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- 2021-05-13 发布
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22、硅酸盐工业 新型无机非金属材料
1.复习重点
水泥工业和玻璃工业的基本原理;新型无机非金属材料的特性及主要用途
2.难点聚焦
1.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。
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2.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。
3.例题精讲
[例1] 熔融氢氧化钠反应选用的器皿是 [ ] 答案:D
A.陶瓷坩埚 B.石英坩埚 C.普通玻璃坩埚 D.生铁坩埚
分析:陶瓷的成分中含有SiO2,石英的成分就是SiO2,玻璃的主要成分中也含有SiO2,而SiO2在高温下可以跟NaOH发生如下反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3 所以A、B、C的器皿都不能选用,只能内生铁坩埚。
[例2] 下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中,但不能用磨口玻璃塞的是 [ ]。
A.硅酸钠溶液 B.氢氟酸 C.氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液
分析:玻璃的主要成分之一二氧化硅,它能跟氢氟酸迅速反应,所以,氢氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中,只能保存在铅皿或塑料瓶中。氢氧化钠溶液与二氧化硅在常温下反应十分缓慢,所以可以盛放在玻璃瓶中,但瓶的磨口处的二氧化硅跟氢氧化钠缓慢反应后,生成的硅酸钠是一种矿物胶,使瓶塞与瓶口粘在一起,因此不能用磨口玻璃塞。硅酸钠溶液可以用玻璃瓶盛放,只是不能用磨口玻璃塞(原因同氢氧化钠溶液)。氯化钠溶液不跟玻璃中各种成分反应。 答案:AC
[例3] 普通玻璃的主要成分为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2
(1)试计算普通玻璃中相当含有Na2O,CaO和SiO2的质量分数各是多少?
(2)制造50kg普通玻璃,需要纯碱、碳酸钙和二氧化硅各多少千克?
分析:Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成为:Na2O·CaO·6SiO2。
(1)Na2O的摩尔质量为62g/mol,CaO的摩尔质量为56g/mol,SiO2的摩尔质量为60g/mol。
(2)由第(1)题求出普通玻璃中各氧化物的质量分数,可计算50kg普通玻璃中Na2O、CaO和SiO2的含量:
m(Na2O):50kg×13%=6.5kg m(CaO):50kg×11.7%=5.85kg
m(SiO2):50kg×75.3%=37.65kg 再求需纯碱、碳酸钙和二氧化硅的质量:
m(SiO2):37.65kg
答案:(1)普通玻璃中Na2O的质量分数为13%,CaO的质量分数为11.7%,SiO2质量分数为75.3%。
(2)制造50kg普通玻璃,需要纯碱11.11kg、碳酸钙10.45kg、二氧化硅37.65kg。
[例4] 有A、B、C三种不溶于水的固体。A是某元素的一种单质,它在氧气中完全燃烧得到一种无色气体,此气体能使澄清石灰水变浑浊,另外测得这种气体密度为同温、同压下氧气密度的1.375倍。B固体能溶于热氢氧化钠溶液,再往所得溶液中加入过量盐酸时,析出白色胶状沉淀。此沉淀干燥后,成为不溶于水的白色粉末,这是一种比碳酸酸性还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热得到C,C在高温时软化,无固定熔点。
根据以上事实,判断A为哪种元素的单质?B、C各是什么物质?写出有关反应的化学方程式。
分析:先求出A燃烧后生成的气体的相对分子质量,根据该气体的相对分子质量及其反应现象可推出单质A;再根据B的有关反应现象可推出B;最后根据制取C的方法及C的性质可推出C。
A物质燃烧后生成的气体的相对分子质量为:32×1.375=44
该气体能使澄清石灰水变浑浊,所以该气体为二氧化碳,A为碳元素的一种单质。
根据B物质能与氢氧化钠反应,且能继续与过量的盐酸反应生成一种比碳酸还弱的酸,可推出B物质为二氧化硅。
C物质由石灰石、纯碱、B物质(二氧化硅)混合加热而得,结合C物质在高温时软化且无固定熔点,可推知C物质为普通玻璃。
答案:A为碳元素的一种单质。C+O2CO2
B为SiO2 SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
C为普通玻璃 Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑
[例5] 某硅酸锌样品含58.6%的锌,而ZnO%与SiO2%的质量分数的总和为100%,写出这样品的化学式(最简式)。
分析:题目要求写出这样品的化学式(最简式),即是要求通过计算找出ZnO与SiO2的物质的量之比值,然后用SiO2和ZnO的形式表示此硅酸锌样品的组成。
可先由Zn%求算出ZnO%,并求出SiO2%。然后再运用求最简式最基本的方法求出此硅酸锌的组成。
SiO2%=1-73.0%=27.0%
该硅酸锌样品的化学式为:2ZnO·SiO2。
[例6] 两个原硅酸分子的OH原子团之间可以相互作用而脱去一分子水:2H4SiO4===H6Si2O7+H2O
原硅酸结构为:
则在所得的H6Si2O7分子的结构中,含有的硅氧键数目为 [ ]
A.5 B.6 C.7 D.8
分析:此题是一道选择题,也是一道信息迁移题。给出的新情境是原硅酸结构及脱水反应,考查内容是H6Si2O7分子中的硅氧键数目。两个原硅酸共有8个硅氧键,当它们相互作用时,虽然有一个硅氧键断裂,但又形成一个新的硅氧键,如图所示:
故硅氧键的总数目没有变,仍然是8个。 答案:D
[例7] 下列离子方程式书写不正确的是 [ ]
A.往NaOH溶液中通入过量CO2
B.单质硅与烧碱溶液反应
C.石英砂与烧碱反应制水玻璃
D.往水玻璃中通入二氧化碳
分析:往NaOH溶液中通入适量CO2生成正盐Na2CO3,正盐能与酸反应变为酸式盐,所以当CO2过量时即溶液中H2CO3过量时,生成物为NaHCO3,故A式正确。
单质硅能和烧碱溶液反应生成硅酸钠和氢气,NaOH是易溶于水的强碱,Na2SiO3。是易溶于水的盐,均完全电离,故Na+可以简化掉,B式正确。
石英的成分是二氧化硅与烧碱液发生复分解反应生成硅酸钠和水。故C式正确。
碳酸比硅酸酸性强,所以往水玻璃即硅酸钠的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反应物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均为易溶于水的盐,能完成电离写成离子式,并且Na+可以简化掉,故D式不正确。
答案:D
[例8] 有一铅锡合金质量为100g,完全氧化后得到氧化物的混合物质量为116g,求合金中铅、锡的质量分数各为多少?
解法一:
分析:设100g铅锡合金中含锡xg,则含铅(100-x)g。①Sn氧化后的稳定产物是SnO2(+4价氧化物稳定),Sn的相对原子质量为
Pb氧化后的稳定产物是PbO(+2价氧化物稳定), Pb的相对原子质量为207,PbO的式量为223,(100-x)g Pb氧化生成的PbO质量必
因为SnO2与PbO质量共为116g,故可列一元一次方程,解方程求出Sn、Pb质量。
[解] 设100g锡铅合金中含锡xg,含铅为(100-x)g。
根据化学式所表示的元素质量分数及题意,列代数方程式:
解得x=43.2(g)
100-x=100-43.2=56.8(g)
答:合金中锡、铅质量分数分别为43.2%、56.8%
解法二:
分析:此题利用物质的量计算也很方便。设100g合金中含xg,含铅为(100-x)g
将SnO2与PbO由物质的量换算成质量,质量和为116g。
解:设100g锡铅合金中含锡为xg,含铅为(100-x)g Sn的物质的量=SnO2的物质的量
Pb的物质的量=PbO的物质的量
SnO2与PbO质量和为116g
解得 x=43.2(g)
(锡的质量)
100-x=56.8(g)
(铅的质量)
Pb%=1-43.2%=56.8%
答:合金中铅、锡分别占56.8%、43.2%
[例9] 称取两份由碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵组成的混合物7.06g。其中:一份加入过量的盐酸,可得CO2为1792mL(在标准状况下),另一份加热至质量不再减少时为止。冷却后再跟过量盐酸反应,可得CO2为896mL(在标准状况下)。求原混合物中,碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸氢铵的物质的量之比。
分析:此题是根据化学方程式,计算混合物成分物质的量之比的题。解题关键在于正确判断反应物与生成物、反应物的量与生成物的量之间的关系。
第一份7.06g混合物,各成分都跟过量的盐酸充分反应,均生成CO2。CO2体积之和为1792mL;第二份7.06g混合物加热后,除碳酸氢钠转化为碳酸钠外,碳酸氢铵则因全部转变为气态物质而不存在固体物质了。混合物中原有碳酸钠及生成的碳酸钠共同跟过量盐酸反应,生成896mLCO2。
解 全过程发生反应的化学方程式为:
Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑
(1)
NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2↑
(2)
NH4HCO3+HCl==NH4Cl+H2O+CO2↑
(3)
(4)
(5)
设7.06g该混合物中含Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3分别为x、y、zmol
从化学方程式(1)(2)(3)可知,第一份7.06g混合物与过量盐酸反应,
共生成CO2为(x+y+z)mol
从化学方程式(4)、(5)可知,第二份7.06g混合物加热,其中
x∶y∶z=0.02∶0.04∶0.02=1∶2∶1 答:Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3的物质的量之比为1∶2∶1。
新型无机非金属材料
[例10] 新型无机非金属材料跟传统硅酸盐材料相比,有什么特性?
【分析】 (1)能承受高温,强度高。如氮化硅陶瓷在1200℃时仍具有高强度。
(2)具有电学特性。有的可作绝缘体,有的可作半导体、导体、超导体。
(3)具有光学特性。有的能发出各色光,有的能透过可见光,有的能使红外线、雷达射线穿过。
(4)具有生物功能。有些对人体组织有较好的适应性,且硬度高、无毒、不溶于水,可直接植于人体内。
[例11] 请比较红宝石和蓝宝石成分的异同。人造红宝石和人造蓝宝石各有何用途?
【解答】 两者的主要成分都是Al2O3(刚玉)。刚玉中混有少量铬时,呈现红色,就形成红宝石;刚玉中混有少量钛时,呈现蓝色,就形成蓝宝石。
人造红宝石硬度高,可制钟表的轴承,它能放大某一波长的光而产生激光,可作固体激光器。人造蓝宝石因能使紫外线和可见光通过,可用于制造光学仪器。
[例12] 下列说法正确的是 [ ]
A.二氧化硅溶于水显酸性 B.光导纤维传导光的能力非常强,利用光缆通讯,能同时传送大量信息
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸强
D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸。
分析 二氧化硅不溶于水,不溶于强酸,但溶于氢氟酸。因为它能与碱反应生成盐和水,所以它是酸性氧化物。硅酸酸性比碳酸弱,它反映在CO2通入Na2SiO3溶液可生成硅酸。而SiO2能和Na2CO3高温下反应生成CO2,它可说明不挥发的SiO2可把气体CO2制出,但不能说明碳酸和硅酸的相对强弱。 答案:B
4.实战演练
一、选择题(每小题6分,共48分)
1.以下说法正确的是
A.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料B.绿色食品是指不含任何化学物质的食品
C.生物固氮是指植物通过叶面吸收空气中的氮气D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
2.实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是
A.澄清石灰水 B.硅酸钠溶液 C.新制氯水 D.氯化钙溶液
3.2MgO·SiO2中的酸根离子是
A.SiO B.Si2O C.SiO D.SiO
4.将过量的CO2通入下列溶液中,最终出现浑浊的是
A.CaCl2溶液 B.石灰水 C.饱和Na2CO3溶液 D.水玻璃
5.下列各组物质的比较中,正确的是
A.熔点:晶体硅>碳化硅>金刚石B.金属活动性:锗>锡
C.稳定性:CH4>SiH4 D.酸性:H2SiO3>H2CO3
6.欲除去SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3,最好应加入的试剂是
A.硫酸 B.烧碱 C.氢氟酸 D.盐酸
7.现有下列五个转化,其中不可能通过一步反应实现的是
①SiO2Na2SiO3②CuSO4CuCl2③SiO2H2SiO3
④CuOCu(OH)2⑤Ca3(PO4)2Ca(H2PO4)2
A.①和② B.③和④C.②③和④ D.②③④和⑤
8.下列叙述中,不正确的是
A.光导纤维广泛应用于现代通讯,制造光导纤维的主要原料是SiO2
B.二氧化碳不宜用于扑灭金属钠燃烧引起的火灾
C.一定条件下,可将石墨转化为金刚石,这一变化是物理变化
D.氢气作为新型燃料,其突出的优点是氢气轻,便于携带
二、非选择题(共52分)
9.(12分)将5 g含有SiO2的石灰石与267 mL 0.5 mol·L-1的盐酸反应,所得CO2在标准状况下的体积为1064 mL。
(1)中和剩余的盐酸,需1 mol·L-1 NaOH溶液 mL。
(2)煅烧1吨这种不纯的碳酸钙,最后残留物质量为 吨。
10.(10分)氮化硅是一种耐高温陶瓷材料,它的硬度大,熔点高,化学性质稳定,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得。
(1)氮化硅晶体属于 晶体。
(2)已知氮化硅晶体结构中,原子间都以单键相连,且N原子和N原子,Si原子和Si原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式 。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气保护下,加强热发生反应,可得较高纯度的氮化硅,反应的化学方程式为: 。
11.(10分)普通玻璃的成分Na2CaSi6O14,以氧化物形式可表示为 ,钾云母的化学式是K2H4Al6Si6O24,以氧化物形式可表示为 。
12.(10分)由Fe、Si、Al组成的混合物9.7 g,与足量的稀硫酸反应,在标准状况下可生成5.6 L氢气。若将等质量的该混合物与足量氢氧化钠溶液反应,在标准状况下也可产生同样多的氢气。问在上述9.7 g混合物中含Fe、Si、Al各多少克?
13.(10分)由SiO2和CaCO3组成的混合物26.0 g,经灼烧至质量恒定时,其质量减少8.8 g,试解答:
(1)写出可能发生反应的化学方程式;
(2)求产生的气体在标准状况下的体积;
(3)求原混合物中SiO2的质量。
附参考答案
一、1.D 2.AB 3.C 4.解析:同温下NaHCO3比Na2CO3的溶解度要小。答案:CD
5.C 6.D
7.解析:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O CuSO4+BaCl2===BaSO4↓+CuCl2
Ca3(PO4)2+4H3PO4===3Cu(H2PO4)2。 答案:B
8.CD
二、9.(1)38.5 (2)0.582
10.(1)原子 (2)Si3N4 (3)3SiCl4+6H2+2N2Si3N4+12HCl
11.Na2O·CaO·6SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
12.Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g
13.(1)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,CaCO3CaO+CO2↑(2)4.48 L(3)6 g
高中化学58个考点精讲
23、氮和磷
1.复习重点
1. 氮族元素性质的相似性和递变规律;
2. 氮气的分子结构及其化学性质;
3. 磷的两种同素异形体的有关性质。
2.难点聚焦
1.知识要点:
32 氮族元素
1.氮族元素的原子结构与性质
(1)周期表中的位置:第VA族(N、P、As、Sb、Bi)
(2)原子结构:
相同点:最外层电子数相同(5e-)
不同点:电子层数不同,原子半半径依次增大
(3)主要性质:
①相似性:a、最高价态为+5,负价为-3,能形成氢化物RH3,Sb、Bi无负价;最高价氧化对应水化物HRO3
或H3RO4 呈酸性。
②递变性:(按原子序数增大顺序):a、原子半径由小到大;b、氢化物的稳定性由强到弱;c、最高价含氧酸的酸性由强到弱;d、非金属性由强到弱,且比同周期卤族元素、氧族元素弱,金属性渐强。
2.氮气的性质
(1)氮气的物理性质:无色无味,不溶于水比空气略轻的气体。
(2)氮气的化学性质:
分子中N≡N非常牢固,通常情况下不易与其他物质反应。
N2 与氢气反应生成NH3(高温高压铁触媒)
与氧气在放电条件下生成NO
点燃
与活泼金属反应 3Mg+N2 Mg3N2
(3)氮气的用途:
工业上合成氨制硝酸;用作保护气,用于:焊接金属、填充灯泡、保鲜食品;医学上用于冷冻麻醉;高科技中用液氮制造低温环境等。
3.磷的同素异形体:白磷和红磷
名称
白磷
红磷
分子结构
分子式P4、正四面体型、键角60°
分子晶体、结构复杂
颜色状态
白色或黄色固体
暗红色粉末或固体
溶解性
不溶于水,易溶于CS2
不溶于水,不溶于CS2
毒性
剧毒
无毒
着火点
40℃
240℃
保存方法
保存在水中
密封
相互转化
4.磷及其化合物的性质
(1)磷单质的化学性质和用途
4P+5O2 2P2O5 2P+3Cl2 2PCl3(l) 2P+3Cl2 2PCl5(s)
用途:制高纯度磷酸、红磷用于制农药、安全火柴、白磷制造燃烧弹和烟幕弹。
(2)磷的化合物
①P2O5:极易溶于水,是较好的干燥剂(吸湿性很强)能与水作用:
P2O5+H2O(冷)=2HPO3(剧毒) P2O5+3H2O(热)=2H3PO4(无毒)
②H3PO4:无色晶体,与水任意比例互溶,有吸湿性,可作干燥剂,属非氧化性酸,沸点高。
化学性质:具有酸的通性,是三元中强酸,是一种高沸点酸。能与碱中和、与NaBr、NaI作用。
③磷酸盐:
溶解性:磷酸二氢盐均易溶于水,溶液呈酸性;磷酸盐和磷酸一氢盐除钾、钠、铵盐外不溶于水。
相互转化:
磷酸盐 磷酸一氢盐 磷酸二氢盐
2.原理、规律、疑难剖析:
1.氮族元素最外层电子都是5个,主要显+5、+3、-3价。本族元素形成的+3、-3价化合物中其原子已达到稳定结构,如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2。
2.在氮族元素中氮和其它元素比较,有很大的特殊性,它的主要化合价有-3、+1、+2、+3、+4、+5等多种氮元素能以不同的价态与氧结合,可以形成多种氧化物:N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在这些氧化物中NO2和N2O4可以通过非氧化还原反应相互转化:2NO2 N2O4。
有关氮的氧化物知识应注意:
①NO是一种无色无味气体,能与人血液中的血红蛋白结合而使人中毒。接触空气后立即被氧化为NO2
而变红棕色,收集NO气体必须用排水集气法。实验室中制NO气体是铜与硝酸反应:
3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
NO在神经信号传递、血压生理调控、血流量控制、免疫调节、抵抗感染等方面起到了重要作用,被称为“明星分子”或“信使分子”。
②NO2是一种红棕色、具有剌激性气味、有毒的气体。它与水反应,而易溶于水:
3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑
在反应中NO2既是氧化剂又是还原剂。
在NO2中,因N的价态较高,它的氧化性较强,NO2能氧化SO2、KI等物质:NO2+SO2=SO3+H2O
NO2+2KI=2KNO2+I2(NO2能使湿润的淀粉KI试纸为蓝)
③ 隐含反应2NO2 N2O4的应用:
在实验测定NO2、N2O4的相对分子质量、比较相同条件下相同物质的量的气体体积大小,以及涉及到NO2气体的颜色深浅、压强、密度等方面时要考虑此反应。
3.磷酸与碱反应的规律:
=1∶1时生成NaH2PO4
=1∶2时生成Na2HPO4
=1∶3时生成Na3PO4
介于1∶1和1∶2之间,则生成
NaH2PO4和Na2HPO4的混合物
介于1∶2和1∶3之间,则生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。
3.例题精讲
有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算
基本反应 : 2NO+O2=2NO2------------------(1) 3NO2+H2O=2H2NO3+NO------(2)
1、NO(N2)、NO2混合气体与水反应
例1. 将20ml充满NO和NO2的混合气体的试管倒立于盛水的水槽中,充分反应后,剩余气体的体积变为10ml,求原混合气体中NO和NO2 各占多少毫升?
解析:NO不与水反应,NO2与水反应时每一体积的NO2会生成1/3体积的NO ,所以剩余的气体为未参加反应的NO 和生成的NO
解法一:设原混合气体中含NO2 xml ,则含NO(20-x)ml
3NO2+H2O=2H2NO3+NO
3 1
x y
3/x=1/y解之得:y=x/3
由题意得:(20-x)+x/3=10 解得x=15ml 则原NO的体积 20-15=5ml 答:(略)
解法二: (差量法)设原混合气体中含NO2气体xml
3NO2+H2O=2H2NO3+NO △V
3 (3-1)
x (20-10)
3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml 答:(略)
2、NO2和O2 的混合气体与水的反应 关系式:4NO2+O2+H2O=4HNO3
将(2)×2-(1)得到,目的:消去中间产物NO)
讨论如下:
NO2与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
无
<4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
O2
>4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
3NO2+H2O=2H2NO3+NO
NO
例2.将充满NO2和O2
的混合气体的量筒倒置于水中,充分反应后,保持气体压强不变,水进入至量筒体积的一半处停止了,则原混合气体中NO2和O2的体积比是多少?
解析:NO2和O2的体积比不等于4:1,则需讨论NO2和O2分别过量时的两种情况
设混合气体的体积为1,混合气体中NO2的体积为x,则O2为(1- x)
(1)假定原混合气体中V(NO2):(O2)<4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
4 1
x y
4/x=1/y 解得y=x/4
剩余的O2:(1-x)-x/4=1/2 解得x=2/5
V(NO2):V(O2)=2/5:(1-2/5)=2:3
(2) 假定原混合气体中V(NO2):V(O2)>4:1
4NO2+O2+H2O=4HNO3
4 1
y (1-x)
4/ y =1/(1-x) 解得:y=4(1-x)
暂时剩余NO2:1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4
由反应式:3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知
最后剩余NO :(5x-4)/3
由(5x-4)/3=1/2得 x=11/10(不合题意,舍去)
小结: NO2和O2的混合气体与水反应时,当剩余气体的体积大于原混合气体体积的1/3时,只有一个条件:V(NO2):V(O2)>4:1(此结论由同学们自行证明)
3、NO与O2分别通入水中
关系式:4NO+3O2+H2O=4HNO3
讨论如下:
NO与O2的体积比
发生的化学反应
剩余气体
=4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
无
<4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
O2
>4:3
4NO+3O2+H2O=4HNO3
NO
例3.一定条件下,将等体积的NO和O2混合于一试管中,然后将试管倒立于盛有水的水槽中,充分反应后剩余气体的体积与原混合气体的体积之比是多少?
解析: 因为混合气体中NO和O2的体积比<4:3,则剩余气体为O2
设混合气体中NO 的体积为x,则O2的体积也为x
4NO+3O2+H2O=4HNO3
4 3
x y
4/ x =3 / y 解得:y=3x/4
剩余的O2为x-3x/4=x/4
它与原混合气体的体积比为x/4:2x=1:8
4、NO2、NO、O2的混合气体与水反应
关系式: V(O2)= V(NO2)/4+ 3V(NO)/4
特例,当V(NO): V(NO2)::V(O2)=1:1:1时,混合气体全部与水反应,无气体剩余。
例4.常温下盛有10mlNO2和10mlNO组成的混合气体的大试管倒立于水中,当缓缓通入O2一段时间后,试管内残留2ml气体,则通入O2体积可能为多少毫升
解析:残留2ml气体可能是NO也有可能是O2,应予以讨论
(1)若残留气体是NO ,则转化为HNO3的NO为10ml-2ml=8ml
则:4NO2+O2+H2O=4HNO3
4 1
10ml y
4 /10ml =1/ y 解得:y=2.5ml
4NO+3O2+H2O=4HNO3
4 3
8ml x
4/8ml =3/ x 解得:x=6ml
共耗氧气V(O2)=2.5ml+6ml=8.5ml
(2)若残留气体2ml是O2,则:
4NO+3O2+H2O=4HNO3
4 3
10ml z
4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml
故通入 V(O2)=2.5+7.5+2=12ml
答:(略)
例5.关于非金属N、O、Cl、P的叙述,正确的是( )
A.在通常情况下其单质均为气体
1、 其单质均由双原子分子组成
2、 都属于主族元素
3、 每种元素公生成一种氢化物
解析:N、O、Cl通常情况下单质为气体,且为双原子分子,而P不是,白磷为P4分子,其中N的氢化物有NH3、N2H4等,O的氧化物有H2O、H2O2,所以A、B、D选项均不正确。正确答案为C。
例6.氮气与其他单质化合一般需要高温,有时还需高压等条件,但金属锂在常温、常压下就能与氮气化合生成氮化锂,这是因为( )
①此反应可能是吸热反应 ②此反应可能是放热反应
③此反应可能是氮分子不必先分解成为原子④此反应前可能氮分子先分解成为原子
A.①② B.②④ C.②③ D.①④
解析:氮分子中存在N≡N,键能很大,非常
牢固,通常情况下很难断裂N≡N键成为氮原子与其他物质反应,如果氮分子能与这种物质容易反应,只可能是氮分子不必先分解为氮原子这种情况;另外化学反应中放热反应一般比较容易发生。综上所述正确选项应为C选项。
例7.(2002年南京市模拟题)工业废气的氮
氧化物(如NO、NO2等,用通式NOx表示)是主要的大气污染物之一。为了保护环境,工业上常通入氨气与之发生如下反应:
NOx+NH3 N2+H2O
有关此反应,下列说法中错误的是( )
A.N2既是氧化产物又是还原产物
2. 当x=1时,每生成2.5mol N2,被氧化的
气体有3mol
C.当x=2时,有1mol气体被还原,转移电子4mol
D.反应通式配平表示为:
6 NOx +4x NH3 = (3+2x)N2+6x H2O
解析:分析平配平方程式得到A、D选项均正确,将x=1代入6 NOx +4x NH3 = (3+2x)N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知:每生成5mol,被氧化的气体有4mol(被氧化的气体为NH3),则每生成2.5mol N2,被氧化的气体只有2mol。同理可推得C选项正确。所以,答案应为选项B。
例8.(1994·全国·17)已知磷酸分子
( )中的三个氢原子都可以跟重
水分子(D2O)中的D原子发生氢交换。又知次磷酸(H3PO2)也可以跟D2O进行氢交换,但次磷酸钠(NaH2PO2)却不能再跟D2O发生氢交换。由此可推断H3PO2的分子结构是( )
B.
D.
A.
C.
解析:题中所给磷酸分子的结构式是给的一个信息:含氧酸中只有与O原子直接结合的H原子才可能电离出H+,即题中所说的与D2O中的D原子发生氢交换。把信息迁移到H3PO2中,由于NaH2PO2不能与D2O进行氢交换,所以H3PO2只是一元酸,因而其结构式中只有一个—OH,再应用O原子只能有两个共价键的基础知识,就不难推出正确选项为B。
4.实战演练
1.有一种磷的结构式是 有关它的下列叙述中不正确的是
A.它完全燃烧时的产物是P2O5
B.它不溶于水
C.它在常温下呈固态
D.它与白磷互为同分异构体
2.下列反应起了氮的固定作用的是
A.N2与H2在一定条件下反应生成NH3
B.NH3经催化氧化生成NO
C.NO与O2反应生成NO2
D.由NH3制碳铵和尿素
3.关于氮族元素的性质,下列推断错误的是
A.最高价氧化物为R2O5,其水化物化学式为HRO3或H3RO4
B.非金属性:磷>砷,气态氢化物的还原性:PH3>AsH3
C.最高价含氧酸的酸性:硒酸>砷酸>锗酸
D.所形成的氢化物中BiH3最不稳定
4.下列比较中正确的是
A.硝酸酸性比磷酸强
B.PH3的稳定性大于NH3
C.PH3的还原性大于NH3
D.氮气的化学性质比磷活泼
5.新电灯泡的玻璃柱上涂有一点暗红色物质,以除去灯泡内残留的氧,该物质是
A.Cu2O B.Fe2O3
C.红磷 D.铜粉
6.红磷和白磷在一定条件下可以相互转化,这一变化属于
A.物理变化 B.化学变化
C.氧化还原反应 D.分解反应
7.在两密闭容器中分别盛有31 g白磷和1 mol氧气,控制条件使其发生反应,容器甲:P4+5O2===P4O10,容器乙:P4+3O2===P4O6,经充分反应后,两容器中分别所得的P4O10和P4O6的物质的量的比为
A.5∶4 B.4∶5
C.4∶3 D.3∶5
8.将(NH4)2CO3加热全部气化后,将气体先通过Na2O2,固体质量增加x g,再通过浓H2SO4,溶液质量增加y g;若先通过浓H2SO4,溶液增重z g,再通过Na2O2,固体质量增加w g,则x、y、z、w
的质量大小排列顺序正确的是
A.x>y>z>w B.w>z>y>x
C.y=z>x=w D.z>y>x>w
9.在一定温度和压强下,将一支容积为15 mL的试管充满NO2后,倒置于一个盛水的水槽中,当试管内液面上升至一定高度不再变化时,在相同条件下再通入O2,若要使试管内的液面仍保持在原高度,则通入O2的体积为
A.3.75 mL B.7.5 mL
C.8.75 mL D.10.5 mL
10.在下列反应中,氨作氧化剂的是
A.8NH3+3Br2===6NH4Br+N2
B.2NH3+H2S===(NH4)2S
C.2NH3+2Na===2NaNH2+H2
D.NH3+NaH===NaNH2+H2
11.下列关于磷及其化合物的叙述不正确的是
A.红磷用于制造安全火柴、农药和燃烧弹
B.磷酸二氢盐都易溶于水
C.磷酸是三元酸,比硝酸的酸性强
D.P2O5溶于热水生成磷酸,溶于冷水生成偏磷酸
12.下列制氮气的方法中,不合理的是
A.分离液态空气
B.加热使NH3分解
C.将空气通过足量灼热的铜网
D.将空气通过加热的镁粉
13.把等质量的镁分别放在下列气体中完全燃烧:①纯O2中,②空气中,③CO2中,
④Cl2中,⑤N2中,得到固体物质的质量分别为:m1、m2、m3、m4、m5,其由大到小的关系正确的是
A.①②③⑤④ B.④③①②⑤
C.④③②①⑤ D.④①③②⑤
14.关于磷的下列叙述中,正确的是
①红磷没有毒性而白磷剧毒 ②白磷在空气中加热到260℃可转化为红磷 ③少量白磷保存于水中 ④红磷可升华,且转化为白磷时属化学变化 ⑤白磷和红磷都可溶于CS2
⑥白磷为非金属单质,其晶体为正四面体型的原子晶体
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.③⑤⑥
15.为了测知红磷在氯气中燃烧的产物,可以根据它的质量增加来确定。现有红磷31 g,在氯气中燃烧其质量增加150 g,由此可判断这个反应中,红磷燃烧的产物是
A.只有PCl3 B.只有PCl5
C. PCl3和PCl5 D.无法确定
二、非选择题(共55分)
16.(8分)第ⅤA族某元素的单质15.5 g在空气中充分燃烧生成最高价氧化物。其质量比原单质质量增加20 g。该元素是 ,此元素原子结构示意图为 。
17.(9分)雷雨时,从天空落下的雨水中常含有少量硝酸,其原因是(用化学方程式表示):
①
②
③
18.(8分)实验室合成氨装置如下图。试回答:
装置甲的作用是:
①
②
从乙处导出的气体是 ,检验产物的简单化学方法是 。
19.(10分)如右所示A、B、C、D、E变化关系网,均省去了反应所需条件,
(1)如果A为气体单质,则:A ,B ,C ,D ,E 。
(2)如果A为固体单质,则:
A ,B ,C ,D ,E 。(均填分子式)
20.(11分)实验室常用饱和NaNO2与NH4Cl溶液反应制取纯净氮气,反应式为:NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O,ΔH<0,实验装置如下图所示,试回答:
(1)装置中A部分的分液漏斗与蒸馏烧瓶之间连接的导管所起的作用是 (填写编号)。
a.防止NaNO2饱和溶液蒸发b.保证实验装置不漏气c.使NaNO2饱和溶液容易滴下
(2)B部分的作用是 。
a.冷凝 b.冷却氮气 c.缓冲氮气流
(3)加热前必须进行的一个操作步骤是 ;加热片刻后,即应移去酒精灯以防反应物冲出,其原因是 。
(4)收集N2前,必须进行的操作步骤是(用文字说明) 。收集N2最适宜的方法是(填写编号) 。
a.用排气法收集在集气瓶中b.用排水法收集在集气瓶中c.直接收集在球胆或塑料袋中
21.(9分)实验室用稀硝酸与铜反应来制备NO气体,如果采用(Ⅰ)装置(烧瓶内加入稀硝酸和铜片,必要时可加热)。实验效果不十分理想,因为从观察到的现象不能有力证明反应产物是NO;有人设计了(Ⅱ)装置(橡皮塞下端连有铜丝圈),用来做该实验可以达到满意的效果。
(1)用Ⅰ装置做实验时,用排水法收集到的气体的颜色为 色;实验过程中由于观察到 现象,而不能有力证明反应产物是NO。
(2)用Ⅱ装置做实验时,将有关操作补充完全:
①将分液漏斗的活塞打开,从U形管的B侧管口注入稀硝酸,一直注到 为止。
②关闭活塞,用酒精灯在U形管的A侧加热,当 时,立即撤去酒精灯。
(3)回答下列问题:
①反应在什么情况下可以自动停止?可在何处观察到无色的NO气体?
②如果再将分液漏斗的活塞慢慢打开,可立即观察到哪些明显现象?
附参考答案
一、1.D2.解析:氮的固定是把单质氮转变成化合物的氮的过程。答案:A3.B 4.AC
5.解析:反应消耗灯泡内少许氧气。答案:C 6.B
7.解析:依反应方程式进行过量与适量的判断后计算。答案:B
8.D 9.C 10.CD 11.C 12.BD
13.解析:用差量法求解比较方便,但注意2Mg+CO2===2MgO+C,固体物质是两部分。答案:B
14.C 15.C
17.①N2+O22NO ②2NO+O2===2NO2③3NO2+H2O===2HNO3+NO↑
18.①干燥气体 ②使两种气体充分混合,并通过观察气泡以调节氢气、氮气流速 NH3及N2和H2的混合物 用湿润的红色石蕊试纸检验气体,试纸变蓝(或其他合理方法)
19.(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3 (2)S SO3 SO2 H2S H2SO4
20.(1)c (2)a (3)检查装置的气密性 本反应为放热反应 (4)将系统内空气排尽 c
21.(1)无 烧瓶内有红棕色气体
(2)①单孔塞下沿与液面间不留有空隙(无气泡存在) ②铜丝上有气泡产生
(3)①当产生的NO气体将稀HNO3排入U型管B侧管内使铜丝网与稀HNO3脱离后反应会立即停止;在U型管A侧管中可观察到无色的NO气体。②U型管的B侧管中的稀HNO3又回到A侧管内,分液漏斗中有红棕色气体出现。