是否漏气，如有白烟生成，则说明已发生漏气，这是为什么？ NH3也可与其它酸反应，例：NH3HNO3 、 2NH3H2SO4 （3）NH3与O2的反应： NH3 O2 3、NH3的实验室制法： 原理：在实验室里常用 盐和 加热的方法来制取NH3。 仪器：固+固加热（同制氧气）；收集：排空气法。2NH4ClCa（OH）2 思考：1 能否用浓硫酸干燥NH3？ 2 能否使用NH4HCO3、NH4NO3？为什么？ 3 使用碱石灰代替消石灰有什么优点？ 4、铵盐铵盐是 离子（ ）和 根离子组成的化合物。铵盐都是晶体， 溶于水。 化学性质： （1）铵盐受热易分解：思考：加热NH4Cl观察现象，是否升华？NH4Cl 、 NH3HCl NH4HCO3 （2）铵盐与碱的反应：（NH4）2SO4 NaOH 这个性质是一切铵盐的共同性质，实验室可利用这个性质来检验 的存在。 5NH3的用途： 可用于氮肥工业及其他化工产业上（如：制纯碱），制冷剂。 思考：向饱和NaCl溶液中通入足量NH3后，再通入足量CO2，发现有 晶体析出，为什么？ 练习：有关反应的离子方程式：Zn+H2SO4- NaOH+H2SO4- Fe2O3+H2SO4- BaCl2+H2SO4- 思考：实验室制氢气时选用稀硫酸或盐酸，而不用浓硫酸和硝酸，为什么？二、硫酸和硝酸的氧化性（一）硫酸的氧化性思考：实验室制取氯化氢，为什么用浓硫酸与固体食盐共热？利用浓硫酸什么性质？1浓硫酸的特性（1） 挥发性制 性酸思考：在实验室里常用浓硫酸干燥气体，利用浓硫酸的什么性质？(2) 性思考 因为浓硫酸难挥发，所以将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其浓度、质量都不发生变化，这样说对吗？实验：将一定量的蔗糖放入小烧杯中，加入浓硫酸。现象：蔗糖颜色由 ；生成的 色物质呈 状；有 性气味。解释现象： (3) 性2、强氧化性 实验：铜与浓硫酸反应，并检验生成的气体？现象：固体颜色： 液体颜色： 色气： 色有 气味，使酸性KMnO4溶液 ；使品红溶液 。（1）Cu+2H2O4(浓)= 分析：(1)铜片变黑，黑色物质是什么？怎么生成的？ (2)怎样鉴别生成的气体？ 思考 回答在上述反应中：(1)氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物各是什么物质？(2)反应物的物质的量之比？还原剂与氧化剂物质的量之比？(3)浓硫酸在反应中的作用？练习：写出浓硫酸与汞反应、与银反应的化学方程式。浓硫酸能 大多数金属：生成物中金属显 价，同时浓硫酸被 生成 。常温 被钝化。所以可用 制容器盛装浓硫酸。（2）氧化某些非金属如C，S，P等（浓硫酸的还原产物一般为二氧化硫）。C+2H2SO4(浓) 2H2SO4（浓）+S= 思考：实验室能用浓H2SO4制取及干燥H2S吗？SO2呢（3）氧化某些还原性化合物 2NaI+H2SO4(浓)= H2S+H2SO4(浓)= 练习：在硫酸的下列性质或用途中，将H2SO4表现出的性质填在空白处。、实验室制H2 、实验室制取HCl气体 、干燥SO2 、浓H2SO4溶解金属银 、浓H2SO4用钢瓶贮运 、浓H2SO4可使石蕊试纸先变红后变黑 、将浓H2SO4加到浓盐酸中产生白雾 、把胆矾放到浓H2SO4中变成白色 、把木屑放入浓H2SO4中变黑 、敞口放置浓H2SO4时，质量增加 （二）硝酸的强氧化性1、与金属反应：实验反 应 现 象化学方程式浓硝酸+Cu1、Cu片：有大量 产生2、溶液颜色： 色变为 色3、气体颜色： 色4、反应剧烈程度：剧烈5、触摸容器外壁： 稀硝酸+Cu1、Cu片：有 产生2、溶液颜色： 色变为 色3、气体颜色： 色(打开止水夹后)变为 色4、反应剧烈程度：缓慢5、触摸容器外壁：温热2、与非金属反应： C4HNO3(浓) S6HNO3(浓) P5HNO3(浓) 反应规律： 除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎能氧化所有的金属。 常温下Fe、Al等金属在浓HNO3中发生“ ”。 硝酸越浓，其 性越 。如稀HNO3可使石蕊试纸变 ，而浓HNO3使石蕊试液先变 后 。 一般来说，活泼金属与HNO3反应 生成H2，浓HNO3的还原产物为 ，稀HNO3的还原产物为 。活泼金属与极稀HNO3反应时，还原产物复杂，可为NO、N2O、NH4NO3等。 非金属单质可被HNO3氧化为最高价氧化物或其含氧酸。 王水（浓 和浓 按体积比1: 配制）具有更强的氧化性，能溶解Au、Pt。 3、铁、铝与冷的浓硫酸或浓硝酸常温下发生钝化。4、不稳定性4HNO3 思考：1、硝酸应如何贮存？2、有人认为，“比较浓硝酸和稀硝酸的还原产物的化合价，浓HNO3中的氮 从5降为4，而稀HN03，中的氮从5价降为2，从化合价变化可以判断稀硝酸的氧化性比浓硝酸强。”这种看法是否正确？为什么？硝酸用途：一种重要化工原料可制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等；在实验室里，是重要化学试剂。梯度练习 A组1下列气体中，不能用排水法收集的是（ ） AH2 BNH3 CO2 DNO2下列物质的主要成分不是二氧化硅的是（ ）A硅胶B水晶 C玛瑙D硅石3下列关于氯气的叙述中正确的是（ ）A氯气是一种黄绿色、有毒的气体 B氯气在自然界中既有化合态，也有游离态C氯气不能溶于水，可以用排水法收集氯气D氯气、氯水、液氯是同一种物质，只是状态不同，都属于纯净物4在常温常压下，下列各种气体不能大量共存的是（ ）AO2与SO2 BNO2和NO CO2与N2DNO与O25下列对二氧化硫气体的物理性质或化学性质描述正确的有（ ）A无色无味 B易液化难溶于水 C有漂白性，能使品红溶液褪色 D和水反应生成硫酸6在氮的单质和常见化合物中：（1）常用作保护气（如填充灯泡、焊接保护等）的物质是 ，原因是 。（2）常用作制冷剂的物质是 ，原因是 。（3）能与酸反应生成盐，在常温下为气态的物质是 ，写出它与HCl等强酸反应的离子方程式（4）在通常状况下是晶体，易溶于水，可以作氮肥，遇碱会放出带刺激性气味气体。写出它们与NaOH等强碱溶液反应的离子方程式 B组7下列关于对燃烧现象的认识中，不正确的是( )A燃烧一定是氧化还原反应 B燃烧一定发光放热C燃烧一定是化学反应 D燃烧一定有氧气参与8下列酸与金属发生反应时，硫元素或氮元素的化合价不发生变化的是（ ）A浓硫酸B稀硝酸C浓硝酸D稀硫酸9只用一种试剂（可加热）就能将NH4Cl、(NH4)2SO4、NaCl、Na2SO4四种溶液区分开，这试剂是ABa(OH)2溶液 BAgNO3溶液 CNaOH溶液DBaCl2溶液10检验石灰中含有碳酸钙和二氧化硅的方法是：取少许试样，加入过量的 ，有 产生，说明石灰中含有 。充分振荡后过滤，有滤渣存在说明含有 。11漂白粉的有效成分是 （填名称），溶于水（含CO2）后发生化学反应的方程式为 ，干燥的液氯可贮存在钢瓶里，而一旦液氯中混有水时，则钢瓶会很快被腐蚀，这是因为 C组12某无色混合气体中可能会有Cl2、O2、SO2、NO、NO2中的两种或多种，将此混合气体通过品红溶液后，溶液褪色，把剩余气体排入空气中，很快变为红棕色。对原混合气体成分的判断中正确的是（ ）A肯定有SO2和NO B肯定没有Cl2、O2和NO2 C可能有和Cl2 和O2 D肯定只有NOADCB13如图所示，实验室用NH4Cl和Ca(OH)2制取NH3。试回答下列问题：（1）写出反应的化学方程式 （2）B处的药品是 （3）检验D处试管中NH3是否收集满，除用湿红色石蕊试纸外，还可用方法是 （4）在标准状况下，收集满一试管NH3后，将该试管放入水中，则最后所得溶液的物质的量浓度为 mol/L14现给你一试管二氧化氮，其它药品仪器自选。设计实验，要求尽可能多的使二氧化氮被水吸收。你的设计对工业生产硝酸有什么启示？实验步骤现象解释（可用化学方程式表示）将一支充满NO2的试管倒放在盛有水的水槽中红棕色气体逐渐消失，水位上升，最后水大约充满整个试管的 制取少量氧气 将氧气慢慢地通入步骤的试管中 设计方案（画图）：写出二氧化氮全被吸收的总化学反应 。9