2013届高三一轮复习化学教案 第4章 非金属及其化合物
文档属性
| 名称 | 2013届高三一轮复习化学教案 第4章 非金属及其化合物 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 580.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | |||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2012-11-10 20:10:07 | ||
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文档简介
第四章 非金属及其化合物
第一课时 碳、硅及其化合物
复习目标：
1、掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系。
2、了解硅酸盐工业，新型无机非金属材料的特性及其应用。
基础知识：
一、碳、硅元素的存在及单质的性质和用途
1．存在形态
自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
2．单质的性质与用途比较
碳
硅
结构
金刚石：空间网状 结构
石墨： 层状结构的晶体
晶体硅：空间网状结构
物理性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软 ，有滑腻感
晶体硅硬度 大、熔点 高
化
学
性
质
与非金属
单质反应
与O2反应：C＋O2=CO2(完全燃烧),
2C＋O2=2CO(不完全燃烧)
与O2、Cl2反应：
Si+O2=SiO2
Si+2Cl2=SiCl4
与氧化物
反应
与CuO,SiO2反应C＋2CuO=2Cu＋CO2↑
C+SiO2=Si+2CO↑
与酸反应
与浓H2SO4、浓HNO3反应：
与氢氟酸的反应：
C＋2H2SO4(浓)=CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，
C＋4HNO3(浓)=CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑
与碱反应
Si+2OH-+H2O=SiO+2H2↑
【例1】
3．碳、硅元素的单质及其化合物的特殊性
①一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。
②一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
③一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C =Si＋2CO↑，FeO＋C = Fe＋CO↑。
④硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
⑤一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
⑥一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
⑦一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出H2O中的氢，但C＋H2O(g)=CO+ H2↑。
⑧一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O= H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。
4．硅与铝的相似性及区别
（1）与强碱溶液反应时相似
①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。
②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3［Al(OH)3］均与NaOH溶液反应生成盐和水。
③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色 沉淀。
（2）区别
①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。
②Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。
③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。
二、CO2和SiO2的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学式
SiO2
CO2
晶体类型
原子晶体
分子晶体
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质
与水反应
不反应
CO2＋H2O=H2CO3
与酸反应
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱反应
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O (盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)
CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH=NaHCO3
与盐反应
SiO2＋Na2CO3=Na2SiO3＋CO2↑
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO
CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3
与碱性氧化物反应
SiO2＋CaO=CaSiO3
CO2＋Na2O===Na2CO3
三、硅酸和硅酸盐
1．硅酸
(1)溶解性：溶解度很小。
(2)化学性质——弱酸性：酸性比碳酸还弱。Na2SiO3＋CO2+H2O==Na2CO3＋H2SiO3 ↓ 。
(3)制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
2．硅酸盐
(1)硅酸盐：是由 硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。
(2)硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称 水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
(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 Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2 。
【注意事项】
氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
①氧化物之间以“·”隔开；②系数配置出现分数应化为整数。
例如：长石：KAlSi3O8不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
四、传统无机非金属材料
（1）普通玻璃
①主要原料： 纯碱、石灰石、石英。
②主要成分： Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2 。
（2）普通硅酸盐水泥
①主要原料： 石灰石 、 黏土 。
②主要成分（写出名称和化学式）：
硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
【例2、3】
例题精讲：
【例1】(2008年全国卷Ⅱ)对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是( )
A．SiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键
B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8
C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应
D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2
〖解析〗ⅣA族元素最外层电子数都是4，但C原子的次外层只有2个电子，Ge原子的次外层有18个电子。SiO2和CO2都是共价化合物，且都是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。答案为B。
〖答案〗B
【例2】 下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 （ ）
A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
〖解析〗无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能,如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
〖答案〗 B
【例3】下列表述正确的是 （ ）
①人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤
〖答案〗D
〖实验探究 高纯硅的制取实验〗
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450℃~500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：?
相关信息如下：?
①四氯化硅遇水极易水解?
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物?
③有关物质的物理常数见下表：?
请回答下列问题：?
（1）装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 。?
（2）甲方案：f接装置Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。?
方案
优点
缺点
甲
乙
（3）在上述（2）的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述： 。
（4）SiCl4与H2反应的化学方程式为 。
〖解析〗 (1)g管使分液漏斗与烧瓶连通，使浓盐酸顺利滴下。由信息知，四氯化硅与水反应，故需除去氯气中的水。B瓶装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体，C瓶装浓硫酸干燥氯气。（2）四氯化硅在常温下易液化，如果收集产品的导管太细易堵塞导管；制取的四氯化硅需要冷凝；由于尾气中含有氯气，要设置尾气处理装置，四氯化硅易水解，要避免空气中的水蒸气进入产品收集装置。?
（3）将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
〖答案〗 （1）平衡压强，使液体从分液漏斗中顺利流下浓硫酸?（2）
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗，不会堵塞导管
②冷凝产品，减少产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使四氯化硅水解?
②尾气没有处理，污染环境
乙
①有尾气处理装置，注重环保?②避免空气中的水蒸气进入装置
①产品易堵塞导管?
②没有冷凝装置，产品易损失
（3）在装置Ⅰ的i处接干燥管j?
（4）SiCl4+2H2=Si+4HCl
第四章 非金属及其化合物
第二课时 富集在海水中的元素——氯
复习目标：
1、掌握氯及其化合物的物理、化学性质。
2、掌握卤族元素的相似性和递变性。
3、理解海水资源的综合开发利用以及氯碱工业。
基础知识：
一、氯气
【思考】并回答下列问题：
（1）Cl2为什么易液化？常见的易液化的气体还有哪几种？
（2）用什么现象说明Cl2溶于水时只有少量Cl2与水发生了反应？
（3）将Cl2通入石蕊试液中的现象是什么？
（4）常见的有特殊颜色的气体有哪些？各显什么颜色？
（5）你知道的具有漂白性的物质有哪些？漂白原理有什么不同？
1、物理性质
通常情况下，氯气是黄绿色、有刺激性气味的气体。 密度比空气大 ，有毒，易液化，能溶于水，通常1体积水约溶解 2 体积氯气，其水溶液称为氯水。
实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是：用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少量气体飘进鼻孔 。
2、化学性质
Cl的最外层有7个电子，易得到1个e-，具有很强的氧化性，能跟很多具有还原性的物质发生反应，如金属、非金属单质、化合物等。
（1）与金属反应
铜、铁在氯气中燃烧的化学方程式为：
Cu+Cl2 = CuCl2 (棕黄色烟)
2Fe+3Cl2 =2FeCl3 （棕褐色烟)
（2）与非金属反应
氢气在氯气中燃烧的化学方程式为：
H2+Cl2 = 2HCl (苍白色火焰)
★（3）与水反应
氯气与水反应的化学方程式： Cl2+H2O=HCl+HClO 。
A、氯水与次氯酸
氯气的水溶液叫氯水，呈黄绿色，溶于水的部分氯气与水反应生成盐酸和次氯酸。
Cl2＋H2OHCl＋HClO
次氯酸(HClO)具有三个性质：
(1)弱酸性，其酸性比碳酸还弱，即HClO?H＋＋ClO－。
(2)不稳定性：次氯酸不稳定，见光容易分解放出氧气。
化学方程式是2HClO= 2HCl＋O2↑。
(3)强氧化性：次氯酸是一种强氧化剂，能杀死水里的病菌，故自来水常用氯气来杀菌消毒。次氯酸的强氧化性，能使某些有机色质褪色，可用作漂白剂。
B、物质的漂白
(1)褪色：是指有色物质变为无色物质。有物理变化也有化学变化。
例如：把木炭投入NO2气体的集气瓶中，塞紧瓶塞摇动瓶子，集气瓶内的气体变为无色。在CuSO4溶液中加入氢氧化钠溶液，溶液由蓝色变为无色，前者是物理变化，后者是化学变化。
(2)漂白，特指染料(有机物)或有机色质变为无色物质，它是化学变化，发生物理变化的有机物褪色不是漂白，如把木炭投入盛有红墨水的锥形瓶中，轻轻振荡溶液变为无色。发生化学变化的有：二氧化硫能使品红溶液褪色，是因为发生了化学变化生成了不稳定的无色物质，加热后，恢复品红的颜色。过氧化钠和氯水漂白，是利用了两者的强氧化性，生成了稳定的无色物质。与二氧化硫漂白原理不同。
C、新制氯水、久置氯水、液氯的区别
新制氯水
久置氯水
液氯
类别
混合物
混合物
纯净物
微粒
H2O、Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－
H2O、H＋、Cl－
Cl2
主要性质
呈黄绿色、导电、具有酸性、氧化性、漂白性
无色、导电、具有酸性、无氧化性、无漂白性
黄绿色、不导电、具有氧化性
保存
棕色瓶盛装，置于阴暗处
低温密封
D、氯水中的平衡移动 化学方程式是Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO
向氯水中加入的物质
浓度变化
移动的方向
应用
可溶性的氯化物
c(Cl－)增大
左移
用饱和食盐水除去氯气中氯化氢
稀酸
c(H＋)增大
左移
次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2
NaOH
c(H＋)减小
右移
用氢氧化钠吸收多余Cl2
Ca(OH)2
c(H＋)减小
右移
制取漂白粉
CaCO3
c(H＋)减小
右移
制高浓度次氯酸溶液
光照
c(HClO)减小
右移
氯水避光保存或现用现配
E、氯水的性质
氯水的多种成分决定了它具有多重性质：①Cl2的强氧化性；②HCl的强酸性；③HClO的强氧化性、弱酸性；④Cl－的性质。在不同的反应中，氯水起作用的成分不同，现列表如下：
参与反应的微粒
所加试剂
实验现象
离子方程式或解释
Cl－
AgNO3溶液
白色沉淀
Cl－＋Ag＋=AgCl↓
H＋
Na2CO3固体
有气泡产生
2H＋＋CO=CO2↑＋H2O
HClO
有色布条
布条颜色褪去
发生氧化还原反应
Cl2
FeCl2溶液
溶液变棕黄色
2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－
Cl2、H2O
SO2
黄绿色褪去
SO2＋Cl2＋2H2O=4H＋＋2Cl－＋SO
HClO、H＋
石蕊溶液
先变红后褪色
酸性和漂白性
Cl2、H＋
镁粉
氯水的颜色褪去并有气泡产生
Mg＋Cl2=Mg2＋＋2Cl－
Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑
【例2】
（4）与碱反应（完成下列化学方程式）
①与烧碱反应:Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O ，
②制取漂白粉： 2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
漂白粉的主要成分是 CaCl2、Ca(ClO)2 ，有效成分是 Ca(ClO)2。
【思考】漂白粉的漂白原理是什么？为什么要密封保存？
漂白粉的漂白原理是：Ca(ClO)2+2HCl =CaCl2+2HClO
Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO
产生的HClO具有漂白性和强氧化性。由于HClO见光易分解，所以漂白粉应密封保存。
【例3】
（5）跟还原性物质反应（完成下列化学方程式）
①氯气与KI溶液： 2KI+Cl2=2KCl+I2。
②氯气与FeCl2溶液： 2FeCl2+Cl2=2FeCl3。
③向氯水中通入SO2： SO2+2H2O+Cl2=H2SO4+2HCl。
二、氯气的制备与性质实验
1、反应的原理：用强氧化性物质（如MnO2、KMnO4等）和浓盐酸反应。
ＭnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O
【注意】 稀盐酸与MnO2作用不能制取Cl2。
若没有浓盐酸时，也可用NaCl和浓H2SO4与MnO2共热制取Cl2： MnO2+2NaCl+3H2SO4(浓)=MnSO4+Cl2↑+2NaHSO4+2H2O
2、制气类型：固+液→气（注意：KMnO4与浓盐酸的反应不需加热）。
3、收集装置：向上排空气法或排饱和食盐水法(Cl2在饱和食盐水中的溶解度最小)。
4、净化装置：用饱和食盐水或水洗气法除去HCl，再用浓H2SO4干燥。
5、尾气吸收装置：用强碱溶液吸收多余的Cl2，防止污染大气。
6、验满方法
（1）将湿润的淀粉-碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。
（2）将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。
（3）实验室制取Cl2时，常常根据氯气的颜色判断是否收集满。
7、注意事项
（1）为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，减少HCl挥发。
（2）必须用浓盐酸，稀盐酸不与MnO2作用生成Cl2。
（3）实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2。再拆卸装置，避免污染空气。
（4）尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中含Ca(OH)2量少，吸收不完全。
【例4】
三、卤族元素
1、卤族元素原子结构的比较
（1）相似性：卤素原子最外层上均有 7个电子，最高正价为 +7 价（F无正价），负价为-1 价。
（2）递变性：从F→I， 原子核外电子层数依次 增大 ，原子半径依次 增大。
2、元素的性质
（1）相似性：均为活泼非金属，最低负化合价：-1，最高正价：+7（ F除外）；
（2）递变性：随着原子序数的递增，获得电子的能力逐渐 减弱，非金属性逐渐 减弱。
3、单质的物理性质（从F2 →I2）
（1）颜色由 浅 到 深。
（2）状态：F2、Cl2呈 气 态，Br2为 液 态（易挥发），I2为 固 态（易升华）。
（3）熔、沸点：依次 增大 。
（4）密度：依次 增大 。
（5）溶解性：在水中的溶解度逐渐 减小 ，在有机溶剂中的溶解性 大于（填“大于”或“小于”）在水中的溶解性。
4、化学性质
（1）卤素单质的相似性：均具有 强氧化 性，均能与H2、H2O、金属反应，较活泼的卤素单质能将不活泼的卤素从其卤化物中置换出来。
（2）卤族元素氢化物的递变性
①稳定性由强至弱的顺序为: HF>HCl>HBr>HI 。
②沸点由高至低的顺序为： HF>HI>HBr>HCl 。
HF沸点反常的原因是：分子间存在氢键 。
③还原性由强至弱的顺序为： HI>HBr>HCl>HF。
④水溶液酸性由强至弱的顺序为: HI>HBr>HCl>HF。
5、卤素离子（Cl-、Br-、I-）的检验
（1）未知液 ， 据沉淀颜色判断。AgCl为白色，AgBr为浅黄色，AgI为黄色。
（2）未知液 有机层呈橙色或橙红色，表明有 Br-紫色或浅紫、紫红色，表明有 I-
6、特性
（1）氟及其化合物
①无正价和含氧酸，非金属性最强，F-的还原性最弱。
②与H2反应在暗处即爆炸。
③2F2+2H2O=4HF+O2。
④HF是弱酸；能腐蚀玻璃，保存在铝制器皿或塑料瓶中；有毒；在HX中沸点最高。
（2）溴及其化合物
①Br2是深红棕色液体，易挥发。
②Br2易溶于有机溶剂。
③盛溴的试剂瓶中加水，进行水封，保存液溴不能用橡胶塞。
（3）碘及其化合物
①I2遇淀粉变蓝色。
②I2加热时易升华。
③I2易溶于有机溶剂。
④食用盐中加入KIO3可防治甲状腺肿大。
（4）卤化银
①AgF易溶于水，AgCl白色不溶于水，AgBr淡黄色不溶于水，AgI黄色不溶于水。AgCl、AgBr、AgI也不溶于稀硝酸。
②除AgF外，均有感光性，其中AgBr作感光材料，可用于照相。
③AgI可进行人工降雨。
④I2与Fe反应产生FeI2，其他卤素单质生成FeX3。
（5）使溴水褪色的物质
①因萃取作用而使溴水褪色的物质：苯、CCl4、直馏汽油等有机溶剂。
②能与溴发生氧化还原反应的还原性无机化合物：H2S、SO2、Na2S、Na2SO3等。
③能与溴水发生反应的金属，如Na、Mg、Al、Zn等。
④能与溴发生加成反应的不饱和烃及其衍生物，如烯烃、炔烃等。
⑤能被溴水氧化的，含有醛基的化合物。
⑥能与溴水发生反应的碱性物质，如NaOH、Na2CO3等。
⑦加入活性炭等吸附剂，使溴水褪色。
例题精讲：
【例1】（2010上海卷）18．右图是模拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置，下列有关说法错误的是
A．烧瓶中立即出现白烟
B．烧瓶中立即出现红棕色
C．烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性
D．烧杯中的溶液是为了吸收有害气体
〖答案〗B
〖解析〗此题考查化学实验、元素化合物的性质等知识。分析装置图，可知氨气和氯气接触时发生反应：4NH3+6Cl2=2NH4Cl+4HCl+N2，烧瓶中出现白烟，A对；不能出现红棕色气体，B错；该反应中氨气中的氮元素化合价升高，表现还原性，C对；烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体，D对。
【例2】下列实验现象，与新制氯水中的某些成分(括号内物质)没有直接关系的是( )
A．将NaHCO3固体加入新制的氯水中，有气泡产生（H+）
B．新制氯水使红玫瑰变为白玫瑰（Cl2）
C．将AgNO3溶液滴加到新制氯水中，有白色沉淀产生（Cl—）
D．新制氯水使KI-淀粉试纸变蓝（Cl2）
〖答案〗 B
【例3】漂白粉是 Ca(ClO)2、CaCl2 、Ca(OH)2 、H2O 和 CaO 的混合物。漂白粉放出的氯气具有漂白作用，叫有效氯。通常用有效氯表示漂白粉的纯度。漂白粉中的有效氯含量常用滴定碘法进行测定，即在一定量的漂白粉中加入过量的KI ，加H2SO4酸化，有效氯与I－作用析出等量的I2，析出的I2以淀粉指示剂立即用Na2S2O3标准溶液滴定。若测定漂白粉中有效氯时用盐酸酸化，则盐酸的浓度最好小于 mol/L，测定的有效氯将 （“偏高”、“偏低”或“不变”）。
〖答案〗2.5 mol/L 不变
【例4】NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质（见图4）。下列说法正确的是
A.25?℃，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大
B.石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂，又是还原剂
C.常温下干燥的Cl2能用钢瓶贮存，所以Cl2不与铁反应
D.图4所示转化反应都是氧化还原反应
〖答案〗B
【例5】为验证卤素单质氧化性的相对强弱，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
实验过程：
Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ．.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ．.当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。
Ⅳ.……
（1）A中产生黄绿色气体，其电子式是 。
（2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。
（3）B中溶液发生反应的离子方程式是 。
（4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是 。
（5）过程Ⅲ实验的目的是 。
（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减北的原因：同主族元素从上到下 ，得电子能力逐渐减弱。
〖答案〗（1）
（1）淀粉KI试纸变蓝 （1分）
（2）Cl2+2Br—=2Cl—+Br2（2分）
(3)打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b,取下D振荡。静置后CCl4层溶液变为紫红色。（2）
（4）确认C的黄色溶液中无Cl2,排除Cl2对溴置换碘实验的干扰。（1分）
（5）原子半径逐渐增大。（1分）
【例6】（2011全国29）（15分）请回答下列实验室中制取气体的有关问题。
（1）下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
装置B、C、D的作用分别是：
B_______________________________________；
C_______________________________________；
D________________________________________．
（2）在实验室欲制取适量N0气体。
①下图中最适合完成该实验的简易装置是________（填序号）；
②根据所选的装置完成下表（不需要的可不填）：
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
③简单描述应观察到的实验现象_______________________________________。
〖答案〗（1）向上排气收集氯气
安全作用，防止D中的液体倒吸进入集气管B中
吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境
（2）①I
②
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
发生NO气体
B
水
排水收集NO气体
C
主要是接收B中排出的水
D
③反应开始时，A中铜表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；
A管上部空间由无色逐渐变为浅棕红色，随反应的进行又逐渐变为无色；
A中的液体由无色变为浅蓝色；
B中的水面逐渐下降，B管中的水逐渐流入烧杯C中。
〖氯气的制取与性质探究实验〗
如图是某研究性学习小组设计制取氯气，并以氯气为反应物进行特定反应的装置。
（1）要将C装置接入B和D之间，正确的接法是： a→ → →d。
（2）实验开始先点燃A处的酒精灯，打开旋塞K，让Cl2充满整个装置，再点燃D处的酒精灯。Cl2 通过C装置后进入D，D装置内盛有炭粉，发生氧化还原反应，生成CO2和HCl(g)，发生反应的化学方程式为 。为了使C装置发挥更好的作用，可向烧杯中加入浓硫酸，加入浓硫酸的作用是 。
（3）D处反应完毕后，关闭旋塞K，移去两个酒精灯，由于余热的作用，A处仍有少量Cl2产生，此时B中的现象是 ，B的作用是 。
（4）用量筒量取20 mL E中溶液，倒入已检查完气密性良好的分液漏斗中，然后再注入10 mL CCl4，盖好玻璃塞（如图），振荡，静置于铁架台上，等分层后取上层液和下层液，呈黄绿色的是 (填“上层液”或“下层液”)，再装入如图所示的烧杯中，能使有色布条褪色的是 (同上)。
(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进，说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图
〖解析〗 (1)连接的关键是C装置的作用，由于D中反应生成了CO2和HCl，有氢元素存在，说明有水参加反应，反应方程式为2Cl2+C+2H2O=4HCl+CO2，C装置的作用是提供水蒸气，而且Cl2从C中出来带
出水蒸气，因此应该是长进短出。
（2）C中提供水蒸气，烧杯中加入浓硫酸，浓硫酸溶于水放热，有利于水蒸气生成。
（3）K关闭，此时B相当于量气装置，生成的气体将B中水压入长颈漏斗中。
（4）此步操作是卤素单质的萃取，Cl2易溶于CCl4，而使CCl4层呈黄绿色，Cl2无漂白性，上层液主要是Cl2和水反应生成的HCl和HClO，HClO具有漂白性，可以使有色布条褪色。
（5）由于D中反应生成了极易溶于水的HCl，E装置不正确，会造成E中水倒吸，可以用一个倒置的小漏斗防止倒吸。
〖答案〗 （1）c b
（2）2Cl2+C+2H2O =4HCl+CO2 加入的浓硫酸溶于水能放出大量的热，有利于试管中的水变为水蒸气，从而提供足量的水蒸气供D中反应需要
（3）瓶中液面下降，长颈漏斗内液面上升 贮存少量Cl2，避免Cl2对环境造成污染
（4）下层液 上层液
（5）D中反应生成的HCl气体极易溶于水，易发生倒吸
改进后的装置如图所示
第四章 非金属及其化合物
第三节 氮及其化合物
复习目标：
1、掌握氮及其化合物（NH3、NO、NO2、HNO3等）的物理化学性质
2、了解氨的实验室及工业制法。
3、掌握HNO3的强氧化性及相关的计算。
基础知识：
一、氮气及氮的氧化物
1.氮气
（1）氮的固定
①含义：使空气中 游离态 的氮转化为 化合态氮 的过程。
②方法：自然固氮、人工固氮
（2）氮气的性质
①物理性质
纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的 78% 。
②结构：电子式为 结构式为 N≡N ，氮氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。
③化学性质
通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。
A．与H2反应：N2+3H22NH3 。
B．与O2反应： N2+O2=2NO 。
C．与Mg反应：N2+3MgMg3N2 。
2.氮的氧化物
NO
NO2
物理性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
能溶（反应）
化学性质
与O2反应
2NO+O2=2NO2
?
与H2O反应
?
3NO2+H2O=2HNO3+NO
实验室制法
（填化学方程式）
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
与人体环境的关系
①与血红蛋白结合使人中毒
②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
【注意】 ①氮的氧化物都是大气污染物。
②空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
③空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。
④NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。
NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝：2NO2+2KI= 2KNO2+I2。
⑤NO、NO2均能与NH3发生归中反应生成N2。
NOx+NH3→N2+H2O。
★☆氮的氧化物的有关计算
1．有关化学反应方程式
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ①
4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ②
4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ③
2NO＋O2=2NO2 ④
2．不同情况及剩余气体的体积
序号
气体
反应
剩余气体
剩余气体的量
Ⅰ
NO2
①
NO
V(NO2)
Ⅱ
NO2＋NO
①
NO
V(NO)原＋V(NO2)
Ⅲ
NO2＋O2
＝4∶1
②
无
0
<4∶1
②
O2
V(O2)原－V(NO2)
>4∶1
①②
NO
[V(NO2)－V(O2)]
Ⅳ
NO＋O2
＝4∶3
③
无
0
>4∶3
③
NO
V(NO)原－V(O2)
<4∶3
③
O2
V(O2)原－V(NO)
3.NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水
(1)先按①反应后，再据表Ⅳ进行计算。
(2)先按④反应后，再据表Ⅲ进行计算。
【注意】
①因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。
②当NO2和N2O4的混合气体作用于H2O时，不要忽视由于NO2的消耗，N2O4会转化为NO2。
【例1】
二、硝酸
1．硝酸的物理性质
色味态：无色有刺激性气味的液体 ；
挥发性：易挥发 ；
水溶性：与水以任意比互溶；
发烟硝酸：质量分数大于98%的硝酸。
2．硝酸的化学性质
(1)具有酸的通性，但考虑其酸性时需首先考虑到 其强氧化性。
【注意】①浓、稀HNO3对紫色石蕊试液作用，前者使之先变红后褪色，后者只使之变红。
②金属与HNO3反应不产生H2。
③比较HNO3与Na2CO3和Na2SO3的反应。(前者为复分解反应，后者为氧化还原反应。)
（2）不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中，说明浓硝酸具有 不稳定性，化学方程式为 4HNO3(浓）= O2↑+4NO2↑+2H2O （加热、光照） 。
(3)强氧化性
①与金属的反应
A．除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。
B．Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为：
Cu+4HNO3(浓） = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀）= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
C．Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生 钝化 ，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。
②与非金属反应
与浓HNO3反应时，非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸，如碳与浓HNO3反应的化学方程式为：C+4HNO3（浓）= CO2↑+4NO2↑+2H2O 。
③与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。
④王水
王水由 浓硝酸 与 浓盐酸 按体积比1∶3混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。
（4）与有机物的反应
①硝化反应（如与苯反应）；
②酯化反应（如与纤维素反应）；
③颜色反应（如与蛋白质反应）。
★☆金属与硝酸的反应
1．金属与HNO3反应的一般通式
（1）金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O
（2）金属+稀硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O
2．反应规律
（1）金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。
（2）铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。
（3）铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。
3．计算方法
（1）原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，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）电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
（4）离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3-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NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
【例2】
三、氨和铵盐
1．物理性质
氨气是 无 色 有刺激性 气味的气体，易 液化可作制冷剂，常温、常压下，1体积的水可溶解 700 体积的氨气。
★☆液氨与氨水的区别
液氨
氨水
形成
氨气液化
氨气溶于水
物质分类
纯净物
混合物
微粒种类
NH3
NH3、NH3·H2O、H＋、H2O、NH4＋、OH－
存在条件
常温常压下不能存在
常温常压下可存在
★☆喷泉实验
1．喷泉形成的原理
容器内外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴的导管喷出来，即形成喷泉。
2．使容器内外产生较大的压强差的方法
（1）减小容器内压强
①容器内气体极易溶于水；
②容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应而被吸收。当外部的水或溶液接触容器内气体时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应而被吸收，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。
（2）增大容器内压强
容器内的液体由于受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或由于发生化学反应，容器内产生大量气体。使容器内压强迅速增大，促使容器内液体迅速向外流动，也能形成喷泉。例如喷雾器、人造喷泉等均是利用了此原理。
3．中学化学中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、H2S、SO2
NO2和O2
CH2=CH2
吸收剂
水、NaOH溶液
水、盐酸
NaOH溶液
H2O
溴水
4．喷泉实验成败的关键
（1）装置气密性要好；
（2）烧瓶要干燥；
（3）气体的纯度要高。
【例3】
2．分子结构
电子式： 三角锥形 。
3．氨的化学性质
（1）与水的反应
，氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有： NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH-、H+ 。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解 。
（2）氨气与酸反应
①蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为 有白烟生成，将浓盐酸改为 浓硝酸，也会出现相同的现象。 化学方程式为： 。
②与CO2等酸性氧化物反应：
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3或2NH3+CO2+H2O=(NH4）2CO3
（3）NH3的还原性
①氨的催化氧化
化学方程式：4NH3+5O2 4NO+6H2O
②与其他氧化剂反应
4NH3+3O2（纯氧）=2N2+6H2O
4xNH3+6NOx =(2x+3)N2+6xH2O
2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O
8NH3+3Cl2 = N2+6NH4Cl（白烟）
（4）与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液
被滴试剂
现象
离子方程式
FeCl3溶液
生成红褐色沉淀
Fe3++3NH3·H2O =Fe(OH)3↓+3NH4+
AlCl3溶液
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O =Al(OH)3↓+3NH4+
AgNO3溶液
先生成白色
沉淀后消失
Ag++NH3·H2O=AgOH↓+ NH4+
AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2］++OH-+2H2O
4．制法
（1）实验室制法
2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O
★☆氨气的三种实验室制法
1．加热固态铵盐和碱的混合物
一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物： 2NH4Cl+Ca(OH)2= 2NH3↑+CaCl2+2H2O。
（1）装置：“固体+固体→气体”（与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同）。
（2）收集：只能用向下排空气法。
（3）干燥：用碱石灰（NaOH和CaO固体的混合物）。
（4）验满方法：①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。
（5）环保措施：收集时，一般在管口塞一团用水或稀H2SO4浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气。
2．加热浓氨水
（1）反应原理：NH3·H2O= NH3↑+H2O。
（2）装置如图1
3．浓氨水中加固态碱性物质
（1）反应原理：
浓氨水中存在以下平衡： ，加入固态碱性物质，（如CaO、NaOH、碱石灰等），使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。
（2）装置如图2
【例4】
（2）工业制法
四、铵盐及NH的检验
1．铵盐的概念
铵根离子与酸根离子构成的化合物。
2．铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，均易溶于水。
3．铵盐的化学性质
（1）受热易分解
NH4Cl NH3↑+HCl
（2）与碱反应
①
②在稀溶液中不加热：
③在浓溶液中不加热：
（3）水解反应：
4． NH的检验
未知液 呈碱性 湿润 红 色石蕊试纸变 蓝 色，则证明含NH。
例题精讲：
【例1】将24 mL NO、NO2的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的量筒内，然后再向其中通入12 mL O2，充分反应后，量筒中剩余气体3 mL，求在相同状况下，原混合气体中NO和NO2的体积各是多少毫升？
〖导航〗本题计算必需用到反应方程式有：(1)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 (2)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。若剩余气体为氧气，NO和NO2完全反应，氧气参加反应的体积为12 mL－3 mL＝9 mL，再用(1)(2)两式可以列方程组求解；若剩余气体为NO，则原混合气体中的NO减去剩余气体的体积，可以根据(1)(2)两式列方程组求解。
〖答案〗若剩余气体为NO：V(NO)＝16.5 mL，V(NO2)＝7.5 mL
若剩余气体为O2：V(NO)＝6 mL，V(NO2)＝18 mL。
【例2】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（ ）
A．60 mL B．45 mL C．30 mL D．15 mL
〖解析〗O2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3仅仅发生了复分解反应，则n（Cu）=2n(O2)=0.15 mol，n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol，V(NaOH)=0.06 L=60 mL，故选A。
【例3】喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在压强差。
（1）图甲中，为化学教学中所用的喷泉实验装置。
在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是 （ ）
A．HCl和H2O B．O2和H2O C．NH3和H2O D．CO2和NaOH溶液
（2）某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设 计了如图乙所示的装置。
①在图乙的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是 （ ）
A．Cu与稀盐酸 B．NaHCO3与NaOH溶液
C．CaCO3与稀硫酸 D．NH4HCO3与稀盐酸
这种方法产生喷泉的原理是： 。
②在图乙锥形瓶外放一水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入水后，再加入足量的下列物质，结果也产生喷泉。水槽中加入的物质可以是 （ ）
A．浓硫酸 B．食盐 C．硝酸钾 D．硫酸铜
这种方法产生喷泉的原理是： 。
③比较图甲和图乙两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图甲 上部烧瓶内气体压强；图乙 下部锥形瓶内气体压强。（填“增大”或“减小”）
（3）城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述 （填“图甲”或“图乙”）装置的原理相似。
〖解析〗图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶解于烧杯和滴管中的液体，使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差形成“喷泉”。图乙装置恰恰相反，下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从下瓶中压入到上瓶形成“喷泉”。
〖答案〗 （1）B （2）①D 锥形瓶中发生反应：NH4HCO3+HCl=NH4Cl+CO2↑+H2O，随着CO2气体产生，锥形瓶中的压强增大而产生“喷泉”
②A 浓 H2SO4 溶于水时，放出大量的热，温度升高使锥形瓶中的酒精挥发加快，瓶内压强增大，从而形成“喷泉” ③减小 增大（3）图乙
【例4】下列装置能达到实验目的的是（ ）
①实验室制取并收集NH3 ②吸收NH3 ③检查装置气密性 ④利用排空气法收集CO2
A．①④ B．②④ C．②③ D．①③
〖解析〗 ①项收集NH3装置中无棉花；②项NH3通入CCl4中，NH3不溶于CCl4，不会产生倒吸，逸出的NH3又可被稀H2SO4吸收；③项向长颈漏斗中加一定量水，没过长颈漏斗的下端，关闭止水夹，再加一定量的水，液面停止在某一高度不下降，可说明气密性良
好,反之，气密性不好；④项，收集比空气重的气体应长进短出。
〖答案〗 C
【例5】（2011天津）7．（14分）图中X、Y、Z为单质，其他为化学物，它们之间存在如下转化关系（部分产物已略去）。其中，A俗称磁性氧化铁：E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。
回答下列问题：
（1）组成单质Y的元素在周期表中的位置是 ；M中存在的化学键类型为 ；R的化学式是 。
（2）一定条件下，Z与H2反应生成ZH4，ZH的电子式为 。
（3）已知A与1molAl反应转化为X时（所有物质均为固体）。放出aKJ热量。写出该反应的热化学方程式： 。
（4）写出A和D的稀溶液反应生成G的离子方程式：
（5）问含4mol D 的稀溶液中，逐渐加入X3粉末至过量。假设生成的气体只有一种，请在坐标系中画出n（X2+）随n（X）变化的示意图，并标出n（X2+）的最大值。
〖答案〗（1）第二周期第VIA族
离子键、共价键 H2SiO3（H4SiO4）
（2）
（3）8A1（s）+3Fe3O4（s） 9Fe（s）+4A12O3（s） △H=—8akJ/mol
（4）3Fe3O4+28H++NO3— 9Fe3++NO↑+14H2O （5）
【例6】（2011重庆，27）（15分）固态化合物A由两种短周期元素组成，可与水放生复分解反应，甲组同学用题27图装置（夹持装置略）对其进行探究实验。
（1）仪器B的名称是____________。
（2）试验中，Ⅱ中的试纸变蓝，Ⅳ中黑色粉末逐渐变为红色并有M生成，则Ⅲ中的试剂为__________________；Ⅳ发生反应的化学方程式为____________；Ⅴ中的试剂为____________________。
（3）乙组同学进行同样实验，但装置连接顺序为Ⅰ—Ⅲ——Ⅳ—II—Ⅴ——Ⅵ，此时Ⅱ?中现象为________，原因是__________________。
（4）经上述反应，2．5g 化合物A理论上可得0．56L（标准状况）M；则A的化学式为________________．
〖答案〗 (1)分液漏斗
(2)碱石灰； 3CuO+ 2NH3 3Cu +N2+3H2O；浓H2SO4
(3)试纸变蓝，Cu0与氨气反应生成的水和未反应的氨气形成氨水，使试纸变蓝
(4) Mg2N2
〖实验探究 铜与硝酸反应的实验设计〗
铜与稀硝酸反应产生NO，NO又被氧化成NO2，对实验观察无色NO有干扰，过多的
NO、NO2又会污染环境。改进实验的设计符合绿色化学的思想。
【实验探究1】某兴趣小组设计出右图所示装置来改进教材中“铜与硝酸的反应”实验，以探究化学实验的绿色化。
（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的是 。
（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是 。
再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是 。
（3）下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理
念的最佳方案是 ，理由是 。
方案
反应物
甲
Cu、浓HNO3
乙
Cu、稀HNO3
丙
Cu、O2、稀HNO3
（4）该小组还用上述装置进行实验，证明氧化性KMnO4＞Cl2＞Br2。操作步骤为 ，实验现象为 。但此实验的不足之处是 。
〖解析〗加2 mL蒸馏水，浓HNO3的浓度减小，化学反应速率减慢。
甲：Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
乙：3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
丙：2Cu+O2 =2CuO，CuO+2HNO3(稀)=Cu(NO3)2+H2O
甲、乙分别有污染环境的NO2和NO生成，而且甲、乙、丙制取相同质量的Cu(NO3)2时，耗硝酸分别为：4 mol、mol、2 mol，所以丙方案最佳。
〖答案〗 (1)检查装置气密性
（2）Cu+4HNO3 (浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应变缓，气体颜色变淡
（3）丙 耗酸量最少，无污染
（4）向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色 没有处理尾气
【实验探究2】某课外小组对污染大气的部分非金属氧化物进行探究。查资料得知，利用催化剂可使汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物大部分发生反应转化为二氧化碳和氮气。该小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图所示装置（部分夹持装置已略去）。
①实验前关闭旋塞K，先通氮气排净装置中的空气，其目的是 。
②装置Ⅲ的主要作用是 。
③加热停止后，打开旋塞K，放入适量氧气时，装置Ⅱ中可观察到的现象是 。
④该套装置中有不完善之处，还应在装置Ⅳ后补充 。
⑤工业上通常用氢氧化钠溶液吸收一氧化氮、二氧化氮的混合气体。相关反应为：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O、NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O。
将体积之比为2∶3的NO和NO2的混合气体通入足量的氢氧化钠溶液中，气体完全反应后，所得溶液中= 。
〖解析〗 ①CO具有还原性，且与空气混合达到一定比例时易爆炸，所以反应之前，应向装置中通入N2赶出装置内的空气，以免出现爆炸事故。
②CO和NO在催化剂和加热条件下发生反应生成N2和CO2，通过装置Ⅲ中澄清石灰水是否变浑浊来验证是否生成了CO2。
③由于有部分NO没有转化为N2，向装置中通入空气时，装置Ⅱ中的NO与O2反应生成红棕色NO2。
④由于尾气中仍残留未反应的有毒的CO、NO气体，所以应在装置Ⅳ后面增加尾气处理装置。
⑤设NO为2 mol，则NO2为3 mol，要使NO、NO2被完全吸收，则2 mol NO、2 mol NO2与NaOH反应生成4 mol NaNO2，1 mol NO2与NaOH反应生成0.5 mol NaNO3、0.5 mol NaNO2，故所得溶液中n(NaNO3)=0.5 mol，n(NaNO2)=4.5 mol，故n（NaNO3）/n(NaNO2)=1/9。
〖答案〗 ①防止出现爆炸 ②检验CO是否转化为CO2
③出现红棕色气体 ④尾气处理装置 ⑤1/9
第四章 非金属及其化合物
第四节 硫及其化合物
复习目标：
1、掌握硫及其化合物（H2S、SO2、SO3、H2SO4等）物理及化学性质。
2、掌握O3、H2O2的性质。
3、了解环境保护的相关常识。
基础知识：
一、臭氧
物理性质：常温、常压下，是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，密度比空气密度大。
化学性质
（1）极强的氧化性：O3+2KI+H2O=2KOH+I2+O2
（2）不稳定性：2O3=3O2（升高温度，分解速率加快）
（3）漂白和消毒
（4）产生方式： 3O2=2O3（放电条件）
3、臭氧层
二、过氧化氢
1、结构
2、化学性质
（1）不稳定性：2H2O2=2H2O+O2↑
（2）还原性：遇到强氧化剂时，显还原性。
2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O
（3）氧化性： H2O2+Na2SO3=Na2SO4+H2O
杀菌、消毒、漂白，能使NaOH的酚酞溶液的红色褪去，注意不是H2O2的弱酸性所致。
三、硫及硫的氧化物
1、硫
（1）残留在试管内壁上的硫呈现 淡黄色 色，可以用 CS2 溶解除去，因为硫的溶解性为难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳 。
（2）如何比较S与Cl2的氧化性强弱？（从与非金属、金属反应的角度举三个例子）？
（3）S在空气中燃烧和在纯氧中燃烧时，现象是否相同？产物是否相同？
2、二氧化硫
（1）SO2的物理性质
①颜色、状态：SO2是一种 无 色、有 刺激性 气味的气体。
②溶解性：SO2 易溶于水，且易液化。
③毒性：SO2有毒，尾气中的SO2用 碱溶液吸收。
④密度：SO2的密度比空气的大 ，收集SO2用 向上排空气法。
（2）SO2的化学性质
①具有酸性氧化物的通性
A．与H2O反应
SO2与水反应生成H2SO3，化学方程式为： SO2+H2O=H2SO3 。
B．使指示剂变色：SO2能使石蕊试液变 红 色。注意：SO2不能使指示剂褪色。
C．与碱反应
当NaOH足量时，反应的化学方程式为：SO2+2NaOH= Na2SO3+H2O；当NaOH不足量时，反应的化学方程式为：SO2+NaOH= NaHSO3 。
D．可与碱性氧化物或某些盐反应。
SO2与Na2SO3溶液反应生成NaHSO3，化学方程式为： SO2+Na2SO3+H2O=2NaHSO3。
②氧化性
将SO2通入到氢硫酸（H2S溶液）中：
A．反应的化学方程式为：2H2S+SO2 =3S↓+2H2O；
B．实验现象：产生 淡黄色沉淀 。
③还原性
A．SO2被O2氧化成SO3的反应的化学方程式为：2SO2+O22SO3。
B．SO2的水溶液能被X2（Cl2、Br2、I2）氧化，如SO2能使溴水褪色，反应的化学方程式为：SO2+Br2+2H2O= 2HBr+H2SO4 。
C．SO2能使酸性KMnO4溶液的紫红色褪去,反应的离子方程式为： 2MnO +5SO2+2H2O= 2Mn2++5SO+4H+
④漂白性
SO2+H2O+有色物质 不稳定无色物质 有色物质
3．三氧化硫
（1）SO3与水的反应：SO3 +H2O=H2SO4 ，反应放出大量的热。
（2）SO3是酸性氧化物，它跟碱性氧化物或碱都能反应生成硫酸盐。
①SO3与氧化钙的反应：SO3+CaO= CaSO4 。
②SO3与Ca(OH)2的反应：SO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O。
★二氧化硫和二氧化碳比较
SO2
CO2
物
理
性
质
颜色气味
无色、刺激性气味
无色无味
密度
比空气大
比空气大
毒性
有毒
无毒
溶解性
易溶，常温常压下1：40
微溶，常温常压下1：1
熔点
相对较高，易液化
相对较低，难液化
化
学
性
质
与水反应
SO2＋H2O=H2SO3
CO2＋H2O=H2CO3
与碱反应
通入澄清的石灰水中，先生成沉淀，当气体过量时沉淀又溶解
Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O
CaSO3＋SO2＋H2O===Ca(HSO3)2
通入澄清的石灰水中，先生成沉淀，当气体过量时沉淀又溶解
Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O
CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2
氧化性
SO2＋2H2S=3S↓＋2H2O
CO2＋C=2CO
还原性
能被高锰酸钾、氧气、氯水、溴水、碘水等氧化剂氧化
无
漂白性
能与某些有色物质生成不稳定的无色物质而使其褪色
无
对环境的影响
形成酸雨，直接危害人体健康
引起温室效应
鉴别
①利用二氧化硫的刺激性气味
②利用二氧化硫的还原性，用高锰酸钾溶液或溴水是否褪色鉴别
③利用二氧化硫的漂白性，用品红溶液鉴别
★SO2和CO2的鉴别方法
SO2和CO2都能使澄清的石灰水变浑浊，若通入的气体过量，则沉淀都可消失。所以不能用澄清的石灰水鉴别CO2和SO2。通常可用以下方法：
(1)用品红溶液，使品红溶液褪色的是SO2，不能使品红溶液褪色的是CO2。
(2)用氢硫酸，出现浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2。2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O。
(3)用酸性KMnO4溶液，紫色褪色的是SO2，无明显现象的是CO2；
2KMnO4＋5SO2＋2H2O=K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。
(4)用溴水，使橙色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2；
Br2＋2H2O＋SO2=2HBr＋H2SO4。
(5)用HNO3酸化的Ba(NO3)2，溶液产生白色沉淀的是SO2，无明显现象的是CO2。
2HNO3＋3SO2＋2H2O=3H2SO4＋2NO↑，
Ba(NO3)2＋H2SO4=BaSO4↓＋2HNO3。
(6)用FeCl3溶液，使棕黄色变绿色的是SO2，无明显现象的是CO2。
四、硫酸
1、稀硫酸：具有酸的通性。
2、浓硫酸：
（1）物理性质
纯H2SO4是无色油状液体，沸点高，难挥发，密度大于水，溶解于水时放出 大量的热。
（2）特性
①吸水性（常用作干燥剂）
A．可用浓H2SO4干燥的气体有：H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2、C2H4等。
B．不能用浓硫酸干燥的气体有：碱性气体，如 NH3 ；
还原性气体，如 H2S、HBr、HI 等。
②脱水性
浓H2SO4将有机物里的氢、氧元素按原子个数 2:1的比例脱去，
例如：C2H5OHCH2=CH2↑+H2O。
(3)强氧化性
①与金属的反应
浓H2SO4能氧化Cu等不活泼的金属，反应的化学方程式为：Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+H2O。 冷的浓H2SO4能使铁、铝发生钝化。
②与非金属的反应
加热条件下浓H2SO4能氧化C等非金属单质，反应的化学方程式为：
C+2H2SO4（浓） CO2↑+2SO2↑+2H2O 。
★硫酸跟金属反应的一般规律
(1)稀硫酸跟金属活动顺序中氢前面的金属反应放出H2，跟氢后面的金属不反应。
(2)在常温下铁、铝遇冷的浓硫酸发生“钝化”，但加热时却剧烈地反应。
(3)Au、Pt与浓、稀硫酸均不发生反应。
(4)除Au、Pt之外的大部分金属，在加热的条件下均能跟浓硫酸发生反应，但不放出H2。浓硫酸的还原产物一般是SO2，被还原的H2SO4占参加反应H2SO4总量的1/2
★如何鉴别浓H2SO4和稀H2SO4？试列举可能的方法。
方法一：取少量蒸馏水，向其中加入少量试样硫酸，如能放出大量热则为浓H2SO4，无明显变化则为稀H2SO4。
方法二：观察状态，浓H2SO4为黏稠状液体，而稀H2SO4为黏稠度较小的溶液。
方法三：用手掂掂份量，因为浓H2SO4的密度较大（1.84 g/cm3)。相同体积的浓H2SO4和稀H2SO4，浓H2SO4的质量大得多。
方法四：取少量试样，向其中投入铁片，若产生大量气体则为稀H2SO4，Fe+2H+=Fe2++H2↑；若无明显现象（钝化），则为浓H2SO4。
方法五：用玻璃棒蘸取试样在纸上写字，立即变黑（浓H2SO4的脱水性）者为浓H2SO4，否则为稀H2SO4。
方法六：取少量试样，分别投入一小块铜片，稍加热发生反应的（有气泡产生）为浓H2SO4（浓H2SO4的强氧化性），无现象的是稀H2SO4。
3．SO的检验
检验SO时要防止其他离子的干扰
①Ag＋干扰：先用盐酸酸化，能防止Ag＋干扰，因为Ag＋＋Cl－=AgCl↓。
②CO、SO干扰：因为BaCO3、BaSO3也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中。因此检验SO时，必须用酸酸化(不能用稀HNO3酸化)。例如：BaCO3＋2H＋=H2O＋CO2↑＋Ba2＋。
所用钡盐溶液不能为Ba(NO3)2溶液，因为在酸性条件下，SO32－等会被溶液中的NO3－ (H＋)氧化为SO42－，从而得出错误的结论。
4．SO的检验
加入氯化钡溶液生成白色沉淀，再加入盐酸，沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。发生的反应为：
SO＋Ba2＋=BaSO3↓，
BaSO3＋2H＋===Ba2＋＋SO2↑＋H2O。
5．硫酸的用途
（1）制取化肥，如磷肥、氮肥；
（2）清除金属表面的氧化物；
（3）制取挥发性酸；
（4）用于精炼石油，制造炸药、农药等，是实验室里常用的试剂。
例题精讲：
【例1】（2010北京9）用右图所示实验装置（夹持仪器已略去）探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是 （ ）
A．上下移动①中铜丝可控制SO２的量
B．②中选用品红溶液验证SO２的生成
C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2
D．为确认CuSO4生成,向①中加水，观察颜色
〖答案〗D
【例2】一位同学设计了下列三个实验方案以验证某无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案一：将无色气体通入酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，反应后气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。即可证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案二：将无色气体通入溴水，溴水褪色，将反应后的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案三：将无色气体通入品红试液后再依次通入酸性KMnO4溶液、品红试液，最后通入澄清的石灰水。结果品红试液褪色、KMnO4溶液颜色变浅、品红试液不褪色、石灰水变浑浊，证明原无色气体既含有SO2，又含有CO2。
(1)试回答上述三个方案中，能证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2的方案是________。简述其理由：___________________________________________________。
(2)若将该无色气体通入用HNO3酸化的BaCl2溶液，无沉淀产生，将该气体再通入澄清石灰水产生白色沉淀，说明含有什么成分？
(3)若考虑物理方法你还能设计一套实验方案吗？
〖解析〗分析时一要考虑SO2与CO2的共性是均能使澄清石灰水变浑浊；二要考虑到二者的区别，SO2具有还原性，并能使品红试液褪色，CO2不具备这些性质；三要考虑能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色的物质不仅有SO2，还有H2S、C2H4、C2H2等。因此证明既有SO2又有CO2的实验程序一般应为检验SO2存在→除去SO2→证明SO2已除尽→证明CO2存在。符合上述实验程序的应是方案三。
〖答案〗 (1)方案三，品红试液褪色证明含有SO2，KMnO4溶液颜色变浅、品红试液不褪色证明SO2已除尽，澄清石灰水变浑浊证明含有CO2。
(2)该气体含有CO2无SO2，因为若有SO2，通入含有HNO3的溶液中会被氧化为H2SO4，与BaCl2溶液反应产生BaSO4沉淀。
(3)可先闻气味，若有刺激性气味证明含有SO2，再用溴水或KMnO4将SO2除尽后用澄清石灰水检验CO2的存在。
【例3】（2010广东理综卷）33.（16分）
某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2+2NaOH = ________________．
（2）反应Cl2+Na2SO3+2 NaOH===2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为________________．
（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl-、OH 和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO2的影响）．
提出合理假设 ．
假设1：只存在SO；假设2：既不存在SO也不存在ClO-；假设3：_____________．
设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3moLL-1H2SO4、1moLL-1NaOH、0.01molL-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液．
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moLL-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中．
步骤2：
步骤3：
〖解析〗 (1) NaOH过量，故生成的是正盐：SO2+2NaOH =Na2SO3+H2O。
(2)S元素的价态从+4→+6，失去电子做表现还原性，故还原剂为Na2SO3。
(3)①很明显，假设3两种离子都存在。
②加入硫酸的试管，若存在SO、ClO-，分别生成了H2SO3和HClO；在A试管中滴加紫色石蕊试液，若先变红后退色，证明有ClO-，否则无；在B试管中滴加0.01molL-1KMnO4溶液，若紫红色退去，证明有SO，否则无。
〖答案〗(1) Na2SO3+H2O
(2) Na2SO3
(3) ①SO、ClO-都存在
②
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moLL-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2：在A试管中滴加紫色石蕊试液
若先变红后退色，证明有ClO-，否则无
步骤3：在B试管中滴加0.01molL-1KMnO4溶液
若紫红色退去，证明有SO，否则无
【例4】（2010全国新课标，26）物质A～G有下图所示转化关系（部分反应物、生成物没有列出）。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色沉淀。
请回答下列问题：
（1）写出下列物质的化学式：B 、E 、G ；
（2）利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是 ，阴极物质是 ，电解质溶液是 ；
（3）反应②的化学方程式是 。
（4）将0. 23 mol B和0.11 mol氧气放入容积为1 L的密闭容器中，发生反应①，在一定温度下，反应达到平衡，得到0.12 mol D，则反应的平衡常数K= 。若温度不变，再加入0.50 mol氧气后重新达到平衡，则B的平衡浓度 （填“增大”、“不变”或“减小”），氧气的转化率 （填“升高”、“不变”或“降低”），D的体积分数 （填“增大”、“不变”或“减小”）。
〖答案〗（1）SO2 H2SO4 Cu2O
（2）粗铜 精铜 CuSO4溶液
（3）Cu+2H2SO4 (浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
（4）23.8mol-1·L 减小 降低 减小
〖实验探究 关于SO2制取及性质实验〗
【实验探究1】某研究性学习小组为研究Cu与浓H2SO4的反应，设计如下实验探究方案（装置中的固定仪器和酒精灯均未画出）：
请回答下列问题：
（1）D、E两容器中CCl4的作用是 。
（2）加热过程中，观察到A容器中出现大量白色烟雾，随着反应的进行，底部有白色沉淀生成，你认为该沉淀物是 ，分析可能的原因是 。
（3）对A容器中的浓H2SO4和铜片进行加热，很快发现C容器中品红溶液褪色，但始终未见D容器中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。你的猜想是 。设计实验验证你的猜想 。
（4）实验结束后，为了减少环境污染，将各容器中的SO2除尽，可采取的操作是 。
〖解析〗（1）SO2通入碱溶液中易发生倒吸，但SO2在CCl4中溶解度小，所以CCl4的作用是防止倒吸。
（2）根据铜与浓硫酸反应的产物可推知，白色沉淀可能为无水硫酸铜。这是由于浓硫酸浓度较大，含水量少，再加上浓硫酸的吸水作用，硫酸铜无法带结晶水析出，只能生成无水硫酸铜。
（3）要从SO2易溶于水，产生气体速度快和澄清石灰水中Ca(OH)2含量低，易生成Ca(HSO3)2的角度来考虑。
（4）注意观察A容器的结构特点，可通入空气将各容器中的SO2排入NaOH溶液中。还要注意，此法不能完全赶走B瓶中的SO2，要另外加入NaOH溶液除去。
〖答案〗 （1）防止倒吸
（2）CuSO4 浓硫酸中含水少，生成的硫酸铜较多，且浓硫酸具有吸水作用
（3）SO2溶解度较大，澄清石灰水中Ca(OH)2含量低，生成了Ca(HSO3)2溶液取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成（或者加热、加盐酸检验SO2气体等方法）
（4）打开A容器上的弹簧夹，用注射器向其中通入空气，最后再在B中加入NaOH溶液盖上塞子，振荡即可
【实验探究2】某同学用如图所示装置探究SO2的性质及其有关实验。
(1)实验室用亚硫酸钠固体和一定浓度的硫酸反应制备SO2 气体，写出该反应的化学方程式： 。
（2）分别将SO2气体通入下列C溶液中，请回答下列问题：
①少量SO2通入紫色石蕊试液，现象是 ，继续通入过量SO2气体，现象是 。
②SO2通入紫红色KMnO4溶液，现象是 ， 其反应的离子方程式为 。
③SO2慢慢地通入澄清石灰水中，现象是 。
④若C取双氧水，则通入SO2后，请大胆判断所得溶液是什么 （填溶质的化学式），若该同学制备的SO2气体中混有CO2气体，产生杂质的的原因可能是亚硫酸钠固体中混有 。要证明气体中既有SO2又有CO2，应该选用的试剂依次为 。
〖解析〗 （2）①SO2通入水中生成H2SO3，H2SO3H++HSO，HSO H++SO，溶液呈酸性，遇到石蕊显红色。
②SO2通入紫红色KMnO4溶液中MnO氧化SO2，自身被还原为Mn2+，所以颜色逐渐变淡或紫红色消失。
③SO2通入澄清石灰水中SO2+Ca(OH)2= CaSO3↓+H2O，过量时SO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2。
④证明气体中既有SO2又有CO2，首先证明SO2，再除去SO2，防止干扰CO2的检测。
〖答案〗（1）Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)①变红 不褪色或不明显
②颜色逐渐变淡或紫红色消失 5SO2+2MnO+2H2O=5SO+2Mn2++4H+
③先变浑浊，后又变澄清
④H2SO4 碳酸盐或碳酸氢盐 品红、酸性KMnO4溶液、品红、澄清石灰水
第一课时 碳、硅及其化合物
复习目标：
1、掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系。
2、了解硅酸盐工业，新型无机非金属材料的特性及其应用。
基础知识：
一、碳、硅元素的存在及单质的性质和用途
1．存在形态
自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。碳单质主要有金刚石、石墨等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。
2．单质的性质与用途比较
碳
硅
结构
金刚石：空间网状 结构
石墨： 层状结构的晶体
晶体硅：空间网状结构
物理性质
金刚石熔点高、硬度大
石墨熔点高、质软 ，有滑腻感
晶体硅硬度 大、熔点 高
化
学
性
质
与非金属
单质反应
与O2反应：C＋O2=CO2(完全燃烧),
2C＋O2=2CO(不完全燃烧)
与O2、Cl2反应：
Si+O2=SiO2
Si+2Cl2=SiCl4
与氧化物
反应
与CuO,SiO2反应C＋2CuO=2Cu＋CO2↑
C+SiO2=Si+2CO↑
与酸反应
与浓H2SO4、浓HNO3反应：
与氢氟酸的反应：
C＋2H2SO4(浓)=CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，
C＋4HNO3(浓)=CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑
与碱反应
Si+2OH-+H2O=SiO+2H2↑
【例1】
3．碳、硅元素的单质及其化合物的特殊性
①一般情况，非金属元素单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。
②一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。
③一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2C =Si＋2CO↑，FeO＋C = Fe＋CO↑。
④硅为非金属，却可以和强碱反应，放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。
⑤一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。
⑥一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。
⑦一般情况，非常活泼金属(Na、K等)才能够置换出H2O中的氢，但C＋H2O(g)=CO+ H2↑。
⑧一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O= H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。
4．硅与铝的相似性及区别
（1）与强碱溶液反应时相似
①Si、Al均与NaOH溶液反应生成盐和H2。
②SiO2、Al2O3、H2SiO3、H3AlO3［Al(OH)3］均与NaOH溶液反应生成盐和水。
③Na2SiO3、NaAlO2溶液通入过量CO2均生成白色 沉淀。
（2）区别
①除氢氟酸外，Si、SiO2、H2SiO3不与其它酸反应。
②Al2O3、Al(OH)3属两性化合物。
③Na2SiO3溶液、NaAlO2溶液与过量盐酸反应时现象不同。
二、CO2和SiO2的比较
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学式
SiO2
CO2
晶体类型
原子晶体
分子晶体
主要物理性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质
与水反应
不反应
CO2＋H2O=H2CO3
与酸反应
SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O
不反应
与碱反应
SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O (盛碱液的试剂瓶用橡皮塞)
CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O
CO2＋NaOH=NaHCO3
与盐反应
SiO2＋Na2CO3=Na2SiO3＋CO2↑
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClO
CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3
与碱性氧化物反应
SiO2＋CaO=CaSiO3
CO2＋Na2O===Na2CO3
三、硅酸和硅酸盐
1．硅酸
(1)溶解性：溶解度很小。
(2)化学性质——弱酸性：酸性比碳酸还弱。Na2SiO3＋CO2+H2O==Na2CO3＋H2SiO3 ↓ 。
(3)制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：
Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
2．硅酸盐
(1)硅酸盐：是由 硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。
(2)硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称 水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。
(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 Na2O·SiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为：K2O·Al2O3·6SiO2 。
【注意事项】
氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
①氧化物之间以“·”隔开；②系数配置出现分数应化为整数。
例如：长石：KAlSi3O8不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
四、传统无机非金属材料
（1）普通玻璃
①主要原料： 纯碱、石灰石、石英。
②主要成分： Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2 。
（2）普通硅酸盐水泥
①主要原料： 石灰石 、 黏土 。
②主要成分（写出名称和化学式）：
硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)
【例2、3】
例题精讲：
【例1】(2008年全国卷Ⅱ)对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是( )
A．SiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键
B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8
C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应
D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2
〖解析〗ⅣA族元素最外层电子数都是4，但C原子的次外层只有2个电子，Ge原子的次外层有18个电子。SiO2和CO2都是共价化合物，且都是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性。答案为B。
〖答案〗B
【例2】 下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是 （ ）
A.传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B.新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C.高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D.传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
〖解析〗无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能,如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
〖答案〗 B
【例3】下列表述正确的是 （ ）
①人造刚玉的熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A．①②③ B．②④ C．③④⑤ D．③⑤
〖答案〗D
〖实验探究 高纯硅的制取实验〗
单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度为450℃~500℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置图：?
相关信息如下：?
①四氯化硅遇水极易水解?
②硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物?
③有关物质的物理常数见下表：?
请回答下列问题：?
（1）装置A中g管的作用是 ；装置C中的试剂是 。?
（2）甲方案：f接装置Ⅰ；乙方案：f接装置Ⅱ。但是装置Ⅰ、Ⅱ都有不足之处，请你评价后填写下表。?
方案
优点
缺点
甲
乙
（3）在上述（2）的评价基础上，请你设计一个合理方案并用文字表述： 。
（4）SiCl4与H2反应的化学方程式为 。
〖解析〗 (1)g管使分液漏斗与烧瓶连通，使浓盐酸顺利滴下。由信息知，四氯化硅与水反应，故需除去氯气中的水。B瓶装饱和食盐水除去氯气中的氯化氢气体，C瓶装浓硫酸干燥氯气。（2）四氯化硅在常温下易液化，如果收集产品的导管太细易堵塞导管；制取的四氯化硅需要冷凝；由于尾气中含有氯气，要设置尾气处理装置，四氯化硅易水解，要避免空气中的水蒸气进入产品收集装置。?
（3）将甲、乙方案的优点集中在一起设计合理的方案。
〖答案〗 （1）平衡压强，使液体从分液漏斗中顺利流下浓硫酸?（2）
方案
优点
缺点
甲
①收集产品的导管粗，不会堵塞导管
②冷凝产品，减少产品损失
①空气中的水蒸气进入产品收集装置，使四氯化硅水解?
②尾气没有处理，污染环境
乙
①有尾气处理装置，注重环保?②避免空气中的水蒸气进入装置
①产品易堵塞导管?
②没有冷凝装置，产品易损失
（3）在装置Ⅰ的i处接干燥管j?
（4）SiCl4+2H2=Si+4HCl
第四章 非金属及其化合物
第二课时 富集在海水中的元素——氯
复习目标：
1、掌握氯及其化合物的物理、化学性质。
2、掌握卤族元素的相似性和递变性。
3、理解海水资源的综合开发利用以及氯碱工业。
基础知识：
一、氯气
【思考】并回答下列问题：
（1）Cl2为什么易液化？常见的易液化的气体还有哪几种？
（2）用什么现象说明Cl2溶于水时只有少量Cl2与水发生了反应？
（3）将Cl2通入石蕊试液中的现象是什么？
（4）常见的有特殊颜色的气体有哪些？各显什么颜色？
（5）你知道的具有漂白性的物质有哪些？漂白原理有什么不同？
1、物理性质
通常情况下，氯气是黄绿色、有刺激性气味的气体。 密度比空气大 ，有毒，易液化，能溶于水，通常1体积水约溶解 2 体积氯气，其水溶液称为氯水。
实验室里闻有毒气体及未知气体气味的方法是：用手在瓶口轻轻扇动，仅使极少量气体飘进鼻孔 。
2、化学性质
Cl的最外层有7个电子，易得到1个e-，具有很强的氧化性，能跟很多具有还原性的物质发生反应，如金属、非金属单质、化合物等。
（1）与金属反应
铜、铁在氯气中燃烧的化学方程式为：
Cu+Cl2 = CuCl2 (棕黄色烟)
2Fe+3Cl2 =2FeCl3 （棕褐色烟)
（2）与非金属反应
氢气在氯气中燃烧的化学方程式为：
H2+Cl2 = 2HCl (苍白色火焰)
★（3）与水反应
氯气与水反应的化学方程式： Cl2+H2O=HCl+HClO 。
A、氯水与次氯酸
氯气的水溶液叫氯水，呈黄绿色，溶于水的部分氯气与水反应生成盐酸和次氯酸。
Cl2＋H2OHCl＋HClO
次氯酸(HClO)具有三个性质：
(1)弱酸性，其酸性比碳酸还弱，即HClO?H＋＋ClO－。
(2)不稳定性：次氯酸不稳定，见光容易分解放出氧气。
化学方程式是2HClO= 2HCl＋O2↑。
(3)强氧化性：次氯酸是一种强氧化剂，能杀死水里的病菌，故自来水常用氯气来杀菌消毒。次氯酸的强氧化性，能使某些有机色质褪色，可用作漂白剂。
B、物质的漂白
(1)褪色：是指有色物质变为无色物质。有物理变化也有化学变化。
例如：把木炭投入NO2气体的集气瓶中，塞紧瓶塞摇动瓶子，集气瓶内的气体变为无色。在CuSO4溶液中加入氢氧化钠溶液，溶液由蓝色变为无色，前者是物理变化，后者是化学变化。
(2)漂白，特指染料(有机物)或有机色质变为无色物质，它是化学变化，发生物理变化的有机物褪色不是漂白，如把木炭投入盛有红墨水的锥形瓶中，轻轻振荡溶液变为无色。发生化学变化的有：二氧化硫能使品红溶液褪色，是因为发生了化学变化生成了不稳定的无色物质，加热后，恢复品红的颜色。过氧化钠和氯水漂白，是利用了两者的强氧化性，生成了稳定的无色物质。与二氧化硫漂白原理不同。
C、新制氯水、久置氯水、液氯的区别
新制氯水
久置氯水
液氯
类别
混合物
混合物
纯净物
微粒
H2O、Cl2、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－
H2O、H＋、Cl－
Cl2
主要性质
呈黄绿色、导电、具有酸性、氧化性、漂白性
无色、导电、具有酸性、无氧化性、无漂白性
黄绿色、不导电、具有氧化性
保存
棕色瓶盛装，置于阴暗处
低温密封
D、氯水中的平衡移动 化学方程式是Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO
向氯水中加入的物质
浓度变化
移动的方向
应用
可溶性的氯化物
c(Cl－)增大
左移
用饱和食盐水除去氯气中氯化氢
稀酸
c(H＋)增大
左移
次氯酸盐与浓盐酸反应制Cl2
NaOH
c(H＋)减小
右移
用氢氧化钠吸收多余Cl2
Ca(OH)2
c(H＋)减小
右移
制取漂白粉
CaCO3
c(H＋)减小
右移
制高浓度次氯酸溶液
光照
c(HClO)减小
右移
氯水避光保存或现用现配
E、氯水的性质
氯水的多种成分决定了它具有多重性质：①Cl2的强氧化性；②HCl的强酸性；③HClO的强氧化性、弱酸性；④Cl－的性质。在不同的反应中，氯水起作用的成分不同，现列表如下：
参与反应的微粒
所加试剂
实验现象
离子方程式或解释
Cl－
AgNO3溶液
白色沉淀
Cl－＋Ag＋=AgCl↓
H＋
Na2CO3固体
有气泡产生
2H＋＋CO=CO2↑＋H2O
HClO
有色布条
布条颜色褪去
发生氧化还原反应
Cl2
FeCl2溶液
溶液变棕黄色
2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－
Cl2、H2O
SO2
黄绿色褪去
SO2＋Cl2＋2H2O=4H＋＋2Cl－＋SO
HClO、H＋
石蕊溶液
先变红后褪色
酸性和漂白性
Cl2、H＋
镁粉
氯水的颜色褪去并有气泡产生
Mg＋Cl2=Mg2＋＋2Cl－
Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑
【例2】
（4）与碱反应（完成下列化学方程式）
①与烧碱反应:Cl2+2NaOH = NaCl+NaClO+H2O ，
②制取漂白粉： 2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。
漂白粉的主要成分是 CaCl2、Ca(ClO)2 ，有效成分是 Ca(ClO)2。
【思考】漂白粉的漂白原理是什么？为什么要密封保存？
漂白粉的漂白原理是：Ca(ClO)2+2HCl =CaCl2+2HClO
Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO
产生的HClO具有漂白性和强氧化性。由于HClO见光易分解，所以漂白粉应密封保存。
【例3】
（5）跟还原性物质反应（完成下列化学方程式）
①氯气与KI溶液： 2KI+Cl2=2KCl+I2。
②氯气与FeCl2溶液： 2FeCl2+Cl2=2FeCl3。
③向氯水中通入SO2： SO2+2H2O+Cl2=H2SO4+2HCl。
二、氯气的制备与性质实验
1、反应的原理：用强氧化性物质（如MnO2、KMnO4等）和浓盐酸反应。
ＭnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O
【注意】 稀盐酸与MnO2作用不能制取Cl2。
若没有浓盐酸时，也可用NaCl和浓H2SO4与MnO2共热制取Cl2： MnO2+2NaCl+3H2SO4(浓)=MnSO4+Cl2↑+2NaHSO4+2H2O
2、制气类型：固+液→气（注意：KMnO4与浓盐酸的反应不需加热）。
3、收集装置：向上排空气法或排饱和食盐水法(Cl2在饱和食盐水中的溶解度最小)。
4、净化装置：用饱和食盐水或水洗气法除去HCl，再用浓H2SO4干燥。
5、尾气吸收装置：用强碱溶液吸收多余的Cl2，防止污染大气。
6、验满方法
（1）将湿润的淀粉-碘化钾试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即变蓝，则证明已集满。
（2）将湿润的蓝色石蕊试纸靠近盛Cl2的瓶口，观察到试纸立即发生先变红后褪色的变化，则证明已集满。
（3）实验室制取Cl2时，常常根据氯气的颜色判断是否收集满。
7、注意事项
（1）为了减少制得的Cl2中HCl的含量，所以加热温度不宜过高，减少HCl挥发。
（2）必须用浓盐酸，稀盐酸不与MnO2作用生成Cl2。
（3）实验结束后，先使反应停止并排出残留的Cl2。再拆卸装置，避免污染空气。
（4）尾气吸收时，不能用澄清石灰水吸收Cl2，因为溶液中含Ca(OH)2量少，吸收不完全。
【例4】
三、卤族元素
1、卤族元素原子结构的比较
（1）相似性：卤素原子最外层上均有 7个电子，最高正价为 +7 价（F无正价），负价为-1 价。
（2）递变性：从F→I， 原子核外电子层数依次 增大 ，原子半径依次 增大。
2、元素的性质
（1）相似性：均为活泼非金属，最低负化合价：-1，最高正价：+7（ F除外）；
（2）递变性：随着原子序数的递增，获得电子的能力逐渐 减弱，非金属性逐渐 减弱。
3、单质的物理性质（从F2 →I2）
（1）颜色由 浅 到 深。
（2）状态：F2、Cl2呈 气 态，Br2为 液 态（易挥发），I2为 固 态（易升华）。
（3）熔、沸点：依次 增大 。
（4）密度：依次 增大 。
（5）溶解性：在水中的溶解度逐渐 减小 ，在有机溶剂中的溶解性 大于（填“大于”或“小于”）在水中的溶解性。
4、化学性质
（1）卤素单质的相似性：均具有 强氧化 性，均能与H2、H2O、金属反应，较活泼的卤素单质能将不活泼的卤素从其卤化物中置换出来。
（2）卤族元素氢化物的递变性
①稳定性由强至弱的顺序为: HF>HCl>HBr>HI 。
②沸点由高至低的顺序为： HF>HI>HBr>HCl 。
HF沸点反常的原因是：分子间存在氢键 。
③还原性由强至弱的顺序为： HI>HBr>HCl>HF。
④水溶液酸性由强至弱的顺序为: HI>HBr>HCl>HF。
5、卤素离子（Cl-、Br-、I-）的检验
（1）未知液 ， 据沉淀颜色判断。AgCl为白色，AgBr为浅黄色，AgI为黄色。
（2）未知液 有机层呈橙色或橙红色，表明有 Br-紫色或浅紫、紫红色，表明有 I-
6、特性
（1）氟及其化合物
①无正价和含氧酸，非金属性最强，F-的还原性最弱。
②与H2反应在暗处即爆炸。
③2F2+2H2O=4HF+O2。
④HF是弱酸；能腐蚀玻璃，保存在铝制器皿或塑料瓶中；有毒；在HX中沸点最高。
（2）溴及其化合物
①Br2是深红棕色液体，易挥发。
②Br2易溶于有机溶剂。
③盛溴的试剂瓶中加水，进行水封，保存液溴不能用橡胶塞。
（3）碘及其化合物
①I2遇淀粉变蓝色。
②I2加热时易升华。
③I2易溶于有机溶剂。
④食用盐中加入KIO3可防治甲状腺肿大。
（4）卤化银
①AgF易溶于水，AgCl白色不溶于水，AgBr淡黄色不溶于水，AgI黄色不溶于水。AgCl、AgBr、AgI也不溶于稀硝酸。
②除AgF外，均有感光性，其中AgBr作感光材料，可用于照相。
③AgI可进行人工降雨。
④I2与Fe反应产生FeI2，其他卤素单质生成FeX3。
（5）使溴水褪色的物质
①因萃取作用而使溴水褪色的物质：苯、CCl4、直馏汽油等有机溶剂。
②能与溴发生氧化还原反应的还原性无机化合物：H2S、SO2、Na2S、Na2SO3等。
③能与溴水发生反应的金属，如Na、Mg、Al、Zn等。
④能与溴发生加成反应的不饱和烃及其衍生物，如烯烃、炔烃等。
⑤能被溴水氧化的，含有醛基的化合物。
⑥能与溴水发生反应的碱性物质，如NaOH、Na2CO3等。
⑦加入活性炭等吸附剂，使溴水褪色。
例题精讲：
【例1】（2010上海卷）18．右图是模拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置，下列有关说法错误的是
A．烧瓶中立即出现白烟
B．烧瓶中立即出现红棕色
C．烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性
D．烧杯中的溶液是为了吸收有害气体
〖答案〗B
〖解析〗此题考查化学实验、元素化合物的性质等知识。分析装置图，可知氨气和氯气接触时发生反应：4NH3+6Cl2=2NH4Cl+4HCl+N2，烧瓶中出现白烟，A对；不能出现红棕色气体，B错；该反应中氨气中的氮元素化合价升高，表现还原性，C对；烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体，D对。
【例2】下列实验现象，与新制氯水中的某些成分(括号内物质)没有直接关系的是( )
A．将NaHCO3固体加入新制的氯水中，有气泡产生（H+）
B．新制氯水使红玫瑰变为白玫瑰（Cl2）
C．将AgNO3溶液滴加到新制氯水中，有白色沉淀产生（Cl—）
D．新制氯水使KI-淀粉试纸变蓝（Cl2）
〖答案〗 B
【例3】漂白粉是 Ca(ClO)2、CaCl2 、Ca(OH)2 、H2O 和 CaO 的混合物。漂白粉放出的氯气具有漂白作用，叫有效氯。通常用有效氯表示漂白粉的纯度。漂白粉中的有效氯含量常用滴定碘法进行测定，即在一定量的漂白粉中加入过量的KI ，加H2SO4酸化，有效氯与I－作用析出等量的I2，析出的I2以淀粉指示剂立即用Na2S2O3标准溶液滴定。若测定漂白粉中有效氯时用盐酸酸化，则盐酸的浓度最好小于 mol/L，测定的有效氯将 （“偏高”、“偏低”或“不变”）。
〖答案〗2.5 mol/L 不变
【例4】NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质（见图4）。下列说法正确的是
A.25?℃，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大
B.石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂，又是还原剂
C.常温下干燥的Cl2能用钢瓶贮存，所以Cl2不与铁反应
D.图4所示转化反应都是氧化还原反应
〖答案〗B
【例5】为验证卤素单质氧化性的相对强弱，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器已略去，气密性已检验）。
实验过程：
Ⅰ．打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸。
Ⅱ．.当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹。
Ⅲ．.当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a。
Ⅳ.……
（1）A中产生黄绿色气体，其电子式是 。
（2）验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。
（3）B中溶液发生反应的离子方程式是 。
（4）为验证溴的氧化性强于碘，过程Ⅳ的操作和现象是 。
（5）过程Ⅲ实验的目的是 。
（6）氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减北的原因：同主族元素从上到下 ，得电子能力逐渐减弱。
〖答案〗（1）
（1）淀粉KI试纸变蓝 （1分）
（2）Cl2+2Br—=2Cl—+Br2（2分）
(3)打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b,取下D振荡。静置后CCl4层溶液变为紫红色。（2）
（4）确认C的黄色溶液中无Cl2,排除Cl2对溴置换碘实验的干扰。（1分）
（5）原子半径逐渐增大。（1分）
【例6】（2011全国29）（15分）请回答下列实验室中制取气体的有关问题。
（1）下图是用KMnO4与浓盐酸反应制取适量氯气的简易装置。
装置B、C、D的作用分别是：
B_______________________________________；
C_______________________________________；
D________________________________________．
（2）在实验室欲制取适量N0气体。
①下图中最适合完成该实验的简易装置是________（填序号）；
②根据所选的装置完成下表（不需要的可不填）：
应加入的物质
所起的作用
A
B
C
D
③简单描述应观察到的实验现象_______________________________________。
〖答案〗（1）向上排气收集氯气
安全作用，防止D中的液体倒吸进入集气管B中
吸收尾气，防止氯气扩散到空气中污染环境
（2）①I
②
应加入的物质
所起的作用
A
铜屑和稀硝酸
发生NO气体
B
水
排水收集NO气体
C
主要是接收B中排出的水
D
③反应开始时，A中铜表面出现无色小气泡，反应速率逐渐加快；
A管上部空间由无色逐渐变为浅棕红色，随反应的进行又逐渐变为无色；
A中的液体由无色变为浅蓝色；
B中的水面逐渐下降，B管中的水逐渐流入烧杯C中。
〖氯气的制取与性质探究实验〗
如图是某研究性学习小组设计制取氯气，并以氯气为反应物进行特定反应的装置。
（1）要将C装置接入B和D之间，正确的接法是： a→ → →d。
（2）实验开始先点燃A处的酒精灯，打开旋塞K，让Cl2充满整个装置，再点燃D处的酒精灯。Cl2 通过C装置后进入D，D装置内盛有炭粉，发生氧化还原反应，生成CO2和HCl(g)，发生反应的化学方程式为 。为了使C装置发挥更好的作用，可向烧杯中加入浓硫酸，加入浓硫酸的作用是 。
（3）D处反应完毕后，关闭旋塞K，移去两个酒精灯，由于余热的作用，A处仍有少量Cl2产生，此时B中的现象是 ，B的作用是 。
（4）用量筒量取20 mL E中溶液，倒入已检查完气密性良好的分液漏斗中，然后再注入10 mL CCl4，盖好玻璃塞（如图），振荡，静置于铁架台上，等分层后取上层液和下层液，呈黄绿色的是 (填“上层液”或“下层液”)，再装入如图所示的烧杯中，能使有色布条褪色的是 (同上)。
(5)在A、B、C、D、E装置中有一处需要改进，说明需要改进的理由并在方框中画出改进后的装置图
〖解析〗 (1)连接的关键是C装置的作用，由于D中反应生成了CO2和HCl，有氢元素存在，说明有水参加反应，反应方程式为2Cl2+C+2H2O=4HCl+CO2，C装置的作用是提供水蒸气，而且Cl2从C中出来带
出水蒸气，因此应该是长进短出。
（2）C中提供水蒸气，烧杯中加入浓硫酸，浓硫酸溶于水放热，有利于水蒸气生成。
（3）K关闭，此时B相当于量气装置，生成的气体将B中水压入长颈漏斗中。
（4）此步操作是卤素单质的萃取，Cl2易溶于CCl4，而使CCl4层呈黄绿色，Cl2无漂白性，上层液主要是Cl2和水反应生成的HCl和HClO，HClO具有漂白性，可以使有色布条褪色。
（5）由于D中反应生成了极易溶于水的HCl，E装置不正确，会造成E中水倒吸，可以用一个倒置的小漏斗防止倒吸。
〖答案〗 （1）c b
（2）2Cl2+C+2H2O =4HCl+CO2 加入的浓硫酸溶于水能放出大量的热，有利于试管中的水变为水蒸气，从而提供足量的水蒸气供D中反应需要
（3）瓶中液面下降，长颈漏斗内液面上升 贮存少量Cl2，避免Cl2对环境造成污染
（4）下层液 上层液
（5）D中反应生成的HCl气体极易溶于水，易发生倒吸
改进后的装置如图所示
第四章 非金属及其化合物
第三节 氮及其化合物
复习目标：
1、掌握氮及其化合物（NH3、NO、NO2、HNO3等）的物理化学性质
2、了解氨的实验室及工业制法。
3、掌握HNO3的强氧化性及相关的计算。
基础知识：
一、氮气及氮的氧化物
1.氮气
（1）氮的固定
①含义：使空气中 游离态 的氮转化为 化合态氮 的过程。
②方法：自然固氮、人工固氮
（2）氮气的性质
①物理性质
纯净的N2是一种无色无味的气体，难溶于水，在空气中约占总体积的 78% 。
②结构：电子式为 结构式为 N≡N ，氮氮三键的键能大，分子结构稳定，化学性质不活泼。
③化学性质
通常情况下，N2化学性质很稳定，只在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。
A．与H2反应：N2+3H22NH3 。
B．与O2反应： N2+O2=2NO 。
C．与Mg反应：N2+3MgMg3N2 。
2.氮的氧化物
NO
NO2
物理性质
颜色
无色
红棕色
毒性
有毒
有毒
溶解性
不溶
能溶（反应）
化学性质
与O2反应
2NO+O2=2NO2
?
与H2O反应
?
3NO2+H2O=2HNO3+NO
实验室制法
（填化学方程式）
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
与人体环境的关系
①与血红蛋白结合使人中毒
②转化成NO2形成酸雨、光化学烟雾
形成酸雨、光化学烟雾
【注意】 ①氮的氧化物都是大气污染物。
②空气中NO2是造成光化学烟雾的主要因素。
③空气中NO、NO2主要来源于煤和石油的燃烧、汽车尾气、硝酸工厂等。
④NO2：既有氧化性又有还原性，以氧化性为主。
NO2能使湿润的淀粉-KI试纸变蓝：2NO2+2KI= 2KNO2+I2。
⑤NO、NO2均能与NH3发生归中反应生成N2。
NOx+NH3→N2+H2O。
★☆氮的氧化物的有关计算
1．有关化学反应方程式
3NO2＋H2O=2HNO3＋NO ①
4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3 ②
4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 ③
2NO＋O2=2NO2 ④
2．不同情况及剩余气体的体积
序号
气体
反应
剩余气体
剩余气体的量
Ⅰ
NO2
①
NO
V(NO2)
Ⅱ
NO2＋NO
①
NO
V(NO)原＋V(NO2)
Ⅲ
NO2＋O2
＝4∶1
②
无
0
<4∶1
②
O2
V(O2)原－V(NO2)
>4∶1
①②
NO
[V(NO2)－V(O2)]
Ⅳ
NO＋O2
＝4∶3
③
无
0
>4∶3
③
NO
V(NO)原－V(O2)
<4∶3
③
O2
V(O2)原－V(NO)
3.NO2、NO、O2三者组成的混合气体溶于水
(1)先按①反应后，再据表Ⅳ进行计算。
(2)先按④反应后，再据表Ⅲ进行计算。
【注意】
①因为水溶液中发生反应3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，所以无论何种情况下水溶液中不会剩余NO2。
②当NO2和N2O4的混合气体作用于H2O时，不要忽视由于NO2的消耗，N2O4会转化为NO2。
【例1】
二、硝酸
1．硝酸的物理性质
色味态：无色有刺激性气味的液体 ；
挥发性：易挥发 ；
水溶性：与水以任意比互溶；
发烟硝酸：质量分数大于98%的硝酸。
2．硝酸的化学性质
(1)具有酸的通性，但考虑其酸性时需首先考虑到 其强氧化性。
【注意】①浓、稀HNO3对紫色石蕊试液作用，前者使之先变红后褪色，后者只使之变红。
②金属与HNO3反应不产生H2。
③比较HNO3与Na2CO3和Na2SO3的反应。(前者为复分解反应，后者为氧化还原反应。)
（2）不稳定性：浓硝酸显黄色，是因为HNO3分解产生的NO2溶解在硝酸中，说明浓硝酸具有 不稳定性，化学方程式为 4HNO3(浓）= O2↑+4NO2↑+2H2O （加热、光照） 。
(3)强氧化性
①与金属的反应
A．除Pt、Au外，大部分金属均能与HNO3反应。
B．Cu与浓、稀HNO3发生反应的化学方程式分别为：
Cu+4HNO3(浓） = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
3Cu+8HNO3(稀）= 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
C．Fe、Al遇冷的浓HNO3或浓H2SO4能发生 钝化 ，故可以用铁、铝容器贮存冷的浓HNO3、浓H2SO4。
②与非金属反应
与浓HNO3反应时，非金属单质一般被氧化为最高价氧化物或最高价含氧酸，如碳与浓HNO3反应的化学方程式为：C+4HNO3（浓）= CO2↑+4NO2↑+2H2O 。
③与某些还原性化合物或离子的反应，例如：H2S、SO2、HBr、HI、FeCl2等。
④王水
王水由 浓硝酸 与 浓盐酸 按体积比1∶3混合所得，具有更强的氧化性，能使Au、Pt溶解。
（4）与有机物的反应
①硝化反应（如与苯反应）；
②酯化反应（如与纤维素反应）；
③颜色反应（如与蛋白质反应）。
★☆金属与硝酸的反应
1．金属与HNO3反应的一般通式
（1）金属+浓硝酸→金属硝酸盐+NO2↑+H2O
（2）金属+稀硝酸→金属硝酸盐+NO↑+H2O
2．反应规律
（1）金属与硝酸反应一般不生成H2。浓HNO3一般被还原为NO2，稀HNO3一般被还原为NO。
（2）铁与稀硝酸反应，先生成Fe(NO3)3，若Fe过量，Fe(NO3)3再和Fe反应生成Fe(NO3)2。
（3）铜与浓HNO3反应，若Cu过量，开始时硝酸的还原产物为NO2，随着反应的进行，浓HNO3变稀，硝酸的还原产物为NO，最终应得到NO2和NO的混合气体。
3．计算方法
（1）原子守恒法
HNO3与金属反应时，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作为氧化剂转化为还原产物，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）电荷守恒法
HNO3过量时反应后溶液中（不考虑OH-）则有：c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金属离子)。
（4）离子方程式计算法
金属与H2SO4、HNO3的混合酸反应时，由于硝酸盐中NO3-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NO进行相关计算，且溶液中要符合电荷守恒。
【例2】
三、氨和铵盐
1．物理性质
氨气是 无 色 有刺激性 气味的气体，易 液化可作制冷剂，常温、常压下，1体积的水可溶解 700 体积的氨气。
★☆液氨与氨水的区别
液氨
氨水
形成
氨气液化
氨气溶于水
物质分类
纯净物
混合物
微粒种类
NH3
NH3、NH3·H2O、H＋、H2O、NH4＋、OH－
存在条件
常温常压下不能存在
常温常压下可存在
★☆喷泉实验
1．喷泉形成的原理
容器内外存在较大的压强差，在这种压强差的作用下，液体迅速流动，通过带有尖嘴的导管喷出来，即形成喷泉。
2．使容器内外产生较大的压强差的方法
（1）减小容器内压强
①容器内气体极易溶于水；
②容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应而被吸收。当外部的水或溶液接触容器内气体时，由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应而被吸收，从而使容器内气压迅速降低，在外界大气压作用下，外部液体迅速进入容器，通过尖嘴导管喷出，形成喷泉。
（2）增大容器内压强
容器内的液体由于受热挥发（如浓盐酸、浓氨水、酒精等）或由于发生化学反应，容器内产生大量气体。使容器内压强迅速增大，促使容器内液体迅速向外流动，也能形成喷泉。例如喷雾器、人造喷泉等均是利用了此原理。
3．中学化学中常见的能形成喷泉实验的气体和吸收剂
气体
HCl
NH3
CO2、Cl2、H2S、SO2
NO2和O2
CH2=CH2
吸收剂
水、NaOH溶液
水、盐酸
NaOH溶液
H2O
溴水
4．喷泉实验成败的关键
（1）装置气密性要好；
（2）烧瓶要干燥；
（3）气体的纯度要高。
【例3】
2．分子结构
电子式： 三角锥形 。
3．氨的化学性质
（1）与水的反应
，氨气溶于水得氨水,氨水中含有的粒子有： NH3·H2O、NH3、H2O、NH、OH-、H+ 。氨水为可溶性一元弱碱，易挥发，不稳定，易分解 。
（2）氨气与酸反应
①蘸有浓盐酸的玻璃棒与蘸有浓氨水的玻璃棒靠近，其现象为 有白烟生成，将浓盐酸改为 浓硝酸，也会出现相同的现象。 化学方程式为： 。
②与CO2等酸性氧化物反应：
NH3+CO2+H2O=NH4HCO3或2NH3+CO2+H2O=(NH4）2CO3
（3）NH3的还原性
①氨的催化氧化
化学方程式：4NH3+5O2 4NO+6H2O
②与其他氧化剂反应
4NH3+3O2（纯氧）=2N2+6H2O
4xNH3+6NOx =(2x+3)N2+6xH2O
2NH3+3CuO=3Cu+N2+3H2O
8NH3+3Cl2 = N2+6NH4Cl（白烟）
（4）与盐溶液反应
将氨水加入下列溶液
被滴试剂
现象
离子方程式
FeCl3溶液
生成红褐色沉淀
Fe3++3NH3·H2O =Fe(OH)3↓+3NH4+
AlCl3溶液
生成白色沉淀
Al3++3NH3·H2O =Al(OH)3↓+3NH4+
AgNO3溶液
先生成白色
沉淀后消失
Ag++NH3·H2O=AgOH↓+ NH4+
AgOH+2NH3·H2O=[Ag(NH3)2］++OH-+2H2O
4．制法
（1）实验室制法
2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O
★☆氨气的三种实验室制法
1．加热固态铵盐和碱的混合物
一般加热NH4Cl和Ca(OH)2的混合物： 2NH4Cl+Ca(OH)2= 2NH3↑+CaCl2+2H2O。
（1）装置：“固体+固体→气体”（与用KClO3或KMnO4制O2的装置相同）。
（2）收集：只能用向下排空气法。
（3）干燥：用碱石灰（NaOH和CaO固体的混合物）。
（4）验满方法：①用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色；②将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口，有白烟产生。
（5）环保措施：收集时，一般在管口塞一团用水或稀H2SO4浸湿的棉花球，可减小NH3与空气的对流速度，收集到纯净的NH3，同时也可避免污染空气。
2．加热浓氨水
（1）反应原理：NH3·H2O= NH3↑+H2O。
（2）装置如图1
3．浓氨水中加固态碱性物质
（1）反应原理：
浓氨水中存在以下平衡： ，加入固态碱性物质，（如CaO、NaOH、碱石灰等），使平衡逆向移动，同时反应放热，促进NH3·H2O的分解。
（2）装置如图2
【例4】
（2）工业制法
四、铵盐及NH的检验
1．铵盐的概念
铵根离子与酸根离子构成的化合物。
2．铵盐的物理性质
铵盐都是白色固体，均易溶于水。
3．铵盐的化学性质
（1）受热易分解
NH4Cl NH3↑+HCl
（2）与碱反应
①
②在稀溶液中不加热：
③在浓溶液中不加热：
（3）水解反应：
4． NH的检验
未知液 呈碱性 湿润 红 色石蕊试纸变 蓝 色，则证明含NH。
例题精讲：
【例1】将24 mL NO、NO2的混合气体通入倒立于水槽中盛满水的量筒内，然后再向其中通入12 mL O2，充分反应后，量筒中剩余气体3 mL，求在相同状况下，原混合气体中NO和NO2的体积各是多少毫升？
〖导航〗本题计算必需用到反应方程式有：(1)4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3 (2)4NO2＋O2＋2H2O=4HNO3。若剩余气体为氧气，NO和NO2完全反应，氧气参加反应的体积为12 mL－3 mL＝9 mL，再用(1)(2)两式可以列方程组求解；若剩余气体为NO，则原混合气体中的NO减去剩余气体的体积，可以根据(1)(2)两式列方程组求解。
〖答案〗若剩余气体为NO：V(NO)＝16.5 mL，V(NO2)＝7.5 mL
若剩余气体为O2：V(NO)＝6 mL，V(NO2)＝18 mL。
【例2】足量铜与一定量浓硝酸反应,得到硝酸铜溶液和NO2、N2O4、NO的混合气体，这些气体与1.68 L O2(标准状况)混合后通入水中，所有气体完全被水吸收生成硝酸。若向所得硝酸铜溶液中加入5 mol/L NaOH溶液至Cu2+恰好完全沉淀，则消耗NaOH溶液的体积是（ ）
A．60 mL B．45 mL C．30 mL D．15 mL
〖解析〗O2为氧化剂，Cu为还原剂，HNO3仅仅发生了复分解反应，则n（Cu）=2n(O2)=0.15 mol，n(NaOH)=2n(Cu)=0.3 mol，V(NaOH)=0.06 L=60 mL，故选A。
【例3】喷泉是一种常见的自然现象，其产生原因是存在压强差。
（1）图甲中，为化学教学中所用的喷泉实验装置。
在烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是 （ ）
A．HCl和H2O B．O2和H2O C．NH3和H2O D．CO2和NaOH溶液
（2）某学生积极思考产生喷泉的其他办法，并设 计了如图乙所示的装置。
①在图乙的锥形瓶中，分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是 （ ）
A．Cu与稀盐酸 B．NaHCO3与NaOH溶液
C．CaCO3与稀硫酸 D．NH4HCO3与稀盐酸
这种方法产生喷泉的原理是： 。
②在图乙锥形瓶外放一水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入水后，再加入足量的下列物质，结果也产生喷泉。水槽中加入的物质可以是 （ ）
A．浓硫酸 B．食盐 C．硝酸钾 D．硫酸铜
这种方法产生喷泉的原理是： 。
③比较图甲和图乙两套装置，从产生喷泉的原理来分析，图甲 上部烧瓶内气体压强；图乙 下部锥形瓶内气体压强。（填“增大”或“减小”）
（3）城市中常见的人造喷泉及火山爆发的原理与上述 （填“图甲”或“图乙”）装置的原理相似。
〖解析〗图甲装置形成“喷泉”是因为烧瓶内气体极易溶解于烧杯和滴管中的液体，使烧瓶内的压强突然减小而产生压强差形成“喷泉”。图乙装置恰恰相反，下部锥形瓶中的物质相互反应产生气体，使锥形瓶内气体压强增大而产生压强差，将液体从下瓶中压入到上瓶形成“喷泉”。
〖答案〗 （1）B （2）①D 锥形瓶中发生反应：NH4HCO3+HCl=NH4Cl+CO2↑+H2O，随着CO2气体产生，锥形瓶中的压强增大而产生“喷泉”
②A 浓 H2SO4 溶于水时，放出大量的热，温度升高使锥形瓶中的酒精挥发加快，瓶内压强增大，从而形成“喷泉” ③减小 增大（3）图乙
【例4】下列装置能达到实验目的的是（ ）
①实验室制取并收集NH3 ②吸收NH3 ③检查装置气密性 ④利用排空气法收集CO2
A．①④ B．②④ C．②③ D．①③
〖解析〗 ①项收集NH3装置中无棉花；②项NH3通入CCl4中，NH3不溶于CCl4，不会产生倒吸，逸出的NH3又可被稀H2SO4吸收；③项向长颈漏斗中加一定量水，没过长颈漏斗的下端，关闭止水夹，再加一定量的水，液面停止在某一高度不下降，可说明气密性良
好,反之，气密性不好；④项，收集比空气重的气体应长进短出。
〖答案〗 C
【例5】（2011天津）7．（14分）图中X、Y、Z为单质，其他为化学物，它们之间存在如下转化关系（部分产物已略去）。其中，A俗称磁性氧化铁：E是不溶于水的酸性氧化物，能与氢氟酸反应。
回答下列问题：
（1）组成单质Y的元素在周期表中的位置是 ；M中存在的化学键类型为 ；R的化学式是 。
（2）一定条件下，Z与H2反应生成ZH4，ZH的电子式为 。
（3）已知A与1molAl反应转化为X时（所有物质均为固体）。放出aKJ热量。写出该反应的热化学方程式： 。
（4）写出A和D的稀溶液反应生成G的离子方程式：
（5）问含4mol D 的稀溶液中，逐渐加入X3粉末至过量。假设生成的气体只有一种，请在坐标系中画出n（X2+）随n（X）变化的示意图，并标出n（X2+）的最大值。
〖答案〗（1）第二周期第VIA族
离子键、共价键 H2SiO3（H4SiO4）
（2）
（3）8A1（s）+3Fe3O4（s） 9Fe（s）+4A12O3（s） △H=—8akJ/mol
（4）3Fe3O4+28H++NO3— 9Fe3++NO↑+14H2O （5）
【例6】（2011重庆，27）（15分）固态化合物A由两种短周期元素组成，可与水放生复分解反应，甲组同学用题27图装置（夹持装置略）对其进行探究实验。
（1）仪器B的名称是____________。
（2）试验中，Ⅱ中的试纸变蓝，Ⅳ中黑色粉末逐渐变为红色并有M生成，则Ⅲ中的试剂为__________________；Ⅳ发生反应的化学方程式为____________；Ⅴ中的试剂为____________________。
（3）乙组同学进行同样实验，但装置连接顺序为Ⅰ—Ⅲ——Ⅳ—II—Ⅴ——Ⅵ，此时Ⅱ?中现象为________，原因是__________________。
（4）经上述反应，2．5g 化合物A理论上可得0．56L（标准状况）M；则A的化学式为________________．
〖答案〗 (1)分液漏斗
(2)碱石灰； 3CuO+ 2NH3 3Cu +N2+3H2O；浓H2SO4
(3)试纸变蓝，Cu0与氨气反应生成的水和未反应的氨气形成氨水，使试纸变蓝
(4) Mg2N2
〖实验探究 铜与硝酸反应的实验设计〗
铜与稀硝酸反应产生NO，NO又被氧化成NO2，对实验观察无色NO有干扰，过多的
NO、NO2又会污染环境。改进实验的设计符合绿色化学的思想。
【实验探究1】某兴趣小组设计出右图所示装置来改进教材中“铜与硝酸的反应”实验，以探究化学实验的绿色化。
（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c，其目的是 。
（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸，c中反应的化学方程式是 。
再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象是 。
（3）下表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理
念的最佳方案是 ，理由是 。
方案
反应物
甲
Cu、浓HNO3
乙
Cu、稀HNO3
丙
Cu、O2、稀HNO3
（4）该小组还用上述装置进行实验，证明氧化性KMnO4＞Cl2＞Br2。操作步骤为 ，实验现象为 。但此实验的不足之处是 。
〖解析〗加2 mL蒸馏水，浓HNO3的浓度减小，化学反应速率减慢。
甲：Cu+4HNO3(浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
乙：3Cu+8HNO3（稀）=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
丙：2Cu+O2 =2CuO，CuO+2HNO3(稀)=Cu(NO3)2+H2O
甲、乙分别有污染环境的NO2和NO生成，而且甲、乙、丙制取相同质量的Cu(NO3)2时，耗硝酸分别为：4 mol、mol、2 mol，所以丙方案最佳。
〖答案〗 (1)检查装置气密性
（2）Cu+4HNO3 (浓)= Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 反应变缓，气体颜色变淡
（3）丙 耗酸量最少，无污染
（4）向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向c中加入浓盐酸 c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色 没有处理尾气
【实验探究2】某课外小组对污染大气的部分非金属氧化物进行探究。查资料得知，利用催化剂可使汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物大部分发生反应转化为二氧化碳和氮气。该小组在实验室模拟汽车尾气处理，设计了如图所示装置（部分夹持装置已略去）。
①实验前关闭旋塞K，先通氮气排净装置中的空气，其目的是 。
②装置Ⅲ的主要作用是 。
③加热停止后，打开旋塞K，放入适量氧气时，装置Ⅱ中可观察到的现象是 。
④该套装置中有不完善之处，还应在装置Ⅳ后补充 。
⑤工业上通常用氢氧化钠溶液吸收一氧化氮、二氧化氮的混合气体。相关反应为：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O、NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O。
将体积之比为2∶3的NO和NO2的混合气体通入足量的氢氧化钠溶液中，气体完全反应后，所得溶液中= 。
〖解析〗 ①CO具有还原性，且与空气混合达到一定比例时易爆炸，所以反应之前，应向装置中通入N2赶出装置内的空气，以免出现爆炸事故。
②CO和NO在催化剂和加热条件下发生反应生成N2和CO2，通过装置Ⅲ中澄清石灰水是否变浑浊来验证是否生成了CO2。
③由于有部分NO没有转化为N2，向装置中通入空气时，装置Ⅱ中的NO与O2反应生成红棕色NO2。
④由于尾气中仍残留未反应的有毒的CO、NO气体，所以应在装置Ⅳ后面增加尾气处理装置。
⑤设NO为2 mol，则NO2为3 mol，要使NO、NO2被完全吸收，则2 mol NO、2 mol NO2与NaOH反应生成4 mol NaNO2，1 mol NO2与NaOH反应生成0.5 mol NaNO3、0.5 mol NaNO2，故所得溶液中n(NaNO3)=0.5 mol，n(NaNO2)=4.5 mol，故n（NaNO3）/n(NaNO2)=1/9。
〖答案〗 ①防止出现爆炸 ②检验CO是否转化为CO2
③出现红棕色气体 ④尾气处理装置 ⑤1/9
第四章 非金属及其化合物
第四节 硫及其化合物
复习目标：
1、掌握硫及其化合物（H2S、SO2、SO3、H2SO4等）物理及化学性质。
2、掌握O3、H2O2的性质。
3、了解环境保护的相关常识。
基础知识：
一、臭氧
物理性质：常温、常压下，是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，密度比空气密度大。
化学性质
（1）极强的氧化性：O3+2KI+H2O=2KOH+I2+O2
（2）不稳定性：2O3=3O2（升高温度，分解速率加快）
（3）漂白和消毒
（4）产生方式： 3O2=2O3（放电条件）
3、臭氧层
二、过氧化氢
1、结构
2、化学性质
（1）不稳定性：2H2O2=2H2O+O2↑
（2）还原性：遇到强氧化剂时，显还原性。
2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O
（3）氧化性： H2O2+Na2SO3=Na2SO4+H2O
杀菌、消毒、漂白，能使NaOH的酚酞溶液的红色褪去，注意不是H2O2的弱酸性所致。
三、硫及硫的氧化物
1、硫
（1）残留在试管内壁上的硫呈现 淡黄色 色，可以用 CS2 溶解除去，因为硫的溶解性为难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳 。
（2）如何比较S与Cl2的氧化性强弱？（从与非金属、金属反应的角度举三个例子）？
（3）S在空气中燃烧和在纯氧中燃烧时，现象是否相同？产物是否相同？
2、二氧化硫
（1）SO2的物理性质
①颜色、状态：SO2是一种 无 色、有 刺激性 气味的气体。
②溶解性：SO2 易溶于水，且易液化。
③毒性：SO2有毒，尾气中的SO2用 碱溶液吸收。
④密度：SO2的密度比空气的大 ，收集SO2用 向上排空气法。
（2）SO2的化学性质
①具有酸性氧化物的通性
A．与H2O反应
SO2与水反应生成H2SO3，化学方程式为： SO2+H2O=H2SO3 。
B．使指示剂变色：SO2能使石蕊试液变 红 色。注意：SO2不能使指示剂褪色。
C．与碱反应
当NaOH足量时，反应的化学方程式为：SO2+2NaOH= Na2SO3+H2O；当NaOH不足量时，反应的化学方程式为：SO2+NaOH= NaHSO3 。
D．可与碱性氧化物或某些盐反应。
SO2与Na2SO3溶液反应生成NaHSO3，化学方程式为： SO2+Na2SO3+H2O=2NaHSO3。
②氧化性
将SO2通入到氢硫酸（H2S溶液）中：
A．反应的化学方程式为：2H2S+SO2 =3S↓+2H2O；
B．实验现象：产生 淡黄色沉淀 。
③还原性
A．SO2被O2氧化成SO3的反应的化学方程式为：2SO2+O22SO3。
B．SO2的水溶液能被X2（Cl2、Br2、I2）氧化，如SO2能使溴水褪色，反应的化学方程式为：SO2+Br2+2H2O= 2HBr+H2SO4 。
C．SO2能使酸性KMnO4溶液的紫红色褪去,反应的离子方程式为： 2MnO +5SO2+2H2O= 2Mn2++5SO+4H+
④漂白性
SO2+H2O+有色物质 不稳定无色物质 有色物质
3．三氧化硫
（1）SO3与水的反应：SO3 +H2O=H2SO4 ，反应放出大量的热。
（2）SO3是酸性氧化物，它跟碱性氧化物或碱都能反应生成硫酸盐。
①SO3与氧化钙的反应：SO3+CaO= CaSO4 。
②SO3与Ca(OH)2的反应：SO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O。
★二氧化硫和二氧化碳比较
SO2
CO2
物
理
性
质
颜色气味
无色、刺激性气味
无色无味
密度
比空气大
比空气大
毒性
有毒
无毒
溶解性
易溶，常温常压下1：40
微溶，常温常压下1：1
熔点
相对较高，易液化
相对较低，难液化
化
学
性
质
与水反应
SO2＋H2O=H2SO3
CO2＋H2O=H2CO3
与碱反应
通入澄清的石灰水中，先生成沉淀，当气体过量时沉淀又溶解
Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O
CaSO3＋SO2＋H2O===Ca(HSO3)2
通入澄清的石灰水中，先生成沉淀，当气体过量时沉淀又溶解
Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O
CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2
氧化性
SO2＋2H2S=3S↓＋2H2O
CO2＋C=2CO
还原性
能被高锰酸钾、氧气、氯水、溴水、碘水等氧化剂氧化
无
漂白性
能与某些有色物质生成不稳定的无色物质而使其褪色
无
对环境的影响
形成酸雨，直接危害人体健康
引起温室效应
鉴别
①利用二氧化硫的刺激性气味
②利用二氧化硫的还原性，用高锰酸钾溶液或溴水是否褪色鉴别
③利用二氧化硫的漂白性，用品红溶液鉴别
★SO2和CO2的鉴别方法
SO2和CO2都能使澄清的石灰水变浑浊，若通入的气体过量，则沉淀都可消失。所以不能用澄清的石灰水鉴别CO2和SO2。通常可用以下方法：
(1)用品红溶液，使品红溶液褪色的是SO2，不能使品红溶液褪色的是CO2。
(2)用氢硫酸，出现浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2。2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O。
(3)用酸性KMnO4溶液，紫色褪色的是SO2，无明显现象的是CO2；
2KMnO4＋5SO2＋2H2O=K2SO4＋2MnSO4＋2H2SO4。
(4)用溴水，使橙色褪去的是SO2，无明显现象的是CO2；
Br2＋2H2O＋SO2=2HBr＋H2SO4。
(5)用HNO3酸化的Ba(NO3)2，溶液产生白色沉淀的是SO2，无明显现象的是CO2。
2HNO3＋3SO2＋2H2O=3H2SO4＋2NO↑，
Ba(NO3)2＋H2SO4=BaSO4↓＋2HNO3。
(6)用FeCl3溶液，使棕黄色变绿色的是SO2，无明显现象的是CO2。
四、硫酸
1、稀硫酸：具有酸的通性。
2、浓硫酸：
（1）物理性质
纯H2SO4是无色油状液体，沸点高，难挥发，密度大于水，溶解于水时放出 大量的热。
（2）特性
①吸水性（常用作干燥剂）
A．可用浓H2SO4干燥的气体有：H2、O2、N2、CO2、Cl2、HCl、SO2、CO、CH4、C2H2、C2H4等。
B．不能用浓硫酸干燥的气体有：碱性气体，如 NH3 ；
还原性气体，如 H2S、HBr、HI 等。
②脱水性
浓H2SO4将有机物里的氢、氧元素按原子个数 2:1的比例脱去，
例如：C2H5OHCH2=CH2↑+H2O。
(3)强氧化性
①与金属的反应
浓H2SO4能氧化Cu等不活泼的金属，反应的化学方程式为：Cu+2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+H2O。 冷的浓H2SO4能使铁、铝发生钝化。
②与非金属的反应
加热条件下浓H2SO4能氧化C等非金属单质，反应的化学方程式为：
C+2H2SO4（浓） CO2↑+2SO2↑+2H2O 。
★硫酸跟金属反应的一般规律
(1)稀硫酸跟金属活动顺序中氢前面的金属反应放出H2，跟氢后面的金属不反应。
(2)在常温下铁、铝遇冷的浓硫酸发生“钝化”，但加热时却剧烈地反应。
(3)Au、Pt与浓、稀硫酸均不发生反应。
(4)除Au、Pt之外的大部分金属，在加热的条件下均能跟浓硫酸发生反应，但不放出H2。浓硫酸的还原产物一般是SO2，被还原的H2SO4占参加反应H2SO4总量的1/2
★如何鉴别浓H2SO4和稀H2SO4？试列举可能的方法。
方法一：取少量蒸馏水，向其中加入少量试样硫酸，如能放出大量热则为浓H2SO4，无明显变化则为稀H2SO4。
方法二：观察状态，浓H2SO4为黏稠状液体，而稀H2SO4为黏稠度较小的溶液。
方法三：用手掂掂份量，因为浓H2SO4的密度较大（1.84 g/cm3)。相同体积的浓H2SO4和稀H2SO4，浓H2SO4的质量大得多。
方法四：取少量试样，向其中投入铁片，若产生大量气体则为稀H2SO4，Fe+2H+=Fe2++H2↑；若无明显现象（钝化），则为浓H2SO4。
方法五：用玻璃棒蘸取试样在纸上写字，立即变黑（浓H2SO4的脱水性）者为浓H2SO4，否则为稀H2SO4。
方法六：取少量试样，分别投入一小块铜片，稍加热发生反应的（有气泡产生）为浓H2SO4（浓H2SO4的强氧化性），无现象的是稀H2SO4。
3．SO的检验
检验SO时要防止其他离子的干扰
①Ag＋干扰：先用盐酸酸化，能防止Ag＋干扰，因为Ag＋＋Cl－=AgCl↓。
②CO、SO干扰：因为BaCO3、BaSO3也是白色沉淀，与BaSO4白色沉淀所不同的是这些沉淀能溶于强酸中。因此检验SO时，必须用酸酸化(不能用稀HNO3酸化)。例如：BaCO3＋2H＋=H2O＋CO2↑＋Ba2＋。
所用钡盐溶液不能为Ba(NO3)2溶液，因为在酸性条件下，SO32－等会被溶液中的NO3－ (H＋)氧化为SO42－，从而得出错误的结论。
4．SO的检验
加入氯化钡溶液生成白色沉淀，再加入盐酸，沉淀溶解并产生具有刺激性气味的气体。发生的反应为：
SO＋Ba2＋=BaSO3↓，
BaSO3＋2H＋===Ba2＋＋SO2↑＋H2O。
5．硫酸的用途
（1）制取化肥，如磷肥、氮肥；
（2）清除金属表面的氧化物；
（3）制取挥发性酸；
（4）用于精炼石油，制造炸药、农药等，是实验室里常用的试剂。
例题精讲：
【例1】（2010北京9）用右图所示实验装置（夹持仪器已略去）探究铜丝与过量浓硫酸的反应。下列实验不合理的是 （ ）
A．上下移动①中铜丝可控制SO２的量
B．②中选用品红溶液验证SO２的生成
C．③中选用NaOH溶液吸收多余的SO2
D．为确认CuSO4生成,向①中加水，观察颜色
〖答案〗D
【例2】一位同学设计了下列三个实验方案以验证某无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案一：将无色气体通入酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，反应后气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊。即可证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案二：将无色气体通入溴水，溴水褪色，将反应后的气体通入澄清石灰水，石灰水变浑浊，证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2。
方案三：将无色气体通入品红试液后再依次通入酸性KMnO4溶液、品红试液，最后通入澄清的石灰水。结果品红试液褪色、KMnO4溶液颜色变浅、品红试液不褪色、石灰水变浑浊，证明原无色气体既含有SO2，又含有CO2。
(1)试回答上述三个方案中，能证明原无色气体中既含有SO2，又含有CO2的方案是________。简述其理由：___________________________________________________。
(2)若将该无色气体通入用HNO3酸化的BaCl2溶液，无沉淀产生，将该气体再通入澄清石灰水产生白色沉淀，说明含有什么成分？
(3)若考虑物理方法你还能设计一套实验方案吗？
〖解析〗分析时一要考虑SO2与CO2的共性是均能使澄清石灰水变浑浊；二要考虑到二者的区别，SO2具有还原性，并能使品红试液褪色，CO2不具备这些性质；三要考虑能使酸性KMnO4溶液、溴水褪色的物质不仅有SO2，还有H2S、C2H4、C2H2等。因此证明既有SO2又有CO2的实验程序一般应为检验SO2存在→除去SO2→证明SO2已除尽→证明CO2存在。符合上述实验程序的应是方案三。
〖答案〗 (1)方案三，品红试液褪色证明含有SO2，KMnO4溶液颜色变浅、品红试液不褪色证明SO2已除尽，澄清石灰水变浑浊证明含有CO2。
(2)该气体含有CO2无SO2，因为若有SO2，通入含有HNO3的溶液中会被氧化为H2SO4，与BaCl2溶液反应产生BaSO4沉淀。
(3)可先闻气味，若有刺激性气味证明含有SO2，再用溴水或KMnO4将SO2除尽后用澄清石灰水检验CO2的存在。
【例3】（2010广东理综卷）33.（16分）
某科研小组用MnO2和浓盐酸制备Cl2时，利用刚吸收过少量SO2的NaOH溶液对其尾气进行吸收处理。
（1）请完成SO2与过量NaOH溶液反应的化学方程式：SO2+2NaOH = ________________．
（2）反应Cl2+Na2SO3+2 NaOH===2NaCl+Na2SO4+H2O中的还原剂为________________．
（3）吸收尾气一段时间后，吸收液（强碱性）中肯定存在Cl-、OH 和SO。请设计实验，探究该吸收液中可能存在的其他阴离子（不考虑空气的CO2的影响）．
提出合理假设 ．
假设1：只存在SO；假设2：既不存在SO也不存在ClO-；假设3：_____________．
设计实验方案，进行实验。请在答题卡上写出实验步骤以及预期现象和结论。限选实验试剂：3moLL-1H2SO4、1moLL-1NaOH、0.01molL-1KMnO4、淀粉-KI溶液、紫色石蕊试液．
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moLL-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中．
步骤2：
步骤3：
〖解析〗 (1) NaOH过量，故生成的是正盐：SO2+2NaOH =Na2SO3+H2O。
(2)S元素的价态从+4→+6，失去电子做表现还原性，故还原剂为Na2SO3。
(3)①很明显，假设3两种离子都存在。
②加入硫酸的试管，若存在SO、ClO-，分别生成了H2SO3和HClO；在A试管中滴加紫色石蕊试液，若先变红后退色，证明有ClO-，否则无；在B试管中滴加0.01molL-1KMnO4溶液，若紫红色退去，证明有SO，否则无。
〖答案〗(1) Na2SO3+H2O
(2) Na2SO3
(3) ①SO、ClO-都存在
②
实验步骤
预期现象和结论
步骤1：取少量吸收液于试管中，滴加3 moLL-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中
步骤2：在A试管中滴加紫色石蕊试液
若先变红后退色，证明有ClO-，否则无
步骤3：在B试管中滴加0.01molL-1KMnO4溶液
若紫红色退去，证明有SO，否则无
【例4】（2010全国新课标，26）物质A～G有下图所示转化关系（部分反应物、生成物没有列出）。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色沉淀。
请回答下列问题：
（1）写出下列物质的化学式：B 、E 、G ；
（2）利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是 ，阴极物质是 ，电解质溶液是 ；
（3）反应②的化学方程式是 。
（4）将0. 23 mol B和0.11 mol氧气放入容积为1 L的密闭容器中，发生反应①，在一定温度下，反应达到平衡，得到0.12 mol D，则反应的平衡常数K= 。若温度不变，再加入0.50 mol氧气后重新达到平衡，则B的平衡浓度 （填“增大”、“不变”或“减小”），氧气的转化率 （填“升高”、“不变”或“降低”），D的体积分数 （填“增大”、“不变”或“减小”）。
〖答案〗（1）SO2 H2SO4 Cu2O
（2）粗铜 精铜 CuSO4溶液
（3）Cu+2H2SO4 (浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
（4）23.8mol-1·L 减小 降低 减小
〖实验探究 关于SO2制取及性质实验〗
【实验探究1】某研究性学习小组为研究Cu与浓H2SO4的反应，设计如下实验探究方案（装置中的固定仪器和酒精灯均未画出）：
请回答下列问题：
（1）D、E两容器中CCl4的作用是 。
（2）加热过程中，观察到A容器中出现大量白色烟雾，随着反应的进行，底部有白色沉淀生成，你认为该沉淀物是 ，分析可能的原因是 。
（3）对A容器中的浓H2SO4和铜片进行加热，很快发现C容器中品红溶液褪色，但始终未见D容器中澄清石灰水出现浑浊或沉淀。你的猜想是 。设计实验验证你的猜想 。
（4）实验结束后，为了减少环境污染，将各容器中的SO2除尽，可采取的操作是 。
〖解析〗（1）SO2通入碱溶液中易发生倒吸，但SO2在CCl4中溶解度小，所以CCl4的作用是防止倒吸。
（2）根据铜与浓硫酸反应的产物可推知，白色沉淀可能为无水硫酸铜。这是由于浓硫酸浓度较大，含水量少，再加上浓硫酸的吸水作用，硫酸铜无法带结晶水析出，只能生成无水硫酸铜。
（3）要从SO2易溶于水，产生气体速度快和澄清石灰水中Ca(OH)2含量低，易生成Ca(HSO3)2的角度来考虑。
（4）注意观察A容器的结构特点，可通入空气将各容器中的SO2排入NaOH溶液中。还要注意，此法不能完全赶走B瓶中的SO2，要另外加入NaOH溶液除去。
〖答案〗 （1）防止倒吸
（2）CuSO4 浓硫酸中含水少，生成的硫酸铜较多，且浓硫酸具有吸水作用
（3）SO2溶解度较大，澄清石灰水中Ca(OH)2含量低，生成了Ca(HSO3)2溶液取样后，向其中加入氢氧化钠溶液，观察是否有沉淀生成（或者加热、加盐酸检验SO2气体等方法）
（4）打开A容器上的弹簧夹，用注射器向其中通入空气，最后再在B中加入NaOH溶液盖上塞子，振荡即可
【实验探究2】某同学用如图所示装置探究SO2的性质及其有关实验。
(1)实验室用亚硫酸钠固体和一定浓度的硫酸反应制备SO2 气体，写出该反应的化学方程式： 。
（2）分别将SO2气体通入下列C溶液中，请回答下列问题：
①少量SO2通入紫色石蕊试液，现象是 ，继续通入过量SO2气体，现象是 。
②SO2通入紫红色KMnO4溶液，现象是 ， 其反应的离子方程式为 。
③SO2慢慢地通入澄清石灰水中，现象是 。
④若C取双氧水，则通入SO2后，请大胆判断所得溶液是什么 （填溶质的化学式），若该同学制备的SO2气体中混有CO2气体，产生杂质的的原因可能是亚硫酸钠固体中混有 。要证明气体中既有SO2又有CO2，应该选用的试剂依次为 。
〖解析〗 （2）①SO2通入水中生成H2SO3，H2SO3H++HSO，HSO H++SO，溶液呈酸性，遇到石蕊显红色。
②SO2通入紫红色KMnO4溶液中MnO氧化SO2，自身被还原为Mn2+，所以颜色逐渐变淡或紫红色消失。
③SO2通入澄清石灰水中SO2+Ca(OH)2= CaSO3↓+H2O，过量时SO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2。
④证明气体中既有SO2又有CO2，首先证明SO2，再除去SO2，防止干扰CO2的检测。
〖答案〗（1）Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O
(2)①变红 不褪色或不明显
②颜色逐渐变淡或紫红色消失 5SO2+2MnO+2H2O=5SO+2Mn2++4H+
③先变浑浊，后又变澄清
④H2SO4 碳酸盐或碳酸氢盐 品红、酸性KMnO4溶液、品红、澄清石灰水
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