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1、第五章 化工生产中的重要非金属元素学生版第五章 化工生产中的重要非金属元素【网络构建】【知识梳理】一、硫及其化合物1S：游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层里。俗称硫磺，是一种黄色晶体，硫不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。(1) 氧化性：和金属Fe+SFeS(黑色) 2Cu+SCu2S(黑色)和非金属S+H2H2S(2)还原性：S+O2SO2（在空气中燃烧火焰为淡蓝色）， S2H2SO4(浓) 3SO22H2O。(3)S与NaOH溶液反应的化学方程式为3S6NaOH2Na2SNa2SO33H2O，该反应中硫既是氧化剂，又是还原剂，此反应可用于除去试管内黏附的S。【特别提醒】硫与变价金属反

2、应时，生成低价态金属硫化物(如Cu2S、FeS)。汞蒸气有毒，实验室里不慎洒落一些汞，可撒上硫粉进行处理。2SO2 二氧化硫是无色、有刺激气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水。二氧化硫是形成酸雨的主要气体，排放到大气中有很大危害。(1)酸性氧化物的通性与H2O反应：SO2+H2OH2SO3与碱反应：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2OSO2+Na2SO3+H2O= 2NaHSO3SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2OSO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2(CO2、SO2均可使澄清石灰水变浑浊)与碱性氧化物的作用：SO2+CaO =CaSO3与某些盐反应：SO2+2NaHCO3

3、=Na2SO3+H2O+2CO2(2)氧化性和还原性：SO2中的S元素化合价为+4价，处于中间价态，表现出双重性，但以还原性为主。例：SO2 +2H2S=3S+2H2O 氧化性SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI 还原性SO2可使酸性KMnO4溶液褪色SO2可以被O2、Cl2、Br2、I2、KMnO4、HNO3、Fe3+等所氧化(3)特性：漂白性二氧化硫有漂白性，它能与某些有色物质化合生成不稳定的无色物质。这种物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。因此，二氧化硫气体可使品红溶液褪色，加热后溶液又恢复原来的颜色。小结所学的漂白剂及其漂白原理漂白剂漂白原理活性炭物理吸附HClO、O3、H2

4、O2强氧化作用SO2结合生成不稳定的无色物质，加热又复色【易错警示】SO2不能漂白酸碱指示剂，如只能使紫色的石蕊溶液变红，但不能使之退色。SO2的漂白性和还原性的区别：SO2使品红溶液退色表现的是SO2的漂白性，加热后溶液颜色复原；SO2使酸性高锰酸钾溶液、溴水、氯水、碘水退色表现的是SO2的还原性，加热后溶液颜色不复原。SO2氧化性的表现：SO2通入氢硫酸、硫化钠溶液中都会出现淡黄色沉淀，表现了SO2的氧化性。(4)SO2实验室制法固体Na2SO3与较浓H2SO4反应Na2SO3H2SO4=Na2SO4SO2H2O；铜与浓H2SO4混合加热Cu2H2SO4(浓) CuSO4SO22H2O。3

5、三氧化硫(SO3)(1)物理性质熔点16.8 ，沸点44.8 ，在常温下为态，在标准状况下为态。(2)化学性质反应化学方程式与水反应SO3H2O=H2SO4(放出大量的热)与氧化钙反应SO3CaO=CaSO4与氢氧化钠反应SO32NaOH=Na2SO4H2O4硫的氧化物的污染与治理(1)来源：含硫化石燃料的燃烧及金属矿物的冶炼等。(2)危害：危害人体健康，形成酸雨(pH小于5.6)。(3)治理：燃煤脱硫，改进燃烧技术。(4)硫酸型酸雨的形成途径有两个：途径1：空气中飘尘的催化作用，使2SO2O22SO3、SO3H2O=H2SO4。途径2：SO2H2OH2SO3、2H2SO3O2=2H2SO4。

6、5.浓硫酸硫酸是一种强酸，其稀溶液具有酸的通性，但浓硫酸还具有三大特性：(1)吸水性：可做气体干燥剂。(2)脱水性：按水的组成比脱去有机物中的氢、氧元素，生成水。浓硫酸对皮肤有强腐蚀性。(3)强氧化性与非金属反应2H2SO4(浓)+ CCO2 + 2H2O + 2SO2 2H2SO4(浓) + S 3SO2 + 2H2O与不活泼金属反应2H2SO4(浓) + Cu CuSO4 + 2H2O +SO2常温时， Fe、Al与浓硫酸作用，使金属表面生成致密氧化膜（钝化），可用铝槽车运输浓H2SO4。与化合物反应2FeSO4 +2H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+SO2+2H2O【特别提醒】H2S

7、O4是高沸点、难挥发性的强酸，利用这一性质可以制取HCl和HF：H2SO4(浓)NaClNaHSO4HCl，CaF2H2SO4=CaSO42HF。由“量变”引起的“质变”：金属(如Cu、Zn等)与浓H2SO4反应时，要注意H2SO4浓度对反应产物的影响。开始阶段产生SO2气体，随着反应的进行，H2SO4的浓度变小，最后变为稀H2SO4，Cu与稀H2SO4不反应，Zn与稀H2SO4反应生成H2而不是SO2。（4）硫酸的用途：制取化肥、硫酸盐、挥发性酸。消除金属表面的氧化物。（5）硫酸的工业制备三原理：4FeS211O22Fe2O38SO2(或SO2SO2)。2SO2O22SO3。SO3H2O=H

8、2SO4。6、SO的检验检验SO的正确操作方法：被检液取清液有无白色沉淀产生(判断有无SO)。先加稀盐酸的目的是防止CO、SO、Ag干扰，再加BaCl2溶液，有白色沉淀产生。整个过程中可能发生反应的离子方程式：CO2H=CO2H2O、SO2H=SO2H2O、AgCl=AgCl、Ba2SO=BaSO4。二、氮及其化合物1氮的固定（1）自然固氮：根瘤菌固氮、雷电固氮；（2）人工固氮：合成氨工业。2氮气氮气占空气体积的78%左右。(1)物理性质：无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。(2)化学性质3MgN2Mg3N2；N23H22NH3；N2O22NO。3NO和NO2(1)氮有多种价态的氧化物，氮

9、元素从15价都有对应的氧化物，如N2O、NO、N2O3、NO2(或N2O4)、N2O5，其中属于酸性氧化物的是N2O3、N2O5。(2)NO和NO2的比较NONO2物理性质色态味无色、无味、气体红棕色、刺激性气味、气体密度 略大于空气 大于空气熔沸点低低溶解性不溶于水易溶于水并反应毒性有毒有毒化学性质与水不反应3NO2+H2O=2HNO3+NONO2既是氧化剂，又是还原剂与碱不反应2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O氧化性2NO+2CO 2CO2+N22NO2+2KI=I2+2KNO2还原性2NO+O2=2NO2可使KMnO4褪色可使KMnO4褪色(与O2混合，通入水中4NO+

10、3O2+2H2O=4HNO34NO2+O2+2H2O=4HNO3实验室制法3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3) 2+2NO+4H2OCu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O（3）氮氧化物对环境的污染及防治1)常见的污染类型光化学烟雾：NOx在紫外线作用下，与碳氢化合物发生一系列光化学反应，产生了一种有毒的烟雾。酸雨：NOx排入大气中后，与水反应生成HNO3和HNO2，随雨雪降到地面。破坏臭氧层：NO2可使平流层中的臭氧减少，导致地面紫外线辐射量增加。NO与血红蛋白结合使人中毒。2)常见的NOx尾气处理方法碱液吸收法2NO22NaOH=NaNO3NaNO2H2ONO2N

11、O2NaOH=2NaNO2H2ONO2、NO的混合气体能被足量烧碱溶液完全吸收的条件是 n(NO2)n(NO)。一般适合工业尾气中NOx的处理。催化转化法：在催化剂、加热条件下，氨可将氮氧化物转化为无毒气体(N2)，或NOx与CO在一定温度下催化转化为无毒气体(N2和CO2)。一般适用于汽车尾气的处理。4氨气(NH3)1）氨的分子结构和物理性质电子式密度气味水溶性比空气小强烈刺激性气味极易溶于水(1700)2）氨的化学性质(1)与酸反应 NH3+HCl=NH4Cl（白烟）NH3+HNO3=NH4NO3（ 白烟）2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4(2)与水反应：氨气是无色有刺激气味的气体，

12、极易溶于水并发生反应，常温下，1体积水大约可溶解700体积氨气。实验室可以用氨气做喷泉实验。氨的水溶液是氨水，NH3+H2ONH3 H2ONH4+OH(NH3H2O是弱碱)所以，氨水中的微粒共有六种：分子：NH3H2O、H2O、NH3；离子：NH4+ 、OH、H+(3)还原性：在催化剂作用下氨气可以被氧化成一氧化氮：，因此，氨经一系列反应可以得到硝酸：NH3NONO2HNO3此外，氨还可与Cl2反应：8NH3+3Cl2=2N2+6NH4Cl（氨过量，常用于检验氯气管道的泄漏）3)氨气的实验室制法原理： 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3+2H2O装置：固固反应加热装置(同制O2)

13、干燥：碱石灰(或固体NaOH、固体CaO)(不能用浓H2SO4、CaCl2干燥，因CaCl2与NH3反应：CaCl2+8NH3= CaCl28NH3)收集：向下排空气法收集验满：用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)或蘸有浓HCl的玻璃棒接近瓶口(产生白烟)。尾气吸收：水(防止倒吸)5铵盐(1)铵盐都是离子化合物，都易溶于水(2)铵盐的化学性质不稳定性，受热易分解NH4ClNH3+ HCl(用于除去或分离铵盐)NH4HCO3NH3+ H2O + CO2与碱反应NH4+OHNH3+H2O(用于NH4+的检验)NH3与NH4+的相互转化 6硝酸1）物理性质硝酸是无色易挥发的液体，有刺激性气味。2）化学性质(

14、1)酸的通性：（石蕊、金属、碱、碱性化合物、某些盐）(2)不稳定性4HNO3(浓) 2H2O4NO2O2(是久置浓硝酸呈黄色的原因，浓硝酸应保存在棕色瓶中，并置于阴凉处)。(2)强氧化性硝酸无论浓、稀都有强氧化性，而且浓度越大，氧化性越强。与金属单质的反应：a与活泼金属反应无氢气放出。bAl、Fe钝化：常温浓硝酸可使铝、铁钝化，但加热能和它们剧烈的发生化学反应。Al+6HNO3（浓）Al(NO3)3+3NO2+3H2Oc不活泼金属Cu+4HNO3（浓）=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O与非金属单质的反应：C+4HNO3（浓）CO

15、2+4NO2+2H2O与化合物的反应：如可使下列变化发生Fe2+Fe3+ ；SO32-SO42- ； I-I2(3)与有机物反应硝化反应(与苯反应)：HNO3(浓) H2O；显色反应：含有苯基的蛋白质遇到浓硝酸时变黄色。【易错警示】 1)HNO3与金属反应一般不能产生H2。2)还原产物一般为HNO3(浓)NO2，HNO3(稀)NO；很稀的硝酸还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。3)硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。4)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题忽视NO在酸性条件下的强氧化性。在酸性条件下NO不能与Fe2、I、SO、S2等还原性较强的离子大量共存。在书写离子方程式时，忽视

16、HNO3的强氧化性，将氧化还原反应简单地写成复分解反应。3)硝酸工业制法的反应原理NH3在催化剂作用下与O2反应生成NO：4NH35O24NO6H2O。NO进一步氧化生成NO2：2NOO2=2NO2。用水吸收NO2生成HNO3：3NO2H2O=2HNO3NO。4)硝酸的保存保存硝酸：棕色瓶(避光)、玻璃塞(橡胶塞易被氧化)、阴凉处(防热)。存放的浓硝酸中，因分解产生的NO2溶于HNO3而使其呈黄色。与工业盐酸中因含Fe3而呈黄色易混。三、无机非金属材料1硅单质地壳中含量最高的两种元素分别是氧和硅。硅是一种亲氧元素，在自然界中它总是与氧相互化合，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。硅原子

17、结构和碳原子结构相似。硅元素是构成岩石与许多矿物的基本元素，碳元素是构成有机物的必要元素。（1）硅的性质：还原性为主常温下与F2、HF、NaOH反应；加热时能与H2化合生成不稳定的氢化物SiH4，加热时还能与Cl2、O2化合分别生成SiCl4、SiO2。涉及的化学方程式如下：与非金属单质反应与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。（2）硅的制取：制取粗硅：工业上，用焦炭在电炉中还原SiO2得到含有少量杂质的粗硅：SiO22CSi2CO。粗硅提纯：Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。【特别提醒】用焦炭还原SiO2

18、，产物是CO而不是CO2。粗硅中含碳等杂质，与Cl2反应生成的SiCl4中含有CCl4等杂质，经过分馏提纯SiCl4后，再用H2还原，得到高纯度硅。（3）硅的用途：良好的半导体材料；太阳能电池；计算机芯片。2二氧化硅(1)酸性氧化物的通性SiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O（盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞） SiO2不溶于水，与水不反应(2)氧化性：SiO2+2CSi+2CO(3) SiO2和HF反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O（特性），玻璃中含有SiO2，可以用HF来刻蚀玻璃。盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，可以用塑料瓶。(4)SiO2用途：天然二氧化

19、硅有结晶形和无定形两大类，统称硅石。它的硬度较大，熔点较高。以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料（光导纤维的成分是二氧化硅）。石英、玛瑙（成分SiO2）用于制作饰物和工艺品。注意：(1)SiO2中硅元素为4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。(2)SiO2是酸性氧化物，H2SiO3的酸酐，与水不反应，硅酸只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。(3)实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏

20、合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。(4)氢氟酸能与SiO2反应，故氢氟酸不能盛放在玻璃瓶中，而应存放在塑料瓶中。3硅酸和硅酸盐1）硅酸(1)物理性质硅酸的溶解度小，新制备的硅酸为透明、胶冻状，干燥硅胶多孔，吸水性和吸附性强。(2)化学性质弱酸性：酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。不稳定性：受热易分解，反应的化学方程式为H2SiO3SiO2H2O。(3)制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(胶体)。(4)用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体

21、等。2）硅酸盐白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。与酸性较硅酸强的酸反应：a与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。b与CO2水溶液反应的化学方程式：Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(3)硅酸盐组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2OSiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO3MgO4SiO2。注意：Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的

22、CO2、H2O反应，要密封保存。可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。4.硅酸盐材料陶瓷玻璃水泥原料黏土纯碱、石灰石、石英主要原料:石灰石、黏土；辅助原料:适量的石膏等生产设备陶窑玻璃熔炉水泥回转主要生产过程原料经高温烧结而成，发生复杂的物理化学变化 原料经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2原料与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉即得。主要成分成分复杂硅酸钠(Na2SiO3)、

23、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaSiO2)、硅酸二钙(2CaOSO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)性能熔点高、硬度大、耐腐蚀、性质稳定透光性好、硬度大、无固定熔点過水逐渐变硬(水硬性)、硬化后性质稳定主要用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、各种器皿、光学仪器等大量用于建筑、水利、道路等工程中5、新型无机非金属材料新型材料成分性能主要应用晶体硅硅原子，硅原子以共价键连接，结构类似金刚石导电性介于导体和绝缘体之间半导体材料、计算机芯片、太阳电池等二氧化硅硅原子、氧原子，其基本结构单元为硅氧四面体(如下图甲所示)，硅氧四面体通过氧原子相互连接为空间的

24、网状结构性质稳定、透光性好光导纤维、玻璃仪器、装饰品等新型陶瓷碳化硅、氮化硅、金属氧化物等高温结构陶瓷；氧化铝、氧化钇等透明陶瓷；YBa2Cu3O7-、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、Tl2Ba2Ca2Cu3O10等超导陶瓷分别具有光学、热学、电学、磁学等方面的特性分别用于激光、火箭发动机、压电陶瓷(点火器)、磁浮技术、人工关节等石墨烯一个碳原子直径厚度的单层石墨电阻率低、热导率高、具有很高的强度应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面碳纳米管石墨片层卷成的直径纳米级的管状物比表面积大，具有高的强度和优良的电学性质生产复合材料、电池和传感器等【重难点讲解】1、具有漂白作用的物质，按其漂

25、白原理可分为三类：（1）氧化型：即漂白剂本身是一种强氧化剂，它可以将有机色质内部的“生色团”（实际上是一种特殊化学键）破坏掉而使之失去原有的颜色，这种漂白是彻底的，不可逆的。此类物质有：HClO、Na2O2、浓HNO3、H2O2等强氧化性物质。（2）加合型：即漂白剂与有机色质内部的“生色团”发生反应，使有机色质失去原有的颜色。但是，如果受热或其他一些因素的影响，漂白剂从有机色质中脱离，使之又恢复原有的颜色。这种漂白是可逆的、不彻底的，如：SO2使品红溶液褪色，加热时又恢复原有颜色。（3）吸附型：有些物质的固体疏松、多孔、具有较大的表面积，可以吸附一些其他有色物质而使之失去原来颜色。如活性炭，此

26、过程为物理过程。注意：漂白是指使有机色质褪色，漂白剂不一定能使无机色质（如KMnO4、CuSO45H2O等）褪色，即使能使无机色质褪色，也不称漂白作用（如SO2使KMnO4溶液褪色）。二氧化硫不能漂白酸碱指示剂。能氧化酸碱指示剂而使指示剂褪色的常见物质主要有Cl2(HClO)、浓HNO3及Na2O2，它们会使酸碱指示剂溶液先显色后褪色。2.SO2和CO2的比较(1)SO2和CO2都是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性特别是与澄清的石灰水反应极为相似，一般不用此反应区别CO2与SO2，而利用SO2的漂白性、还原性和氧化性，选择试剂如品红、H2S、Cl2、Br2、I2、H2O2、KMnO4(H)等试

27、剂。(2)除去CO2中的SO2不能选用品红溶液，可利用SO2的还原性选择KMnO4(H)溶液、溴水、H2O2等氧化剂，或用饱和NaHCO3溶液NaHCO3SO2NaHSO3CO2。检验SO2可以用品红溶液。(3)检验混合气体中既有CO2，又有SO2的方法是：依次通入品红溶液溴水(或酸性KMnO4溶液等氧化剂溶液)品红溶液澄清石灰水。3、有关NO、NO2、O2与H2O作用的计算（1）有关化学反应方程式3NO2H2O=2HNO3NO4NO2O22H2O=4HNO34NO3O22H2O=4HNO32NOO2=2NO2（2）不同情况及剩余气体的体积序号气体反应剩余气体剩余气体的体积1NO2NOV(NO

28、2)/32NO2、NONOV(NO)+V(NO2)/33NO2+O2V(NO2)/V(O2)=4:1无0V(NO2)/V(O2)4:1NOV(NO2)-4V(O2)/34NO+O2V(NO)/V(O2)=4:3无0V(NO)/V(O2)4:3O2V(O2)-3V(NO2)/43.NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水：a先按反应后，再据表进行计算。b先按反应后，再据表进行计算。技巧：NO2O2和4NO3O2从组成上均相当于2N2O5的组成，即上述两种情况中的总反应式都与N2O5H2O2HNO3等效。这不仅是记忆上述二式的方法，也为上述问题的解法提供了新的思路。即利用混合气体中的N、O原子个数比进行分析判断。NO4.硅及其化合物的“特性”小结(1)硅的“特性”非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。Si的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2(石英砂)2C(焦炭)Si(粗硅)2CO。非金属单质跟碱作用一般无