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2021高考化学专题讲解 专题十三 非金属及其化合物（讲解部分）课件
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这是一份2021高考化学专题讲解 专题十三 非金属及其化合物（讲解部分）课件，共60页。
考点一 碳、硅及其化合物 无机非金属材料
Na2 SiO3+2H2↑;(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟HF反应:Si+4HF SiF4↑+2H2↑;(4)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3;(5)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用:SiO2+4HF SiF4↑+2H2O;(6)无机酸一般能溶于水,但H2SiO3(或H4SiO4)却难溶于水。
3.硅及其化合物(1)硅单质可用于制造半导体材料,光导纤维的主要成分是SiO2;(2)非金属单质与碱溶液反应一般既作氧化剂又作还原剂,且无氢气放出, 但硅与碱溶液反应时Si只作还原剂,且放出氢气:Si+2NaOH+H2O
材料 (2)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等。(3)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。
4.无机非金属材料(1)材料的分类
考点二 氯、溴、碘及其化合物
基础知识1.氯元素的位、构、性关系(1)氯元素位于元素周期表中第① 三 周期第② ⅦA 族,其原子结构 示意图为 。氯原子易得到一个电子形成氯离子( ),因此,氯元素具有较强的非金属性,在自然界中以化合态存在。氯气具有③ 强氧化 性,化学性质活泼,以得电子发生还原反应为主。(2)氯气的性质
说明 Cl2中的HCl(g)可用饱和食盐水吸收,H2O(g)可用浓硫酸吸收。
3.溴、碘单质的特殊性⑨ Br2 是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,通常用 ⑩ 水 液封来保存。I2易升华,淀粉溶液遇I2变蓝。Br2和I2都可被某些有机溶剂(如四氯化碳、汽油)萃取。I2易与Na2S2O3溶液反应:I2+2S2 2I-+S4 ,用于通过滴定(以 淀粉溶液 为指示剂)来定量测定碘的含量。
4.海水资源的开发利用
核心精讲一、对氯水性质多样性的分析1.氯水中的“三个平衡” Cl2+H2O H++Cl-+HClOHClO H++ClO-H2O H++OH-2.组成微粒——“三分子”“四离子”
4.氯水中平衡移动的应用
二、卤素离子的检验方法1.AgNO3溶液—沉淀法未知液 2.置换—萃取法未知液 有机层呈 3.氧化—淀粉法检验I-未知液 蓝色溶液,表明有I-
考点三 氧、硫及其化合物
说明 S与变价金属发生化合反应一般生成 ⑥ 低 价态硫化物。二、二氧化硫
四、臭氧(O3)1.物理性质在常温、常压下,臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,它的密度比氧气大。
2.化学性质(1)极强的氧化性:O3+2KI+H2O 2KOH+I2+O2(使湿润的淀粉KI试纸变蓝)。(2)不稳定性:2O3 3O2(升温,反应速率加快)。(3)漂白和消毒作用:有些染料受到臭氧的氧化作用会褪色,臭氧还可以杀 死许多细菌,因此,臭氧是一种很好的 脱色剂 和 消毒剂 。(4)产生方式:3O2 2O3。
3.臭氧层能吸收来自太阳的大部分紫外线,被称为生物的“保护伞”。 氟氯代烷 是破坏臭氧层的“元凶”。
1.化学式: H2O2 。电子式: H·× ·· ·×H 。结构式: 。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:2H2O2 2H2O+O2↑ 。(2)还原性:H2O2遇强氧化剂时表现还原性。如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O(3)氧化性,如:H2O2+Na2SO3 Na2SO4+H2O 。酸性条件下可溶解Cu:H2O2+Cu+2H+ Cu2++2H2O 。
杀菌消毒、漂白作用:如可使NaOH酚酞溶液的红色褪去,不是H2O2的弱酸 性所致。六、离子的检验(1)S 的检验待测液 取清液 有无白色沉淀(判断有无 S )。先加稀盐酸的目的是排除C 、S 、Ag+的干扰:C +2H+ H2O+CO2↑、S +2H+ H2O+SO2↑、Ag++Cl- AgCl↓,再加BaCl2溶液,有白色沉淀产生,则S 存在:Ba2++S BaSO4↓。(2)S 的检验向溶液中加入盐酸,将产生的气体通入品红溶液中,红色褪去;或加入氯化 钡溶液生成白色沉淀,加入盐酸,沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。
七、环境保护1.环境问题(1)酸雨酸雨的酸度主要是 硫酸 和硝酸造成的。我国的酸雨主要是硫酸型酸雨,主要是由 二氧化硫 引起的。(2)臭氧空洞臭氧空洞的形成主要与氟氯烃和氮氧化物有关。(3)水体富营养化主要是由过多排放含 磷 、氮的废水所致。(4)光化学烟雾主要由 氮氧化物 等物质引起。
(5)温室效应主要由过多排放二氧化碳和甲烷等所致。2.大气污染(1)概念:大气中某些有毒、有害物质的含量超过正常值或超过大气的自净 能力。(2)污染物:主要有 可吸入颗粒物 、硫的氧化物、氮的氧化物、碳氢化合物,以及氟氯代烷和放射性物质等。(3)主要危害:危害人体健康,影响动植物生长,影响全球气候。(4)防治的措施:立法,综合治理。3.水污染(1)概念:排放的污染物使水和水体的物理、化学性质发生变化,或使生物 群落发生变化,从而降低了水体的使用价值。
(2)污染物的种类:重金属、酸、碱、盐、耗氧物质、石油、难降解的有机物、洗涤剂等。(3)防止和治理:控制污水的排放,用物理、化学、生物等方法综合治理。4.土壤污染(1)概念:进入土壤中的污染物的数量超过土壤的 净化 能力,导致土壤质量下降的现象。(2)污染物:城市污水、工业废水、生活垃圾、工矿企业固体废弃物、化 肥、农药、大气沉降物、牲畜的排泄物、生物残体等。(3)防治的措施:控制和减少污染物的排放,加强对工矿企业固体废弃物及 城市垃圾的处理和利用。
八、绿色化学绿色化学在环境保护和清洁生产等方面发挥着越来越重要的作用。原子经济性可用原子利用率来衡量,可表示为:原子利用率= ×100%原子经济性有两个显著的特点:一是最大限度地利用原料,二是最大限度地 减少废弃物的排放。
基础知识一、氮气氮气约占空气总体积的① 78% 。通常情况下,N2不与O2反应;在放电条 件下,N2能跟O2反应生成无色、无味的一氧化氮:N2+O2 ② 2NO 。二、NO和NO2一氧化氮在常温下很容易与空气中的氧气反应,化学方程式为③ 2NO+O 2 2NO2 。
NO与NO2的性质比较
三、硝酸1.物理性质纯硝酸是无色、⑤ 易 挥发、有刺激性气味的液体,能跟水以任意比互 溶,常用浓硝酸的溶质质量分数约为69%,常因溶有少量NO2而略显黄色。2.化学性质(1)具有酸的通性,但与活泼金属反应时不能生成H2。(2)不稳定性,化学方程式为⑥ 4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O 。久置的浓硝酸呈⑦ 黄 色,因为溶解了NO2。实验室保存浓HNO3时应注 意:低温、⑧ 避光 、密封。(3)强氧化性a.能与除⑨ Au、Pt 以外的所有金属反应,如Cu与浓、稀HNO3均可反
应,化学方程式分别为:⑩ Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O , 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 。有些金属(如 Fe 、 Al 等)在冷的浓HNO3中发生钝化。b.与不活泼的木炭反应的化学方程式为: C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 。c.与某些还原性化合物(如FeO)反应的化学方程式为: 3FeO+10HNO3 3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O 。3.工业制备原理4NH3+5O2 4NO+6H2O 2NO+O2 2NO23NO2+H2O 2HNO3+NO
4.用途制化肥、炸药、染料等。四、人类活动对自然界氮循环和环境的影响1.固氮及影响(1)活化氮N 、N 是自然界中活化氮的主要存在形态。(2)影响 (3)NOx的污染a.氮氧化物:主要有NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,其中NO和NO2 是最主要的空气污染物。
b.污染源:石油产品和煤的燃烧,工业废气的排放,农田土壤及动物排泄物中 含氮化合物的转化。c.污染光化学烟雾: 氮氧化物 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,随雨水等降到地面 (pH< 5.6 )。2.对生产中氮氧化物污染的防治(1)控制进入自然界的有害物质的量。(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力。
1.结构:电子式为 H·· ··H ,分子空间构型为三角锥形。2.物理性质:无色,有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,极易溶于 水。3.化学性质(1)与水反应NH3+H2O NH3·H2O N +OH-NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸 变蓝 的气体(高中阶段),常用此性质检验NH3。(2)与酸反应NH3+HCl NH4Cl(生成白烟)
五、氨及铵盐(一)氨的结构与性质
NH3+HNO3 NH4NO3(生成白烟)(3)与氧气反应(氨的催化氧化) 4NH3+5O2 4NO+6H2O (二)铵盐的性质和检验1.性质a.易溶于水的晶体b.与碱反应N +OH- NH3↑+H2Oc.受热分解如NH4Cl NH3↑+HCl↑
d.水解反应N +H2O NH3·H2O+H+2.N 的检验a.取样品与碱共热,用湿润的 红色石蕊 试纸检验,观察试纸是否变蓝;b.取样品与碱共热,用蘸有 浓盐酸 的玻璃棒检验,观察是否有白烟产生。(三)氨气的制法1.实验室制法(1)原理:铵盐与碱共热,产生氨气。2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O(2)制取装置:如下图所示。
1)收集:由于氨气极易溶于水,密度比空气小,所以用向下排空气法收集。2)验满:用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒接近试管口(现象分 别为试纸变蓝、产生白烟)。3)棉花团的作用:在收集NH3的试管口放置一团松软的干棉花,是为了防止 试管内的NH3与试管外的空气形成对流,以便在较短时间内收集到较为纯 净的氨气。
注意 a.制取NH3宜用NH4Cl,不宜用(NH4)2SO4、NH4HCO3、NH4NO3等。b.消石灰不能用KOH或NaOH代替,因KOH、NaOH均易吸湿,易结块,不利 于产生NH3,且高温下腐蚀试管。
c.干燥氨气不能用P2O5和浓H2SO4,也不能用无水CaCl2(8NH3+CaCl2 CaCl2·8NH3),通常用碱石灰。d.欲快速制NH3可将浓氨水滴到NaOH固体或生石灰上,其装置如图所示。
N2+3H2 2NH3
核心精讲一、2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0的应用通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯,因为在常温常压下能发生反应2NO2 N2O4,由于此平衡的存在,导致一些物理量的理论值与实验值有一定的误差。1.1 ml NO2在标准状况下的体积应小于22.4 L。2.标准状况下22.4 L NO2的质量大于46 g。3.NO与O2混合后,平均相对分子质量应大于按体积比求得的数值。4.温度影响平衡体系2NO2 N2O4,其他条件不变,体系颜色随温度改变而改变。升高温度,气体颜色变深;降低温度,气体颜色变浅。5.在平衡体系2NO2 N2O4中,增加NO2的量时,相当于增大压强。
在中性或碱性溶液中N 几乎与所有的离子能大量共存,但当溶液的酸性较强时相当于形成硝酸溶液,某些具有还原性的离子则不能与之大量共 存。如N 、H+、Fe2+中任意两者能大量共存,但三者则不能大量共存,即N 在酸性溶液中表现强氧化性。三、对氧化性酸和酸的氧化性及“钝化”的理解1.氧化性酸和酸的氧化性氧化性酸是指分子里中心原子能得电子的酸,如HNO3、浓H2SO4等;非氧化 性酸是指分子电离出的H+能得电子的酸,如磷酸、稀H2SO4等。浓H2SO4与 硝酸的氧化性强弱顺序为浓HNO3>稀HNO3>浓H2SO4,可以从它们与铜反 应时的条件、反应速率快慢得出结论。浓HNO3的氧化性比稀HNO3的强, 因为氧化性的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为衡量浓HNO3与稀HNO3氧化性强弱的标准。
二、溶液酸碱性对N 性质的影响
2.钝化钝化过程本身体现了浓HNO3或浓H2SO4的强氧化性——化学性质,由于发 生了氧化还原反应,而在铁、铝表面形成一层稳定而致密的氧化物薄膜,阻 止了内层金属与介质进一步反应,即钝化是不继续反应,而不是不反应。
综硝酸与金属反应的相关计算1.反应规律
(1)HNO3与金属反应一般情况下,还原产物:浓硝酸→NO2,稀硝酸→NO。(2)Cu与HNO3反应Cu与浓硝酸反应时,若Cu足量,开始时还原产物为NO2,随反应进行,浓硝酸 变稀,还原产物变为NO,最终得到NO2与NO的混合气体。(3)Fe与稀硝酸反应Fe过量,氧化产物为Fe2+;Fe不足,氧化产物为Fe3+。2.计算方法(1)原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3表现酸性,氮原子以N 的形式存在于溶液中;另一部分HNO3作氧化剂,氮原子转入还原产物中,这两部分中氮原子 的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。
(2)得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量 等于金属失电子的物质的量。(3)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,硝酸盐中的N 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算。先作过量 判断,然后根据完全反应的金属或H+或N 的量进行相关计算。例 (2018鄂东南市级示范高中联盟联考,16)铜和镁的合金4.6 g完全溶于 浓硝酸,若反应中硝酸被还原只产生4 480 mL的NO2气体和336 mL的N2O4 气体(都已折算到标准状况),在反应后的溶液中,加入足量的氢氧化钠溶液, 生成沉淀的质量为 ( ) g g g g
解析 最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜,所以沉淀的质量就是金属 的质量加上金属阳离子结合的OH-的质量。与金属阳离子结合的OH-的物 质的量等于金属失去电子的物质的量,根据得失电子守恒可知,金属失去电 子的物质的量为 + ×2=0.23 ml,所以和金属阳离子结合的OH-的物质的量也是0.23 ml,质量是3.91 g,则沉淀的质量是8.51 g, B项正确。
利用所学非金属及其化合物知识,联系金属及其化合物知识,结合实验基本 知识,通过对题中的文字、表格、框图、图像信息进行综合分析,特别注意 文字细节和图像中关键点,解答化学工艺流程题、与物质性质相关的综合 实验题以及化学反应原理综合题。
例 [2019江苏泰州一模,19(1)(2)]二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)均具有强氧化 性,可用于水处理。ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体,其体积分数超过10%时易引起爆炸;O3是一种微溶于水的蓝色气体,其体积分数超过25%时容易引起爆炸。(1)以FeS2作还原剂,在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2,同时得到Fe2(SO4)3、Na2SO4,该反应的化学方程式为 。(2)以过氧化氢作还原剂,在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2,并用制得的 ClO2处理含CN-的废水。实验室模拟该过程的实验装置(夹持装置略)如图 所示。
①反应容器B应置于30 ℃左右的水浴中,目的是 。②通入氮气的目的除了有利于将ClO2排出,还有 。
③ClO2处理含CN-废水的离子方程式为 。④装置D的作用是 。
解析 (1)根据题意,FeS2、硫酸、NaClO3反应生成ClO2、Fe2(SO4)3、Na2SO4,根据原子守恒推出应该还有水生成,再根据得失电子守恒配平反应方 程式。(2)①首先30 ℃高于室温,有加快反应速率的作用;其次加热温度没 有更高是为了防止H2O2受热分解。②根据题意,ClO2体积分数超过10%时 易引起爆炸,所以通入氮气有稀释ClO2,防止其发生爆炸的作用。③ClO2处 理含CN-废水,ClO2作氧化剂,将CN-氧化生成无毒的CO2与N2,而自身被还原 成Cl-。④NaOH溶液的作用是吸收多余的ClO2,防止污染空气。
答案 (1)2FeS2+30NaClO3+14H2SO4 30ClO2↑+Fe2(SO4)3+15Na2SO4+14H2O(2)①提高化学反应速率,同时防止H2O2受热分解(或高于30 ℃会导致H2O2 分解,低于30 ℃会导致反应速率较低)②稀释ClO2,防止其发生爆炸③2CN-+2ClO2 2CO2+N2+2Cl-④吸收ClO2等气体,防止污染大气
题目价值 依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据,解释证据 与结论之间的关系,对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以构建 相应的模型,选择不同的模型综合解释或解决复杂的化学问题,指出所建模 型的局限性,探寻模型优化需要的证据,体会证据推理与模型认知的学科核 心素养。
从物质成分角度理解物质分离和提纯实际生产所运用的矿物一般都是含有伴生矿,即含有其他矿产的矿藏。因 此在工业中对于较有价值的伴生矿会加以开采分离,对于价值不高的伴生 矿除杂即可,但不管何种情况,在工业流程分析中应充分考虑矿物所含成分 发生的变化,如氧化还原反应、复分解反应、水解反应,甚至由于矿物成分 性质的差异而发生部分氧化还原反应、部分水解反应。另外还需关注的是矿物的分离过程中常通过形成沉淀进行分离提纯,常见 的方法有形成硫化物沉淀、形成氢氧化物沉淀、形成较特殊的难溶性盐 (CaF2等),还有一种分离方法需要特别注意,是利用过饱和溶液结合沉淀溶 解平衡使溶解度较大的溶质沉淀析出。
例 (2017课标Ⅲ,27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程 如图所示: 回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能 使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是 (用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩, 冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7 固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃步骤⑤的反应类型是 。(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg, 产率为 。
解题导引 ①通过题干准确了解最终目的:由铬铁矿制重铬酸钾;②熟悉流程,大致了解每一步的原理及操作;③逐个解决后面的问题。
解析 由题中所给反应可知滤渣1为Fe2O3,滤液1中含有Al 、Si ,调节pH=7,则滤渣2中含Al(OH)3及含硅杂质,滤液2中含有Cr 、Na+,此时调节pH促使平衡2Cr +2H+ Cr2 +H2O正向移动,再加入KCl得到K2Cr2O7。(1)利用得失电子守恒法配平:2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2,则FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为2∶7。陶瓷中 含有SiO2,在高温下能与Na2CO3反应,会损坏仪器。(2)由步骤①可知熔块中含有NaNO2、Na2CrO4、Fe2O3等,故滤渣1中含量最 多的金属元素为Fe,而步骤③需除去Al 及含硅物质,故滤渣2中应主要含Al(OH)3及含硅杂质。(3)步骤④调pH的目的是促进Cr 转化为Cr2 ,根据2Cr +2H+ Cr2 +H2O,可知应增大c(H+),故pH要变小。
(4)根据溶解度曲线图可知,选择K2Cr2O7溶解度小于溶液中其他溶质溶解 度且溶解度最小的温度区,故选d。反应为2K++Cr2 K2Cr2O7↓,此反应为复分解反应。(5)根据Cr原子守恒建立关系式:Cr2O3 ~ K2Cr2O7152 294 m1·40% kg m(K2Cr2O7)m(K2Cr2O7)= kg故产率为 ×100%= ×100%。
答案 (1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)Fe Al(OH)3(3)小 2Cr +2H+ Cr2 +H2O(4)d 复分解反应(5) ×100%
考点一 碳、硅及其化合物 无机非金属材料
Na2 SiO3+2H2↑;(3)非金属单质一般不与非氧化性酸反应,但硅能跟HF反应:Si+4HF SiF4↑+2H2↑;(4)SiO2是H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水反应制备H2SiO3;(5)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用:SiO2+4HF SiF4↑+2H2O;(6)无机酸一般能溶于水,但H2SiO3(或H4SiO4)却难溶于水。
3.硅及其化合物(1)硅单质可用于制造半导体材料,光导纤维的主要成分是SiO2;(2)非金属单质与碱溶液反应一般既作氧化剂又作还原剂,且无氢气放出, 但硅与碱溶液反应时Si只作还原剂,且放出氢气:Si+2NaOH+H2O
材料 (2)传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等。(3)新型无机非金属材料,如高温结构陶瓷、光导纤维等。
4.无机非金属材料(1)材料的分类
考点二 氯、溴、碘及其化合物
基础知识1.氯元素的位、构、性关系(1)氯元素位于元素周期表中第① 三 周期第② ⅦA 族,其原子结构 示意图为 。氯原子易得到一个电子形成氯离子( ),因此,氯元素具有较强的非金属性,在自然界中以化合态存在。氯气具有③ 强氧化 性,化学性质活泼,以得电子发生还原反应为主。(2)氯气的性质
说明 Cl2中的HCl(g)可用饱和食盐水吸收,H2O(g)可用浓硫酸吸收。
3.溴、碘单质的特殊性⑨ Br2 是常温下唯一呈液态的非金属单质;液溴易挥发且有毒,通常用 ⑩ 水 液封来保存。I2易升华,淀粉溶液遇I2变蓝。Br2和I2都可被某些有机溶剂(如四氯化碳、汽油)萃取。I2易与Na2S2O3溶液反应:I2+2S2 2I-+S4 ,用于通过滴定(以 淀粉溶液 为指示剂)来定量测定碘的含量。
4.海水资源的开发利用
核心精讲一、对氯水性质多样性的分析1.氯水中的“三个平衡” Cl2+H2O H++Cl-+HClOHClO H++ClO-H2O H++OH-2.组成微粒——“三分子”“四离子”
4.氯水中平衡移动的应用
二、卤素离子的检验方法1.AgNO3溶液—沉淀法未知液 2.置换—萃取法未知液 有机层呈 3.氧化—淀粉法检验I-未知液 蓝色溶液,表明有I-
考点三 氧、硫及其化合物
说明 S与变价金属发生化合反应一般生成 ⑥ 低 价态硫化物。二、二氧化硫
四、臭氧(O3)1.物理性质在常温、常压下,臭氧是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,它的密度比氧气大。
2.化学性质(1)极强的氧化性:O3+2KI+H2O 2KOH+I2+O2(使湿润的淀粉KI试纸变蓝)。(2)不稳定性:2O3 3O2(升温,反应速率加快)。(3)漂白和消毒作用:有些染料受到臭氧的氧化作用会褪色,臭氧还可以杀 死许多细菌,因此,臭氧是一种很好的 脱色剂 和 消毒剂 。(4)产生方式:3O2 2O3。
3.臭氧层能吸收来自太阳的大部分紫外线,被称为生物的“保护伞”。 氟氯代烷 是破坏臭氧层的“元凶”。
1.化学式: H2O2 。电子式: H·× ·· ·×H 。结构式: 。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:2H2O2 2H2O+O2↑ 。(2)还原性:H2O2遇强氧化剂时表现还原性。如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O(3)氧化性,如:H2O2+Na2SO3 Na2SO4+H2O 。酸性条件下可溶解Cu:H2O2+Cu+2H+ Cu2++2H2O 。
杀菌消毒、漂白作用:如可使NaOH酚酞溶液的红色褪去,不是H2O2的弱酸 性所致。六、离子的检验(1)S 的检验待测液 取清液 有无白色沉淀(判断有无 S )。先加稀盐酸的目的是排除C 、S 、Ag+的干扰:C +2H+ H2O+CO2↑、S +2H+ H2O+SO2↑、Ag++Cl- AgCl↓,再加BaCl2溶液,有白色沉淀产生,则S 存在:Ba2++S BaSO4↓。(2)S 的检验向溶液中加入盐酸,将产生的气体通入品红溶液中,红色褪去;或加入氯化 钡溶液生成白色沉淀,加入盐酸,沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。
七、环境保护1.环境问题(1)酸雨酸雨的酸度主要是 硫酸 和硝酸造成的。我国的酸雨主要是硫酸型酸雨,主要是由 二氧化硫 引起的。(2)臭氧空洞臭氧空洞的形成主要与氟氯烃和氮氧化物有关。(3)水体富营养化主要是由过多排放含 磷 、氮的废水所致。(4)光化学烟雾主要由 氮氧化物 等物质引起。
(5)温室效应主要由过多排放二氧化碳和甲烷等所致。2.大气污染(1)概念:大气中某些有毒、有害物质的含量超过正常值或超过大气的自净 能力。(2)污染物:主要有 可吸入颗粒物 、硫的氧化物、氮的氧化物、碳氢化合物,以及氟氯代烷和放射性物质等。(3)主要危害:危害人体健康,影响动植物生长,影响全球气候。(4)防治的措施:立法,综合治理。3.水污染(1)概念:排放的污染物使水和水体的物理、化学性质发生变化,或使生物 群落发生变化,从而降低了水体的使用价值。
(2)污染物的种类:重金属、酸、碱、盐、耗氧物质、石油、难降解的有机物、洗涤剂等。(3)防止和治理:控制污水的排放,用物理、化学、生物等方法综合治理。4.土壤污染(1)概念:进入土壤中的污染物的数量超过土壤的 净化 能力,导致土壤质量下降的现象。(2)污染物:城市污水、工业废水、生活垃圾、工矿企业固体废弃物、化 肥、农药、大气沉降物、牲畜的排泄物、生物残体等。(3)防治的措施:控制和减少污染物的排放,加强对工矿企业固体废弃物及 城市垃圾的处理和利用。
八、绿色化学绿色化学在环境保护和清洁生产等方面发挥着越来越重要的作用。原子经济性可用原子利用率来衡量,可表示为:原子利用率= ×100%原子经济性有两个显著的特点:一是最大限度地利用原料,二是最大限度地 减少废弃物的排放。
基础知识一、氮气氮气约占空气总体积的① 78% 。通常情况下,N2不与O2反应;在放电条 件下,N2能跟O2反应生成无色、无味的一氧化氮:N2+O2 ② 2NO 。二、NO和NO2一氧化氮在常温下很容易与空气中的氧气反应,化学方程式为③ 2NO+O 2 2NO2 。
NO与NO2的性质比较
三、硝酸1.物理性质纯硝酸是无色、⑤ 易 挥发、有刺激性气味的液体,能跟水以任意比互 溶,常用浓硝酸的溶质质量分数约为69%,常因溶有少量NO2而略显黄色。2.化学性质(1)具有酸的通性,但与活泼金属反应时不能生成H2。(2)不稳定性,化学方程式为⑥ 4HNO3 4NO2↑+O2↑+2H2O 。久置的浓硝酸呈⑦ 黄 色,因为溶解了NO2。实验室保存浓HNO3时应注 意:低温、⑧ 避光 、密封。(3)强氧化性a.能与除⑨ Au、Pt 以外的所有金属反应,如Cu与浓、稀HNO3均可反
应,化学方程式分别为:⑩ Cu+4HNO3(浓) Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O , 3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 。有些金属(如 Fe 、 Al 等)在冷的浓HNO3中发生钝化。b.与不活泼的木炭反应的化学方程式为: C+4HNO3(浓) CO2↑+4NO2↑+2H2O 。c.与某些还原性化合物(如FeO)反应的化学方程式为: 3FeO+10HNO3 3Fe(NO3)3+NO↑+5H2O 。3.工业制备原理4NH3+5O2 4NO+6H2O 2NO+O2 2NO23NO2+H2O 2HNO3+NO
4.用途制化肥、炸药、染料等。四、人类活动对自然界氮循环和环境的影响1.固氮及影响(1)活化氮N 、N 是自然界中活化氮的主要存在形态。(2)影响 (3)NOx的污染a.氮氧化物:主要有NO、N2O、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等,其中NO和NO2 是最主要的空气污染物。
b.污染源:石油产品和煤的燃烧,工业废气的排放,农田土壤及动物排泄物中 含氮化合物的转化。c.污染光化学烟雾: 氮氧化物 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,随雨水等降到地面 (pH< 5.6 )。2.对生产中氮氧化物污染的防治(1)控制进入自然界的有害物质的量。(2)增强生态系统对有害物质的吸收能力。
1.结构:电子式为 H·· ··H ,分子空间构型为三角锥形。2.物理性质:无色,有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化,极易溶于 水。3.化学性质(1)与水反应NH3+H2O NH3·H2O N +OH-NH3是唯一能使湿润的红色石蕊试纸 变蓝 的气体(高中阶段),常用此性质检验NH3。(2)与酸反应NH3+HCl NH4Cl(生成白烟)
五、氨及铵盐(一)氨的结构与性质
NH3+HNO3 NH4NO3(生成白烟)(3)与氧气反应(氨的催化氧化) 4NH3+5O2 4NO+6H2O (二)铵盐的性质和检验1.性质a.易溶于水的晶体b.与碱反应N +OH- NH3↑+H2Oc.受热分解如NH4Cl NH3↑+HCl↑
d.水解反应N +H2O NH3·H2O+H+2.N 的检验a.取样品与碱共热,用湿润的 红色石蕊 试纸检验,观察试纸是否变蓝;b.取样品与碱共热,用蘸有 浓盐酸 的玻璃棒检验,观察是否有白烟产生。(三)氨气的制法1.实验室制法(1)原理:铵盐与碱共热,产生氨气。2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3↑+2H2O(2)制取装置:如下图所示。
1)收集:由于氨气极易溶于水,密度比空气小,所以用向下排空气法收集。2)验满:用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒接近试管口(现象分 别为试纸变蓝、产生白烟)。3)棉花团的作用:在收集NH3的试管口放置一团松软的干棉花,是为了防止 试管内的NH3与试管外的空气形成对流,以便在较短时间内收集到较为纯 净的氨气。
注意 a.制取NH3宜用NH4Cl,不宜用(NH4)2SO4、NH4HCO3、NH4NO3等。b.消石灰不能用KOH或NaOH代替,因KOH、NaOH均易吸湿,易结块,不利 于产生NH3,且高温下腐蚀试管。
c.干燥氨气不能用P2O5和浓H2SO4,也不能用无水CaCl2(8NH3+CaCl2 CaCl2·8NH3),通常用碱石灰。d.欲快速制NH3可将浓氨水滴到NaOH固体或生石灰上,其装置如图所示。
N2+3H2 2NH3
核心精讲一、2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0的应用通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯,因为在常温常压下能发生反应2NO2 N2O4,由于此平衡的存在,导致一些物理量的理论值与实验值有一定的误差。1.1 ml NO2在标准状况下的体积应小于22.4 L。2.标准状况下22.4 L NO2的质量大于46 g。3.NO与O2混合后,平均相对分子质量应大于按体积比求得的数值。4.温度影响平衡体系2NO2 N2O4,其他条件不变,体系颜色随温度改变而改变。升高温度,气体颜色变深;降低温度,气体颜色变浅。5.在平衡体系2NO2 N2O4中,增加NO2的量时,相当于增大压强。
在中性或碱性溶液中N 几乎与所有的离子能大量共存,但当溶液的酸性较强时相当于形成硝酸溶液,某些具有还原性的离子则不能与之大量共 存。如N 、H+、Fe2+中任意两者能大量共存,但三者则不能大量共存,即N 在酸性溶液中表现强氧化性。三、对氧化性酸和酸的氧化性及“钝化”的理解1.氧化性酸和酸的氧化性氧化性酸是指分子里中心原子能得电子的酸,如HNO3、浓H2SO4等;非氧化 性酸是指分子电离出的H+能得电子的酸,如磷酸、稀H2SO4等。浓H2SO4与 硝酸的氧化性强弱顺序为浓HNO3>稀HNO3>浓H2SO4,可以从它们与铜反 应时的条件、反应速率快慢得出结论。浓HNO3的氧化性比稀HNO3的强, 因为氧化性的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为衡量浓HNO3与稀HNO3氧化性强弱的标准。
二、溶液酸碱性对N 性质的影响
2.钝化钝化过程本身体现了浓HNO3或浓H2SO4的强氧化性——化学性质,由于发 生了氧化还原反应,而在铁、铝表面形成一层稳定而致密的氧化物薄膜,阻 止了内层金属与介质进一步反应,即钝化是不继续反应,而不是不反应。
综硝酸与金属反应的相关计算1.反应规律
(1)HNO3与金属反应一般情况下,还原产物:浓硝酸→NO2,稀硝酸→NO。(2)Cu与HNO3反应Cu与浓硝酸反应时,若Cu足量,开始时还原产物为NO2,随反应进行,浓硝酸 变稀,还原产物变为NO,最终得到NO2与NO的混合气体。(3)Fe与稀硝酸反应Fe过量,氧化产物为Fe2+;Fe不足,氧化产物为Fe3+。2.计算方法(1)原子守恒法HNO3与金属反应时,一部分HNO3表现酸性,氮原子以N 的形式存在于溶液中;另一部分HNO3作氧化剂,氮原子转入还原产物中,这两部分中氮原子 的总物质的量等于反应消耗的HNO3中氮原子的物质的量。
(2)得失电子守恒法HNO3与金属的反应属于氧化还原反应,HNO3中氮原子得电子的物质的量 等于金属失电子的物质的量。(3)离子方程式计算法金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时,硝酸盐中的N 在H2SO4提供H+的条件下能继续与金属反应,因此此类题目应用离子方程式来计算。先作过量 判断,然后根据完全反应的金属或H+或N 的量进行相关计算。例 (2018鄂东南市级示范高中联盟联考,16)铜和镁的合金4.6 g完全溶于 浓硝酸,若反应中硝酸被还原只产生4 480 mL的NO2气体和336 mL的N2O4 气体(都已折算到标准状况),在反应后的溶液中,加入足量的氢氧化钠溶液, 生成沉淀的质量为 ( ) g g g g
解析 最终生成的沉淀是氢氧化镁和氢氧化铜,所以沉淀的质量就是金属 的质量加上金属阳离子结合的OH-的质量。与金属阳离子结合的OH-的物 质的量等于金属失去电子的物质的量,根据得失电子守恒可知,金属失去电 子的物质的量为 + ×2=0.23 ml,所以和金属阳离子结合的OH-的物质的量也是0.23 ml,质量是3.91 g,则沉淀的质量是8.51 g, B项正确。
利用所学非金属及其化合物知识,联系金属及其化合物知识,结合实验基本 知识,通过对题中的文字、表格、框图、图像信息进行综合分析,特别注意 文字细节和图像中关键点,解答化学工艺流程题、与物质性质相关的综合 实验题以及化学反应原理综合题。
例 [2019江苏泰州一模,19(1)(2)]二氧化氯(ClO2)和臭氧(O3)均具有强氧化 性,可用于水处理。ClO2是一种易溶于水的黄绿色气体,其体积分数超过10%时易引起爆炸;O3是一种微溶于水的蓝色气体,其体积分数超过25%时容易引起爆炸。(1)以FeS2作还原剂,在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2,同时得到Fe2(SO4)3、Na2SO4,该反应的化学方程式为 。(2)以过氧化氢作还原剂,在硫酸介质中还原NaClO3制备ClO2,并用制得的 ClO2处理含CN-的废水。实验室模拟该过程的实验装置(夹持装置略)如图 所示。
①反应容器B应置于30 ℃左右的水浴中,目的是 。②通入氮气的目的除了有利于将ClO2排出,还有 。
③ClO2处理含CN-废水的离子方程式为 。④装置D的作用是 。
解析 (1)根据题意,FeS2、硫酸、NaClO3反应生成ClO2、Fe2(SO4)3、Na2SO4,根据原子守恒推出应该还有水生成,再根据得失电子守恒配平反应方 程式。(2)①首先30 ℃高于室温,有加快反应速率的作用;其次加热温度没 有更高是为了防止H2O2受热分解。②根据题意,ClO2体积分数超过10%时 易引起爆炸,所以通入氮气有稀释ClO2,防止其发生爆炸的作用。③ClO2处 理含CN-废水,ClO2作氧化剂,将CN-氧化生成无毒的CO2与N2,而自身被还原 成Cl-。④NaOH溶液的作用是吸收多余的ClO2,防止污染空气。
答案 (1)2FeS2+30NaClO3+14H2SO4 30ClO2↑+Fe2(SO4)3+15Na2SO4+14H2O(2)①提高化学反应速率,同时防止H2O2受热分解(或高于30 ℃会导致H2O2 分解,低于30 ℃会导致反应速率较低)②稀释ClO2,防止其发生爆炸③2CN-+2ClO2 2CO2+N2+2Cl-④吸收ClO2等气体,防止污染大气
题目价值 依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据,解释证据 与结论之间的关系,对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以构建 相应的模型,选择不同的模型综合解释或解决复杂的化学问题,指出所建模 型的局限性,探寻模型优化需要的证据,体会证据推理与模型认知的学科核 心素养。
从物质成分角度理解物质分离和提纯实际生产所运用的矿物一般都是含有伴生矿,即含有其他矿产的矿藏。因 此在工业中对于较有价值的伴生矿会加以开采分离,对于价值不高的伴生 矿除杂即可,但不管何种情况,在工业流程分析中应充分考虑矿物所含成分 发生的变化,如氧化还原反应、复分解反应、水解反应,甚至由于矿物成分 性质的差异而发生部分氧化还原反应、部分水解反应。另外还需关注的是矿物的分离过程中常通过形成沉淀进行分离提纯,常见 的方法有形成硫化物沉淀、形成氢氧化物沉淀、形成较特殊的难溶性盐 (CaF2等),还有一种分离方法需要特别注意,是利用过饱和溶液结合沉淀溶 解平衡使溶解度较大的溶质沉淀析出。
例 (2017课标Ⅲ,27)重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程 如图所示: 回答下列问题:(1)步骤①的主要反应为:FeO·Cr2O3+Na2CO3+NaNO3 Na2CrO4+Fe2O3+CO2+NaNO2上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为 。该步骤不能 使用陶瓷容器,原因是 。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是 ,滤渣2的主要成分是 及含硅杂质。(3)步骤④调滤液2的pH使之变 (填“大”或“小”),原因是 (用离子方程式表示)。(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩, 冷却结晶,过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 (填标号)得到的K2Cr2O7 固体产品最多。
a.80 ℃ b.60 ℃ c.40 ℃ d.10 ℃步骤⑤的反应类型是 。(5)某工厂用m1 kg铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7,最终得到产品m2 kg, 产率为 。
解题导引 ①通过题干准确了解最终目的:由铬铁矿制重铬酸钾;②熟悉流程,大致了解每一步的原理及操作;③逐个解决后面的问题。
解析 由题中所给反应可知滤渣1为Fe2O3,滤液1中含有Al 、Si ,调节pH=7,则滤渣2中含Al(OH)3及含硅杂质,滤液2中含有Cr 、Na+,此时调节pH促使平衡2Cr +2H+ Cr2 +H2O正向移动,再加入KCl得到K2Cr2O7。(1)利用得失电子守恒法配平:2FeO·Cr2O3+4Na2CO3+7NaNO3 4Na2CrO4+Fe2O3+4CO2↑+7NaNO2,则FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为2∶7。陶瓷中 含有SiO2,在高温下能与Na2CO3反应,会损坏仪器。(2)由步骤①可知熔块中含有NaNO2、Na2CrO4、Fe2O3等,故滤渣1中含量最 多的金属元素为Fe,而步骤③需除去Al 及含硅物质,故滤渣2中应主要含Al(OH)3及含硅杂质。(3)步骤④调pH的目的是促进Cr 转化为Cr2 ,根据2Cr +2H+ Cr2 +H2O,可知应增大c(H+),故pH要变小。
(4)根据溶解度曲线图可知,选择K2Cr2O7溶解度小于溶液中其他溶质溶解 度且溶解度最小的温度区,故选d。反应为2K++Cr2 K2Cr2O7↓,此反应为复分解反应。(5)根据Cr原子守恒建立关系式:Cr2O3 ~ K2Cr2O7152 294 m1·40% kg m(K2Cr2O7)m(K2Cr2O7)= kg故产率为 ×100%= ×100%。
答案 (1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应(2)Fe Al(OH)3(3)小 2Cr +2H+ Cr2 +H2O(4)d 复分解反应(5) ×100%
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