必修1 第4章 非金属元素及其化合物.docx

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必修1第4章非金属元素及其化合物

第四章非金属及其化合物知识总结

第一节无机非金属材料的主角——硅

要点精讲

一、二氧化硅和硅酸

二、硅酸盐

（1）性质特征：

性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。

（2）主要原料：

黏土（Al2O3·2SiO2·2H2O）、石英（SiO2）和长石（钾长石K2O·Al2O3·6SiO2或钠长石Na2O·Al2O3·6SiO2）。

（3）主要制品：

玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃（Na2SiO3的水溶液）等。

（4）水泥和玻璃的生产：

水泥

玻璃（普通）

原料

石灰石、粘土

纯碱、石灰石、石英

设备

水泥回转窑

玻璃熔炉

反应

复杂物理化学变化

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

主要成分

3CaO·SiO2

2CaO·SiO2

3CaO·Al2O3

Na2O·CaO·6SiO2

特性

水硬性

（加石膏调节硬化速度）

玻璃态物质（在一定温度范围内软化）

非晶体

三、硅单质

（1）物理性质：

a.硅的存在和形态：

自然界中没有游离态的硅，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。

b.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。

c.导电性：

介于导体和绝缘体之间（硅和锗是重要的半导体材料）。

（2）化学性质（和碳相似）——形成共价化合物，化学性质不活泼。

①常温下，不能强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸（HF）和烧碱等物质反应。

Si+2F2==SiF4Si+4HF==SiF4+H2↑Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑

②加热条件下，能跟一些非金属单质起反应。

Si+O2

SiO2Si+2H2

SiH4

（3）工业制法：

SiO2+2C

Si+2CO↑（焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅）

粗硅提纯后，可以得到可用作半导体材料的高纯硅。

（3）用途：

①作半导体材料②制合金

注意：

SiO2与CO2的比较

CO2

SiO2

与碱性氧化物

CaO+CO2

CaCO3

CaO+SiO2

CaSiO3

与碱液

2NaOH+CO2=Na2CO3

+H2O

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

与盐反应

Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓

NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3

2Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

与碳反应

C+CO2

2CO

2C+SiO2

Si+2CO↑

与H2O作用

CO2+H2O

H2CO3

不与水化合

与酸反应

不反应

只与HF反应

SiO2+4HF=SiF4↑+H2O

典型例题

一、二氧化硅和硅酸

例1．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。

目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，即信息高速公路。

光纤通信所使用的光缆，其主要部件为光导纤维。

下列说法正确的是（）

①制造光导纤维的主要原料是CaCO3；②制造光导纤维的主要原料是SiO2；③光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的全反射；④光导纤维传递光信号的基本物理原理是光的折射

A．①④B．②③C．①③D．②④

例2．把26g含有SiO2和CaCO3固体在高温下加热至质量不再改变，冷却后称重为17.2g。

（1）写出有关的化学反应方程式

（2）求生成CO2的体积（标况）

（3）求原混合物中所含SiO2的质量。

二、硅酸盐

例3．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所措的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。

例如钾长石（KalSi3O8）风化生成高岭土[Al2Si2O5（OH）4]，此后反应的离子方程式为

2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O==2K++2HCO3-+4H4SiO4+Al2Si2O5（OH）4.

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形成①KalSi3O8___________②Al2Si2O5（OH）4___________

（2）上述反应能够发生的原因是_____________。

第二节富集在海水中的元素——氯

要点精讲

一、活泼的黄绿色气体——氯气

1．氯气的物理性质

（1）氯气是黄绿色的气体。

氯气的密度比空气大。

能溶于水。

（2）有刺激性气味的气体。

氯气有毒。

（闻气体方法：

用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的氯气飘进鼻孔。

）

2．预测氯气的化学性质并用实验证实之。

氧气、氢气等都是非金属单质，由此推测：

非金属一般都能跟金属反应生成盐，非金属单质间也能发生化学反应。

（1）氯气与金属的反应

2Fe+3Cl2

2FeCl3（Fe丝在氯气中燃烧，产生棕黄色烟）

Cu+Cl2

CuCl2（Cu丝在氯气中燃烧，产生棕色烟，溶于水后，溶液呈蓝绿色）

2Na+Cl2

2NaCl（产生大量白烟）

（2）氯气与非金属的反应

H2+Cl2

2HCl（H2在Cl2中能安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾）

2P+3Cl2

2PCl3（在空气中形成白雾）；2P+5Cl2

2PCl5（在空气中形成白烟）

（3）氯气与水的反应

Cl2+H2O==HCl+HClO（次氯酸）。

氯气溶于水，在该溶液中：

①滴加酚酞溶液呈红色，说明生成了酸（H+）；

②加入镁条，可观察到镁条表面有少量气泡产生，说明产生了酸（H+）；

③放入红纸条，红色褪去，说明产生了一种具有漂白性的物质（HClO）。

④滴加AgNO3溶液，产生白色沉淀，说明溶液中产生了Cl-。

次氯酸不稳定，见光易分解：

2HClO

2HCl+O2↑

（4）氯气与碱的反应

工业上制漂粉精：

Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O

工业上制漂白粉：

2Cl2+2Ca（OH）2==CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O

（漂白粉的主要成分为：

CaCl2、Ca（ClO）2，其有效成分为：

Ca（ClO）2）

次氯酸盐跟稀酸或空气里的二氧化碳和水反应，生成次氯酸，起到漂白和消毒的作用。

NaClO+HCl==NaCl+HClO或NaClO+CO2+H2O==NaHCO3+HClO

Ca（ClO）2+2HCl==CaCl2+2HClO或Ca（ClO）2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO

二、氯离子（Cl-）的检验

（1）常见阴离子的特性及检验

离子

检验试剂

主要实验现象

离子方程式及说明

Cl－

AgNO3溶液，稀硝酸

生成的白色沉淀不溶于稀HNO3

Ag＋＋Cl－===AgCl↓（白色）

SO

可溶性钡盐溶液，稀盐酸

生成不溶于稀HCl的白色沉淀

Ba2＋＋SO

===BaSO4↓（白色）

CO

①BaCl2溶液、稀盐酸

②盐酸、石灰水

①生成的白色沉淀能溶于稀HCl

②生成能使石灰水变浑浊的无色气体

①Ba2＋＋CO

===BaCO3↓（白）

BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋CO2↑＋H2O

②CO

＋2H＋===CO2↑＋H2O

Ca（OH）2＋CO2===H2O＋CaCO3↓（白）

OH－

①无色酚酞试液

②紫色石蕊溶液

③甲基橙溶液

④pH试纸

①变红色

②变蓝色

③变黄色

④显蓝至深蓝色

OH－表现碱性

（2）常见阳离子的特性及检验

离子

检验试剂

主要实验现象

离子方程式及说明

Ba2＋

硫酸或硫酸盐溶液，稀硝酸

加SO

生成白色沉淀，再加稀HNO3沉淀不溶解

Ba2＋＋SO

===BaSO4↓（白色）

Mg2＋

NaOH溶液

生成白色沉淀，当NaOH过量时沉淀不溶解

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓（白色）

Al3＋

NaOH溶液

氨水

加氨水或适量NaOH溶液，有絮状白色沉淀生成，沉淀能溶于NaOH溶液，不溶于氨水

Al3＋＋3OH－===Al（OH）3↓（白色）

Al（OH）3＋OH－===AlO

＋2H2O

Fe3＋（黄色）

①NaOH溶液

②KSCN溶液

①生成红褐色沉淀

②溶液呈血红色

①Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓（红褐色）

②Fe3＋＋SCN－===〔Fe（SCN）〕2＋（血红色）

Fe2＋（淡绿色）

①NaOH溶液

②KSCN溶液，

氯水

①生成白色沉淀，在空气中迅速变灰绿色，最后变成红褐色

②无明显现象，加氯水呈血红色

①Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓（白色）

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O==4Fe（OH）3↓

（红褐色）

②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－

Fe3＋＋SCN－===〔Fe（SCN）〕2＋

Ag＋

①盐酸或氯化物溶液，稀硝酸

②NaOH溶液

①生成白色沉淀，此沉淀不溶于稀硝酸，溶于氨水

②生成白色沉淀，迅速转变成棕色，此沉淀溶于氨水，形成无色溶液

①Ag＋＋Cl－===AgCl↓（白色）

AgCl＋2NH3·H2O==〔Ag（NH3）2〕＋＋Cl－＋2H2O

②Ag＋＋OH－===AgOH↓（白色）

2AgOH===H2O＋Ag2O（棕色）

AgOH＋2NH3·H2O=〔Ag（NH3）2〕＋＋OH－＋2H2O

注意：

（1）辨清液氯和氯水的区别：

液氯：

氯气在加压或冷却时变成液氯，液氯是纯净物，由Cl2分子组成，具有Cl2的化学性质；

氯水：

即氯气的水溶液，属于混合物。

氯气不但能溶于水，还能与水反应，氯水中的溶质有Cl2、HCl和HClO，因此氯水兼有Cl2、HCl、HClO的性质。

氯水中含有的粒子包括：

分子：

Cl2（未反应）、H2O、HClO；离子：

H+、Cl-、ClO-（HClO为弱电解质，要发生部分电离）、OH-（水电离产生的，极少量）。

久置的氯水，因为HClO分解，可视为稀盐酸。

（2）干燥的氯气没有漂白性，潮湿的氯气有漂白性，这是因为Cl2与H2O反应生成的次氯酸（HClO）具有漂白性。

事实上，次氯酸盐也都具有漂白性。

典型例题

例1．下列物质中呈浅黄绿色的是（）

A．常温时的氯气B．新制的浓氯水C．氯化铜溶液D．氯化氢

例2．氯气是一种重要的化工原料，除了用于消毒、制备盐酸和漂白剂外，还用于制备有机溶剂和农药。

请你通过对氯气性质的研究回答下列问题。

（1）下列有关氯气的叙述中，不正确的是（）。

A.氯气是一种黄绿色、有刺激性气味的气体B.氯气、液氯和氯水是同一种物质

C.氯气能溶于水D.氯气是一种有毒的气体

（2）下列化合物中，不能通过单质间化合直接制取的是（）。

A.FeCl3B.CuCl2C.HClD.FeCl2

（3）把氯气通入紫色石蕊溶液后，可以观察到的现象是___________。

请你解释其中的原因。

例3.漂白粉在社会生活、工业生产中用途广泛，漂白粉除了具有漂白作用外，还能杀菌消毒。

（1）1998年，我国长江流域和松花江流域都发生了百年不遇的特大洪水。

灾区人们的饮用水，必须用漂白粉等药品消毒后才能饮用，以防传染病发生，但瓶装漂白粉久置空气中会呈稀粥状而失效。

试用化学方程式表示漂白粉在空气中易失效的原因是①______________；②_______________。

（2）已知浓盐酸和次氯酸钙能发生如下反应：

Ca（ClO）2+4HCl（浓）==CaCl2+2Cl2↑+2H2O用贮存很久的漂白粉与浓盐酸制得的氯气中，可能含有的杂质气体是（）

①CO2②HCl③H2O④O2

A.①②③B.②③④C.②③D.①④

例4．将一盛满Cl2的试管倒立在水槽中，当日光照射相当长一段时间后，试管中最后剩余气体的体积占试管容积的（）

A．1/4B.1/3C.1/2D.2/3

例5．实验证实：

H2可以在Cl2中安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口产生大量白雾：

H2+Cl2

2HCl；Fe丝可以在氯气中燃烧时，产生棕黄色烟：

2Fe+3Cl2

2FeCl3。

（1）白雾、棕黄色的烟是怎样形成的？

（2）联系生活实际，探讨一下雾与烟的区别。

第三节硫和氮的氧化物

要点精讲

一、二氧化硫

（1）物理性质：

无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（1：

40），是大气的主要污染物，来源于含硫燃料（如煤）的燃烧。

（2）化学性质

①酸性氧化物通性：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

SO2+H2O===H2SO3（可逆反应，H2SO3为中强酸）

SO2+CaO=CaSO3（煤中加生石灰防大气污染）SO2+CaSO3+H2O=Ca（HSO3）2

②氧化性：

SO2+2H2S=3S↓+2H2O

③还原性：

2SO2+O2=2SO3（工业制H2SO4）

SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX（X2包括Cl2、Br2、I2）；2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+

SO2使KMnO4（H+）、Br2水，褪色也是SO2还原性表现，不是漂白性。

④SO2漂白性→SO2与某些有色物质（如品红）结合生成不稳定无色化合物。

加热又恢复原来的颜色。

二、二氧化氮和一氧化氮

放电化合：

N2+O2

2NO（无色，有毒，与血红蛋白结合）

NO易被氧化：

2NO+O2==2NO2（红棕色，有毒，刺激呼吸器官）

NO2易溶于水：

3NO2+H2O==2HNO3+NO（NO2不是HNO3的酸酐）

NO、NO2是大气污染物，NO2能造成光化学烟雾。

三、SO2和NO2对大气的污染

酸雨及其防治：

（1）成因：

含硫化石燃料的燃烧以及化工厂排放出的尾气中含有二氧化硫，在氧气和水蒸气的共同作用下，形成酸雾，随雨水降落就成为酸雨。

（2）危害：

使湖泊的水质变酸，导致水生生物死亡；酸雨浸渍土壤、会使土壤变得贫瘠；长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；酸雨危害人体健康。

（3）防止方法：

①从实际情况出发，对酸性物质的排放加以控制；②改变能源结构，开发利用新能源，从根本上解决问题。

注意：

SO2也有漂白性，注意与氯水的漂白性的区别

SO2

氯水（Cl2通入水溶液中）

漂白原因

SO2能与某些有色物结合成不稳定无色物

Cl2与H2O反应生成HClO具有强氧化性，将有色物氧化成无色物

漂白效果

不稳定，加热能复原

稳定

漂白范围

某些有机色质

绝大多数有机色质

与有机色质

作用实例

品红褪色红色

紫色石蕊红色

品红褪色不显红色

紫色石蕊先变红随即褪色

混合作用

SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl漂白作用大大减弱

典型例题

一、二氧化硫

例1．某同学为了探究硫与氧气的反应情况，装配好如图所示得装置，待内外空气压强不变时标注出水银液面的刻度（用红漆）。

取下橡皮塞，在玻璃燃烧匙中加入硫粉，用酒精灯点燃迅速移入锥形瓶中并塞紧橡皮塞。

硫粉安静地燃烧，水银柱推向左管。

当火焰熄灭后，静置，水银柱又慢慢地回到原先标定的刻度。

简要回答下列问题：

（1）水银柱推向左管说明什么？

__________________________________________。

（2）硫粉未燃尽时火焰就熄灭了，说明_____________。

（3）根据水银柱最后又回到原先标定的刻度，可得到什么结论？

_______________________。

（4）根据反应方程式S+O2==SO2和上述结论又可推导出什么？

（或证明什么？

）_______。

二、二氧化氮和一氧化氮

例2．下列过程属于固氮的是（）

A.NH3→NOB.NO→NO2C.N2→NOD.N2→NH3

例3．当前城市空气质量恶劣的重要原因是汽车尾气的超标排放，你能否应用氮元素单质和化合物之间的转化关系，设计除去汽车尾气中的CO和氮氧化物（如NO、NO2等）的理论构想？

其中包括：

确定无害化过程及其产物和选择无害化试剂及反应条件等。

（1）将有害物质转化为什么物质即可完成无害化过程？

（2）应依据什么化学原理完成无害化过程？

（3）完成无害化过程中，无害化试剂选择原则是什么？

（4）对无害化过程反应条件的确定原则是什么？

（5）写出无害化过程的化学方程式。

三、SO2和NO2对大气的污染

例4．你认为减少酸雨产生的途径可采取的措施是①用煤做燃料②把工厂烟囱造高③燃料脱硫④在已酸化的土壤中加石灰⑤开发新能源（）。

A.①②③B.②③④⑤C.①③⑤D.①③④⑤

例5．某雨水样品刚采集时测得pH为4.82，放在烧杯中经2h后，再次测得pH为4.68。

以下叙述正确的是（）。

A.雨水样品酸度逐渐减小B.雨水样品酸度没有变化

C.雨水样品继续吸收空气中的CO2D.雨水样品中的H2SO3逐渐被空气中的氧气氧化成H2SO4

例6．某校高一研究性学习小组将造成我省某市空气污染的主要原因分为4种：

A．燃烧农作物秸秆B.燃烧含硫煤C．粉尘污染D.机动车尾气污染

设计的问题是：

你认为造成我市空气污染的最主要的原因是什么？

并就此调查了我市100名市民和100位环保部门人士，调查结果如下图所示：

（1）该市市民认为造成我市空气污染的最主要的原因是__________，环保人士认为造成我市空气污染的最主要的原因是________。

（2）上述调查结果说明该市市民对__________造成的空气污染认识不足。

该原因造成的大气污染的主要有害成分是_______________，空气中该成分含量较高时，在空气中的氧气和水的共同作用下，会形成酸雾，其化学反应方程式为_____________________________。

第四节硫酸、硝酸和氨

要点精讲

一、硫酸和硝酸的氧化性

（一）硫酸

1.硫酸的物理性质：

纯硫酸是无色油状液体，难挥发，易吸水，能与水任意比互溶，溶于水放出大量热。

2.硫酸的化学性质：

1）稀硫酸具有酸的通性。

①能与活泼金属反应生成盐和氢气；

②能与金属氧化物反应生成盐和水；

③能和碱反应生成盐和水；

④能使酸碱指示剂变色；

⑤能和某些盐反应。

2）浓硫酸的特性：

①吸水性：

将物质中含有的水分子夺去。

如：

使蓝色的胆矾晶体变为白色固体。

②脱水性：

将别的物质中的H、O按原子个数比2:

1脱出生成水。

如：

HCOOHCO+H2O

C12H22O1112C+11H2O

③强氧化性：

a）活泼性在H以后的金属反应：

（条件：

Δ）

Cu+2H2SO4（浓）==CuSO4+SO2↑+2H2O

b）与非金属反应：

（条件：

Δ）

C+2H2SO4（浓）==CO2↑+2SO2↑+2H2O

c）冷的浓H2SO4使Fe、Cr、Al等金属表面生成一层致密的氧化物薄膜而发生“钝化”；

d）与其他还原性物质反应：

2HBr+H2SO4（浓）==Br2+SO2↑+2H2O

H2S+H2SO4（浓）==S+SO2↑+2H2O

“黑面包实验”中，硫酸体现出的性质：

脱水性（使蔗糖炭化）、强氧化性（有刺激性气味气体产生）。

（二）硝酸

1．物理性质：

无色、易挥发、有刺激性气味的液体。

2．化学性质——特性

（1）不稳定性——保存硝酸装在棕色瓶，放在冷暗处。

4HNO3

2H2O+4NO2+O2

（2）强氧化性

①与金属（除Au、Pt）反应：

Cu+4HNO3（浓）==Cu（NO3）2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3（稀）==3Cu（NO3）2+2NO+4H2O

常温下，浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部的金属不再跟硝酸反应，所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。

②与非金属反应——非金属主要生成高价的含氧酸

4HNO3+C

2H2O+4NO2+CO26HNO3+S

H2SO4+6NO2+2H2O

二、氨

1．氨

（1）物理性质：

无色、有刺激性气味气体；易液化，液氨作致冷剂；极易溶于水（1:

700）。

（2）化学性质：

①与水的反应：

NH3+H2O

NH3·H2O

NH4++OH-（一水合氨的水溶液即氨水，显弱碱性）

NH3·H2O

NH3+H2O（一水合氨不稳定）

②与酸的反应：

NH3+HCl==NH4Cl；2NH3+H2SO4==（NH4）2SO4

③与O2的反应——氨的催化氧化（接触氧化）

4NH3+5O2

4NO+6H2O

2．铵态氮肥——铵盐

（1）物理性质：

铵盐都是晶体，都易溶于水。

（2）化学性质：

①受热分解：

NH4Cl

NH3+HCl；NH4HCO3

NH3+H2O+CO2

②与碱的反应：

制NH3和检验NH4+

（NH4）2SO4+2NaOH

Na2SO4+2NH3+2H2O

NH4NO3+NaOH

NaNO3+NH3+H2O

2NH4Cl+Ca（OH）2

NH3↑+CaCl2+2H2O（实验室制取氨气的反应原理）

③NH4+的检验方法：

加浓碱液，加热，放出可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。

NH4++OH-

NH3↑+H2O

注意：

（1）

硝酸与任何金属反应无H2生成；

常温下，Fe、Al遇浓硝酸钝化，但在加热条件下，Fe、Al能溶解在硝酸中；

除Au、Pt外，硝酸能溶解大部分金属。

（2）比较浓H2ＳＯ4与硝酸的氧化性，例如：

与Cu反应的条件，浓度对氧化性的影响（稀HNO3能与Cu反应而稀H2ＳＯ4不能）。

同时指出，尽管HNO3浓度越稀，被还原程度愈大，但浓HNO3的氧化性比稀HNO3的要强，因为氧化性强弱是指氧化其他物质的能力，而不是指本身被还原的程度，即不能以还原产物中氮的价态作衡量氧化性强弱的标准。

典型例题

一、硫酸和硝酸的氧化性

例1．为检验浓硫酸与木炭在加热条件下反应产生SO2和CO2气体，设计了如图所示实验装置，a、b、c为止水夹，B是用于储气的气囊，D中放有用I2和淀粉的蓝色溶液浸湿的脱脂棉。

请回答下列问题：

（1）实验前欲检查装置A的气密性，可以采取的操作是；

（2）此实验成败的关键在于控制反应产生气体的速率不能过快，由此设计了虚框部分的装置，则正确的操作顺序是（用操作编号填写）；

①向A装置中加入浓硫酸，加热，使A中产生的气体进入气囊B，当气囊中充入一定量气体时，停止加热；②待装置A冷却，且气囊B的体积不再变化后，关闭止水夹a，打开止水夹b，慢慢挤压气囊，使气囊B中气体慢慢进入装置C中，待达到实验目的后，关闭止水夹b；③打开止水夹a和c，关闭止水夹b；

（3）实验时，装置C中的现象为_____________；（4）当D中产生______（多选不得分）现象时，可以说明使E中澄清石灰水变浑的是CO2，而不是SO2；

A.进气口一端脱脂棉蓝色变浅，出气口一端脱脂棉蓝色不变

B.脱脂棉上蓝色均变浅C.脱脂棉上蓝色褪去

则装置D的作用为。

二、氨和铵盐

例2．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。

在恒