高一化学必修一非金属及其化合物资料及习题
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第四章 非金属及其化合物
元素 氯 氮 硅 硫
自然存在 化合态 游离、化合态 化合态 游离、化合态
单质 氯气 氮气 晶体硅 硫
物
理
性
质 黄绿色气体, 强烈刺激性气味
25℃, 1体积水约可溶解2体积Cl2;
氯气在饱和食盐水中溶解度小 无色无味气体
通常情况下, 1体积水中溶解0.02体积氮气
通常情况下,1体积水中溶解0.02体积氮气 灰黑色固体
有金属光泽
硬度大
不溶于水 黄色固体粉末
不溶于水
微溶于酒精
易溶于二硫化碳
氯Cl
⑴氯原子的结构示意图:
⑵氯气制法: MnCl2 +4HCl (浓)加热MnCl2 +2H2O+Cl2↑
2KMnO4+16HCl (浓)==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O
⑶氯气的氧化性
①与绝大多数金属反应, 生成高价金属氯化物
2Na+Cl2点燃2NaCl(剧烈燃烧, 火焰为黄色, 产生大量白烟)
Cu+Cl2点燃CuCl2(剧烈燃烧, 生成棕色烟, 加少量水得绿色溶液, 稀释得蓝色溶液)
2Fe+3Cl2点燃2FeCl3(剧烈燃烧, 生成棕色烟, 加水得棕黄色溶液)
②与非金属反应, 得非金属氯化物。
H2+Cl2点燃2HCl (苍白色火焰, 产生白雾)H2+Cl2光照2HCl (发生爆炸, 产生白雾)
③与还原性化合物发生氧化还原反应
SO2 +Cl2+2H2O= H2SO4+2HCl
Cl2+Na2SO3+H2O=2HCl+Na2SO4(可用Na2SO3除去溶液中的余氯)
2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl—
2I—+Cl2=2I2+2Cl—(检验Cl2, 用KI淀粉试纸, 变蓝)
⑷氯气与水反应, 生成盐酸和次氯酸。Cl2+H2O HCl+HClO
I 氯水的形成:Cl2通入水中, 得到氯水。一部分Cl2溶于水, 一部分Cl2与水反应。
II 氯水的成分: H2O、Cl2、HClO、H+、Cl—、ClO—、OH—。
III 新制氯水、久置氯水和液氯的比较
新制氯水 久置氯水 液氯
物质类别 混合物 混合物 纯净物
粒子种类 H2O、Cl2.HClO、H+、Cl—、ClO—、OH-
H2O、H+、Cl—、OH— Cl2
保存方法 棕色瓶、阴凉处 — 低温密闭
⑸与碱反应, 生成氯化物、次氯酸盐和水。
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O(漂白液的有效成分是NaClO)
2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O(制漂白粉)
① 【延伸】漂白液、漂白粉的制备、使用和保存:
制备原理:2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O, Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
次氯酸盐比次氯酸稳定
主要成分: CaCl2.Ca(ClO)2;有效成分: Ca(ClO)2。若Cl2和Ca(OH)2反应充分, 并使Ca(ClO)2成为主要成分, 则得到漂粉精。
②使用原理:
漂白粉、漂粉精本身并无漂白性, 使用时要将比较稳定的Ca(ClO)2转化为不稳定但具有强氧化性、漂白性的HClO, 因此使用漂粉精必须提供酸性环境。如:
NaClO+ HCl=HClO+ NaCl或2NaClO+CO2+H2O=Na2CO3+2HClO
Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO或Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO
③保存方法: 密封存放于避光干燥处。
⑹次氯酸(HClO)
①HClO是一元弱酸, 酸性比H2CO3还弱, 弱电解质。
②HClO不稳定: 2HClO光照2HCl+O2↑。
③HClO有强氧化性。因而有杀菌、漂白性:能使染料和有机色质等褪色, Cl2能用作自来水的消毒剂
④HClO与碱发生中和反应(因为: HClO有强氧化性):HClO+NaOH=NaClO+ H2O
【比较】过氧化钠、次氯酸、二氧化硫和活性炭的漂白作用
过氧化钠 次氯酸 二氧化硫 活性炭
漂白原理 Na2O2将有色物质氧化成无色物质 HClO将有色物质氧化成无色物质 SO2与某些有色物质化合生成不稳定的无色物质 活性炭吸附有色物质
变化类型 化学变化 化学变化 化学变化 物理变化
可逆性 不可逆 不可逆 可逆 可逆
硫S
⑴二氧化硫(SO2)
①物理性质: 无色气体, 有刺激性气味, 密度比空气大, 易液化(沸点为: -10℃), 易溶于水(常温常压下, 1体积水约能溶解40体积的二氧化硫), 有毒。
②化学性质
I 具有酸性氧化物的通性
SO2+H2O H2SO3(可逆反应, H2SO3为中强酸, 可使石蕊试液变红)
SO2+CaO=CaSO3
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O(SO2+NaOH=NaHSO3) Na2SO3+H2O+SO2 =2NaHSO3
SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O CaSO3+H2O+SO2 =Ca(HSO3)2
II 既具有氧化性又具有还原性, 以还原性为主
a. 显示还原性
2SO2+O2 2SO3(可逆反应, 用于工业制H2SO4)
SO2+X2+2H2O=2HX+H2SO4(X=Cl、Br、I) (使碘水、溴水褪色)
SO2+NO2=SO3+NO SO2+H2O2=H2SO4
3SO2+2HNO3+2H2O=3H2SO4+2NO
SO2+2Fe3++2H2O=SO42—+2Fe2++4H+
5SO2+2MnO4—+2H2O=5SO42—+2Mn2++4H+(使高锰酸钾溶液褪色)
b. 显示氧化性 SO2+2H2S=3S+2H2O
III 漂白性:使品红溶液褪色, 加热又恢复原来颜色(可逆性);SO2不能使紫色石蕊试液褪色;SO2、Cl2以1:1混合无漂白性(SO2+Cl2+H2O= H2SO4+2HCl)
⑵三氧化硫(SO3)
①溶于水生成硫酸: SO2+O2 2SO3 SO3+ H2O= H2SO4(工业制硫酸)
②与碱性氧化物或碱反应生成硫酸盐: SO3 +CaO=CaSO4 SO3 +Ca(OH)2= CaSO4+H2O
⑶硫酸(H2SO4)
现象或反应 体现性质 实际应用
NaCl+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑
NaNO3+H2SO4(浓)=NaHSO4+HNO3↑
高沸点物质制低沸点物质 高沸点
酸性 实验室制备HCl、HNO3等
使石蕊试液变红 酸的通性 检验H2SO4的酸性
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 实验室制H2
Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O 金属除锈、生产硫酸盐等 2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O 中和碱、生产硫酸盐等
BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl
Ca3(PO4)2+3H2SO4=2H3PO4+3CaSO4
Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2 SO42-的检验, 生产磷酸、磷肥
敞口放置的浓硫酸一段时间后质量增加 吸水性 干燥剂, 但不能干燥NH3、H2S、HI、HBr
C12H22O1112C+11H2O 脱水性 使有机物炭化或作脱水剂
C+2H2SO4(浓)△CO2↑+SO2↑+2H2O
S+2H2SO4(浓)△CO2↑+SO2↑+2H2O
2P+5H2SO4(浓)△2H3PO4+ 5SO2↑+2H2O
Cu+2H2SO4(浓)△CuSO4+2H2O +SO2↑
Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+2H2O
H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2↑+2H2O
铁、铝在冷浓硫酸中“钝化” 强氧化性
铁、铝制容器可以贮运浓硫酸 酸性
5Fe2++MnO4—+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O 酸化剂 配制酸性KMnO4溶液
【延伸】①浓硫酸易溶于水并放出大量的热, 故稀释浓硫酸时“酸入水且搅拌”。
②常见干燥剂: 五氧化二磷、无水氯化钙、硅胶、碱石灰。
氮N
⑴氮气的稳定性
由于分子结构很稳定, 导致通常情况下, 氮气的化学性质不活泼, 很难与其它物质发生化学反应。但在一定条件下可以发生如下反应:
N2+3H22NH3(工业合成氨) N2+O2放电2NO
⑵二氧化氮(NO2)
NO在空气中易与氧气化合生成NO2: NO+O2=2HNO3+NO
①物理性质:红棕色有刺激性气味的有毒气体, 比空气重。
②二氧化氮与水的反应(工业制HNO3): 3NO2+H2O=2HNO3+NO
4NO2+2H2O+O2=4HNO3 4NO+2H2O+3O2=4HNO3
⑶氨(NH3)
①物理性质: 氨气是无色有刺激性气味的气体, 密度比空气小, 易液化(沸点较高), 极易溶于水(常温常压下, 1体积水约能溶解700体积的氨气), 氨水浓度越大, 密度越小。
②实验室制法:NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O+2NH3↑, 固热装置, Ca(OH)2, 不用NaOH、KOH(易潮解, 腐蚀玻璃)
③化学性质:
a)NH3+H2O NH3·H2O 4NHOH NH3+H+=NH4+
注意: I 氨水的成分: H2O、NH3.NH3·H2O、NH4+、OH-、H+(极少量)。
II 氨水的不稳定性: 受热容易逸出NH3。可以用于实验室制备少量氨气。
NH3·H2O(浓)加热NH3↑+H2O或NH3·H2O(浓)+CaO = Ca(OH)2+NH3↑
b)NH3·H2O与AgOH、Cu(OH) 2生成可溶的络合物氢氧化二氨和银Ag(NH4) 2OH、氢氧化四氨合铜Cu(NH4) 4(OH) 2
Ag++NH3·H2O=AgOH↓+ NH4+ AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3) 2] ++ OH-+2H2O
c)NH3具有还原性: 2NH3+3Cl2=N2+6HCl 8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl
6NOx+4xNH3=(3+2x)N2+6xH2O 4NH3+5O2=4NO+6H2O
⑷铵盐