第四章 非金属及其化合物知识结构 5页

第四章 非金属及其化合物知识结构： 一、硅元素：无机非金属材料中的主角，在地壳中含量 26.3％，次于氧。是一种亲氧元素，以熔 点很高的氧化物及硅酸盐形式存在于岩石、沙子和土壤中，占地壳质量 90％以上。位于第 3 周期，第ⅣA 族碳的下方。 Si 对比 C 最外层有 4 个电子，主要形成四价的化合物。 二、二氧化硅（SiO2） 天然存在的二氧化硅称为硅石，包括结晶形和无定形。石英是常见的结晶形二氧化硅，其中 无色透明的就是水晶，具有彩色环带状或层状的是玛瑙。二氧化硅晶体为立体网状结构，基本单 +1 2 8 4 + 2 4 元是[SiO4]，因此有良好的物理和化学性质被广泛应用。（玛瑙饰物，石英坩埚，光导纤维） 物理：熔点高、硬度大、不溶于水、洁净的 SiO2 无色透光性好 化学：化学稳定性好、除 HF 外一般不与其他酸反应，可以与强碱（NaOH）反应，酸性氧化物， 在一定的条件下能与碱性氧化物反应 SiO2＋4HF == SiF4 ↑＋2H2O SiO2＋CaO 高温 === CaSiO3 SiO2＋2NaOH == Na2SiO3＋H2O 不能用玻璃瓶装 HF 装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞 三、硅酸（H2SiO3） 酸性很弱（弱于碳酸）溶解度很小，由于 SiO2 不溶于水，硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性 比硅酸强的酸反应制得。 Na2SiO3＋2HCl == H2SiO3＋2NaCl 硅胶多孔疏松，可作干燥剂，催化剂的载体。 四、硅酸盐 硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称，分布广，结构复杂化学性质稳定。一般 不溶于水。（Na2SiO3 、K2SiO3 除外）最典型的代表是硅酸钠 Na2SiO3 ：可溶，其水溶液称作水玻 璃和泡花碱，可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。 常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥 四、硅单质 与碳相似，有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石，有金属光泽的灰黑色固体，熔 点高（1410℃），硬度大，较脆，常温下化学性质不活泼。是良好的半导体，应用：半导体晶体管 及芯片、光电池、 五、氯元素：位于第三周期第ⅦA 族，原子结构： 容易得到一个电子形成氯离子 Cl－,为典型的非金属元素，在自然界中以化合态存在。 六、氯气 物理性质：黄绿色气体，有刺激性气味、可溶于水、加压和降温条件下可变为液态(液氯)和固态。 制法:MnO2＋4HCl (浓) △ ===MnCl2＋2H2O＋Cl2 闻法:用手在瓶口轻轻扇动,使少量氯气进入鼻孔 化学性质：很活泼，有毒，有氧化性， 能与大多数金属化合生成金属氯化物（盐）。也能与非金 属反应： 2Na＋Cl2 == 2NaCl 2Fe＋3Cl2 == 2FeCl3 Cu＋Cl2 == CuCl2 Cl2＋H2 点燃 === 2HCl 现象：发出苍白色火焰，生成大量白雾。 燃烧不一定有氧气参加，物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是剧烈的氧化还原反 应，所有发光放热的剧烈化学反应都称为燃烧。 Cl2 的用途： ①自来水杀菌消毒 Cl2＋H2O == HCl＋HClO 2HClO 光照 === 2HCl＋O2 ↑ 1 体积的水溶解 2 体积的氯气形成的溶液为氯水，为浅黄绿色。其中次氯酸 HClO 有强氧化性 和漂泊性，起主要的消毒漂白作用。次氯酸有弱酸性，不稳定，光照或加热分解，因此久置氯水 会失效。 ②制漂白液、漂白粉和漂粉精 制漂白液 Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O ，其有效成分 NaClO 比 HClO 稳定多,可长期存放 +17 2 8 7 制漂白粉(有效氯 35％)和漂粉精(充分反应有效氯 70％) 2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋ 2H2O ③与有机物反应，是重要的化学工业物质。 ④用于提纯 Si、Ge、Ti 等半导体和钛 ⑤有机化工：合成塑料、橡胶、人造纤维、农药、染料和药品 七、氯离子的检验 使用硝酸银溶液，并用稀硝酸排除干扰离子（CO32－、SO32－） HCl＋AgNO3 == AgCl ↓＋HNO3 NaCl＋AgNO3 == AgCl ↓＋NaNO3 Na2CO3＋2AgNO3 ==Ag2CO3 ↓＋2NaNO3 Ag2CO3＋2HNO3 == 2AgNO3＋CO2 ↑＋H2O Cl－＋Ag＋ == AgCl ↓ 八、二氧化硫 制法（形成）：硫黄或含硫的燃料燃烧得到（硫俗称硫磺，是黄色粉末） S＋O2 点燃 === SO2 物理性质：无色、刺激性气味、容易液化，易溶于水（1：40 体积比） 化学性质：有毒，溶于水与水反应生成亚硫酸 H2SO3，形成的溶液酸性，有漂白作用，遇热会变 回原来颜色。这是因为 H2SO3 不稳定，会分解回水和 SO2 SO2＋H2O H2SO3 因此这个化合和分解的过程可以同时进行，为可逆反应。 可逆反应——在同一条件下，既可以往正反应方向发生，又可以向逆反应方向发生的化学反应称 作可逆反应，用可逆箭头符号 连接。 九、一氧化氮和二氧化氮 一氧化氮在自然界形成条件为高温或放电：N2＋O2 高温或放电 ======== 2NO，生成的一氧化氮很不稳 定，在常温下遇氧气即化合生成二氧化氮： 2NO＋O2 == 2NO2 一氧化氮的介绍：无色气体，是空气中的污染物，少量 NO 可以治疗心血管疾病。 二氧化氮的介绍：红棕色气体、刺激性气味、有毒、易液化、易溶于水，并与水反应： 3 NO2＋H2O == 2HNO3＋NO 这是工业制硝酸的方法。 十、大气污染 SO2 、NO2 溶于雨水形成酸雨。 防治措施： 1 从燃料燃烧入手。 2 从立法管理入手。 ③从能源利用和开发入手。 ④从废气回收利用，化害为利入手。 (2SO2＋O2 2SO3 SO3＋H2O= H2SO4） 十一、硫酸 物理性质：无色粘稠油状液体，不挥发，沸点高，密度比水大。 化学性质：具有酸的通性，浓硫酸具有脱水性、吸水性和强氧化性。是强氧化剂。 C12H22O11 浓 H2SO4 ====== 12C＋11H2O 放热 2 H2SO4 (浓)＋C △ === CO2 ↑＋2H2O＋SO2 ↑ 还能氧化排在氢后面的金属，但不放出氢气。 2 H2SO4 (浓)＋Cu △ === CuSO4＋2H2O＋SO2 ↑ 稀硫酸：与活泼金属反应放出 H2 ，使酸碱指示剂紫色石蕊变红，与某些盐反应，与碱性氧化物反 应，与碱中和 十二、硝酸 物理性质：无色液体，易挥发，沸点较低，密度比水大。 化学性质：具有一般酸的通性，浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂。 还能氧化排在氢后面的金属，但不放出氢气。 4HNO3(浓)＋Cu == Cu(NO3)2＋2NO2 ↑＋4H2O 8HNO3(稀)＋3Cu △ ===3Cu(NO3)2＋2NO ↑＋4H2O 反应条件不同，硝酸被还原得到的产物不同，可以有以下产物: +4 NO2,H +3 NO2, +2 NO, +1 N2O, 0 N2, -3 NH3 △硫酸和硝酸：浓硫酸和浓硝酸都能钝化某些金属（如铁和铝）使表面生成一层致密的氧化保护 膜，隔绝内层金属与酸，阻止反应进一步发生。因此，铁铝容器可以盛装冷的浓硫酸和浓硝酸。 硝酸和硫酸都是重要的化工原料和实验室必备的重要试剂。可用于制化肥、农药、炸药、染料、 盐类等。硫酸还用于精炼石油、金属加工前的酸洗及制取各种挥发性酸。 十三、氨气及铵盐 氨气的性质：无色气体，刺激性气味、密度小于空气、极易溶于水（且快）1：700 体积比。 溶于水发生以下反应使水溶液呈碱性：NH3＋H2O NH3·H2O(1%) NH4 ＋＋OH－ 可 作红色喷泉实验。生成的一水合氨 NH3·H2O 是一种弱碱，很不稳定，会分解，受热更不稳定： NH3·H2O △ === NH3 ↑＋H2O 浓氨水易挥发除氨气，有刺激难闻的气味。 氨气能跟酸反应生成铵盐：NH3＋HCl == NH4Cl (晶体) 氨是重要的化工产品，氮肥工业、有机合成工业及制造硝酸、铵盐和纯碱都离不开它。氨气容易 液化为液氨，液氨气化时吸收大量的热，因此还可以用作制冷剂。 铵盐的性质：易溶于水（很多化肥都是铵盐），受热易分解，放出氨气： NH4Cl △ === NH3 ↑＋HCl ↑ NH4HCO3 △ === NH3 ↑＋H2O ↑＋CO2 ↑ 可以用于实验室制取氨气：（干燥铵盐与和碱固体混合加热） NH4NO3＋NaOH △ === Na NO3＋H2O＋NH3 ↑ 2NH4Cl＋Ca(OH)2 △ === CaCl2＋2H2O＋2NH3 ↑ 用向下排空气法收集，红色石蕊试纸检验是否收集满。 △氮在自然界的循环有重要的意义。请看书本 P88 图 4-34 小结：SiO2＋4HF == SiF4 ↑＋2H2O SiO2＋CaO 高温 === CaSiO3 SiO2＋2NaOH == Na2SiO3＋H2O Na2SiO3＋2HCl == H2SiO3＋2NaCl 2Na＋Cl2 == 2NaCl 2Fe＋3Cl2 == 2FeCl3 Cu＋Cl2 == CuCl2 Cl2＋H2 点燃 === 2HCl Cl2+H2O=HCl+HClO 2HClO 光照 === 2HCl+O2 ↑ Cl2＋2NaOH == NaCl＋NaClO＋H2O 2Cl2＋2Ca(OH)2 == CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O HCl＋AgNO3 == AgCl ↓＋HNO3 NaCl＋AgNO3 == AgCl ↓＋NaNO3 Na2CO3＋2AgNO3 ==Ag2CO3 ↓＋2NaNO3 Ag2CO3＋2HNO3 == 2AgNO3＋CO2 ↑＋H2O Cl－＋Ag＋ == AgCl ↓ S＋O2 点燃 === SO2 SO2＋H2O H2SO3 N2＋O2 高温或放电 ======== 2NO 2NO＋O2 == 2NO2 3 NO2＋H2O == 2HNO3＋NO 2 SO2＋O2 2SO3 SO3＋H2O=H2SO4 2 H2SO4 (浓)＋Cu △ === CuSO4＋2H2O＋SO2 ↑ 2 H2SO4 (浓)＋C △ === CO2 ↑＋2H2O＋SO2 ↑ 4HNO3(浓)＋Cu == Cu(NO3)2＋2NO2 ↑＋4H2O 8HNO3(稀)+3Cu △ === 3Cu(NO3)2+2NO ↑+4H2O NH3·H2O △ === NH3 ↑+H2O NH3+HCl=NH4Cl NH3＋H2O NH3·H2O NH4 ＋＋OH－ 即 NH3＋H2O NH4 ＋＋OH－ NH4Cl △ === NH3 ↑＋HCl ↑ NH4HCO3 △ === NH3 ↑＋H2O ↑＋CO2 ↑ NH4NO3＋NaOH △ === Na NO3＋H2O＋NH3 ↑ 2NH4Cl＋Ca(OH)2 △ === CaCl2＋2H2O＋2NH3 ↑