第五章 化工生产中的重要非金属元素【复习提升】 -2022-2023学年高一化学精讲精练(人教版2019必修第二册)(解析版)
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化工生产中的重要非金属元素考点精讲总结提升1.硫及其化合物2.氮及其化合物3.无机非金属材料核心要点一、硫及其化合物1.硫是一种黄色晶体,难溶于水,微溶于酒精,易溶于二硫化碳(CS2)。S+FeFeS,S+2CuCu2S,S+H2H2S,S+O2SO22.二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气大,易溶于水,通常1体积水溶解约40体积二氧化硫。3.二氧化硫的三种“褪色”表现的性质:
(1)SO2能使品红溶液褪色表现漂白性。(2)SO2使溴水、氯水及酸性KMnO4溶液褪色体现还原性。(3)SO2使滴有酚酞的NaOH溶液褪色说明其水溶液呈酸性。催化剂△4.熟记二氧化硫的四个重要化学方程式:2SO2+O2===2SO3SO2+Cl2+2H2O===2HCl+H2SO4SO2+2H2S===3S+2H2ONa2SO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+SO2↑5.浓硫酸的三大特性:吸水性、脱水性、强氧化性。6.常温下,铁、铝遇浓H2SO4发生“钝化”,“钝化”并不是不反应,而是浓H2SO4强氧化性的体现。7.必记浓硫酸两个重要化学方程式:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2OC+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O二、氮及其化合物1.氮气的三个重要反应:N2+O22NO,N2+3H22NH3,N2+3MgMg3N2。2.一氧化氮是无色无味难溶于水的有毒气体,易与空气中的氧气反应生成二氧化氮,2NO+O2===2NO2。3.二氧化氮是红棕色有刺激性气味的有毒气体,溶于水生成HNO3和NO,化学方程式为3NO2+H2O===2HNO3+NO。4.氮的氧化物溶于水总反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3,4NO2+O2+2H2O===4HNO3。5.两种物质的性质(1)氨的性质:氨气极易溶于水,能与水反应生成NH3·H2O,与酸反应生成铵盐,能催化氧化制备硝酸。(2)铵盐的性质:铵盐易溶于水,加热易分解,能与碱反应产生氨气。6.检验氨气的两种方法(1)使湿润的红色石蕊试纸变蓝。(2)用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时会有白烟生成。7.硝酸具有不稳定性和强氧化性。
8.稀HNO3的还原产物是NO,与铜反应的化学方程式为3Cu+8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,浓HNO3的还原产物是NO2,与铜、木炭反应的化学方程式分别为Cu+4HNO3(浓)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O,C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O。9.铁、铝在常温下,遇到浓HNO3发生钝化,这体现了浓硝酸的强氧化性。10.pH<5.6的降雨称为酸雨,酸雨分为硫酸型和硝酸型。前者由SO2引起,后者由NOx引起。 三、无机非金属材料1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。2.SiO2是硅酸的酸酐,但硅酸不能由SiO2与水反应制得。3.熟记六个化学方程式(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。(2)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O。(3)Na2SiO3+H2O+CO2===H2SiO3↓+Na2CO3(证明H2CO3酸性强于H2SiO3)。(4)Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。(5)Si+4HF===SiF4↑+2H2↑。(6)SiO2+2CSi+2CO↑。4.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,可以用作黏合剂和防火剂。5.传统的无机非金属材料有水泥、玻璃和陶瓷。6.硅以化合态存在于自然界中,常用作半导体材料和合金材料。
一、非金属及其化合物的综合考查【例1】下列有关C、N、S等非金属元素化合物的说法正确的是( )A.NaHCO3、Na2CO3、(NH4)2CO3三种固体受热后均能生成气体B.SO2具有漂白性,可以使酸性高锰酸钾溶液褪色C.实验室可用NaOH溶液处理NO2和SO2废气D.稀硝酸、稀硫酸均能将木炭氧化成二氧化碳【答案】C 【解析】Na2CO3受热不分解,无气体生成,故A错误;SO2具有还原性,可以使酸性高锰酸钾溶液褪色,故B错误;NO2和SO2废气可用NaOH溶液处理,防止造成环境污染,故C正确;稀硝酸、稀硫酸均不能将木炭氧化成二氧化碳,但浓硫酸和浓硝酸可以,故D错误。【变式训练1】下列说法正确的是( )A.NH3在纯氧气中燃烧生成NO2B.在高温下用焦炭还原二氧化硅可制得粗硅C.SO2可用于漂白纸浆、草帽和酸性高锰酸钾溶液D.常温下铁遇浓硫酸不反应,因此可用铁槽车储存浓硫酸【答案】B【解析】氨气在纯氧气中燃烧生成氮气和水,化学方程式为4NH3+3O22N2+6H2O,A错误;SO2漂白纸浆、草帽是因为SO2与有色物质结合生成了一种不稳定的无色物质,而使酸性高锰酸钾溶液褪色利用了SO2的还原性,C错误;常温下铁槽车可以储存浓硫酸是因为铁遇浓硫酸钝化,铁与强氧化剂反应生成一种致密的氧化物膜,阻止反应进一步发生,D错误。【变式训练2】C、Si、S都是自然界中含量丰富的非金属元素,下列关于其单质及化合物的说法中正确的是( )A.三种元素在自然界中既有游离态又有化合态B.二氧化物都属于酸性氧化物,能与碱反应而不能与任何酸反应C.最低价的气态氢化物都具有还原性,易与O2发生反应
D.其最高价氧化物对应水化物的酸性:H2SO4>H2SiO3>H2CO3【答案】C 【解析】Si在自然界中无游离态,A项错误;SiO2能与HF反应,B项错误;C、Si、S最低价气态氢化物为CH4、SiH4、H2S,都具有还原性,易与O2发生反应,C项正确;根据元素性质的递变性,C、Si、S最高价氧化物对应水化物的酸性:H2SO4>H2CO3>H2SiO3,D项错误。二、无机框图推断【例2】如图是由常见元素组成的单质及其化合物之间的转化关系图。常温常压下,B、E、F、H、I均为气体,F无色无味且能使澄清石灰水变浑浊;B、E、I均有刺激性气味,E能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,B、E在空气中相遇会产生白烟,I为红棕色。A是一种常见的肥料。C、G、K的焰色试验呈黄色(反应中生成的部分物质已略去)。请回答下列问题:(1)物质D的化学式为 。 (2)写出反应③的化学方程式: 。 (3)写出反应④的离子方程式: 。 (4)写出反应⑤的化学方程式,并标出电子转移的方向和数目: 。 【答案】(1)NH4Cl (2)Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3(3)3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O(4)【解析】E是能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,应为NH3;I为红棕色气体,应为NO2,则H为NO,J为HNO3;F是无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体,则F为CO2;C、G、K的焰色试验呈黄色,则都含有Na元素,由反应③可知G为Na2CO3,K为NaHCO3,C应为NaOH;A是一种常见的肥料,应为NH4HCO3
;B、E在空气中相遇会产生白烟,B应为HCl,则D为NH4Cl。(1)由以上分析可知D为NH4Cl。(2)反应③为Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3,反应的化学方程式为Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3。(3)反应④为Cu和稀硝酸的反应,反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。(4)反应⑤为3NO2+H2O2HNO3+NO,该反应中,只有氮元素的化合价发生了变化,电子转移的方向和数目为。【变式训练3】已知某物质X能发生如下转化:XYZA下列有关上述转化关系中的物质和反应的叙述错误的是 ( )A.若X为N2,则A为硝酸B.若X为S,则A为硫酸C.反应①和②一定为氧化还原反应,反应③一定为非氧化还原反应D.若X为非金属单质或非金属氢化物,则A不一定能与金属铜反应生成Y【答案】D【解析】若X为N2,Y是NO,Z是NO2,A为硝酸,故A正确;若X为S,Y是SO2,Z是SO3,A为硫酸,故B正确;若X为N2,Y是NO,Z是NO2,NO2与水反应生成硝酸和NO,属于氧化还原反应,故C错误;若X为H2S,Y可能为S,Z是SO2,A为亚硫酸,亚硫酸不能与金属铜反应,故D正确。【变式训练4】A、B、C、D、E五种物质中含有同一种元素,其相互转化关系如图所示。(1)如果A是淡黄色固体,回答下列问题。①写出A、E的化学式:A 、E 。 ②C→D的化学方程式为 。 ③将足量的物质C通入BaCl2溶液中,下列说法正确的是 (填字母序号)。 a.溶液中出现白色沉淀
b.溶液没有明显变化c.若继续通入Cl2或NH3,则溶液中均出现白色沉淀(2)如果A是无色气体,回答下列问题。①D→E的化学方程式为 。 ②E→C的离子方程式为 。 【答案】(1)①S H2SO4 ②2SO2+O22SO3 ③bc(2)①3NO2+H2O2HNO3+NO ②3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O【解析】(1)如果A是淡黄色固体,A与氧气反应生成C,则A为S,C为SO2,根据题中转化关系,A与H2反应生成B为H2S,C与O2反应生成D为SO3,D与水反应生成E为H2SO4,浓硫酸与铜在加热条件下反应生成SO2,符合转化关系。(2)如果A是无色气体,根据题中转化关系,A能与氢气和氧气反应,则A应为N2,B为NH3,C为NO,D为NO2,E为HNO3,铜与稀硝酸反应生成NO,符合转化关系。(1)根据以上分析,A为S,B为H2S,C为SO2,D为SO3,E为H2SO4。①A的化学式是S,E的化学式是H2SO4。②C为SO2,SO2与O2在催化剂存在条件下发生氧化反应产生SO3,该反应为可逆反应,故C→D的化学方程式为2SO2+O22SO3。③将足量的SO2通入BaCl2溶液中,由于亚硫酸酸性比盐酸弱,因此二者不反应,但若继续通入Cl2或NH3,Cl2具有氧化性将溶解在溶液中的SO2氧化成SO42−,SO42−与BaCl2溶液反应生成硫酸钡白色沉淀;NH3是碱性气体,能够与SO2反应生成SO32−,SO32−再与BaCl2溶液反应生成BaSO3白色沉淀,则溶液中均出现白色沉淀,故选bc。(2)根据上述分析可知A为N2,B为NH3,C为NO,D为NO2,E为HNO3。①D为NO2,E为HNO3,NO2与水反应产生HNO3和NO,则D→E的化学方程式为3NO2+H2O2HNO3+NO。②C为NO,E为HNO3,E→C的反应为铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、NO和水,反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。三、常见气体的制备、净化、收集及尾气处理【例3】如图装置可用于制取、净化并收集表格中的四种气体(a、b、c表示相应仪器中加入的试剂),其中可行的是( )选项气体abc
ANO2浓硝酸铜片NaOH溶液BSO2浓硫酸Cu酸性KMnO4溶液CNH3浓氨水生石灰碱石灰DCO2稀盐酸CaCO3浓硫酸【答案】 D 【解析】A项,氢氧化钠溶液会吸收生成的NO2,不正确;B项,铜与浓硫酸反应需要加热,且酸性高锰酸钾溶液能氧化SO2,不正确;C项,碱石灰是固体干燥剂,而题给的装置适用于液体干燥剂,且NH3不能用向上排空气法收集,不正确。【变式训练5】用所给试剂与图示装置(夹持仪器略)能够制取相应气体的是( )选项ABCDX中试剂稀硝酸浓盐酸浓硫酸浓氨水Y中试剂CuMnO2CuCaO气体NOCl2SO2NH3【答案】 A 【解析】Cu与稀硝酸反应生成NO,且NO不溶于水,图中装置可制备并收集NO,故A正确;浓盐酸与二氧化锰反应需要加热,图中缺少酒精灯,且氯气不能用排水法收集,故B错误;Cu与浓硫酸反应需要加热,图中缺少酒精灯,且二氧化硫不能用排水法收集,故C错误;氨气极易溶于水,不能用排水法收集,故D错误。【变式训练6】亚硝酰氯(NOCl,熔点:-64.5℃,沸点:-5.5℃)是一种黄色气体,遇水反应生成一种氯化物和两种氮化物,可用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。亚硝酰氯可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成。(1)甲组的同学拟制备原料气NO和Cl2,制备装置如下图所示:
①仪器M的名称为 。 ②制备NO发生装置可以选用 (填写字母代号),请写出发生反应的离子方程式: 。 ③欲收集一瓶干燥的氯气,选择合适的装置,装置连接顺序为a→ (按气流方向,用小写字母表示)。 (2)乙组同学利用甲组同学制得的NO和Cl2制备NOCl,装置如下图所示。操作为:检查装置气密性并装入药品,打开K2,再打开K3,通入一段时间Cl2,然后进行其他操作,当Z中有一定量液体生成时,停止实验。①实验室也可用X装置制备NO,相对甲组同学的气体发生装置,X装置的优点为 。 ②若无装置Y,则Z中NOCl可能发生反应的化学方程式为 。 【答案】 (1)①锥形瓶 ②B 3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O ③f→g→c→b→d→e→i→h(2)①排除装置内空气的干扰,制得的NO更纯净 ②2NOCl+H2O2HCl+NO↑+NO2↑【解析】(1)①仪器M的名称为锥形瓶。②制备NO,常用Cu和稀硝酸:3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O,因此选用的装置为B,反应的离子方程式为3Cu+8H++2NO3-3Cu2++2NO↑+4H2O。③a装置为制备Cl2
的装置,制备的氯气中混有HCl和水蒸气,先通过饱和食盐水除去HCl,然后通过浓硫酸除去水,氯气的密度大于空气的密度,收集时从d管通入,氯气有毒,必须进行尾气处理,所以连接顺序是a→f→g→c→b→d→e→i→h。(2)②装置Y的作用是干燥NO,NOCl能与水反应,因此若无装置Y,NOCl会与水发生反应:2NOCl+H2O2HCl+NO↑+NO2↑。方法技巧检验SO2和CO2同时存在的一般流程SO2和CO2都能使澄清石灰水变浑浊,检验二者同时存在的一般流程为流程设计检验SO2⇒除去SO2⇒⇒检验CO2选用试剂品红溶液酸性KMnO4溶液品红溶液澄清石灰水预期现象褪色褪色不褪色变浑浊【注意】 有时为简化装置,可将除去SO2和检验SO2是否除尽合并为一个装置,试剂选用较浓的酸性KMnO4溶液,现象是酸性KMnO4溶液颜色变浅,但不褪成无色。四种常见的SO2尾气处理方法方法一:钙基固硫法为防治酸雨,工业上常用生石灰和含硫的煤混合后燃烧,燃烧时硫、生石灰、O2共同反应生成硫酸钙,从而使硫转移到煤渣中,反应原理为CaO+SO2CaSO3,2CaSO3+O22CaSO4,总反应的化学方程式为2CaO+2SO2+O22CaSO4。方法二:氨水脱硫法该脱硫法采用喷雾吸收法,雾化的氨水与烟气中的SO2直接接触吸收SO2,其反应的化学方程式为2NH3+SO2+H2O===(NH4)2SO3,2(NH4)2SO3+O2===2(NH4)2SO4(或生成NH4HSO3,然后进一步氧化)。方法三:钠、碱脱硫法钠、碱脱硫法是用NaOH/Na2CO3吸收烟气中的SO2,得到Na2SO3和NaHSO3,发生反应的化学方程式为2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2,Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3。方法四:双碱脱硫法先利用烧碱吸收SO2,再利用熟石灰浆液进行再生,再生后的NaOH可循环使用,化学反应原理为①吸收反应:2NaOH+SO2===Na2SO3+H2O,2Na2SO3+O2===2Na2SO4。②再生反应:Na2SO3+Ca(OH)2===CaSO3↓+2NaOH,Na2SO4+Ca(OH)2===CaSO4↓+2NaOH。浓H2SO4与金属反应的规律(1)钝化:常温下,浓硫酸使Fe、Al表面快速生成一层致密的氧化物薄膜而阻止反应进一步发生。(2)与活泼金属(如Zn)反应,开始产生SO2,硫酸浓度变小后产生H2。(3)与不活泼金属(如Cu)反应,开始产生SO2(加热),浓度变小后,稀硫酸不再与不活泼金属反应。例如:1molCu与含2molH2SO4的浓硫酸充分反应,生成的SO2的物质的量小于1mol。(4)浓硫酸在与金属的反应中既表现强氧化性又表现酸性。浓硫酸在与非金属的反应中只表现强氧化性。SO检验的易错点(1)只加可溶性钡盐,不酸化。误将CO、PO、SO等干扰离子判断成SO
。因上述离子会与Ba2+反应产生BaCO3、Ba3(PO4)2、BaSO3等白色沉淀。(2)误将Ag+、Pb2+判断成SO,如向待测液中滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成,再加稀盐酸白色沉淀不溶解,便断定待测液中含有SO。其错误是未注意溶液中不含SO,而含Ag+或Pb2+时也会产生同样的现象:Ag++Cl-===AgCl↓(白色),Pb2++2Cl-===PbCl2↓(白色)。(3)误将SO判断成SO,如向待测液中滴加用稀盐酸酸化的Ba(NO3)2溶液生成白色沉淀,便误以为待测液中含有SO。该错误是未注意NO(H+)具有强氧化性:Ba2++SO===BaSO3↓(白色),3BaSO3+2H++2NO===3BaSO4↓(白色)+2NO↑+H2O。二氧化硫的制备与性质探究(1)常用亚硫酸钠与浓硫酸反应制取二氧化硫,进而验证二氧化硫水溶液的酸性、漂白性、氧化性、还原性等。①制取原理:Na2SO3+H2SO4(浓)===Na2SO4+SO2↑+H2O。②综合实验装置 (2)实验室也可用铜片与浓硫酸反应制取二氧化硫,进而验证二氧化硫水溶液的酸性、漂白性、氧化性、还原性等。①制取原理:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O。②综合实验装置氮氧化物溶于水的计算问题无论是单一气体(NO2),还是NO、NO2、O2中的两者或三者的混合气体,反应的实质是3NO2+H2O===2HNO3+NO,2NO+O2===2NO2,故若有气体剩余只能是NO或O2,不可能是NO2。(1)若NO和O2通入水中,总反应的化学方程式为4NO+3O2+2H2O===4HNO3(4∶3)。(2)若NO2和O2通入水中,总反应的化学方程式为4NO2+O2+2H2O===4HNO3(4∶1)。氮氧化物与NaOH溶液反应的有关问题分析(1)NO2能被NaOH溶液吸收发生转化生成NaNO3和NaNO2。(2)NO不能被NaOH溶液吸收。
(3)n(NO2)∶n(NO)≥1时,NO2、NO的混合气体能完全被NaOH溶液吸收。实验室用铂丝按如图进行氨的催化氧化实验,操作现象总结如下:(1)空气通入氨水中:其作用是让氨易挥发出来,从而使氧气和氨充分混合。(2)锥形瓶中气体呈红棕色:这是因为NH3被氧化为NO,NO遇到空气中的O2又迅速被氧化为红棕色的NO2。(3)通常瓶内有白烟出现:这是由于锥形瓶里有水蒸气存在,水蒸气和NO2反应生成了HNO3:3NO2+H2O===2HNO3+NO,HNO3再跟NH3反应生成微小的白色NH4NO3晶体:NH3+HNO3===NH4NO3。(4)铂丝总是呈红色:这是因为NH3与O2在铂丝的表面上进行的反应是放热反应,反应放出的热量足以使铂丝继续保持红热状态。 金属与硝酸反应(1)硝酸与金属反应的规律①HNO3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;很稀的硝酸的还原产物也可能为N2O、N2或NH4NO3。③硝酸与金属反应时既表现氧化性又表现酸性。(2)涉及HNO3的离子反应常见的易错问题①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。②在书写离子方程式时,忽视HNO3的强氧化性,将氧化还原反应简单地写成复分解反应。金属与硝酸反应的思维模型新型无机非金属材料(1)不要混淆硅和二氧化硅的用途。用作半导体材料的是晶体硅而不是SiO2,用于制作光导纤维的是SiO2而不是晶体硅。(2)不要混淆常见含硅物质的类别。①计算机芯片的主要成分是晶体硅而不是SiO2。
②水晶、沙子、玛瑙等的主要成分是SiO2而不是硅酸盐。③光导纤维的主要成分是SiO2,不属于硅酸盐材料。④传统的无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分是硅酸盐。
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