2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第四章第10课时　高考题中常涉及的重要非金属物质性质探究

第10课时　高考题中常涉及的重要非金属物质性质探究[课型标签:拓展课　提能课] 拓展一　重要的非金属氢化物1.H2S(通过对比HCl掌握)(1)HCl、H2S的制取方法 HClH2S反应原理利用食盐和浓硫酸在不加热或稍微加热的条件下,进行反应:NaCl+H2SO4(浓)NaHSO4+HCl↑用硫化亚铁跟稀盐酸或稀硫酸反应:FeS+2HClFeCl2+H2S↑,FeS+H2SO4(稀)FeSO4+H2S↑反应装置固体+液体气体固体+液体气体收集方法向上排空气法向上排空气法尾气处理用水或碱溶液吸收用碱溶液吸收(2)HCl、H2S的性质比较 HClH2S酸碱性水溶液显强酸性,与碱反应生成盐和水,如NaOH+HClNaCl+H2O水溶液显弱酸性,与碱反应生成盐和水,如2NaOH+H2SNa2S+2H2O氧化性与活泼金属反应,表现氧化性,如Fe+2HClFeCl2+H2↑与较活泼金属反应,表现氧化性还原性与强氧化剂(如MnO2、KClO3等)反应:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O与较强的氧化剂(如O2、Cl2、SO2等)反应:H2S+Cl2S↓+2HCl,2H2S+SO23S↓+2H2O与AgNO3溶液反应与AgNO3溶液反应生成白色沉淀:AgNO3+HClAgCl↓+HNO3与AgNO3溶液反应生成黑色沉淀:2AgNO3+H2SAg2S↓+2HNO32.过氧化氢(1)结构化学式:H2O2;电子式: ;结构式:H—O—O—H,H、O原子个数比为1∶1,H2O2是既含极性键,又含非极性键的共价化合物。(2)化学性质①不稳定性:2H2O22H2O+O2↑。②还原性:遇强氧化剂时,显还原性,如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O。③氧化性:遇较强还原剂时,显氧化性,如H2O2+2HII2+2H2O。3.砷的氢化物(AsH3)(1)物理性质标准状态下,AsH3是一种无色剧毒气体,密度高于空气,可溶于水及多种有机溶剂的气体。(2)化学性质①不稳定性:砷化氢相当不稳定,加热到300 ℃以上发生分解:2AsH32As+3H2;②强还原性2AsH3+3O2As2O3+3H2O(氧气足量),4AsH3+3O24As+6H2O(氧气不足)。(3)制取砷化氢一般由As与Zn合成Zn3As2,然后再与H2SO4反应生成ZnSO4和AsH3,再经几步纯化、液化而得到。4.氮的一种重要氢化物:肼(N2H4)(1)结构①电子式: ②结构式:③球棍模型:(2)物理性质肼又称联氨,是一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的无色油状液体。有刺激性气味,剧毒,易溶于水、醇等极性溶剂中。(3)化学性质①还原性:肼是强还原剂,能够被氧气氧化,并放出大量热;在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属。②水溶液具有碱性:N2H4+H2ON2+OH-。(4)制取:实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备。(5)用途:肼是一种良好的火箭燃料,与适当的氧化剂配合,可组成比冲最高的可贮存液体推进剂。题型一　双氧水的结构与性质[典例1] 过氧化氢(H2O2)是一种无色黏稠液体,它的水溶液俗称双氧水,呈弱酸性,医疗上用作外科消毒剂。(1)H2O2的电子式为　　　　　　　　　　　。 (2)H2O2是一种二元弱酸,请写出它的第二步电离方程式:　, 向H2O2溶液中加入过量Ba(OH)2溶液,反应的化学方程式为　。 (3)将H2O2溶液加入酸性FeCl2溶液中,溶液由浅绿色变为棕黄色,写出该反应的离子方程式: 　。 (4)某厂工业废水中含有一定量氯气,为了除去氯气,常加入H2O2作脱氯剂,写出该反应的化学方程式: 　。 (5)为探究H2O2是否能够氧化指示剂,某学生向3 mL 30% H2O2溶液中滴入2滴品红指示剂,充分振荡并放置约3 min,溶液红色无明显改变。再加入少量 0.5 mol·L-1 NaOH 溶液后,可看到溶液中产生许多小气泡,且溶液红色迅速褪去。该现象表明H2O2自身　　　　　　(填“能”或“不能”)氧化指示剂,产生气泡的化学方程式为　。 解析:双氧水是一种既含有极性键,又含有非极性键的极性分子,它在水溶液中显弱酸性。因它是二元弱酸,可发生以下电离:H2O2H++H、HH++,双氧水中的氧元素显-1价,既可升到0价,又可降到-2价,故它同时具有氧化性和还原性,双氧水能使浅绿色的Fe2+的溶液变成棕黄色,说明生成了Fe3+,则双氧水被还原生成水;在与氯气反应时,其氧化性不如Cl2的强,故被氧化生成O2。在品红指示剂中加双氧水,指示剂不变色,说明双氧水的氧化性弱,但加入NaOH后,指示剂褪色,说明在碱性条件下双氧水的氧化性增强,且此时有气泡放出,双氧水在碱性条件下发生自身的氧化还原反应。答案:(1) (2)HH++　Ba(OH)2+H2O2BaO2+2H2O(3)2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O(4)Cl2+H2O22HCl+O2(5)不能　2H2O22H2O+O2↑[对点精练1] 双氧水(H2O2)是一种极弱的电解质,也是一种“绿色氧化剂”,请回答下列问题:(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)将双氧水加入经酸化的高锰酸钾溶液中,溶液的紫红色褪去,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),用双氧水揩擦后又恢复原貌,有关反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)过氧化氢(H2O2)常被称为“绿色氧化剂”,它和水都是极弱的电解质,但它比水易电离。水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离。同水一样,过氧化氢也有极弱的自偶电离,其自偶电离的电离方程式为 　。 答案:(1)漂白(强氧化)　(2)还原(3)PbS+4H2O2PbSO4+4H2O(4)H2O2+H2O2H3+H题型二　肼及其水合物[典例2] (2016·全国Ⅱ卷节选)联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:(1)联氨分子的电子式为　　　　,其中氮的化合价为　　　　。 (2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为　。 (3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为　　　　　　。(已知:N2H4+H+N2的K=8.7×107;KW=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为　。 (4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是　。 联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2　　　　 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是  　。 解析:(1)联氨(N2H4)的电子式为,非金属性N>H,在N2H4中氮显-2价,氢显+1价。(2)由 NaClO 与NH3反应制备N2H4时,N的化合价由 -3 价变为-2价,由得失电子守恒及元素守恒得出反应的化学方程式为NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。(3)因联氨为二元弱碱且其在水中的电离方式与氨相似,即N2H4·H2ON2+OH-,则K1=c(OH-)·c(N2),又由已知信息知,K==8.7×107,KW=1.0×10-14,所以=KW,解得K1=8.7×10-7,即联氨第一步电离反应的平衡常数值为8.7×10-7。因联氨为二元弱碱且与硫酸形成的酸式盐中的阴离子为HS,故其与硫酸形成的酸式盐化学式为 N2H6(HSO4)2。　(4)联氨有还原性,AgBr有弱的氧化性,故两者反应时会发生氧化还原反应:N2H4+4AgBr4Ag+N2↑+4HBr,所以向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是固体逐渐变成黑色,并有气泡产生。联氨与O2反应时,由电荷守恒及元素守恒知,其反应方程式为N2H4+O2N2+2H2O,1 kg联氨的物质的量为×1 000 mol,由反应关系式知,×1 000 mol N2H4可消耗O2×1 000 mol 即1 kg,Na2SO3处理水中溶解的O2时,反应方程式为2Na2SO3+O22Na2SO4,同样消耗 1 kg O2,约需Na2SO3 7.9 kg,所以,与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是所消耗N2H4少,不会产生其他杂质,而Na2SO3会产生Na2SO4。答案:(1)　-2(2)2NH3+NaClON2H4+NaCl+H2O(3)8.7×10-7　N2H6(HSO4)2(4)固体逐渐变黑,并有气泡产生　1　N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)[对点精练2] 一种肼燃料电池的结构如图所示,下列说法正确的是(　B　)A.a极为电池的正极B.电路中每转移6.02×1023个电子,则有1 mol Na+穿过膜向正极移动C.b极的电极反应式为H2O2+2e-2OH-D.用该电池电解饱和食盐水,当阳极生成2.24 L(标准状况)Cl2时,消耗肼0.1 mol解析:在肼燃料电池中,肼被氧化发生氧化反应,对应的电极为负极,故A错误;每个Na+带一个单位正电荷,故电路中每转移6.02×1023个电子,则有1 mol Na+穿过膜向正极移动,故B正确;b极为正极,发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-+2H+2H2O,故C错误;用该电池电解饱和食盐水,当阳极生成2.24 L(标准状况)Cl2时,氯气的物质的量是0.1 mol,转移电子为 0.2 mol,原电池中每个肼分子被氧化转移4个电子,则消耗肼0.05 mol,故D错误。拓展二　重要的无机含氧酸及其盐1.两大含氧酸的工业制取(一)工业制硝酸——氨氧化法(1)催化氧化设备:氧化炉反应:4NH3+5O24NO+6H2O　2NO+O22NO2(2)NO2的吸收设备:吸收塔反应:3NO2+H2O2HNO3+NO说明:工业制硝酸过程中,由于有循环氧化吸收作用,故理论上1 mol NH3可制得1 mol HNO3。(二)工业制硫酸——接触法(1)造气①设备:沸腾炉②原理:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2(2)接触氧化①设备:接触室②原理:2SO2+O22SO3(3)三氧化硫的吸收①设备:吸收塔②原理:SO3+H2OH2SO4(4)工业处理:①炉气要净化,以防催化剂中毒。②常压下(400～500 ℃)转化率已经很高,反应没必要采用高压操作。③为了防止形成酸雾,提高吸收率,吸收SO3时不用水而用98.3%的浓H2SO4。2.氯的重要含氧酸及其对应的盐(1)含氧酸①氯的含氧酸的种类氯的含氧酸有:HClO(次氯酸)、HClO2(亚氯酸)、HClO3(氯酸)、HClO4(高氯酸)。②氯的含氧酸的性质酸性:HClO4>HClO3>HClO2>HClO氧化性:HClO>HClO2>HClO3>HClO4(2)氯的含氧酸盐①NaClO2(亚氯酸钠)性质:黄绿色液体,呈碱性,是一种强氧化剂,遇酸放出ClO2气体。用途:是一种高效氧化剂、漂白剂。主要用于棉纺、亚麻、纸浆漂白、食品消毒、水处理、杀菌灭藻和鱼药制造。②氯酸钾(KClO3)性质:是一种白色晶体,有毒,在冷水中溶解度较小,易溶于热水,是强氧化剂。用途:可用作制造炸药,也可用来制造火柴、烟火。3.硫的重要含氧酸及其对应的盐(1)硫的含氧酸正酸系列:次硫酸H2SO2、亚硫酸H2SO3、硫酸H2SO4过酸系列:过硫酸H2SO5、过二硫酸H2S2O8焦酸系列:焦亚硫酸H2S2O5、焦硫酸H2S2O7硫代硫酸系列:硫代亚硫酸H2S2O2、硫代硫酸H2S2O3连酸系列:连二亚硫酸H2S2O4、连多硫酸 H2SxO6(x=2～6)　(2)常见硫的含氧酸盐①硫代硫酸钠硫代硫酸钠,又名大苏打、海波。它是常见的硫代硫酸盐,无色、透明的结晶或结晶性细粒,无臭、味咸。硫代硫酸钠易溶于水,遇强酸反应产生硫和二氧化硫。在干燥空气中有风化性,在湿空气中有潮解性;水溶液显微弱的碱性。②连二亚硫酸钠连二亚硫酸钠属于一级遇湿易燃物品,又名低亚硫酸钠。有含结晶水(Na2S2O4·2H2O)和不含结晶水(Na2S2O4)两种。前者为白色细粒结晶,后者为淡黄色粉末。受热时分解,能溶于冷水,在热水中分解,不溶于乙醇。其水溶液性质不稳定,有极强的还原性,属于强还原剂。4.磷的含氧酸(1)亚磷酸(H3PO3)性质和结构:纯净的亚磷酸是一种无色固体,在水中有较大溶解度;亚磷酸是一种中强二元酸,它的电离常数是K1=1.6×10-2,K2=7×10-7。其电子式和结构式分别是:(2)次磷酸(H3PO2)性质和结构:次磷酸是一种无色的晶体,熔点26.5 ℃,易溶解,它是中强酸,又是一元酸,并依下式电离:H3PO2H++H2P,其电子式和结构式分别是。题型一　两大强酸的工业制取[典例1] 某化学课外小组模拟工业生产制取HNO3,设计如图所示装置,其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮球。请回答下列问题:(1)写出装置A中主要反应的化学方程式: 　。 检查装置A的气密性:先将A中导管下端浸入水中,再　。 (2)已知1 mol NO2与液态水反应生成HNO3溶液和NO气体放出热量45.5 kJ,写出该反应的热化学方程式:　, 该反应是一个可逆反应,欲要提高NO2的转化率,可采取的措施是　　　　。 A.升高温度 B.降低温度C.增大压强 D.减小压强(3)实验结束后,关闭止水夹b、c,将装置D浸入冰水中,现象是　。 (4)装置C中浓H2SO4的作用是　。 (5)请你帮助该化学小组设计实验室制取NH3的另一方案: (用化学反应方程式表示)。解析:(1)装置A为实验室制氨气的实验装置,该装置中主要反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;检查A装置的气密性:先将A中导管下端浸入水中,再用双手紧握大试管底部,若导管口有气泡产生,双手离开,导管产生一段水柱,说明装置A不漏气。(2)该反应的热化学方程式为3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-136.5 kJ·mol-1,因反应为放热反应,所以降低温度平衡右移,NO2的转化率提高;反应前后气体体积减小,所以增大压强平衡右移,NO2转化率提高,故选B、C。(3)2NO2(红棕色)N2O4(无色)　ΔH<0,将装置D浸入冰水中,温度降低,平衡右移,混合气体颜色变浅。(4)浓硫酸具有吸水性,可以干燥与之不反应的气体,同时吸收过量的氨气。(5)利用浓氨水分解制取氨气,或把浓氨水滴入固体NaOH,发生的反应为NH3·H2ONH3↑+H2O。答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O　用双手紧握大试管底部,若导管口有气泡产生,双手离开,导管产生一段水柱,说明装置A不漏气(2)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-136.5 kJ·mol-1　BC(3)混合气体颜色变浅　(4)干燥气体、吸收多余的氨气(5)NH3·H2ONH3↑+H2O[对点精练1]在硫酸工业生产中,为了有利于SO2的转化,且能充分利用热能,采用了中间有热交换器的接触室(如图)。下列说法错误的是(　B　)A.a、b两处的混合气体成分含量相同,温度不同B.c、d两处的混合气体成分含量相同,温度不同C.热交换器的作用是预热待反应的气体,冷却反应后的气体D.c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率解析:根据装置图可知,从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气,经过热交换器后从b处出来的是热的气体,成分与a处相同,故A正确;从c处出来的气体是SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体,该反应是放热反应,当经过热交换器后被冷却,SO3变为液态,故两者含有的气体的成分不相同,故B错误;热交换器的作用是预热待反应的气体,同时冷却反应产生的气体,为SO3的吸收创造条件,故C正确;c处气体经过热交换器后再次被催化氧化,目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3,从而可以提高SO2的转化率,故D正确。题型二　重要的非金属含氧酸及其对应盐[典例2] (海南卷)硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用作分析试剂及鞣革还原剂。它受热、遇酸易分解。工业上可用反应:2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2制得。实验室模拟该工业过程的装置如图所示。回答下列问题:(1)b中反应的离子方程式为　; c中试剂为　　　　　　　　　　。 (2)反应开始后,c中先有浑浊产生,后又变澄清;此浑浊物是　　　　。 (3)d中的试剂为　　　　。 (4)实验中要控制SO2生成速率,可以采取的措施有  (写出两条)。(5)为了保证硫代硫酸钠的产量,实验中通入的SO2不能过量,原因是　。 解析:(1)b用来制备SO2,实验室常用亚硫酸钠(或亚硫酸氢钠)和硫酸反应生成SO2、Na2SO4和水,离子方程式为S+2H+SO2↑+H2O或HS+H+SO2↑+H2O;根据制取Na2S2O3的方程式,可知c中试剂为硫化钠和碳酸钠的混合溶液。(2)因为SO2具有氧化性,溶液中存在S2-,所以两者能发生氧化还原反应生成单质S。(3)d装置的作用是吸收二氧化硫和硫化氢等酸性气体,故d中的试剂为NaOH溶液。(4)溶液中的反应速率受温度、浓度的影响,故可通过控制反应温度及滴入酸溶液的速率的方式达到目的。(5)SO2溶于水可形成酸性较强的亚硫酸,而Na2S2O3遇酸会分解。答案:(1)S+2H+SO2↑+H2O或HS+H+SO2↑+H2O　硫化钠和碳酸钠混合溶液　(2)硫(或S)　(3)NaOH溶液　(4)控制反应温度、调节酸的滴加速率(或调节酸的浓度等)　(5)若SO2过量,溶液显酸性,产物分解[对点精练2] 把PCl3加入蒸馏水中,微热,PCl3完全水解,产物之一是亚磷酸(H3PO3),H3PO3易溶于水,它的结构式可表示为H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,这两种盐均呈碱性,在盛有H3PO3溶液的试管中加入AgNO3溶液,则析出黑色金属银沉淀,并在试管口有红棕色气体生成。(1)用化学方程式表示:H3PO3和AgNO3溶液的反应:　。 (2)Na2HPO3水溶液呈碱性的原因: 　(用离子方程式表示)。 (3)根据题意,H3PO3是　　　　。 a.弱酸　b.二元酸　c.三元酸　d.具有还原性　e.强酸解析:(1)由题给信息可知H3PO3与AgNO3发生氧化还原反应生成Ag、NO,H3PO3被氧化为H3PO4,化学反应方程式为2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4。(2)Na2HPO3水溶液显碱性是由于HP+H2OH2P+OH-,H2P+H2OH3PO3+OH-。(3)H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3,说明H3PO3是二元酸;Na2HPO4水溶液显碱性,说明H3PO3是弱酸;根据2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4,可知H3PO4作还原剂,具有还原性;故a、b、d正确。答案:(1)2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4(2)HP+H2OH2P+OH-,H2P+H2OH3PO3+OH-　(3)abd