第三部分 非金属元素及其化合物.docx

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第三部分非金属元素及其化合物

第三部分　非金属元素及其化合物　

考纲要求：

常见非金属元素（如H、C、N、O、Si、S、Cl等）

1．掌握常见非金属元素单质及其重要化合物的主要性质，了解其应用。

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。

3．以上各部分知识的综合应用

知识网络

学法指导

1．构建知识网络，使知识系统化、结构化

复习非金属元素及其化合物的知识，采用“知识主线——知识点——知识网”的方式，将元素及其化合物知识结构化，从而达到条理化、系统化、整体化。

（1）知识主线：

气态氢化物←单质→氧化物→氧化物对应水化物→相应的含氧酸盐

（2）知识点：

按“知识主线”，以每种物质作为知识点，引导学生按下图进行联想复习：

（3）知识网：

把各知识点进行网络化，得到整体的互相联系的结构化的知识，即元素的单质及其化合物的相互转化关系。

这样，单质及其化合物的相互转化关系形成一个完整的知识网络，复习时依此知识网为线索，展开回忆和联想，然后再通过练习巩固，就能达到熟能生巧、运用自如。

2．抓好“三个结合”，进行横向联系

非金属元素及其化合物知识与基本理论、实验和计算密切联系，在复习时要将这三块内容穿插其中，使非金属元素及其化合物与理论、实验、计算融为一体。

（1）与基本理论结合

在复习非金属元素及其化合物知识时，运用物质结构、元素周期律、氧化还原、化学平衡等理论加深理解某些元素化合物知识，同时又能加深对基本理论的理解和灵活运用。

如：

①卤素单质熔、沸点的变化规律，运用分子间作用力和化学键的知识理解这些规律。

②物质的水溶性用相似相溶原理去掌握。

③复习“硫及其化合物”时，可利用价态主线：

，依据氧化还原规律知元素处于最高价态时只有氧化性，处于最低价态时只有还原性，处于中间价态时现有氧化性，又有还原性，因此，复习时注意H2S的还原性，浓H2SO4的强氧化性，S、SO2既有氧化性，又有还原性。

（2）与实验结合

复习非金属元素及其化合物时，必须结合一些典型实验进行教学，不但能提高学习兴趣，而且能加深对知识的理解和运用。

如在复习硝酸的强氧化性时，可根据Cu与稀HNO3实验，设计如下问题：

①反应开始前装置怎样避免装置内的空气；②怎样使铜与稀硝酸反应能自动停止，防止NO过多；③反应后，能有效的通入空气，证明NO；同时还要防止NO及生成的NO2逸散到空气中。

（3）与计算结合

复习非金属元素及其化合物的性质时，将定性深化为定量是必不可少的，与计算结合，既巩固加深对物质性质的理解和运用，又可提高学生的分析和计算能力。

例如ClO2、Cl2都是强氧化剂，都可以消毒杀菌，与同质量的Cl2相比，ClO2具有更高的消毒效率。

设计计算相同质量的ClO2消毒效率是Cl2的多少倍。

在复习氮氧化物知识时，穿插NO、NO2、O2、H2O反应的有关计算等等。

3．总结规律，突出重点

（1）在复习主族元素时，从相似性、递变性、特殊性入手，帮助学生总结规律。

①相似性。

同主族元素依据其结构的相似性找出其性质的相似性。

②递变性。

同周期、同主族元素，由于其结构（核电荷数、最外层电子的数、原子半径等）的递变性，而导致了其性质的递变性。

以卤族为例，递变规律：

随核电荷数增加，①单质氧化性减弱；②其氢化物稳定性依次减弱；③氢化物的水溶液酸性增强；④氢化物及卤离子的还原性增强等等。

③特殊性。

要从“相似”和“递变”中去认识事物的“特殊”。

了解物质的特性，有利于推断、鉴别和区分各种物质，特别是框图题，避免因结构和性质的相似而产生混淆。

如氟气与水反应生成氧气，其他卤素单质与水反应则生成氢卤酸和次卤酸；氢氟酸为弱酸，而其他氢卤酸是强酸；氟化银可溶于水，而其他卤化银不溶于水等等。

（2）适时总结规律，有利于特出重点，强化记忆。

例如，在复习某一物质的保存时，总结化学试剂存放的一般规律；在复习SO2与H2S反应时，总结化合物+化合物→单质+化合物的一类反应其他如：

NH3+NO、Na2O2+H2O、NaH+H2O等。

4．运用比较，同中求异

在元素化合物中有一些元素化合物之间存在着相同点、不同点和相互联系，容易引起混淆，对于这些物质，可采用比较法，进行综合分析，一一进行对照比较分析，找出其共性和差异，以获得牢固、系统、准确的知识。

如：

①液氯和氯水的比较；②盐酸和氯化氢的比较；③三大强酸的比较。

5．联系实际，灵活运用

在复习中，应尽可能将元素化合物与生产、生活、环境、自然、能源等实际问题紧密联系起来，使学生盛到化学知识是有源之水，有本之木，学习化学知识不仅仅是用于考试的，而是有实际意义的。

第1讲氢气、氧气、水和双氧水

知识梳理

一、臭氧

1．物理性质

臭氧是氧元素的一种同素异形体，在常温常压下是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，密度比氧气大。

2．化学性质

（1）极强的氧化性

臭氧的化学性质比氧气活泼，当温度高一些，它就要分解，每个臭氧分子能生成一个氧气分子和一个氧原子O3=O2＋O，产生的氧原子非常活泼，氧化能力非常强。

如：

O3+2KI+H2O=2KOH+I2+O2，所以臭氧也可以使淀粉碘化钾溶液变蓝色。

（2）不稳定性

2O3=3O2（升高温度分解速率加快）

（3）漂白和消毒

有些染料受到臭氧的强烈氧化作用会褪色，臭氧还可以杀死细菌，因此，臭氧是一种很好的脱色剂和消毒剂。

3．生产方式

3O2放电2O3（高压放电）

4．臭氧层

能吸收来自太阳的紫外线辐射，是人类和生物的保护伞。

氟氯烃是破坏臭氧层的“元凶”。

二、过氧化氢

过氧化氢的化学式为H2O2，其中氧元素为－1价，H2O2表现为既有氧化性又有还原性，并且以氧化性为主。

H2O2溶液俗称双氧水，呈弱酸性。

1．氧化性

当H2O2遇到还原剂时，表现为氧化性。

如：

SO2+H2O2=H2SO4，2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，H2O2作氧化剂时，其还原产物为H2O，不会引入新的杂质。

2．还原性

当H2O2遇到较强的氧化剂时，表现出还原性。

如：

2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++5O2↑+8H2O，H2O2作还原剂时，其氧化产物为O2。

3．不稳定性2H2O2MnO22H2O+O2↑

过氧化氢可作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂、火箭燃料等。

三、氢键

1．氢键的形成

氢键是与吸引电子能力很强的原子X相结合的氢原子和另一个吸引电子能力很强的Y原子之间所形成的一种分子间作用力。

其中，由于X－H键的极性很强，共用电子对强烈地偏向X原子，使H原子几乎成为“裸露”的质子，这时的H原子可以与另一个吸引电子能力很强的Y原子产生较强的静电作用。

氢键比化学键弱得多，但比分子间作用力稍强，在结构式中用“…”表示。

2．氢键的种类

一个分子中的X－H键与另一个分子中的Y原子形成的氢键是分子间氢键，如HF、H2O、HCOOH等分子可以结合为（HF）n、（H2O）n、（HCOOH）n。

同一分子中的X－H键与Y原子形成的氢键是分子内氢键，如HNO3、邻硝基苯酚等。

3．氢键对物质性质的影响

（1）熔沸点

分子间能形成氢键的物质其熔沸点与同类物质相比明显提高，而分子内氢键常使其熔沸点低于同类化合物的熔沸点。

如尿素与硝酸的相对分子质量相近，前者易形成分子间氢键，后者易形成分子内氢键，所以通常尿素是固体，而硝酸是易挥发的液体。

（2）溶解度

一般来说，当溶质和溶剂间能形成分子间氢键时，其溶解度增大。

如果溶质形成了分子内的氢键，则其在非极性溶剂中的溶解度增大，而在极性溶剂中的溶解度减小。

（3）密度

绝大多数物质有热胀冷缩的现象，温度越低，体积越小密度越大。

但是，水的密度则以4℃（277K）时为最大，在4℃以下时，水的密度随温度的升高而增大，在4℃以上时，水的密度则随温度的升高而减小，这一反常现象与水的缔合作用有关。

液态水中除含简单分子H2O以外，同时还含有缔合分子（H2O）2、（H2O）3……（H2O）n等。

在4℃时水中双分子缔合（H2O）2最多，分子间排列最紧密，因而体积最小，密度最大。

从4℃开始降低温度，水的缔合程度增大，结构疏松，所以这时水的密度随温度的降低而减小。

当温度降到0℃（273K）以下时，水结成冰，全部水分子形成巨大的缔合分子（H2O）n，它具有多孔的立体结构，因此冰的密度最小。

（4）酸性

与同族氢化物酸性相比，H2O、HF的酸性显著减小，是由于形成了分子间氢键的缘故，而邻羟基苯甲酸比苯甲酸的酸性强，是由于羟基上的氢和羧基上的氧形成了分子内氢键，从而促进了羧基氢的解离，使酸性增强。

习题

1．过氧化氢与硫酸酸化的高锰酸钾溶液进行反应生成硫酸钾、硫酸锰、水和氧气。

如果过氧化氢中的氧原子是示踪原子（18O），当反应完成后，含有示踪原子的物质是（）。

A．硫酸钾B．硫酸锰C．氧气D．水

2．过氧化氢的沸点比水高，但受热容易分解。

某试剂厂先制得7%～8%的过氧化氢溶液，再浓缩成30%溶液时，可采用的适宜方法是（）。

A．常压蒸馏B．减压蒸馏C．加生石灰后常压蒸馏D．加压蒸馏

3．下列反应的离子方程式正确的是（）。

A．次氯酸钙溶液中通入过量二氧化碳Ca2++2ClO－+H2O+CO2=CaCO3↓+2HClO

B．硫酸亚铁溶液中加过氧化氢溶液Fe2++2H2O2+4H+=Fe3++4H2O

C．用氨水吸收少量二氧化硫NH3•H2O+SO2=NH4++HSO3－

D．硝酸铁溶液中加过量氨水Fe3++3NH3•H2O=Fe（OH）3↓+3NH4+

4．下列事实与氢键有关的是（）。

A．水加热到很高的温度都难以分解

B．水结成冰体积膨胀，密度变小

C．CH4、SiH4、GeH4、SnH4熔点随相对分子质量增大而升高

D．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱

5．右图是元素周期表的一部分，X、Y、Z均为短周期元素，若W原子最外层电子数是其内层电子数的7/10，则下列说法中不正确的是（）。

X

Y

Z

W

A．X元素的氢化物分子间可以形成氢键

B．Y元素的两种同素异形体常温下都是气体

C．最高价氧化物对应水化物的酸性：

W＞Z

D．阴离子半径从大到小排列顺序为：

X＞Y＞Z＞W

6．臭氧可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，反应为KI+O3+H2O→KOH+I2+O2（未配平），下列结论正确的是（）。

A．O3在反应中被氧化为O2

B．O3的氧化能力大于O2

C．1molO3在反应中得到2mol电子

D．反应中氧化产物O2与还原产物I2的物质的量之比为1:

1

7．地球外层空间存在着微量的臭氧和氧原子，该臭氧层的存在能吸收和阻挡太阳的强烈紫外线辐射，可是人为的大气污染物会破坏臭氧层，如冰箱制冷剂氟利昂在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：

Cl+O3→ClO+O2，ClO+O→Cl+O2。

下列说法不正确的是（）。

A．反应后将O3变为O2

B．Cl原子是总反应的催化剂

C．氟利昂是总反应的催化剂

D．Cl原子起反复分解O3的作用

8．下列关于臭氧的说法错误的是（）。

A．它与氧气是氧的同素异形体

B．具有强氧化性，可做脱色剂和消毒剂

C．可在高压放电条件下由氧气制得

D．臭氧层中含有的大量臭氧，可以吸收紫外线，是人类和生物的保护伞

9．城市饮用水的消毒剂有多种，下列消毒剂中杀菌能力强又不影响水质的是（）。

A．氯气B．二氧化氯C．漂白粉D．臭氧

10．被称为“绿色氧化剂”的过氧化氢（H2O2）俗称双氧水，是一种无色液体，常用作无公害的消毒杀菌剂和漂白剂等，在有少量催化剂（如二氧化锰）的条件下，它能迅速分解，生成氧气和水。

请回答下列问题：

（1）过氧化氢发生分解反应的化学方程式_________________________________。

（2）若在实验室用过氧化氢制取氧气，可采用实验室制取_____________（选填氧气和二氧化碳）的反应装置。

（3）怎样鉴别水和双氧水两瓶无色液体（简述实验操作步骤、现象、结论）：

________________________________________________________________。

11．过氧化氢（H2O2）水溶液俗称双氧水，医疗上可做外科消毒剂。

（1）向含有酚酞的NaOH溶液中滴加双氧水，溶液由红色褪至无色，主要原因是双氧水的_______________性。

（2）将双氧水加入酸性高锰酸钾溶液中，溶液的紫红色消褪了，此时双氧水表现出__________性。

（3）久置的油画，白色部位（PbSO4）常会变黑（PbS），用双氧水拭擦后恢复原貌，试从生成物角度分析选择过氧化氢使油画恢复白色的两条理由：

_________________________________________________________________________。

有关反应的化学方程式为：

__________________________________________________。

12．将H2O2溶液滴入含有酚酞的NaOH中，红色消失。

甲同学认为这是由于H2O2是二元弱酸（H2O2

H++HO2－），消耗了OH－，而使红色褪去。

乙同学认为H2O2具有强氧化性，将酚酞氧化，红色消去。

试设计一个实验论证甲乙两位同学的解释中谁正确：

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

13．在冰中每个水分子被4个水分子包围形成正四面体，通过氢键相互连接成庞大的分子晶体。

（1）1mol冰中有___________mol氢键。

（2）水分子可电离成两种含有相同电子数的粒子，其电离方程式为_______________________。

（3）用x、y、z分别表示H2O、H2S、H2Se的沸点，则x、y、z的大小关系是_____________________，其判断依据为___________________________。

14．1994年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧作出特殊贡献的化学家。

O3能吸收有害紫外线，保护人类赖以生存的空间，其分子结构如图（呈V型），三个O原子以一个O原子为中心，与另外两个O原子分别构成一个非极性共价键；中间的O原子提供2个电子，与另两个O原子各提供的1个电子，构成一个特殊的化学键（虚线内部分）——3个O原子均等地享有这4个电子。

请回答：

（1）臭氧与氧气的关系是_____________________。

（2）下列物质的分子与O3分子的结构最相似的是____________。

a、H2Ob、CO2c、SO2d、BeCl2

（3）化学上将分子中某一原子的一对没有跟其他原子共用的电子叫孤对电子。

那么O3分子有____________对孤对电子。

（4）O3分子是否为极性分子____________（填“是”或“否”）。

15．臭氧是一种有点腥气味的淡蓝色气体，它具有比氧气更强的氧化性。

已知臭氧能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝，反应中有氧气生成，则反应的化学方程式是___________________________________；反应中氧化产物是_____________，还原产物是__。

16．已知

（1）SO2能破坏大气层外的臭氧层；

（2）氧气在放电条件下产生臭氧。

现用排空气法收集一瓶SO2，并用电子枪对其扫描放电，写出反应的化学方程式____________________________________；____________________________________。

17．有标准状况下750mL含O3的氧气，其中的O3完全分解，其体积变为780mL（标准状况）。

若将此种氧气1L通入适量的KI溶液中，发生如下反应：

2KI+O3+H2O=2KOH+I2+O2，则析出I2的质量为多少？

18．臭氧（O3）能与KI溶液反应生成氧气等。

向反应后的溶液中滴入酚酞，溶液变红色，若滴入淀粉，溶液变蓝色。

为测定环境中臭氧的含量，将0℃、1.01×105Pa的空气33.6m3通过KI溶液，完全反应后在所得溶液中用0.0100mol/L的Na2S2O3溶液60.0mL，恰好滴定达到终点（反应为2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI）。

（1）臭氧通入KI溶液中的化学反应方程式为_______________________________；

（2）计算大气中臭氧的体积分数。

参考答案

1．C2．B3．D4．B5．D6．BC7．C8．D9．D

10．

（1）2H2O2MnO22H2O+O2↑

（2）CO2（3）各取少量试样加入二氧化锰，若有气泡产生证明是双氧水

11．

（1）氧化

（2）还原（3）过氧化氢具有强氧化性，能将硫化铅氧化生成硫酸铅；过氧化氢的还原产物是水，不会在油画上留下任何残渣痕迹PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O

12．向红色消失后的溶液中滴加NaOH溶液，若再显红色，则为H2O2酸性所致，甲同学的见解正确；若不再显红色，则酚酞被H2O2氧化所致，乙的见解正确

13．

（1）2

（2）2H2O

H3O++OH－（3）x＞z＞y水分子间存在氢键，H2Se的分子间作用力大于H2S

14．

（1）同素异形体

（2）c（3）5（4）是

15．O3＋2KI＋H2O=O2＋I2＋2KOHI2KOH

16．3O2=2O3SO2+O3=SO3+O2

17．0.91g

18．

（1）2KI+O3+H2O=2KOH+I2+O2

（2）2.00×10－5%

第2讲　氯及卤族元素

★考情直播

1.考纲要求

考纲内容

能力要求

考向定位

1．了解常见非金属单质及其重要化合物的主要性质及应用。

　　2．了解常见非金属单质及其重要化合物对环境质量的影响。

1．掌握氯气的性质与氯气实验室制法

2．了解次氯酸的性质（不稳定性、酸性、氧化性、漂白性）。

3．能通过元素周期律和原子结构理论知识，认识卤族元素性质的相似性和递变性，了解氟、氯、溴、碘在物理性质和化学性质上的特殊性。

4．能利用卤素阴离子性质的差别进行物质的鉴别。

卤族元素是典型的非金属元素，它贯穿了整个高中化学，主要考点有：

①Cl2及氯水的性质；②Cl2的制备原理；③卤族元素及其化合物的性质递变规律与主要特性；④卤素的检验方法；⑤类卤素与卤素性质的比较判断。

在考查基础知识的同时，高考注重对知识迁移的考查，如提供信息（如拟卤素、卤素互化物与卤素具有相似性的信息），把卤素的性质迁移到题设条件中去。

今后的命题以卤素知识为载体，考查对基本概念和基础理论的应用能力，其中以氧化还原反应为重点，信息迁移及ClO的强氧化性、水解也是命题热点。

2.考点整合

考点1氯水的成分的复杂性和多样性

1．氯水的成分和性质

成分

表现的性质

反应实例

Cl2

①呈黄绿色

②强氧化性

③加成反应

Cl2+Mg

Cl2+2KI

Cl2+H2SO3+H2O

Cl2+CH2=CH2→

H+

强酸性

2H++CaCO3

滴入紫色石蕊试液先，后

HClO

①弱酸性

②强氧化性

HClO+OH

ClO+H2O

漂白、杀菌、消毒

Cl

沉淀反应

Cl+Ag+

AgCl↓

2．Cl2+H2O

H++Cl+HClO平衡移动的应用

向氯水中加入

的物质

浓度变化

平衡移动

的方向

应用

可溶性氯化物

c（Cl）

①用饱和食盐水除Cl2中的HCl②用排饱和食盐水法收集Cl2

盐酸

c（H+）和c（Cl）

次氯酸与浓盐酸反应制Cl2

NaOH

c（H+）

用NaOH溶液吸收多余的Cl2

Ca（OH）2

c（H+）

制漂白粉

CaCO3

c（H+）

制高浓度HClO溶液

光照

c（HClO）

氯水闭光保存或现用现配

[特别提醒]：

Cl2+H2O

H++Cl+HClO平衡移动的各种情况均可归结到勒夏特列原理，故掌握知识要“以不变应万变”。

[例1]（2009届龙岩一中第一学段考试）下列实验现象，与新制氯水中的某些成分（括号内物质）没有关系的（）

A．将NaHCO3固体加入新制氯水，有无色气泡（H+）

B．使红色布条褪色（HCl）

C．向FeCl2溶液中滴加氯水，再滴加KSCN溶液，发现呈血红色（Cl2）

D．滴加AgNO3溶液生成白色沉淀（Cl）

[解析]氯水中存在H+，与NaHCO3反应产生CO2，与H+相关；氯水使红色布条褪色是因为氯水中存在HClO，而不是因为氯水中存在HCl；氯水中存在Cl2能氧化Fe2+→Fe3+，故滴加KSCN溶液，溶液呈血红色；氯水中存在Cl能与AgNO3溶液生成白色沉淀。

【答案】B

【方法技巧】解此题的关键是掌握氯水中含有的各种粒子以及他们对应的性质。

强酸性——H+的性质；漂白性——HClO的性质；强氧化性——Cl2、HClO的性质。

考点2氯气的制法

1．实验室制法

（1）反应原理：

。

说明：

①若没有浓盐酸时，可用代替；②若没有MnO2时可用代替，此时可不加热。

另外KClO3、K2Cr2O7、Ca（ClO）2、PbO2等也可代替MnO2；③加热温度不宜过高，否则制得的Cl2中HCl气体杂质较多。

（2）发生装置：

用分液漏斗、圆底烧瓶等组装的典型固液加热制气装置。

（3）气体的净化与干燥：

C12的净化用或洗气，除去混在C12中的HCl气体；用干燥。

（4）收集：

法或排法（饱和食盐水可除去Cl2中的HCl气体）。

（5）气体的检验：

用检验。

（6）尾气处理：

用吸收多余的Cl2，以防Cl2污染大气。

2.工业制法：

电解饱和食盐水：

[特别提醒]：

本实验中盐酸要过量，因随着反应的进行，盐酸的浓度降低，而MnO2与稀盐酸不反应，则反应中盐酸不可能完全消耗。

[例2]已知KMnO4与浓HCl在常温下反应能产生Cl2。

若用右图所示的实验装置来制备纯净、干燥的氯气，并试验它与金属的反应。

每个虚线框表示一个单元装置，其中有错误的是（）

A.①和②处B.只有②处

C.②和③处D.②③④处

[解析]由KMnO4与浓HCl在常温下反应能产生Cl2知①正确；反应放热，浓HCl易挥发，故产生的Cl2中可能混有HCl，需要净化，洗液不能用NaOH，因为NaOH能和Cl2反应，应该用饱和食盐水，②错误；净化后的Cl2可以用浓H2SO4干燥，但气体应用长导管直接通入浓H2SO4中，③错误；干燥的氯气和金属反应的容器只有气体进入的导管，一段时间后压强升高，可能会使橡皮塞弹开，④错误。

故D选项符合题意。

【答案】D

【规律总结】实验室制取气体方法及装置的选择依据

（1）选取试剂的主要依据是制取气体的性质，如氯气具有氧化性，常用氧化其离子的方法来制取，因此要选用含有氯离子的物质（如盐酸）和具有氧化性的物质（如MnO2、KMnO4等）来制取。

（2）选取发生装置的依据是制取气体所用试剂的状态和反应条件（加热与否）。

如实验室用：

2NaCl+3H2SO4+MnO2

2NaHSO4+MnSO4+2H2O+C12↑法制取氯气，也是加热固体与液体的混合物，以此分析