資源簡介

第五章 化工生產中的重要非金屬元素
第一節 硫及其化合物
知識點1 硫
1、與金屬反應
Na+S＝Na2S（研磨爆炸）
2Al+3SAl2S3（工業制硫化鋁）
Fe+SFeS Cu+SCu2S（S與某些變價金屬反應時，一般生成低價金屬硫化物）
Hg+S＝HgS（用于除灑落的汞，常溫反應）
2、與非金屬反應
H2+SH2S
S+O2SO2（硫在空氣中燃燒，呈淡藍色火焰；硫在純氧中燃燒，呈藍紫色火焰，但產物都是SO2，S與O2不能一步轉化為SO3）
3、與某些化合物反應
3S+6NaOH 2Na2S+Na2SO3+3H2O （可用熱的燒堿溶液除去試管中附著的硫單質。另一種除硫方法：硫難溶于水，易溶于CS2，可用二硫化碳去除）
S+2KNO3+3C K2S+N2↑+3CO2（制黑火藥）
知識點2 二氧化硫
1、酸性氧化物的通性（硫的價態不變）
（1）與水反應生成相應的酸：SO2+H2O H2SO3 （二氧化硫的水溶液使紫色石蕊試液變紅）
二氧化硫溶于水形成的亞硫酸只能存在于溶液中，它很不穩定，容易分解成水和二氧化硫，故二氧化硫溶于水的反應是可逆反應。
（2）能和堿反應生成鹽和水：SO2+2NaOH═Na2SO3+H2O （與量有關）
（3）能和堿性氧化物生成相應的鹽：SO2+CaO═CaSO3 （可用于燃煤固硫，減少SO2排放）
2、還原性：SO2使溴水（橙黃色）、氯水（黃綠色）、高錳酸鉀溶液（紫紅色）、Fe3+溶液褪色（褪色是因為SO2具有還原性，能和以上的氧化劑發生氧化還原反應導致褪色，與漂白性無關）
SO2+Br2+2H2O═H2SO4+2HBr SO2+Br2+2H2O═SO42-+2Br-+4H+
SO2+Cl2+2H2O═H2SO4+2HCl SO2+Cl2+2H2O═SO42-+2Cl-+4H+
5SO2+2KMnO4+2H2O═K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 5SO2+2MnO4-+2H2O═5SO42-+2Mn2++4H+
2FeCl3+SO2+2H2O=2FeCl2+H2SO4+2HCl 2Fe3++SO2+2H2O═2Fe2++SO42-+4H+
（SO3+H2O═H2SO4， SO3是一種無色固體，熔點是16.8℃，沸點也只有44.8℃，易溶于水，溶于水時放出大量的熱。）
3、氧化性
SO2氣體通過氫硫酸，溶液變渾濁，有淡黃色不溶物出現：SO2+2H2S═3S↓+2H 2O
4）漂白性：SO2使品紅溶液褪色：由于二氧化硫可跟某些有色物質化合成無色物質，而化合成的無色物質卻是不穩定的，易分解而恢復原來有色物質的顏色。故加熱可使品紅恢復為紅色。
漂白性的比較：
具有漂白性的物質
物質 HClO、O3、H2O2、Na2O2 SO2 木炭
原理 將有色物質氧化分解 與有色物質結合生成無色物質 吸附
實質 氧化還原反應 非氧化還原反應 物理吸附
效果 永久性 暫時性 暫時性
范圍 可漂白大多數有色物質，能使紫色石蕊褪色 可漂白某些有色物質，不能使石蕊試液褪色 可吸附某些有色物質的分子
把Cl2和SO2混合用于漂白，能否增強漂白效果？為什么？
〖答案〗不能，SO2+Cl2+2H2O═H2SO4+2HCl
【SO2與CO2的相互鑒別】
①鑒別SO2氣體的常用方法是用品紅溶液，看能否使其褪色，有時還需再加熱看能否再復原．
②鑒別CO2氣體的常用方法是用澄清石灰水，看能否使其變渾濁，足量時再變澄清．
③當混有CO2時，不會影響SO2的鑒別；
④當混有SO2時會干擾CO2的鑒別，應先除去SO2后再用澄清石灰水鑒別CO2氣體．
⑤除去CO2中的SO2，常用方法是使混合氣體先通過足量溴水或酸性KMnO4溶液或飽和NaHCO3溶液（吸收SO2），再通過品紅溶液（檢驗SO2是否被除盡）．
（5）SO2的實驗室制法：Na2SO3（s）+H2SO4（濃）═Na2SO4+SO2↑+H2O （體現硫酸的酸性）
知識點3 硫酸
1、稀硫酸的化學性質：稀硫酸具有酸的通性（與指示劑作用：能使紫色石蕊試液變紅；與堿發生中和反應；與堿性氧化物或堿性氣體反應 ；與活潑金屬發生置換反應；與某些鹽溶液反應。）
2、濃硫酸的特性
（1）吸水性。濃硫酸不僅可以吸收空氣中的水，還可吸收混在氣體中的水蒸氣、結晶水合物中的部分結晶水。使藍色CuSO4·5H2O變成白色CuSO4。將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中，其質量將增加，密度將減小，濃度降低，體積變大。實驗室里常利用濃硫酸作干燥劑。能夠用濃H2SO4干燥的氣體為酸性或中性氣體，而具有還原性的氣體H2S、HBr、HI和堿性氣體NH3則不能用濃H2SO4干燥。
不同類型干燥劑的對比：
干燥劑 可干燥的氣體 不可干燥的氣體
名稱或化學式 酸堿性 狀態
濃H2SO4 酸性 液體 H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CO NH3
固體NaOH、生石灰，堿石灰（氫氧化鈉和生石灰的混合物） 堿性 固態 H2、O2、N2、CH4、CO、NH3等 CO2、SO2、HCl
無水CaCl2 中性 固態 除NH3外的所有氣體 NH3
（2）脫水性。濃H2SO4將有機物里的氫、氧元素按原子個數比2：1脫去生成水的性質。如，使蔗糖脫水變黑。是紅色石蕊試劑先變紅后變黑。（變紅體現硫酸的酸性，變黑體現脫水性）
（3）強氧化性。
常溫下，Fe、Al遇濃H2SO4會發生鈍化（不是不反應，而是反應生成一層致密氧化膜，從而阻止反應進一步進行）。但熱的濃H2SO4能氧化大多數金屬（除金、鉑外）、某些非金屬單質及一些還原性化合物．如：
Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+2H2O+SO2↑ （既體現硫酸酸性又體現強氧化性）
S+2H2SO4（濃）2H2O+3SO2↑ （只體現強氧化性）
C+2H2SO4（濃）CO2↑+2H2O+2SO2↑ （只體現強氧化性）
3、工業制取硫酸
第一步：沸騰爐 4FeS2+11O2=高溫=2Fe2O3+8SO2 （FeS2中硫化合價為-1，Fe為+2）
第二步：接觸室
第三步：吸收塔 H2O+SO3==H2SO4【實際用98%的濃硫酸吸收，避免形成酸霧，提高吸收效率】
4、硫酸根離子的檢驗
檢驗原理：Ba2++SO42﹣＝BaSO4↓
可能產生干擾的離子：CO32﹣，SO32﹣，Ag+
檢驗方法：先加入稀鹽酸酸化，沒有沉淀產生，然后加入BaCl2溶液，產生白色沉淀，則證明有硫酸根離子。
(
通入
NH
3
、
NaOH
溶液
) (
BaSO
3
白色沉淀
) (
Ba(OH)
2
溶液
)5、SO2通入溶液
(
BaSO
3
白色沉淀
) (
通入
Cl
2
、
NO
2
) (
BaCl
2
溶液
)
(
BaSO
4
白色沉淀
) (
無現象
)SO2
(
S
沉淀
) (
H
2
S
) (
BaSO
4
白色沉淀
) (
Ba(NO
3
)
2
溶液
)
第二節 氮及其化合物
知識點1 氮氣與氮的固定
1、氮氣 常溫下比較穩定，可做保護氣。
（N2和O2不能一步反應得到NO2）
（工業合成氨）
2、氮的固定
將大氣中游離態的氮（N2）轉化為氮的化合物的過程。
知識點2 一氧化氮與二氧化氮
氮的氧化物有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5等，其中只有N2O3和N2O5為酸性氧化物。
①NO在常溫下，易與氧氣反應，由無色變為紅棕色。
②NO2與水反應
③NO2 、O2與水反應：4NO2+ O2+2H2O = 4HNO3
V(NO2):V(O2)= 4:1 時，無氣體剩余，最后只有HNO3。
V(NO2):V(O2)< 4:1 時，O2過量，剩余為O2。
V(NO2):V(O2)> 4:1 時，NO2過量，剩余為NO。
④NO 、O2與水反應：4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3
當 V(NO):V(O2)=4:3 時，恰好完全反應，無氣體剩余
當 V(NO):V(O2)>4:3 時，NO 過量，NO 剩余
當V(NO):V(O2)<4:3 時，O2 過量，O2 剩余
⑤NO不與酸堿反應，NO2可與NaOH反應 （用NaOH吸收尾氣）
NO與NO2混合可與NaOH反應
當 V(NO):V(O2)=1:1 時，恰好完全反應，產物只有NaNO2
當 V(NO):V(O2)>1:1 時，NO 過量， 產物只有NaNO2
當V(NO):V(O2)<1:1時，NO2 過量，但NO2本身能與NaOH發生歧化反應，故產物既有NaNO2，又有NaNO3。
⑥NO2具強氧化性，可使濕潤淀粉KI試紙變藍，可與SO2反應
知識點3 氨和銨鹽
1、氨
NH3的電子式為，結構式為，氨分子的結構為三角錐形
（1）跟水反應
NH3+H2O NH3 H2O NH4++OH﹣氨的水溶液(俗稱氨水)顯弱堿性，能使酚酞溶液變紅或紅色石蕊試紙變藍。氨水中存在的分子有 NH3 H2O、NH3、H2O等（其中不穩定的分子為NH3 H2O），存在的離子有NH4+、OH—、H+（極少量）。 但通常把NH3當作氨水的溶質。氨水的密度比水小 ,而且密度隨濃度的增大而減小。
（2）與酸反應
與HCl氣體反應：NH3+HCl= NH4Cl；現象：冒白煙
與HNO3反應：NH3+HNO3= NH4NO3
與H2SO4反應：2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4
（3）還原性
氨的催化氧化
NH3+5O24NO+6H2O (此反應為工業制硝酸的基礎)
（檢驗是否有氯氣泄漏）
2. 氨的實驗室制法
①反應原理：
②發生裝置：固與固混合加熱型裝置。與制備O2 等氣體的裝置相似。
③NH3的檢驗：a.用潤濕的紅色石蕊試紙檢驗。b.用玻璃棒沾取濃鹽酸檢驗。
④NH3的干燥：NH3通常用堿石灰干燥。不能用CaCl2、P2O5、濃硫酸作干燥劑。
⑤試管口棉花的作用：防止對流，保證試管中能收集滿氨。
⑥注意事項：反應裝置中試管口須稍向下傾斜。選用藥品時最好用新制的Ca(OH)2。余氨的吸收：可用水或H2SO4液濕潤的棉花吸收。通入溶液中時要防倒吸。
NH3是中學階段唯一堿性氣體，可使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，可作為推斷題的突破口。
其他制備方法：
a.加熱濃氨水
b.向固體燒堿或生石灰中滴加濃氨水：過程放熱，促使氨氣產生；溫度升高降低氨的溶解度；C(OH-)增大，有利于氨的產生。
3、銨鹽
①銨鹽不穩定，受熱分解
氯化銨的分解：NH4Cl NH3↑ + HCl↑ 氣體遇冷又變成固態NH4Cl，故不用加熱NH4Cl來制備NH3，可用加熱法分離NaCl與NH4Cl的固體混合物。
碳酸氫銨分解：NH4HCO3 NH3↑+H2O +CO2↑
硝酸銨的分解(生成物中有N2、O2時)2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
提示：銨鹽受熱易分解，但不是所有的銨鹽分解都產生氨氣。
②銨鹽與堿反應：
銨鹽可用作氮肥，銨態氮肥不宜與草木灰混用，草木灰主要成分K2CO3顯堿性，使肥效降低
a.氯化銨與固體氫氧化鈉固體混合加熱：NH4Cl+NaOH NaCl +NH3↑+H2O
b.實驗室制備氨：
固體之間的反應一般不寫離子方程式。若在水溶液中，加熱銨鹽與堿的反應可用離子方程式表示NH4++OH- NH3↑+H2O（可用此原理檢驗溶液中的NH4+）。若溶液濃度較稀，且不加熱，則離子方程式為NH4++OH-= NH3 H2O
NH4+的檢驗：取少許待測液或晶體于小試管中，加入NaOH溶液，微熱，將濕潤的紅色石蕊試紙（或蘸有濃鹽酸的玻璃棒）放在試管口。若試紙變藍色（或者冒白煙），說明待測液中含有NH4+或者晶體是銨鹽。
知識點4 硝酸
（1）酸性：具有酸的通性，但與金屬反應不產生氫氣。稀硝酸使紫色石蕊變紅，但濃硝酸使紫色石蕊先變紅（酸性）后褪色（強氧化性）
（2）不穩定性（久置硝酸顯黃色，因溶解NO2）保存硝酸：棕色試劑瓶、避光、低溫陰涼處。
（3）強氧化性：
a.與除Pt、Au外的金屬反應—常溫下，濃硝酸遇Fe、Al鈍化
銅與濃硝酸：反應劇烈，銅絲變細，溶液呈綠色，試管上方出現紅棕色氣體
銅與稀硝酸：反應緩慢，銅絲逐漸溶解、溶液呈藍色，試管上方氣體呈淡紅棕色，后逐漸變為無色。
離子反應方程式：
鐵與稀硝酸反應：Fe(少)+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
3Fe(過量)+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+NO+4H2O
硝酸與金屬反應永遠不可能產生H2，硝酸既體現氧化性又體現酸性。
b. 與非金屬反應
c. 與某些還原性物質反應——Fe2+、SO32-、I-、Br-、S2-等 3 Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O
離子共存：NO3-無氧化性，遇H+具有強氧化性。在H+、NO3-存在的溶液中不能大量存在Fe2+、SO32-、I-、Br-、S2-等還原性離子。
3.工業制硝酸
①合成氨：
②氨的催化氧化：NH3+5O24NO+6H2O
③冷卻氧化：
④吸收：
第三節 無機非金屬材料
知識點1 傳統無機非金屬材料
1、陶瓷
①原料：黏土 （主要成分為含水的鋁硅酸鹽）
2、玻璃
①原料：純堿（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（SiO2）
②玻璃主要成分：Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 玻璃為混合物，無固定熔點
反應方程式： SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
3、水泥
①原料：黏土、石灰石、石膏（調節水泥硬化速率）
②混凝土： 水泥、沙子和碎石等與水混合
知識點2 硅
硅元素含量在地殼中居第二位，為親氧元素，在自然界中沒有游離態，主要以硅酸鹽和氧化物的形式存在。
1、常溫下，不活潑，只能與F2、HF（氫氟酸）、強堿溶液反應
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
2、加熱或高溫條件下，硅能與某些非金屬單質反應
Si+2Cl2 SiCl4 Si+O2SiO2 Si+C SiC（碳化硅，俗稱金剛砂）
3Si+2N2 Si3N4（氮化硅，新型陶瓷材料）
3、硅的應用: 半導體材料，太陽能電池，芯片
4、硅的工業制取
(
300
℃
)（1）SiO2+2CSi+2CO↑ 制粗硅
(
1100
℃
)（2）Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑
（3）SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl
知識點3 二氧化硅
①特性：與HF反應 ——唯一能與SiO2反應的酸 用途：刻蝕玻璃
SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O
②酸性氧化物
與強堿溶液反應： SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
與堿性氧化物反應： SiO2 + Na2O Na2SiO3 SiO2 + CaO CaSiO3
③ 與碳酸鹽反應 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
④ 硅酸的制備
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3
Na2SiO3+2HCl=NaCl+H2SiO3↓
二氧化硅應用：石英、瑪瑙、沙子、水晶（純凈SiO2) 、光導纖維

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