第五章-化工生产中的重要非金属元素-(知识点汇总)

化工生产中的重要非金属元素模块一硫及其化合物考点硫单质1、存在：（1）游离态：火山口以及地壳的岩层中。（2）化合态：硫化物（黄铁矿、黄铜矿）、硫酸盐（石膏、芒硝）、化石燃料（煤、石油、天然气）2、硫的物理性质：黄色晶体，质脆，易研成粉，难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。3、化学性质：金属，H2，O2，NaOH由核外电子排布可知，易得到电子形成-2价硫离子，与氧原子相比，得电子能力较弱，失电子能力较强，故可形成+4、+6价化合物，因此硫的化学性质活泼，可以和许多金属单质和非金属单质。0-2氧化性：S S，发生在与金属反应之时；①与Fe的反应：Fe+SFeS(结合NA考)②与Cu的反应：2Cu+SCu2S注意：S与Cl2相比虽然在同一周期，但是氧化性相差较大，S与多价金属反应时只能将金属氧化到最低价，Cl2可以将多价金属氧化到最高价。③与H2的反应：H2+SH2S0 +2、+4点燃（2）还原性：S S，发生在与非金属的反应之时；点燃①与O2的反应：O2+SSO2现象：在空气中燃烧产生淡蓝色火焰；在纯氧中燃烧产生明亮的蓝紫色火焰。（3）与NaOH反应：3S+6NaOH（浓）2Na2S+Na2SO3+3H2O洗S：用二硫化碳或热碱考点二氧化硫★★★★★在考试命题时主要以SO2中+4价的硫的氧化性、还原性，SO2的漂白作用；主要以实验探究的形式考察SO2性质的多样性，同时考察CO2和SO2的区别与检验。1、SO2的物理性质：SO2是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气大；易溶于水。（1体积水可溶解40体积的SO2）2、SO2的化学性质：酸性氧化物的通性：①与碱性氧化物反应生成盐：CaO+SO2 CaSO3②与碱反应：2NaOH+SO2（少量）Na2SO3+H2ONaOH+SO2（过量）NaHSO3（类比CO2）③与盐反应：SO2+Na2CO3 Na2SO3+CO2④与水反应：SO2＋H2O⇌H2SO3氧化性：与H2S的反应：2H2S+SO2 3S+2H2O催化剂还原性：催化剂①与氧气反应：2SO2+O2 2SO3②与氯气反应：SO2+2H2O+Cl2 H2SO4+2HCl。还有哪些氧化剂：漂白性：可使品红溶液等有机质褪色，生成无色不稳定的化合物，加热可恢复原色。工业上用来漂白纸浆、毛、丝、草帽等。不能漂白酸碱指示剂。注：要与次氯酸的漂白性进行区分。检验CO2与SO2同时存在的实验流程设计：二者性质相似，但CO2无还原性，SO2有还原性。流程设计检验SO2→除去SO2→检验SO2是否除尽→检验CO2选用试剂品红溶液酸性高锰酸钾溶液品红溶液澄清石灰水预期现象褪色褪色或颜色变浅不褪色变浑浊制备：原理：Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O干燥：浓硫酸收集：向上排空气法验满：湿润品红试纸（褪色）/湿润蓝色石蕊试纸（变红）尾气处理：氢氧化钠溶液，不用澄清石灰水。考点硫酸1、硫酸的物理性质：纯硫酸是一种无色油状液体。质量分数为98.3%的浓硫酸的沸点是338℃。硫酸是一种难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。浓硫酸稀释时放出大量的热。注：浓硫酸的稀释应将浓硫酸缓慢地注入水中并不断地搅拌，防止液滴飞溅。2、化学性质：浓硫酸（1）强酸性：H2SO42H++SO42-浓硫酸（2）浓硫酸的吸水性：吸收自由水或结晶水。CuSO4·5H20CuSO4+5H20注意：由于浓硫酸有强氧化性、酸性，所以不可干燥硫化氢、溴化氢、碘化氢、氨气等气体。（3）浓硫酸的脱水性：将有机物中的氢氧元素按照水的比例脱去，生成黑色的炭。C12H22O1112C+11H2O（4）浓硫酸的强氧化性①与金属单质反应：Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O②与非金属单质反应：C+2H2SO4(浓)CO2↑+2S02↑+2H2O③常温下，铁、铝遇浓硫酸钝化，故可用铁罐、铝槽车运输浓硫酸。考点硫酸根离子的检验硫酸根作为常见酸根离子在考试命题中常考察离子共存以及难溶物质的生成。硫酸根的检验方法：（1）检验SO42-时要防止其他离子的干扰。①Ag+的干扰。先用盐酸酸化,能防止Ag+的干扰,因为Ag++Cl-AgCl↓。②SO32-、CO32-、HSO3-的干扰。BaCO3、BaSO4也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中。因此检验SO42-时,必须用酸酸化(不能用HNO3、H2SO4酸化)且不能用Ba(NO3)2溶液,因为在酸性条件下，SO32-、HSO3-会被溶液中的NO3-氧化为SO42-从而得出错误的结论。（2）正确操作待检液取清液有白色沉淀(判断有SO42-)考点不同价态含硫物质的转化硫元素有多个不同的化合价，不同价态体现的的性质各不相同，试题通常会考察硫不同价态之间的相互转化以及不同性质的应用。1、价态：-2、0、+4、+6。2、不同价态的硫的性质：-2价的硫只有还原性。0价的硫既有氧化性又有还原性。+4价的硫既有氧化性又有还原性（通常体现还原性）。+6价的硫只有氧化性。不同价态的硫的转化关系图：化合价台阶式升降当硫元素的化合价升高或者降低时，一般升高或者降低到其相邻价态，即台阶式升降，用下图表示：注：相邻价态的含硫元素物质不发生氧化还原反应。模块二氮及其化合物考点氮气1、存在：（1）游离态：空气中含有大量的氮气。（2）化合态：动植物体内的蛋白质、硝酸盐、亚硝酸盐等。2、氮的物理性质：无色透明的气体，熔沸点低，密度略小于空气。化学性质：由氮元素在周期表的位置可知，氮原子最外层有五个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子，与其他原子结合通常形成共价键。氮气单质中两氮原子通过共价三键结合，断键所需能量大，所以难与其他物质反应，因此氮气的化学性质不活泼。氮的固定：氮气在高温、放电等情况下可以与氧气、镁、氢气发生反应，在大自然中将游离的氮转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定。与氧气反应：N2+O22NO（雷电固氮）（雷雨发庄稼）与氢气反应：N2+3H22NH3（人工固氮）与镁反应：N2+3MgMg3N2生物固氮：豆科植物的根瘤菌吸收氮气形成氮的化合物。考点一氧化氮和二氧化氮一氧化氮：物理性质：无色、不溶于水的有毒气体。化学性质：与氧反应：2NO+O22NO2（一氧化氮是无色气体，遇到氧气会迅速变为红棕色气体）制取硝酸：4NO+3O2+H2O4HNO3二氧化氮物理性质：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。化学性质：工业制硝酸：3NO2+H2O4HNO3+2NO4NO2+O2+2H2O4HNO3（二氧化氮与水反应制取硝酸会有一氧化氮生成，所以在水充足的情况下，调整O2的用量抵消一氧化氮）反应式1：3NO2+H2O4HNO3+2NO反应式2：2NO+O22NO2总反应式：4NO2+O2+2H2O4HNO3考点氨1、物理性质：无色、有刺激性气味的气体，密度比水小熔沸点低，易液化，极易溶于水（体积比1:700，喷泉实验）通常用向下排气法收集。用途：易液化，可做制冷剂。2、化学性质：（1）与水反应：NH3+H2ONH3·H2O（该溶液能使酚酞试液变红，石蕊试液变蓝）氨溶于水时,大部分NH3与H2O反应生成一水合氨(NH3·H2O);常温下,一水合氨中有一小部分电离形成NH4+和OH-,所以氨的水溶液(俗称氨水)显弱碱性,发生反应：NH3+H2ONH3・H2O、NH3・H2ONH4+OH-NH3·H2O不稳定,受热易分解,反应的化学方程式为：NH3·H2ONH3↑+H2O与酸（HCl）反应：NH3+HClNH4Cl（现象：有大量白烟生成。）氨是中学阶段常见气体中唯一的碱性气体，也是中学阶段中唯一能与酸反应生成盐的气体。实际应用：①由于氨能够与浓硫酸反应,所以不能用浓硫酸来干燥氨。②浓硝酸、浓盐酸等挥发性酸遇氨会发生反应生成铵盐(常温下为固态),因此可以看到有“白烟”产生,利用这一现象可以检验浓氨水或氨的存在。而硫酸、磷酸等难挥发性酸虽能与氨反应生成铵盐,但不会产生“白烟”。（3）氨的催化氧化反应①催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O工业上利用此反应制取生产硝酸所需的NO。②一般氧化：在氨(NH3)中,氮元素处于最低价,因此氨具有还原性,除能发生催化氧化外,还能与Cl2、CuO以及氮氧化物等氧化剂发生反应。具体反应如下（了解足矣）:a.2NH3(不足)+3CI2N2+6HCl8NH3(过量)+3CI2N2+6NH4CI(利用此反应可产生“白烟”的原理,检验氯气管道是否漏气);b.2NH3+3CuON2+3Cu+3H2O(实验室制取氮气);c.2xNH3+3NOx(2x+3)/2N2+3xH2O(治理氮氧化物的污染)。用途：制作氮肥、硝酸、铵盐、纯碱及有机合成工业原材料。3、喷泉实验：操作：在干燥的圆底烧瓶里充满氨,用带有玻璃管和滴管(滴管里预先吸入水)的塞子塞紧瓶口。倒置烧瓶,使玻璃管插入盛有水的烧杯(预先在水里滴入少量酚酞试液)。轻轻挤压滴管,使少量水进入烧瓶。观察并描述现象。现象：烧杯里的水进入圆底烧瓶,形成喷泉,圆底烧瓶内的溶液呈红色。结论：氨气极易溶于水,与水反应生成了易溶于水、使溶液呈碱性的物质一水合氨(NH3·H2O)。成功关键：气密性良好；（2）圆底烧瓶要干燥；（3）装置内气体纯度要高。4、氨水与液氨的区别：名称液氨氨水物质分类纯净物混合物粒子种类只有NH3分子。有H2O、NH3、NH3·H2O、NH4+、OH-、H+主要性质没有可以自由移动的OH-，不能使干燥的石蕊试纸变蓝。具有碱的通性。存在条件常温常压下不能存在。常温常压下可存在。考点氨盐由铵根离子NH4+与酸根离子构成的化合物称为铵盐。农业上常用的化肥,如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等都是铵盐。1、铵盐的物理性质常见的铵盐一般是无色或白色晶体,绝大多数易溶于水。2、铵盐的化学性质（1）不稳定性：受热易分解NH4ClNH3↑+HCl↑NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑（2）与碱反应：NH4NO3与NaOH反应：NH4NO3+NaOHNaNO3+NH3↑+H2ONH4Cl与NaOH反应：NH4Cl+NaOHNaCl+NH3↑+H2O注意：①与碱反应受热放出氨是铵盐的通性,因此某物质与碱反应,若能鉴定受热时放出的气体是氨，则可以确定该物质中含有NH4+。②铵态氮肥保存时应注意密封、低温保存,且不能与碱性物质混用。NH4+的检验：原理：方法:NaOH溶液法：取少量固体样品或溶液于试管中,加入浓的NaOH溶液（用NaOH检验铵盐时如果NaOH溶液浓度小或者未加热，会生成NH3·H2O而不会放出氨气）,加热产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体(或将蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,有白烟产生),证明固体样品或溶液中含有NH4+。注意：检验铵盐时,必须先加碱将NH4+转化为NH3，而不能直接加热,因为有的铵盐受热分解不一定产生NH3，如NH4NO3分解产物较复杂,高温下分解不产生氨,且可能发生爆炸。考点氨的实验室制法反应原理：在实验室里，常用加热铵盐与碱的混合物的方法来制取氨气。注意：铵盐一般选用NH4Cl，碱一般选用熟石灰。装置类型：固+固气注：制取气体装置一般分4部分，发生装置、净化装置、收集装置、尾气处理装置。NH3的干燥：通常用碱石灰，干燥装置用U形管或者球形干燥管。收集方法：通常采用向下排空气法。验满：①“试纸法”：将湿润的红色石蕊试纸放置在试管口附近,若试纸变蓝,说明已经收集满。②“发烟法”：用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近试管口,若有白烟生成,说明已经收集满。尾气处理：多余的氨要吸收掉(可在导管口放一团用水或稀硫酸浸湿的棉花团)以避免污染空气。考点硝酸1、物理性质：(1)硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。（久置浓硝酸呈黄色，是因为硝酸分解产生二氧化氮溶于硝酸。）(2)硝酸能与水以任意比互溶。(3)常用的浓硝酸的质量分数大约为69%,质量分数在95%以上的硝酸又称“发烟硝酸”。2、硝酸的化学性质：（1）具有酸的通性：①使指示剂变色:稀硝酸能使紫色石蕊溶液变红色;浓硝酸则会使紫色石蕊溶液先变红(酸性)后褪色(强氧化性)。②与碱反应：Cu(OH)2+2HNO3Cu(NO3)2+2H2O③与碱性氧化物反应：CuO+2HNO3Cu(NO3)2+H2O④遇弱酸盐反应：CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+H2O+CO2↑硝酸的不稳定性：浓硝酸在见光或受热时容易分解，化学方程式为：4HNO32H2O+4NO2↑+O2↑因此硝酸应保存在棕色（防光）、细口（液体）、带玻璃塞（橡胶塞易被氧化）的玻璃瓶中，并置于阴凉处（防热）。硝酸的强氧化性：HNO3中的＋5价氮元素具有很强的得电子能力。浓、稀硝酸都具有强氧化性，且浓度越大，氧化性越强，还原剂一般被其氧化成最高价态。①硝酸与金属的反应：除Au、Pt等少数金属外，硝酸几乎可以氧化所有金属，生成高价金属硝酸盐、低价氮的氧化物和水。金属与HNO3反应不生成H2，HNO3的浓度不同，还原产物不同。例：铜与硝酸的反应3Cu+8HNO3（稀）3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OCu+4HNO3（浓）Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O常温下，浓硝酸能使Fe、Al钝化；稀硝酸可与铁、铝反应，硝酸被还原为NO。硝酸与铁反应时，产物符合以下规律：Fe的量Fe过量Fe不足Fe恰好与硝酸完全反应产物Fe(NO3)2Fe(NO3)3Fe(NO3)2或Fe(NO3)3或两者混合物。②硝酸与非金属的反应：加热条件下，浓硝酸能将C等非金属单质氧化到最高价态，可表示为:非金属单质＋浓硝酸最高价氧化物或最高价含氧酸＋NO2↑+H2O例：C+4HNO3（浓）CO2↑+4NO2↑+2H2O③硝酸与还原性化合物的反应硝酸的强氧化性还表现在可以氧化具有还原性的化合物或离子，如：SO2、Fe2+、FeO、Br-、S2-、SO32-等均能被HNO3氧化。注：碱性、中性条件下，NO3-无氧化性，但在酸性条件下NO3-有强氧化性，故在应用硝酸的氧化性分析离子是否共存时，要注意溶液中H+和NO3-的组合相当于HNO3，能够氧化具有强还原性的离子，而单纯的NO3-不能氧化这些离子。硝酸的工业合成：第一步：氨的合成：N2+3H22NH3第二步：氨的催化氧化：4NH3+5O24NO+6H2O第三步：氧化：2NO+O22NO2第四步：吸收：3NO2+H2O2HNO3+NO对一氧化氮进行多次氧化吸收理论上可以完全吸收。模块三无机非金属材料考点硅酸盐材料1、硅酸盐的组成：硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称。它们种类繁多,结构复杂,组成各异。硅酸盐大多难溶于水,化学性质稳定。2、表示：复杂的硅酸盐可用氧化物的形式来表示。例：长石（KAlSi3O8）可表示为K20·Al2O3·6SiO2注意：(1)用氧化物的形式表示的硅酸盐只是表示方式不同，不可认为硅酸盐是由氧化物形成的混合物。(2)书写方法:找出组成元素→写成氧化物形式→注意原子守恒→检查有无遗漏→氧化物之间以“·”隔开。(3)书写顺序:活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→SiO2→H2O。特点：硅酸盐大多硬度高、难溶于水，耐高温、耐腐蚀。4、硅酸钠（Na2SiO3）：Na2SiO3是最简单的硅酸盐,其水溶液是一种无色黏稠状的液体,俗称水玻璃,黏性很强,常用作建筑、玻璃、纸张等的黏结剂。物理性质：能溶于水。化学性质：①水溶液呈碱性，能使酚酞试液变红。②与CO2的反应：SiO32-+CO₂(少量)+H2O=H2SiO3↓+CO32-SiO32-+2CO₂(过量)+H2O=H2SiO3↓+2HCO3-用途：制备硅胶和木材防火剂。硅酸钠能与比硅酸酸性强的一些酸反应,生成难溶于水的硅酸。5、常见的硅酸盐产品（传统无机非金属材料）名称原料、制作应用陶瓷黏土经过高温烧结形成建筑材料，绝缘材料，器皿、洁具。玻璃石灰石、纯碱、石英混合粉碎之后在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理化学变化制成。建筑材料，光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维用于高强度复合材料。水泥黏土、石灰石经过复杂的物理化学变化，加入石膏调节硬化速率，最后磨成粉末。与沙子、碎石、水混合之后可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。考点硅酸物理性质：难溶于水的白色固体。化学性质：弱酸性：酸性弱于碳酸。制备：Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaClNa2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓硅胶：制备：硅酸凝胶硅酸干凝胶。物理性质：多孔，吸水能力强。用途：实验室、食品药品干燥剂；催化剂载体。考点硅