2019年高考化学专题10常见非金属元素及其重要化合物教学案（含解析）.docx

常见非金属元素及其重要化合物【2019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：SiO22CSi2CO。(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：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(3)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HF=SiF42H2。(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CO2H2O=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：SiO24HF=SiF42H2O(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Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但高温下：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2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ClO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。ClO表现水解性，因HClO酸性很弱，ClO水解显碱性，如Fe33ClO3H2O=Fe(OH)33HClO。3常见无机酸的重要规律和特性(1)重要规律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：HClO4H2SO4H3PO4H2CO3H2SiO3，则非金属性：ClSPCSi。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：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO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H2SiO3(或H4SiO4)为难溶性酸，浓盐酸、浓硝酸为挥发性酸。HNO3、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。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。浓H2SO4具有吸水性、脱水性和强氧化性。常温下，铁、铝遇浓H2SO4、浓HNO3发生钝化。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。H2S、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：Si和SiO2性质的特殊性；有关碳及其化合物的工艺流程题。例1. 【2017海南】分别将足量下列气体通入稀Na2S溶液中，可以使溶液变浑浊的是A. CO B. SO2 C. HCl D. CO2【答案】B【变式探究】(2016课标全国，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是大气污染物之一解析A项，温室气体包括CO2、CH4等气体，正确；B项，二氧化硫主要来源于煤、石油等化石燃料的燃烧排放的废气，会造成大气污染，错误；C项，用液化石油气减少燃油中硫等杂质燃烧产生的空气污染物，正确；D项，燃料不完全燃烧会产生CO，CO易与血红蛋白结合，是大气污染物之一，正确。答案B 答案C【变式探究】（2014课标全国卷，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。写出钙化作用的离子方程式：_。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）xx18O2xH2O（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：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。滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再用x molL1HCl溶液滴定，消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度 molL1。（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。结合方程式简述提取CO2的原理：_。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_。答案（1）CO2H2O=H2CO3、H2CO3HHCO（2）2HCOCa2=CaCO3CO2H2OxCO22xHO （3） （4）a 室：2H2O4e= O24H，H通过阳离子膜进入b室，发生反应：HCOH=CO2H2Oc室的反应：2H2O2e=H22OH，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，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mPbO2nPbO，列式计算x值和mn值。（3）ClO具有强氧化性，能将PbO氧化为PbO2，反应的离子方程式为PbOClO=PbO2Cl。用电解Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液的方法制取PbO2时，Pb2转化为PbO2，失电子，在阳极反应，结合溶液呈酸性可知阳极反应式为Pb22H2O2e=PbO24H；同时阴极Cu2放电，Cu22e=Cu，石墨电极上包裹上一层红色的铜；若不加入Cu（NO3）2，则阴极上Pb2放电，Pb22e=Pb，此时溶液中的Pb2不能完全转化为PbO2，原子利用率降低。 【变式探究】【2017江苏卷】在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是AFeFeCl2Fe(OH)2BSSO3H2SO4CCaCO3CaOCaSiO3DNH3NOHNO3【答案】C【解析】铁与氯气反应只能生成氯化铁，A错误；硫与氧气在点燃条件下反应生成二氧化硫， B错误；碳酸钙高温条件下受热分解生成氧化钙，氧化钙在高温条件下与二氧化硅反应生成硅酸钙， C正确；一氧化氮与水不反应，得不到硝酸，D错误。 【举一反三】(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Cl2B.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ClC.向氯水中加入NaHCO3粉末，有气泡产生，说明氯水中含有HD.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A【变式探究】（2015课标全国卷，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：电解时发生反应的化学方程式为_。溶液X中大量存在的阴离子有。除去ClO2中的NH3可选用的试剂是（填标号）。a.水 b.碱石灰c.浓硫酸 d.饱和食盐水（3）用下图装置可以测定混合气中ClO2的含量：.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸；.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；.用0.100 0 molL1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液（I22S2O=2IS4O），指示剂显示终点时共用去20.00mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为。玻璃液封装置的作用是。中加入的指示剂通常为，滴定至终点的现象是。测得混合气中ClO2的质量为g。（4）用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是（填标号）。a.明矾 b.碘化钾c.盐酸 d.硫酸亚铁（3）ClO2与KI溶液反应时，CO2C，2II2，反应环境为酸性，从而可写出该反应的离子方程式。玻璃液封装置的作用是防止残余的ClO2气体挥发到空气中，污染空气。步骤V反应中，I22I，I2使淀粉溶液显蓝色，故可选用淀粉溶液作指示剂，滴定至终点时溶液由蓝色变为无色。由反应2ClO210I8H=2Cl5I24H2O、I22S2O=2IS4O可得关系式：2ClO25I210S2O，n（S2O）0.100 0 molL120.00 mL103 L/mL2103 mol，则n（ClO2）2103 mol2/104104 mol，m（ClO2）4104 mol67.5 gmol10.027 00 g。（4）亚氯酸盐（ClO）具有氧化性，应选用还原剂将ClO还原为Cl。碘化钾、盐酸具有还原性，可分别被亚氯酸盐氧化为I2、Cl2，二者均有毒，b错误，c错误；a项，明矾不具有还原性，错误；硫酸亚铁具有还原性，可被亚氯酸盐氧化为Fe3，且Fe3水解生成的Fe（OH）3胶体可净水，d正确。 答案AC【变式探究】(2015天津理综，1，6分)下列有关“化学与生活”的叙述不正确的是()A点燃爆竹后，硫燃烧生成SO3B中国古代利用明矾溶液的酸性清除铜镜表面的铜锈C服用阿司匹林出现水杨酸反应时，用NaHCO3溶液解毒D使用含钙离子浓度较大的地下水洗衣服，肥皂去污能力减弱解析A项，硫燃烧生成的产物为SO2，不是SO3，错误；B项，明矾溶液因Al3 水解而呈酸性，铜锈的成分主要是Cu2(OH)2CO3，Cu2(OH)2CO3能溶于酸性溶液，故可用明矾溶液的酸性清洗铜镜表面的铜锈，正确；C项，水杨酸中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应放出CO2，故服用阿司匹林出现水杨酸反应时，可用NaHCO3溶液解毒，正确；D项，使用含钙离子浓度较大的地下水洗衣服时，肥皂中的有效成分高级脂肪酸钠会与钙离子反应生成高级脂肪酸钙沉淀，从而使肥皂去污能力减弱，正确。答案A【变式探究】(2015北京理综，26，12分)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源，以太阳能为热能，热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如下图所示：(1)反应的化学方程式是_。(2)反应得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在过量I2的存在下会分成两层含低浓度I2的H2SO4层和含高浓度I2的HI层。根据上述事实，下列说法正确的是_(选填序号)。a两层溶液的密度存在差异b加I2前，H2SO4溶液和HI溶液不互溶cI2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶辨别两层溶液的方法是_。经检测，H2SO4层中c(H)c(SO)2.061，其比值大于2的原因_。(3)反应：2H2SO4(l)=2SO2(g)O22H2O(g)H550 kJmol1它由两步反应组成：.H2SO4(l)=SO3(g)H2O(g)H177 kJmol1SO3(g)分解。L(L1，L2)，X可分别代表压强或温度，下图表示L一定时，中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。X代表的物理量是_。判断L1，L2的大小关系，并简述理由：_。含有I2浓度大，溶液颜色深，而H2SO4溶液中含有I2的浓度低，溶液颜色浅，因此可以通过观察溶液的颜色，颜色深的是HI层，颜色浅的是H2SO4层。H2SO4是强电解质，完全电离会使c(H)c(SO)21，而溶液中c(H)c(SO)2.061，说明溶液中c(H)变大，这是由于该H2SO4层中含有少量强酸HI，HI电离出H所致。(3)首先根据反应和反应确定反应为2SO3(g) 2SO2(g)O2(g)H196 kJmol1。根据反应的特点：正反应方向为气体体积增大、吸热反应，增大压强SO3(g)的转化率减小，故X代表压强。在等压条件下，升高温度，反应的平衡向正向移动，SO3(g)的转化率增大，故L2所代表高温曲线，即L1L2。 （7）用c2 molL1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+，终点时消耗V2 mL，此时加入的Cr2O72-为c2V2/1000 mol；所以过量的Fe2+为6c2V2/1000 mol；则与硝酸根离子反应的Fe2+为(c1V1/10006c2V2/1000) mol；所以硝酸根离子为(c1V1/10006c2V2/1000)/3 mol；根据氮元素守恒，硝酸根与NO2的物质的量相等。考虑到配制100mL溶液取出来20mL进行实验，所以NO2为5(c1V1/10006c2V2/1000)/3 mol，质量为465(c1V1/10006c2V2/1000)/3 g，即230(c1V16c2V2)/3 mg。这些NO2是VL气体中含有的，所以含量为230(c1V16c2V2)/3V mgL-1，即为1000230(c1V16c2V2)/3V mgm-3，所以答案为： mgm3。（8）若缺少采样步骤，装置中有空气，则实际测定的是烟道气和空气混合气体中NOX的含量，测定结果必然偏低。若FeSO4标准溶液部分变质，一定是部分Fe2+被空气中的氧气氧化，计算时仍然认为这部分被氧化的Fe2+是被硝酸根离子氧化的，所以测定结果偏高。【变式探究】【2017江苏卷】在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是AFeFeCl2Fe(OH)2BSSO3H2SO4CCaCO3CaOCaSiO3DNH3NOHNO3【答案】C【解析】铁与氯气反应只能生成氯化铁，A错误；硫与氧气在点燃条件下反应生成二氧化硫， B错误；碳酸钙高温条件下受热分解生成氧化钙，氧化钙在高温条件下与二氧化硅反应生成硅酸钙， C正确；一氧化氮与水不反应，得不到硝酸，D错误。 【变式探究】(2016浙江理综，13)为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含NH废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程：下列说法不正确的是()A固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3BX可以是空气，且需过量 C捕获剂所捕获的气体主要是COD处理含NH废水时，发生反应的离子方程式为：NHNO=N22H2O答案B【举一反三】(2016课标全国，26)氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一，工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2。某同学在实验室中对NH3与NO2反应进行了探究。回答下列问题：(1)氨气的制备氨气的发生装置可以选择上图中的_，反应的化学方程式为_。欲收集一瓶干燥的氨气，选择上图中的装置，其连接顺序为：发生装置_(按气流方向，用小写字母表示)。(2)氨气与二氧化氮的反应将上述收集到的NH3充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。操作步骤实验现象解释原因打开K1，推动注射器活塞，使X中的气体缓慢通入Y管中Y管中_反应的化学方程式_将注射器活塞退回原处并固定，待装置恢复到室温Y管中有少量水珠生成的气态水凝聚打开K2_(2)打开K1，推动注射器活塞将氨气缓慢通入Y管中，在一定温度和催化剂的作用下发生反应：6NO28NH37N212H2O，随着反应的发生Y管中红棕色气体颜色变浅；反应生成的水蒸气液化后，NO2和NH3反应后气体的物质的量减小，反应容器中的压强减小，打开K2，Z中的溶液倒吸入Y管中。答案(1)A2NH4ClCa(OH)2CaCl22H2O2NH3(或BNH3H2ONH3H2O)dcfei(2)红棕色气体