非金属及其化合物得分宝典

◇ 北京 李宏华



非金属及其化合物得分宝典

◇ 北京 李宏华

古人云:“学而不思则罔.”在学习中要善于归纳总结、勤于思考,找出知识的内在联系,对不懂的问题要及时解决,只有这样才能灵活运用所学的知识．

1 硅及其化合物

【问题1】 从元素周期表的位置看,碳和硅均为第ⅣA元素,自然界中的碳有多种单质存在,自然界中有硅的单质吗?为什么?

【答案】 没有,因为硅有很强的亲氧性,在地壳形成时硅与氧易结合、难分离,因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在．

【问题2】 硅单质有广泛的用途,用哪些化学方程式可以表示工业上获取硅单质的过程？

【问题3】 SiO2既能与酸反应又能与碱反应,有的同学认为它是一种两性氧化物,你同意这种看法吗?

【答案】 不同意．因为SiO2只能与HF反应,这是SiO2的特性,生成物也不是盐和水,因此SiO2是一种酸性氧化物,而不是两性氧化物．

【问题4】 实验室要熔化NaOH固体,现有石英坩埚、陶瓷坩埚和铁坩埚，你认为应选哪一种,为什么?

【问题5】 光电材料和光纤材料的成分分别是什么?

【答案】 光电材料的主要成分是晶体硅;光纤材料的主要成分是二氧化硅．

【问题6】 若将长石和高岭土改写成氧化物的形式,试分别写出与HCl反应的离子方程式．

【答案】 K2O·Al2O3·6SiO2+8H+=

2K++2Al3++6SiO2+4H2O;

Al2O3·2SiO2·2H2O+6H+=

2Al3++2SiO2+5H2O.

例1下列说法正确的是( ).

A (2015年安徽卷)SiO2既能和NaOH溶液反应,又能和氢氟酸反应,所以是两性氧化物;

B (2016年海南卷)石英砂可用于生产单晶硅;

C (2016年全国卷Ⅲ)SiO2与HF反应,氢氟酸在玻璃器皿上刻蚀标记;

D (2016年江苏卷)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸:Na2SiO3+2H+=H2SiO3↓+2Na+

2 氯及其化合物

【问题1】 如遇到氯气泄漏应如何自救?

【答案】 Cl2密度比空气大,因此要逆着风向往高处转移．由于Cl2易和碱反应,可用蘸有肥皂水或纯碱溶液的毛巾捂住鼻子．向空中喷洒石灰水用于处理Cl2．

【问题2】 将Cl2通入石蕊试液中的现象是什么?能用pH试纸测定氯水的pH吗?

【答案】 现象是先变红后褪色．氯水的pH不能用pH试纸测定,因为氯水中的HClO能将pH试纸漂白．

【问题3】 如何保存氯水、漂白粉?说明原因．

【答案】 应避光(棕色试剂瓶中)、密封保存．原因是氯水中的HClO见光易分解,氯水具有挥发性,易挥发出Cl2,漂白粉易吸收空气中的CO2和水蒸气生成HClO,HClO见光分解而使漂白粉失效．

【问题4】 饱和食盐水可以收集较纯净氯气的原因是什么?该原理还可以用于收集哪些气体?

【答案】 氯气在饱和食盐水中的溶解度较小,又能够除去其中含有的HCl．其原理是饱和氯化钠溶液中的Cl-存在,导致Cl2与水的反应受到了抑制,所以Cl2的溶解度减小．CO2可以用饱和NaHCO3溶液收集，SO2可以用饱和NaHSO3溶液收集，H2S可以通过排饱和NaHS溶液收集．

例2下列说法正确的是( ).

A (2016年四川卷)氯气作水的杀菌消毒剂;

B (2016年全国卷Ⅲ)浓盐酸与MnO2反应制备纯净Cl2的操作是气体产物先通过浓硫酸,后通过饱和食盐水;

C (2016年上海卷)向新制氯水中加入少量碳酸钙粉末,能增强溶液漂白能力;

D (2016年全国卷Ⅰ)将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2

解析氯气和水反应生成盐酸和次氯酸,次氯酸具有强氧化性,能杀菌消毒,选项A正确;气体产物先通过饱和食盐水,除去氯化氢,再通过浓硫酸除去水蒸气,否则水蒸气不能除去,选项B错误;由于酸性由强到弱顺序为HCl、H2CO3、HClO,所以向溶液中加入少量碳酸钙粉末,会发生反应:2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑,使化学平衡正向移动,导致c(HClO)增大,则溶液的漂白性增强,选项C正确;将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水，在除去氯气中的HCl的同时引入水蒸气,故不能得到纯净的Cl2,选项D错误．答案为A、C.

3 硫及其化合物

【问题1】 请分析哪些物质能使溴水褪色?

【问题2】 下列哪些事实或实验能说明氧化性大小的顺序为Cl2大于Br2大于I2．

① 氯水分别滴入KBr、NaI溶液中颜色加深,而溴水滴入NaCl溶液中无明显变化,滴入淀粉-KI溶液中,溶液变蓝;②H2和Cl2的混合气体光照能爆炸,H2和Br2的混合气体加热才能反应,而H2和I2反应更困难;③ Fe分别与Cl2、Br2、I2反应生成Fe的化合物的化合价高低;④ HCl、HBr、HI的热稳定性越来越差;⑤ Cl2、Br2、I2在水中的溶解度逐渐减小.

【答案】 ①、②、④.

【问题3】 淀粉-KI试纸常用于检验哪些物质?

【答案】 检验强氧化性物质如Cl2、Br2、FeCl3溶液、O3等,反应原理是I-被氧化成I2而使淀粉变蓝．

【问题4】 请设计多种方案鉴别NaCl、NaBr、KI这3种白色固体．

【答案】方法1可用氯水鉴别．把这3种物质各取少量配成溶液,加入新制的氯水和汽油(或四氯化碳),振荡,分层,使汽油层呈无色的是NaCl;使汽油层呈橙色的是NaBr;呈紫红色的是KI．

方法2可先用焰色反应将KI区分出来，然后再将另外2种物质各取少量配成溶液,加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有淡黄色沉淀生成的是NaBr．

方法3分别取少量固体配成溶液,分别加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成的是NaCl,有淡黄色沉淀生成的是NaBr,有黄色沉淀生成的是KI．

【问题5】 检验X-存在时,加入稀硝酸的作用是什么?能否用盐酸代替?

【问题6】 氧化物的酸碱性与氧化物能够与水反应生成的酸、碱有什么关系?

【答案】 氧化物的酸碱性与其能否与水反应无直接联系,氧化物的酸碱性是根据其能否与酸或碱反应生成盐和水进行分类的,因为有些酸性氧化物或碱性氧化物不与水反应．

【问题7】如何洗涤附着在试管内壁上的硫?

【问题8】 哪些事实能说明硫的氧化性比Cl2的氧化性弱?

【答案】 1) 与Fe反应,产物中Fe的价态不同:

2) 利用置换反应证明:H2S+Cl2=S↓+2HCl．

【问题9】 有2瓶分别经过Cl2和SO2漂白的品红溶液,如何通过简单的实验鉴别?

【答案】 加热,恢复红色的是经过SO2漂白的品红溶液,否则是经过Cl2漂白的品红溶液．

例3下列叙述正确的是( ).

A (2016年江苏卷)SO2具有氧化性,可用于漂白纸浆;

B (2016年全国卷Ⅲ)配制稀硫酸时要先将浓硫酸加入烧杯中,后倒入蒸馏水;

C (2016年海南卷)将SO2通入溴水中证明SO2具有还原性;

D (2016年上海卷)NaCl与浓H2SO4加热可制HCl,推测NaBr与浓H2SO4加热可制取HBr

解析SO2用于漂白纸浆是利用其漂白性,选项A错误;浓硫酸稀释应该将浓硫酸倒入水中,选项B错误;SO2通入溴水中,发生反应:SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr,溴水褪色，SO2体现的是还原性,选项C正确;浓硫酸的氧化性很强,会将HBr氧化成Br2,选项D错误．答案为C.

4 氮及其化合物

【问题1】 根据氮在元素周期表中的位置可知氮元素是一种活泼的非金属,为什么氮气却很稳定?

【答案】 氮气的性质不仅与原子结构有关,还与氮分子的构成有关;氮气分子中的N≡N键,键能很大,分子结构稳定,故氮气很稳定．

【问题2】 俗话说“雷雨发庄稼”,这说明雷雨中含有能被植物吸收利用的化合态的氮,请写出3个有关的化学方程式:

(1) ________; (2) ________; (3) ________．

(2) 2NO+O2=2NO2;

(3) 3NO2+H2O=2HNO3+NO.

【问题3】 如何鉴别NO2与溴蒸气?

【答案】 NO2和Br2在性质上有不少相似性，如均具有氧化性，溶于水均有酸生成，均可与碱反应，均为红棕色等，所以不能用淀粉-KI试纸、pH试纸、NaOH溶液来鉴别,但二者性质又有差别,可以用下列溶液或方法鉴别:AgNO3溶液、CCl4溶液、用水洗法．

【问题4】 实验室收集NO和NO2气体时应分别采取什么方法?

【答案】 由于NO能与O2反应,故不能用排空气法收集,不溶于水,可用排水法收集;NO2和水发生反应:3NO2+H2O=2HNO3+NO,故不能用排水法收集,结合NO2气体的密度大于空气的密度,故用向上排空气法收集．

【问题5】 久置的硝酸呈黄色,如何除去?怎样保存硝酸?

【答案】 硝酸显黄色是由于硝酸见光或受热发生分解,生成的NO2溶于浓硝酸所致,所以消除的方法是通入O2(或空气),使其发生反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3．保存时应盛放在棕色试剂瓶中,并置于阴凉处．

【问题6】 常温下,铝和铁在浓硝酸中“钝化”是化学变化吗?

【答案】 是化学变化,钝化是在铁、铝的表面形成一层致密的氧化物保护膜,阻止了金属与硝酸的进一步反应．

【问题7】 浓硝酸与铜反应产生NO2气体,稀硝酸与铜反应产生NO气体,有人认为稀硝酸的氧化性更强,这种说法正确吗?

【答案】 不正确．浓硝酸与铜发生剧烈反应,而稀硝酸与铜反应相对平缓,故说明浓硝酸的氧化能力强．

【问题8】 加热条件下,足量的铜与一定量的浓硫酸反应是否会有不同的气体产生?

【答案】 随着反应的不断进行,硫酸的浓度降低,稀硫酸不能与铜反应,只能产生SO2气体．

【问题9】 固态NH4Cl受热变成气体,气体遇冷又变为固态NH4Cl;固态碘受热变成蒸气,蒸气遇冷又变成固态碘：这2种现象的本质是否相同?

【答案】 不相同,NH4Cl固体受热分解成NH3和HCl,发生了化学变化;固态碘受热升华成为碘蒸气,是物理变化．

例4(2016年全国新课标卷Ⅰ) 氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2,某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究．回答下列问题:

(1) 氨气的制备.

图1

(ⅰ) 氨气的发生装置可以选择图1中的________,反应的化学方程式为________．

(ⅱ) 预收集一瓶干燥的氨气,选择图1中的装置,其连接顺序为:发生装置→________(按气流方向,用小写字母表示)．

图2

(2) 氨气与二氧化氮的反应.

将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)．在一定温度下按图2装置进行实验，如表1．

表1

解析(1) 在实验室中是利用消石灰与NH4Cl混合加热,故应选用装置A加热, 利用装置A制得的氨气,由于氨气是碱性气体,所以需要利用碱石灰进行干燥,然后再根据氨气的密度比空气小的性质,用向下排空气法收集,氨气是大气污染物,要进行尾气处理,可利用其在水中极容易溶解的特性,用水作吸收剂进行尾气处理. (2) NO2具有强氧化性,NH3有强还原性,二者相遇,会发生反应产生氮气和水,根据电子守恒、原子守恒,可得反应的方程式为8NH3+6NO2=7N2+12H2O,故Y管内红棕色气体颜色变浅最终为无色,同时在注射器的内壁有水珠产生; 根据实验现象分析可知发生该反应的方程式是8NH3+6NO2=7N2+12H2O; 反应后由于容器内气体的物质的量减少,所以会使容器内气体压强减小．当打开K2后,烧杯内NaOH溶液在大气压强的作用下会倒吸入Y管内， 原因是该反应是气体体积减小的反应,装置内压强降低,在大气压的作用下而发生倒吸现象．

制取气体的装置与反应物的状态及反应条件有关,高中阶段可以认为有3套装置: 1) 由固体混合物加热制取气体,可以用试管口略向下倾斜的装置(大试管制氧法); 2) 固体(块状或粒状)与液体不需要加热制取气体(启普发生器制氢法); 3) 固体与固体混合、固体与液体混合、液体与液体混合,加热或不加热制取气体可以在烧瓶中进行(制氯装置)．一般按照制取气体、除杂、干燥、收集、尾气处理来判断装置连接顺序．要根据除杂原则,采用适当的试剂除杂、干燥,根据物质的物理或化学性质进行气体的收集和尾气处理．对于极容易溶于水或某溶液的气体,尾气处理要注意防止倒吸现象的发生．

北京市顺义区第八中学)