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第七讲 非金属及其化合物(一)
[知识典例]
考点一 碳、硅单质的存在与性质
1.C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
(1)碳在自然界既有________态又有________态。碳的同素异形体有________、________、无定形碳、________等。
(2)硅在地壳中的含量占第____位,仅次于____,全部以________态存在,是一种亲____元素,单质硅有________和________形两种。晶体硅是良好的________材料,在计算机等电子工业,可用作____________、大规模____________等。硅是人类将________能转化为____能的常用材料,所以硅还用于制造________。
2.碳、硅单质的化学性质
碳、硅在参与化学反应时,一般表现还原性。
与O2反应
高温
与强氧化
性酸反应
浓H2SO4:
浓HNO3:C+4HNO3(浓)
=====CO2↑+4NO2↑+2H2O)
O2(足量):
O2(不足):
CuO: (冶炼金属)
SiO2: (制取粗硅)
与氧化
物反应
(1)碳
H2O:C+H2O(g)=====CO+H2(制取水煤气)
△
(2)Si
例题1.下列关于硅的说法中,不正确的是 ( C )
A.硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料
B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料
C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应
D.加热到一定温度时,硅能与氯气、氧气等非金属反应
考点一
1.(1)游离 化合 金刚石 石墨 C60 (2)二 氧 化合 氧 晶体 无定 半导体 半导体芯片 集成电路 太阳 电 光电池
2.(1)C+O2CO2 2C+O22CO 2CuO+C2Cu+CO2
SiO2+2CSi+2CO↑ C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)Si+O2SiO2
考点二 碳、硅的氧化物
1.一氧化碳
(1)物理性质:____色气体,____毒,____溶于水。
(2)化学性质
①燃烧:___________________________________________,__________火焰;
②还原CuO:________________________________________________________________。
2.二氧化碳和二氧化硅的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
结构
__________结构,不存在单个分子
存在单个CO2分子
主要物理性质
硬度____,熔、沸点____,常温下为____体,不溶于水
熔、沸点____,常温下为气体,微溶于水
化学性质
①与水反应
不反应
②与酸反应
只与氢氟酸反应:______________
不反应
③与碱(NaOH) 液反应
______________(盛碱液的试剂瓶用____塞)
④与盐反应
如与Na2CO3反应:__________
______
如与Na2SiO3反应:__________________或Na2SiO3+2H2O+2CO2(足量)===H2SiO3↓+2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应
如与CaO反应:_____________
如与Na2O反应:________________
用途
光导纤维、光学仪器、电子部件
制饮料、制碳酸盐
例题2.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,在A~E选项中选择正确答案填入括号内。
①SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O ( )
②SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ ( )
③SiO2+2CSi+2CO↑ ( )
④SiO2+3CSiC+2CO↑ ( )
⑤SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O ( )
A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀 B.氧化性
C.酸性氧化物的通性 D.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参加氧化还原反应
考点二
1.(1)无 有 难 (2)①2CO+O22CO2 淡蓝色 ②CuO+COCu+CO2(冶炼金属)
2.空间立体网状 大 高 固 低 ①CO2+H2OH2CO3
②SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O ③SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O 橡胶
CO2少量:CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O CO2过量:CO2+NaOH===NaHCO3
④SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ Na2SiO3+H2O+CO2(不足)===H2SiO3↓+Na2CO3
⑤SiO2+CaOCaSiO3 Na2O+CO2===Na2CO3
例题2.①C ②D ③B ④E ⑤A
考点三 硅酸及硅酸盐
1.硅酸
硅酸____溶于水,其酸性比碳酸____,硅酸________(填“能”或“不能”)使紫色石蕊试液变红色。
(1)硅酸不稳定,受热易分解:_________________________________________________。
(2)硅酸能与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为______________________。
(3)硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强,常用作__________。
2.硅酸盐
(1)概念:____________________________________________________________的总称,
是构成地壳岩石的主要成分。
(2)表示方法:硅酸盐矿物的成分复杂,多用氧化物的形式表示它们的组成,如硅酸钠(Na2SiO3)写成____________,钾云母(KH2Al3Si3O12)写成___________________________。
(3)硅酸钠(Na2SiO3)
①白色、可溶于水的粉末状固体,其水溶液俗称________,有黏性,水溶液显碱性。
②它能与酸性较硅酸强的酸反应,化学方程式分别为
与盐酸反应:_______________________________________________________________。
与CO2水溶液反应:__________________________________________________________。
③用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。
3.无机非金属材料
(1)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
常见硅酸盐材料
水泥
玻璃
陶瓷
生产原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
黏土
主要设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
陶瓷窑
(2)新型无机非金属材料,如____________、__________、__________、________等。
例题3.据搜狐网站报道:国家质检总局称,在我国销售的德国NUK牌婴儿爽身粉含有一级致癌物“滑石粉”。已知滑石粉的化学式为Mg3(Si4O10)(OH)2,色白、滑爽、柔软、耐火。下列有关说法不正确的是 ( C )
A.滑石粉属于无机硅酸盐类物质
B.滑石粉组成可表示为3MgO·4SiO2·H2O
C.爽身粉中添加滑石粉是利用它的滑爽、柔软、耐火性
D.滑石粉可能会与氢氟酸、NaOH溶液发生反应
考点三
1.不 弱 不能 (1)H2SiO3SiO2+H2O (2)H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O
(3)干燥剂
2.(1)由硅、氧和金属元素组成的化合物 (2)Na2O·SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
(3)①水玻璃 ②Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3↓+Na2CO3
3.(2)高温结构陶瓷 光导纤维 生物陶瓷 压电陶瓷
考点四 氯气
1.物理性质
颜色
状态
气味
密度
毒性
溶解性
气体
比空气大
有毒
1体积水溶解
2体积Cl2
注意 实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是用手在瓶口轻轻扇动,仅使极少量气体飘进鼻孔。(如图所示)
2.氯气的化学性质(写出反应方程式和部分反应现象,指出在反应中表现氧化性还是还原性)
与Fe: ,产生
色烟
与Cu: ,产生,
色烟
与H2: ,产生
色火焰
与NaOH:
与Ca(OH)2:
与碱
与FeCl2:
与SO2+H2O:
与KI溶液:
与还
原剂
Cl2均表
现
与单质
氯
气
的
化
学
性
质
与H2O:
Cl2既表现
,又
表现
Cl2表现
例题4.下列氯化物中,既能由金属和氯气直接反应得到,又能由金属和盐酸反应制得的是
( B )
A.FeCl2 B.AlCl3 C.FeCl3 D.CuCl2
例题5.把氯气通入下列各物质的溶液中,阴离子和阳离子都能被氧化的是 ( C )
A.NaOH B.Na2SO3 C.FeBr2 D.FeSO4
考点四
1.黄绿色 刺激性
2.2Fe+3Cl22FeCl3 红棕 Cu+Cl2CuCl2 棕黄 H2+Cl22HCl 苍白 氧化性 Cl2+H2OHCl+HClO Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O 2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 氧化性 还原性 2FeCl2+Cl2===2FeCl3 SO2+2H2O+Cl2===H2SO4+2HCl 2KI+Cl2===2KCl+I2 氧化性
考点五 几种含氯化合物
1.次氯酸(HClO)
(1)不稳定性:化学方程式为__________________________________________________。
(2)弱酸性:比碳酸酸性____,电离方程式为_____________________________________。
(3)强氧化性:具有________性。
2.Ca(ClO)2的主要化学性质
(1)Ca(ClO)2是________的有效成分,它的稳定性比HClO____。
(2)水解显____性,其水解离子方程式:_________________________________________。
(3)与酸反应生成________,作为漂白或消毒剂的原理可用化学方程式表示为________________________________________________________________________。
例题6.工业上用Cl2和碱制漂白粉、漂粉精及漂白液。请回答下面的问题:
(1)工业上将氯气制成漂粉精的主要目的是______________________________________,
制漂粉精的主要反应的化学方程式是___________________________________________。
(2)下列物质露置在空气中会变质,在变质过程中既有非氧化还原反应发生,又有氧化还原反应发生的是________。
A.生石灰 B.漂白粉
C.NaOH D.Na2SO3
考点五
1.(1)2HClO2HCl+O2↑ (2)弱 HClOH++ClO- (3)漂白
2.(1)漂白粉 强 (2)碱 ClO-+H2OHClO+OH-
(3)HClO Ca(ClO)2+CO2+H2O===2HClO+CaCO3↓
例题6.(1)次氯酸盐(漂粉精)比HClO、Cl2稳定,且便于贮存和运输 2Ca(OH)2+2Cl2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (2)B
知识点六 卤族元素的原子结构和性质
1.原子结构
氯、溴、碘三种元素的原子结构示意图分别为__________、__________、;最外层都有____个电子,它们都位于元素周期表______族,都属于卤族元素。
2.氯、溴、碘的存在及单质物理性质
(1)氯、溴以化合态的形式存在于海水和陆地的盐矿中。碘则主要存在于海草(如海带)中,也存在于海水和盐矿中。
(2)溴、碘单质的物理性质
Br2是一种________色____体,易挥发;I2是一种________色____体,易升华。Br2溶解在水中的颜色是________,I2溶解在水中的颜色是__________,Br2溶解在CCl4中的颜色是__________,I2溶解在CCl4中的颜色是__________。
3.氯、溴、碘单质化学性质比较
(1)与碱溶液反应,如与NaOH溶液反应的化学方程式为
___________________________________________________(X=Cl、Br、I)。
(2)氧化性
①都能与金属反应生成金属卤化物,如与钠反应的化学方程式为______(X=Cl、Br、I)。
②氯、溴、碘单质的氧化性强弱是Cl2___Br2____I2,阴离子的还原性:Cl-___Br-__I-。
Cl2能从Br-的溶液中置换出Br2,其离子方程式:_______________________________;
同理,Br2能置换I2,其离子方程式:_________________________________________。
③与一些还原性离子反应,如Br2与SO、Fe2+反应的离子方程式分别为___________,
________________________________________________________________________。
考点六
1. 7 ⅦA
2.(2)深红棕 液 紫黑 固 橙色 深黄色→褐色 橙色→橙红色 紫色→深紫色
3.(1)2NaOH+X2===NaX+NaXO+H2O
(2)①2Na+X2===2NaX
②> > < < Cl2+2Br-===2Cl-+Br2 Br2+2I-===2Br-+I2
③SO2-3+Br2+H2O===SO2-4+2Br-+2H+ 2Fe2++Br2===2Br-+2Fe3+
考点七 卤素离子的检验方法
1.AgNO3溶液——沉淀法
未知液生成
2.置换——萃取法
未知液 有机层呈
3.氧化——淀粉法检验I-
未知液 ____溶液,表示有I-
考点七 1.白色 浅黄色 黄色 2.Br- I- 3.蓝色
考点八 卤素互化物和拟卤素
1.卤素互化物
由两种卤素互相结合而成的物质叫卤素互化物。如IBr、ICl、BrF3、ClF3。卤素互化物与卤素单质的性质相似,有较强的氧化性,如能与金属、H2O、NaOH等反应:2IBr+2Mg===MgBr2+MgI2。但应注意:卤素互化物中,非金属性弱的元素显正价,如:ICl中,I显+1价,Cl显-1价,所以卤素互化物与水或碱的反应一般属于非氧化还原反应:IBr+H2O===HBr+HIO IBr+2NaOH===NaBr+NaIO+H2O。
2.拟卤素
有些多原子分子与卤素单质性质相似,其阴离子与卤素阴离子性质相似。如:氰(CN)2、硫氰(SCN)2、氧氰(OCN)2。解答这类题目时可用换元法,如把(SCN)2当作X2,把SCN-当作X-。
例.氰(CN)2的结构简式为N≡C—C≡N,其化学性质与卤素(X2)很相似,化学上称之为拟卤素,其氧化性介于Br2和I2之间。下列有关反应的化学方程式不正确的是 ( C )
A.(CN)2+H2===2HCN
B.MnO2+4HCNMn(CN)2+(CN)2↑+2H2O
C.向KCN溶液中加入碘水:I2+2KCN===2KI+(CN)2
D.在NaBr和KCN混合液中通入少量Cl2:Cl2+2KCN===2KCl+(CN)2
[模型归纳]
一、碳族元素综合推断题的解题方法
【例】 已知A、B、C、D、E、F、G、H可以发生如图所示的转化,反应中部分生成物已略去。其中,A、G为同一主族元素的单质,B、C、H在通常情况下为气体,化合物C是一种形成酸雨的大气污染物。
请填空:
(1)H的名称是__________。
(2)E的两种用途是__________、__________。
(3)反应③的化学方程式是___________________________________________________。
(4)反应④的离子方程式是___________________________________________________。
建立模型 解答无机推断题的思维模型
例题 (1)一氧化碳 (2)生产玻璃 制粗硅(其他合理答案均可)
(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(4)SiO32-+CO2+H2O===H2SiO3↓+CO32-
二、氯水成分寻找方法及氯水性质的探究
1.氯水成分寻找方法
氯水中存在三个平衡关系:(1)Cl2+H2OHCl+HClO
(2)HClOH++ClO- (3)H2OH++OH-
根据可逆反应的特点,即可得出氯水中存在的各种微粒。
2.氯水的多重性质
氯水的各种成分决定了它具有多重性质:
(1)Cl2的氧化性——与还原性物质反应。如:
2FeCl2+Cl2===2FeCl3(除去FeCl3溶液中的FeCl2)
SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4(SO2和Cl2 1∶1混合物通入水中不再具有漂白性)
Na2SO3+Cl2+H2O===2HCl+Na2SO4(除去水中的余氯)
(2)HCl——酸性和Cl-的性质
向NaHCO3溶液中加入氯水,有气泡产生就是利用了盐酸的酸性。
加入AgNO3溶液可以检验出氯水中的Cl-,现象是有白色沉淀生成。
(3)HClO的氧化性
在解释漂白性、杀菌消毒时,使用的是HClO的氧化性。
向氯水中滴加紫色石蕊溶液,先变红(H+作用的结果),后褪色(HClO作用的结果)。
【例】 某学习小组设计以下四个实验探究氯水的成分,请根据下表回答问题。
实验序号
实验方法
实验现象
结论
①
将氯水滴加到AgNO3溶液中
生成白色沉淀
②
将氯水滴加到含有酚酞的NaOH溶液中
③
淀粉KI试纸变蓝色
氯水中含有Cl2
④
将足量的氯水滴加到Na2CO3溶液中
氯水中含有H+
(1)实验①得出的结论______________________________________________________。
(2)指出实验②和实验④中的“实验现象”:
②________________,④________________________________________________________________________。
(3)实验③中“实验方法”的具体操作过程是____________________________________。
(4)通过实验②的“实验现象”,同学们得出两个不同的结论。这两个结论可能是a.________________________________________________________________________,
b.________________________________________________________________________。
请设计简单的实验证明哪一个是正确的________________________________________。
【例】 (1)氯水中含有Cl- (2)溶液褪色 有气泡冒出
(3)取一片淀粉KI试纸,置于表面皿或玻璃片上,用洁净的玻璃棒蘸取氯水,滴在试纸上
(4)a.氯水中含有HClO,其漂白作用使溶液褪色
b.氯水中含有H+,中和OH-使溶液褪色
向褪色后的溶液中滴加NaOH溶液至溶液显碱性,若溶液不再显红色,证明红色消失是HClO的漂白作用引起的;若溶液重新显红色,证明是H+的中和作用引起的
三、氯气的实验室制备中的绿色化学思想
化学是一门以实验为基础的学科,通过实验可以使学生观察到语言难以表达清晰的实验现象,在实验过程中除了培养学生的观察能力、实验能力外,还应培养绿色化学思想。实验过程中必定会涉及有毒、有害物质,实验中要求用最少的药品获得最佳的实验效果、最大限度地减少废弃物及尾气排放,提高环保意识。实验室制取Cl2的过程中,绿色化学思想得到了充分的体现。其具体过程如下:
【例】 某学习小组通过查阅资料发现用KClO3和浓盐酸反应也可以制备氯气。为此该小组利用如图所示装置在实验室中制取Cl2并探究其相关性质:
(1)装置A中存在一处错误,请改正这处错误:___________________________________。
(2)写出装置A中发生反应的化学方程式:______________________________________。
(3)为了除去氯气中的氯化氢,需要在装置A、B之间添加装置E,装置E中所盛装的试剂为__________。为了探究使有色布条褪色的是氯气还是氯气与水反应的生成物,需要在整套装置中添加装置E,其中加入浓硫酸,装置E在整套装置中的添加位置为________(填序号)。
a.A、B之间 b.B、C之间
c.C、D之间 d.D之后
(4)取下集气瓶B,将铁丝加热至红热状态,伸入到集气瓶B中,可以观察到的现象是___________________________________________________________________________,
能检验该反应产物中铁元素价态的试剂是__________(填序号)。
a.氯水 b.蒸馏水和铁粉
c.氢氧化钠溶液 d.KSCN溶液
(5)另外一个化学学习小组就环境保护方面指出了上述装置的缺陷,并给出了改进措施,该改进措施是_______________________________________________________________。
【例】 (1)长颈漏斗换为分液漏斗 (2)KClO3+6HCl===KCl+3Cl2↑+3H2O
(3)饱和食盐水 b (4)集气瓶内有红棕色烟产生 bcd
(5)在装置D后增加一个盛装碱液的装置,使碱液吸收剩余的氯气
四、卤素氧化性的应用——氯、溴、碘的制取
1.氯的提取——氯碱工业
海水―→粗盐饱和食盐水
化学方程式为_______________________________________________________________。
2.海水提取溴
(1)流程
(2)发生反应的化学方程式
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
③________________________________________________________________________
3.海带中提取碘
(1)流程
(2)发生反应的化学方程式:_________________________________________________。
【例】 空气吹出法工艺,是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下:
(1)步骤③的离子方程式:_________________________________________________。
(2)步骤⑤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物,可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是__________。
(3)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气,因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过__________(填试剂名称)溶液,以除去氯气。
(4)步骤⑤的蒸馏过程中,温度应控制在80~90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:_______________________________________________________________。
(5)步骤①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率,理由:____________________________。
(6)提取溴单质,采用蒸馏“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸馏“溴水混合物Ⅰ”,请说明原因:_____________________________________________________________________。
1.Cl2 H2、NaOH 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
2.(2)①2NaBr+Cl2===Br2+2NaCl
②Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4
③2HBr+Cl2===2HCl+Br2
3.(2)Cl2+2I-===I2+2Cl-
【例】 (1)Br2+SO2+2H2O===4H++2Br-+SO2-4 (2)分液漏斗 (3)溴化铁(或其他含Br-的盐类物质) (4)温度过高,大量水蒸气随水排出,溴蒸气中水增加;温度过低,溴不能完全蒸出,吸收率低 (5)酸化可抑制Cl2、Br2与水反应
(6)将“溴水混合物Ⅰ”转变为“溴水混合物Ⅱ”是Br2的浓缩过程,可提高效率,减少能耗,降低成本
[巩固提高]
1.(2009·海南,7)用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物,把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中,得到的沉淀干燥后质量为8.0 g,则此铅氧化物的化学式是 ( C )
A.PbO B.Pb2O3 C.Pb3O4 D.PbO2
2.(2009·重庆理综,6)材料与化学密切相关,表中对应关系错误的是 ( A )
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
3.向一定浓度的下列物质澄清溶液中通入过量的CO2气体,最后肯定没有沉淀生成的是( A )
①Ca(OH)2 ②Na2CO3 ③CaCl2 ④Ca(ClO)2
A.①③④ B.②③④ C.①②③ D.①②③④
4.金刚砂(SiC)可由SiO2和碳在一定条件下反应制得,反应方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑,下列有关制造金刚砂的说法中正确的是 ( D )
A.该反应中的氧化剂是SiO2,还原剂为C
B.该反应中的氧化产物和还原产物的物质的量之比为1∶2
C.该反应中转移的电子数为12e-
D.该反应中的还原产物是SiC、氧化产物是CO,其物质的量之比为1∶2
5.将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中,然后加热蒸干,再在高温下充分灼烧,最后所得的固体物质是 ( A )
A.Na2SiO3 B.Na2CO3、Na2SiO3
C.Na2CO3、SiO2 D.SiO2
6.实验室制备氯气的装置如下图。图中涉及气体发生、除杂、干燥、收集、尾气处理装置,其中错误的是 ( C )
A.① B.② C.③ D.④
7.下列离子方程式正确的是 ( B )
A.漂白粉溶液在空气中失效:ClO-+CO2+H2O===HClO+HCO
B.用浓盐酸与MnO2反应制取少量氯气:MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
C.Fe(OH)3溶于氢碘酸:Fe(OH)3+3H+===Fe3++3H2O
D.向Na2S2O3溶液中通入足量氯气:S2O+2Cl2+3H2O===2SO+4Cl-+6H+
8.将0.03 mol Cl2缓缓通入含0.02 mol H2SO3和0.02 mol HBr的混合溶液中,在此过程溶液的c(H+)与Cl2用量的关系示意图是(溶液的体积视为不变) ( A )
9.(2009·海南,13)有关物质存在如图所示的转化关系(部分产物已省略)。通常C为气体单质,G为紫黑色固体单质。实验室中,常用固体E在B的催化下加热制取气体单质H。
请回答下列问题:
(1)反应①的化学方程式为____________________________________________________。
(2)反应②的离子方程式为____________________________________________________。
(3)写出另外一种实验室制取H的化学方程式: __________________________________。
9.(1)4HCl(浓)+MnO2MnCl2 +Cl2↑+2H2O
(2)6I-+ ClO+ 6H+===3I2+Cl-+ 3H2O
(3)2H2O22H2O + O2↑(也可用高锰酸钾加热分解)
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