非金属与化合物.docx

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非金属与化合物

常见非金属元素单质及其重要化合物

一、非金属元素及其单质

1．位置：

在已知的元素中，非金属共22种（包括6种稀有气体元素），除氢元素位于周期表的ⅠA族外，其余都集中在元素周期表阶梯线（硼、硅、砷、碲、砹斜线）的右上方。

2．原子结构特点及化合价

（1）最外层电子均大于、等于3（除H、He以外），与其主族序数相同。

（2）最高正价分别为：

＋4、＋5、＋6、＋7。

（与族序数相等）

对应最低负价：

－4、－3、－2、－1。

（等于族序数减8）

（3）非金属元素一般都有变价：

除呈现上述最高价及最低价以外，有的非金属还呈现其他价态。

如：

S：

＋4价；N：

＋1、＋2、＋3、＋4价；Cl：

＋1、＋3、＋4、＋5价。

3．非金属单质的聚集状态和同素异形体

（1）典型的非金属单质在固态时，如：

F2、Cl2、Br2、I2、O2、S、N2、P4、H2，这些物质的固态表现为硬度不大，熔点不高，易挥发，不导电，它们在常温下聚集态为气态（“气”字头）、液态（“氵”旁）或固态（“石”字旁）。

（2）碳（金刚石）、硅等单质，硬度很大，熔沸点很高。

由于晶体中没有离子和自由电子，所以固态和熔融态都不导电。

但某些非金属单质，如：

石墨可以作导体、单晶硅可以作为半导体材料。

（3）非金属元素常出现同素异形现象。

如：

金刚石、石墨及C60；白磷与红磷；O2与O3等。

二、非金属元素单质的化学性质（注意反应条件、现象、生成物的聚集状态）

1．与非金属反应

2．与金属反应

3．与水反应

三、非金属元素重要化合物的性质

1．气态氢化物

（1）物理性质：

一般都是无色气体，都有刺激性气味；HX、NH3易溶于水，H2S可溶，其余一般不溶；ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的水溶液一般为挥发性酸，HCl、HBr、HI为强酸，其余为弱酸，NH3水溶液显碱性，其余不溶，可视为中性。

其熔沸点都较低，常温下H2O、H2O2为液体，其余均为气体。

HF、H2O、NH3分子间易形成氢键，使它们的沸点升高，出现了反常情况。

（非金属氢化物的化学性质）

探究点一　卤素及其化合物

1．氯元素单质及其化合物间的转化关系

2．氯及其化合物知识中的热点

（1）Cl2与水的可逆反应，HClO的强氧化性和弱酸性。

（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

①ClO－不论在酸性环境中还是在碱性环境中均能体现强氧化性，如ClO－与SO

、I－、Fe2＋均不能大量共存。

②ClO－体现水解性，因HClO酸性很弱，ClO－水解显示碱性，如Fe3＋＋3ClO－＋3H2O＝Fe（OH）3↓＋3HClO。

例1如图11－1所示，是一个制取氯气并以氯气为原料进行特定反应的装置，其中各试剂瓶装的试剂为：

B（氢硫酸）、C（溴化亚铁溶液）、D（碘化钾淀粉溶液）、E（混有SO2的氯化钡溶液）、F（水）、H（紫色石蕊试液）。

（1）A是氯气发生装置，其离子反应方程式是：

__________。

（2）Ⅰ中b瓶内加入的液体最好是____________。

（3）用图示的Ⅱ或Ⅲ代替Ⅰ是否可行？

________，简要说明理由_____________________________。

（4）实验开始时，先点燃A处酒精灯，打开分液漏斗旋塞和Ⅰ处活塞，让氯气充满整个装置，再点燃G处酒精灯，回答下列问题：

①怎样证明氯气已充满整个装置？

_____________。

②下列装置中的现象是C______________________；

D________；E____________；F________________。

（5）G装置的硬质玻璃管内盛有碳粉，发生氧化还原反应，其产物为二氧化碳和氯化氢，写出G中反应的化学方程式_______________________。

装置F的作用是______________________。

（6）在H处，紫色石蕊试液的颜色由紫色变为红色，再变为无色，其原因是______________________________。

【答案】

（1）MnO2＋4H＋＋2Cl－（浓）

Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O

（2）饱和食盐水

（3）Ⅱ可行，Ⅲ不可行　Ⅱ原理同Ⅰ，而Ⅲ中因c瓶口密封，体积不能改变，压强增大会有危险

（4）①观察，当整个装置内充满黄绿色气体时，说明氯气已充满整个装置

②溶液由浅绿色变为深红棕色　溶液变蓝　生成白色沉淀　溶液变为浅黄绿色

（5）C＋2H2O＋2Cl2

CO2＋4HCl　向G中提供反应所需的水蒸气

（6）生成HCl使紫色石蕊试液变红色，剩余的氯气又与水反应生成HClO，起漂白作用，使红色褪去

【解析】

（2）b瓶的作用是贮存多余的Cl2，试剂最好为饱和食盐水。

（3）Ⅱ原理同Ⅰ，可代替Ⅰ；Ⅲ中c瓶口密封，不安全。

（4）①当黄绿色气体充满整个装置时，说明Cl2充满。

②Cl2有强氧化性，可将Fe2＋、Br－、I－、SO2氧化为Fe3＋、Br2、I2、SO

，故C中溶液由浅绿色变为深红棕色；D中溶液变蓝；E中产生白色沉淀BaSO4；F中由于吸收了Cl2变为浅黄绿色。

（5）C＋2H2O＋2Cl2

CO2＋4HCl，F的作用是提供水蒸气。

（6）生成HCl使溶液变红，剩余Cl2与水反应生成HClO又起漂白作用。

【点评】解答该类综合实验题首先应明确实验目的，然后分析仪器的使用及作用，再结合氯气的性质综合分析，整体解答。

下列说法正确的是（　　）

A．1molCl2与足量NaOH溶液反应转移电子的物质的量为2mol

B．用含有0.2molHCl的浓盐酸与足量MnO2加热反应，可制得1.12LCl2（标准状况下）

C．向新制氯水中通入SO2，氯水的漂白能力将增强

D．向新制氯水加入CaCO3，溶液中c（HClO）将增大

D　【解析】Cl2与NaOH溶液反应的化学方程式为Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，该反应为歧化反应，1molCl2与足量NaOH溶液反应转移电子的物质的量应为1mol，A项错；0.2molHCl完全反应可制得0.05molCl2，但随反应的进行，浓盐酸变成稀盐酸，而稀盐酸不与MnO2反应，B项错；新制氯水中存在如下平衡：

Cl2＋H2O

HCl＋HClO，若通入SO2会发生反应：

Cl2＋SO2＋2H2O===2HCl＋H2SO4，平衡左移，c（HClO）减小，溶液的漂白能力将减弱；若加入CaCO3，由于CaCO3与HCl反应而不与HClO反应，平衡右移，溶液中c（HClO）将增大，故C项错，D项正确。

变式题：

用图11－2装置制取PCl3，在E中放入足量白磷，将氯气不间断地通入E，氯气与白磷就会发生反应，并放出热量（温度高于75℃）。

已知：

PCl3和PCl5遇水强烈反应。

它们的熔沸点数据如下：

熔点

沸点

PCl3

－112℃

75℃

PCl5

148℃

200℃

请根据图中装置回答下列问题：

（1）检查该装置气密性的方法是______________________。

（2）为得到氯气，若B中加入MnO2，则A中应加入__________，反应的化学方程式为_________________________________。

（3）若发现C中气泡产生过猛，需要进行的操作或对装置进行的改进是___________________________。

（4）在反应开始时主要生成PCl3，而后来主要生成PCl5，原因可能是_________________________；从PCl3和PCl5的混合物中分离出PCl3的方法是________（选填序号）。

a．蒸馏　　b．过滤　　c．分液　　d．升华

（5）生成的PCl3在G中收集，则F中盛有______，作用是_________。

（6）C、D、H所盛的试剂分别是（选填序号）：

C______；D______；H______。

a．饱和食盐水b．浓硫酸c．无水氯化钙d．碱石灰

（7）如果E中反应放热较多，G处的导管可能发生堵塞，其原因是___________________________________。

【答案】

（1）H接一导管放入水槽，微热圆底烧瓶，盛液体的仪器中产生气泡，撤灯后导管中形成水柱，说明装置气密性良好

（2）浓盐酸　MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

（3）用分液漏斗控制添加液体的量（合理即可）

（4）P过量生成PCl3，氯气过量生成PCl5　a

（5）冷水　使得三氯化磷液化

（6）a　b　d

（7）PCl5（可能还有P2O5）蒸气冷却后变成固体

【解析】

（1）检查整套装置的气密性，首先要封闭装置，将H浸入水中，然后微热圆底烧瓶B，在其他各盛液体的仪器中观察是否有气泡，然后停止加热，过一会儿看H的导管中是否会倒吸形成一段水柱。

（2）实验室制Cl2的方法是在加热条件下MnO2与浓盐酸反应，A中应加入浓盐酸，反应方程式为MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O。

（3）C中产生气泡过猛，说明反应产生的Cl2太快，需要调节浓盐酸的加入速度

（4）反应开始时P较多，此时产生PCl3，随着反应进行，Cl2逐渐过量，会将PCl3氧化成PCl5，所以后期主要产生PCl5，虽然PCl3是液态，而PCl5是固态，但在加热时都是温度超过75℃，此时PCl3是气态，而PCl5是液态，可以蒸馏分开。

（5）气态的PCl3到G中要液化生成液态，F装置起到降温作用，所以F中要加入冷水。

（6）从B装置产生的Cl2中混有HCl，先通过饱和食盐水除去，然后通入浓硫酸干燥，在E装置中P和Cl2发生反应，G中收集PCl3，H是防止空气中水蒸气进入G，使PCl3水解。

（7）如果E中放热多，PCl5也可能汽化，在导管中易凝华而堵塞导气管

探究点二　氧、硫及其化合物

2．常见无机酸的重要规律和重要特性

（1）重要规律

①最高价氧化物对应水化物的酸性强弱取决于该元素非金属性的强弱，如酸性：

HClO4＞H2SO4＞H3PO4＞H2CO3＞H2SiO3。

②证明酸性强弱，可利用复分解反应中“强酸制弱酸”的规律，如：

Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓

Ca（ClO）2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO

③强氧化性酸（如：

HNO3、浓H2SO4）与金属反应，不生成H2；金属和浓HNO3反应一般生成NO2，而金属和稀HNO3反应一般生成NO。

（2）重要特性

①硝酸、浓H2SO4、次氯酸具有强氧化性，属于氧化性酸，其中HNO3、HClO见光或受热易分解。

②浓HNO3和Cu（足量）、浓H2SO4和Cu（足量）、浓盐酸和MnO2（足量）在反应时，随反应进行，产物会发生变化或反应停止。

③浓H2SO4具有吸水性、脱水性和强氧化性。

④常温下，铁、铝遇浓H2SO4、浓HNO3发生钝化。

例2如图11－3，在注射器中加入少量Na2SO3晶体，并吸入少量浓硫酸（以不接触纸条为准）。

则下列有关说法正确的是（　　）

A．蓝色石蕊试纸先变红后褪色

B．品红试纸、沾有KMnO4溶液的滤纸均褪色证明了SO2具有漂白性

C．湿润淀粉KI试纸变蓝

D．NaOH溶液可用于除去实验中多余的SO2

D　【解析】SO2溶于水显酸性使蓝色石蕊试纸变红，但不褪色，A错；SO2使KMnO4溶液褪色是发生了氧化还原反应，表现了SO2的还原性，B错；SO2的氧化性弱于I2，不能把I－氧化成I2，所以湿润淀粉KI试纸不能变蓝，C错。

【点评】正确把握SO2的漂白性应注意以下几点：

（1）SO2漂白性的选择性：

SO2不能使紫色石蕊试液褪色，SO2使红色酚酞溶液褪色，是SO2与水反应生成的H2SO3具有酸性。

（2）SO2漂白性的暂时性：

如溶有SO2的无色品红溶液加热后溶液变红。

（3）SO2使氯水、溴水或酸性KMnO4溶液褪色，不属于SO2的漂白性，而是SO2的还原性。

变式题：

B　【解析】SO2不能使石蕊试液褪色，所以a试管溶液为红色；SO2溶于水显酸性，Ba（NO3）2电离的NO

在该溶液中具有强氧化性，把SO2氧化成SO

，所以c试管中有白色沉淀生成；SO2与NaOH反应生成SO

，SO

与Ba2＋反应生成白色沉淀BaSO3。

例3用图11－4所示实验装置（夹持仪器已略去）探究铜丝与过量浓硫酸的反应。

下列实验不合理的是（　　）图11－4

A．上下移动①中铜丝可控制SO2的产生量

B．②中选用品红溶液验证SO2的生成

C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2

D．为确认CuSO4生成，向①中加水，观察颜色

变式题：

将一定量的锌与100mL18.5mol·L－1浓硫酸充分反应后，锌完全溶解，同时生成气体A33.6L（标准状况）。

将反应后的溶液稀释至1L，则得溶液中c（H＋）＝0.1mol·L－1，则下列叙述中错误的是（　　）

A．气体A为SO2和H2的混合物

B．气体A中SO2和H2的体积比为1∶5

C．反应中消耗的Zn的质量为97.5g

D．反应中共转移电子3mol

B　【解析】反应后溶液中c（H＋）＝0.1mol·L－1，故硫酸过量。

反应掉的硫酸为18.5mol·L－1×0.1L－

＝1.8mol，若生成的气体仅为SO2，则应为

×1.8mol×22.4L·mol－1＝20.16L≠33.6L，故不可能全是SO2气体。

随着硫酸浓度的变稀，则会生成H2，A项正确；设生成SO2的物质的量为x，H2为y，则x＋y＝

＝1.5mol。

设参加反应的Zn的物质的量为a，根据电子守恒有：

2x＋2y＝2a，解得a＝1.5mol，故质量为1.5mol×65g·mol－1＝97.5g，C项正确；反应转移电子的物质的量为2x＋2y＝3mol，D项正确。

由化学方程式知，生成SO2所消耗的H2SO4为2x，生成H2所消耗的H2SO4为y，则有2x＋y＝1.8mol，x＋y＝1.5mol，解得x＝0.3mol，y＝1.2mol，所以SO2与H2的体积比为1∶4，B错。

探究点三　氮及其化合物的性质

1．氮及其重要化合物的转化关系

2．NO、NO2与O2溶于水的计算，利用好两个比值4∶3、4∶1即可

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

3．HNO3的性质，尤其是强氧化性是热点，涉及与单质反应产物的判断，尤其是与铁的反应如稀HNO3与Fe：

Fe＋4HNO3（稀，过量）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O；3Fe（过量）＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O。

例4向含4molHNO3的稀溶液中，逐渐加入铁粉至过量。

假设生成的气体只有一种，请在坐标系中画出n（Fe2＋）随n（Fe）变化的示意图，并标出n（Fe2＋）的最大值。

答案：

【解析】向稀HNO3溶液中加入Fe粉，开始时HNO3过量，Fe被氧化成Fe（NO3）3：

Fe＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O，但加入1molFe时恰好生成1molFe（NO3）3。

再加入铁粉时，发生反应：

Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2，当加入1.5molFe时，生成1.5molFe（NO3）2，继续加入铁粉后，不再发生反应，n（Fe2＋）不变。

由此可画出n（Fe2＋）随n（Fe）变化的曲线。

变式题：

将22.4g铁粉逐渐加入到含HNO30.8mol的稀硝酸中，反应生成的气体的物质的量（x）随消耗铁粉的物质的量（y）变化关系中正确的是（　　）

C　【解析】22.4g铁的物质的量为0.4mol，铁粉发生的反应有以下两个阶段：

Fe　　＋　4HNO3（稀）===Fe（NO3）3　＋　NO↑＋2H2O

0．2mol0.8mol0.2mol0.2mol

Fe　　＋　2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2

0．1mol0.2mol

结合图像分析知C项符合题意。

变式题：

氮和磷都是重要的非金属元素。

（1）在O、Si、P、S四种元素中，原子半径由大到小的顺序是_________。

（2）“雷雨发庄稼”是指自然界进行的大气固氮，打雷下雨时不会生成的物质是________（选填序号）。

a．NO　　b．NO2　　c．HNO3　　d．NH3

（3）NH3分子的空间构型为_____；写出氨水呈碱性的电离方程式______________。

（4）根据下表中的键能数据，回答：

共价键

键能（kJ/mol）

N≡N

946

H—N

391

H—H

436

①N2的化学性质很稳定，原因是_________________；

②写出氮气、氢气一定条件下合成氨气的热化学方程式_________________________。

③NH3的沸点比PH3高，原因可能是________（选填序号）

a．H—N键键能大于H—P键键能　

b．NH3分子间范德华力大于PH3分子间范德华力

c．其他原因

【答案】　

（1）Si＞P＞S＞O

（2）d

（3）三角锥形　NH3·H2O

NH

＋OH－

（4）①N≡N键能大，难以破坏

②N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1

③c

【解析】

（1）O和S同主族，少一个电子层，半径O

（2）打雷时，N2和O2发生反应生成NO，NO与空气中O2继续反应生成NO2，NO2与H2O反应生成HNO3，整个过程中没有H2产生，所以不会生成NH3。

（3）NH3呈三角锥形结构，溶于水后发生电离产生NH

和OH－，显碱性。

（4）从表中数据可以看出，N≡N键能特别大，共价键很难断裂，化学性质稳定。

N2和H2反应生成NH3过程中，反应热等于旧键断裂吸收的能量减去新键形成放出的能量，则ΔH＝946kJ·mol－1＋436kJ·mol－1×3－2×3×391kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1。

NH3的沸点比PH3高，是因为NH3之间存在氢键，而与化学键能量无关。

探究点四　常见非金属元素形成的离子的检验

1．利用酸碱指示剂检验

H＋―→滴入紫色石蕊试液，溶液变红色

2．利用盐酸和其他试剂检验

CO

：

加入BaCl2或CaCl2溶液后生成白色沉淀，再加稀盐酸沉淀溶解，并放出无色无味气体。

SO

：

先加入足量稀盐酸，无沉淀生成，再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。

SO

：

加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，再加稀盐酸，放出无色有刺激性气味能使品红溶液褪色的气体。

3．利用AgNO3（HNO3酸化）溶液检验

4．利用某些特征反应检验

I－：

滴入淀粉溶液和氯水，溶液变蓝色（或加入氯水和四氯化碳，四氯化碳层呈紫红色）。

NH

[特别注意]设计实验方案进行离子检验时，要设法排除不同离子之间的干扰，如检验SO

时一定要排除Ag＋和SO

的干扰。

例5工业碳酸钠由于在生产过程中原料盐和工艺等的原因，常会含有Na2SO4、NaCl中一种或两种物质。

现有工业碳酸钠样品，某化学兴趣小组就工业碳酸钠中是否含有这两种杂质进行探究。

实验室有以下的仪器和药品可供使用：

烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；1.0mol·L－1硫酸、1.0mol·L－1硝酸、1.0mol·L－1盐酸、NaOH稀溶液、0.1mol·L－1AgNO3溶液、0.1mol·L－1BaCl2溶液、0.1mol·L－1Ba（NO3）2溶液、蒸馏水。

以下是部分实验探究过程：

（1）提出假设：

根据题意，工业碳酸钠中含有杂质有________种可能情况。

（2）设计实验方案

基于工业碳酸钠中两种杂质均存在这一假设，设计出实验方案。

（3）根据

（2）的实验方案，进行实验。

请在下表中写出实验操作步骤、预期的现象及结论。

编号

实验操作

预期现象及结论

①

②

③

【答案0

（1）3

（3）

编号

实验操作

预期现象及结论

①

取少量样品于试管中，加蒸馏水溶解。

向试管中加足量的1.0mol·L－1硝酸（或加入1.0mol·L－1硝酸至溶液中不再有气体放出为止）

有气体产生，说明样品中含有Na2CO3

②

再向试管中加入0.1mol·L－1Ba（NO3）2溶液。

若有沉淀产生，则继续加入0.1mol·L－1Ba（NO3）2溶液至过量

有沉淀产生，则有Na2SO4

③

将试管静置片刻后，取上层清液于另一支试管中，加入0.1mol·L－1AgNO3溶液

有沉淀产生，则含有NaCl

【解析】

（1）杂质可能为NaCl，Na2SO4、NaCl和Na2SO4三种可能；（3）先取样，再溶解，后验证，先检验SO

，再检验Cl－。

注意检验SO

时，应用稀硝酸排除CO

的干扰。

变式题某同学设计了以下流程来检验碳酸钠粉末中含有少量氯化钠和氢氧化钠。

图11－7

（1）步骤3的操作名称是_____；步骤1所需玻璃仪器是___________；

（2）试剂A是________，加入试剂A的目的是______；（填字母编号）

a．检验OH－b．检验Cl－

c．除去CO

d．避免对Cl－或OH－的检验的干扰

判断试剂A是否足量的方法是________________________。

（3）步骤4是为了检验_______离子，所需要的试剂B是___________。

（4）请简述步骤5的具体操作过程（所加试剂、现象及结论）____________________。

【答案】

（1）过滤　烧杯、玻璃棒

（2）Ba（NO3）2　cd　取步骤3的滤液少许，滴加硝酸钡溶液，若无沉淀生成，则说明试剂A足量。

或者：

取步骤3的滤液少许，滴加碳酸钠溶液，若有沉淀生成，则说明试剂A足量

（3）OH－　酚酞（或石蕊试液）

（4）滴加足量的稀硝酸至溶液呈酸性，再滴加硝酸银溶液，若有白色沉淀生成，则说明有氯化钠

【解析】这是一道有关物质的检验题，检验碳酸钠中是否含有氯化钠和氢氧化钠，首先要排除CO

对Cl－和OH－的干扰，所以在取样溶解后要加入足量的能使CO

沉淀的，同时又不干扰Cl－和OH－检验的试剂。

在步骤2中加入的试剂含有Ba2＋，考虑到后面Cl－和OH－离子要检验，所以加入试剂的阴离子只能选择NO

，A为Ba（NO3）2，产生BaCO3沉淀后，步骤3为过滤以除去沉淀。

Cl－的检验一般用硝酸酸化的AgNO3，而OH－的检验可以用指示剂，为防止酸化对溶液酸碱性影响，所以要先检验OH－，步骤5再检验Cl－。

探究点五　碳、硅及其化合物

1．碳、硅及其重要化合物间的转化关系

2．硅及其化合物的“反常”

（1）Si的还原性大于C，但C却能在高温下从SiO2中还原出Si：

2C＋SiO2

Si＋2CO↑。

（2）非金属单质跟碱溶液作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2：

Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑。

（3）非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟氢氟酸作用：

S