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第五章 化工生产中的重要非金属元素
第一节 硫及其化合物
知识点1 硫
1、与金属反应
Na+S＝Na2S（研磨爆炸）
2Al+3SAl2S3（工业制硫化铝）
Fe+SFeS Cu+SCu2S（S与某些变价金属反应时，一般生成低价金属硫化物）
Hg+S＝HgS（用于除洒落的汞，常温反应）
2、与非金属反应
H2+SH2S
S+O2SO2（硫在空气中燃烧，呈淡蓝色火焰；硫在纯氧中燃烧，呈蓝紫色火焰，但产物都是SO2，S与O2不能一步转化为SO3）
3、与某些化合物反应
3S+6NaOH 2Na2S+Na2SO3+3H2O （可用热的烧碱溶液除去试管中附着的硫单质。另一种除硫方法：硫难溶于水，易溶于CS2，可用二硫化碳去除）
S+2KNO3+3C K2S+N2↑+3CO2（制黑火药）
知识点2 二氧化硫
1、酸性氧化物的通性（硫的价态不变）
（1）与水反应生成相应的酸：SO2+H2O H2SO3 （二氧化硫的水溶液使紫色石蕊试液变红）
二氧化硫溶于水形成的亚硫酸只能存在于溶液中，它很不稳定，容易分解成水和二氧化硫，故二氧化硫溶于水的反应是可逆反应。
（2）能和碱反应生成盐和水：SO2+2NaOH═Na2SO3+H2O （与量有关）
（3）能和碱性氧化物生成相应的盐：SO2+CaO═CaSO3 （可用于燃煤固硫，减少SO2排放）
2、还原性：SO2使溴水（橙黄色）、氯水（黄绿色）、高锰酸钾溶液（紫红色）、Fe3+溶液褪色（褪色是因为SO2具有还原性，能和以上的氧化剂发生氧化还原反应导致褪色，与漂白性无关）
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是一种无色固体，熔点是16.8℃，沸点也只有44.8℃，易溶于水，溶于水时放出大量的热。）
3、氧化性
SO2气体通过氢硫酸，溶液变浑浊，有淡黄色不溶物出现：SO2+2H2S═3S↓+2H 2O
4）漂白性：SO2使品红溶液褪色：由于二氧化硫可跟某些有色物质化合成无色物质，而化合成的无色物质却是不稳定的，易分解而恢复原来有色物质的颜色。故加热可使品红恢复为红色。
漂白性的比较：
具有漂白性的物质
物质 HClO、O3、H2O2、Na2O2 SO2 木炭
原理 将有色物质氧化分解 与有色物质结合生成无色物质 吸附
实质 氧化还原反应 非氧化还原反应 物理吸附
效果 永久性 暂时性 暂时性
范围 可漂白大多数有色物质，能使紫色石蕊褪色 可漂白某些有色物质，不能使石蕊试液褪色 可吸附某些有色物质的分子
把Cl2和SO2混合用于漂白，能否增强漂白效果？为什么？
〖答案〗不能，SO2+Cl2+2H2O═H2SO4+2HCl
【SO2与CO2的相互鉴别】
①鉴别SO2气体的常用方法是用品红溶液，看能否使其褪色，有时还需再加热看能否再复原．
②鉴别CO2气体的常用方法是用澄清石灰水，看能否使其变浑浊，足量时再变澄清．
③当混有CO2时，不会影响SO2的鉴别；
④当混有SO2时会干扰CO2的鉴别，应先除去SO2后再用澄清石灰水鉴别CO2气体．
⑤除去CO2中的SO2，常用方法是使混合气体先通过足量溴水或酸性KMnO4溶液或饱和NaHCO3溶液（吸收SO2），再通过品红溶液（检验SO2是否被除尽）．
（5）SO2的实验室制法：Na2SO3（s）+H2SO4（浓）═Na2SO4+SO2↑+H2O （体现硫酸的酸性）
知识点3 硫酸
1、稀硫酸的化学性质：稀硫酸具有酸的通性（与指示剂作用：能使紫色石蕊试液变红；与碱发生中和反应；与碱性氧化物或碱性气体反应 ；与活泼金属发生置换反应；与某些盐溶液反应。）
2、浓硫酸的特性
（1）吸水性。浓硫酸不仅可以吸收空气中的水，还可吸收混在气体中的水蒸气、结晶水合物中的部分结晶水。使蓝色CuSO4·5H2O变成白色CuSO4。将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大。实验室里常利用浓硫酸作干燥剂。能够用浓H2SO4干燥的气体为酸性或中性气体，而具有还原性的气体H2S、HBr、HI和碱性气体NH3则不能用浓H2SO4干燥。
不同类型干燥剂的对比：
干燥剂 可干燥的气体 不可干燥的气体
名称或化学式 酸碱性 状态
浓H2SO4 酸性 液体 H2、N2、O2、CO2、HCl、CH4、CO NH3
固体NaOH、生石灰，碱石灰（氢氧化钠和生石灰的混合物） 碱性 固态 H2、O2、N2、CH4、CO、NH3等 CO2、SO2、HCl
无水CaCl2 中性 固态 除NH3外的所有气体 NH3
（2）脱水性。浓H2SO4将有机物里的氢、氧元素按原子个数比2：1脱去生成水的性质。如，使蔗糖脱水变黑。是红色石蕊试剂先变红后变黑。（变红体现硫酸的酸性，变黑体现脱水性）
（3）强氧化性。
常温下，Fe、Al遇浓H2SO4会发生钝化（不是不反应，而是反应生成一层致密氧化膜，从而阻止反应进一步进行）。但热的浓H2SO4能氧化大多数金属（除金、铂外）、某些非金属单质及一些还原性化合物．如：
Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+2H2O+SO2↑ （既体现硫酸酸性又体现强氧化性）
S+2H2SO4（浓）2H2O+3SO2↑ （只体现强氧化性）
C+2H2SO4（浓）CO2↑+2H2O+2SO2↑ （只体现强氧化性）
3、工业制取硫酸
第一步：沸腾炉 4FeS2+11O2=高温=2Fe2O3+8SO2 （FeS2中硫化合价为-1，Fe为+2）
第二步：接触室
第三步：吸收塔 H2O+SO3==H2SO4【实际用98%的浓硫酸吸收，避免形成酸雾，提高吸收效率】
4、硫酸根离子的检验
检验原理：Ba2++SO42﹣＝BaSO4↓
可能产生干扰的离子：CO32﹣，SO32﹣，Ag+
检验方法：先加入稀盐酸酸化，没有沉淀产生，然后加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，则证明有硫酸根离子。
(
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
) (
无现象
)SO2
(
S
沉淀
) (
H
2
S
) (
BaSO
4
白色沉淀
) (
Ba(NO
3
)
2
溶液
)
第二节 氮及其化合物
知识点1 氮气与氮的固定
1、氮气 常温下比较稳定，可做保护气。
（N2和O2不能一步反应得到NO2）
（工业合成氨）
2、氮的固定
将大气中游离态的氮（N2）转化为氮的化合物的过程。
知识点2 一氧化氮与二氧化氮
氮的氧化物有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5等，其中只有N2O3和N2O5为酸性氧化物。
①NO在常温下，易与氧气反应，由无色变为红棕色。
②NO2与水反应
③NO2 、O2与水反应：4NO2+ O2+2H2O = 4HNO3
V(NO2):V(O2)= 4:1 时，无气体剩余，最后只有HNO3。
V(NO2):V(O2)< 4:1 时，O2过量，剩余为O2。
V(NO2):V(O2)> 4:1 时，NO2过量，剩余为NO。
④NO 、O2与水反应：4NO + 3O2 +2H2O = 4HNO3
当 V(NO):V(O2)=4:3 时，恰好完全反应，无气体剩余
当 V(NO):V(O2)>4:3 时，NO 过量，NO 剩余
当V(NO):V(O2)<4:3 时，O2 过量，O2 剩余
⑤NO不与酸碱反应，NO2可与NaOH反应 （用NaOH吸收尾气）
NO与NO2混合可与NaOH反应
当 V(NO):V(O2)=1:1 时，恰好完全反应，产物只有NaNO2
当 V(NO):V(O2)>1:1 时，NO 过量， 产物只有NaNO2
当V(NO):V(O2)<1:1时，NO2 过量，但NO2本身能与NaOH发生歧化反应，故产物既有NaNO2，又有NaNO3。
⑥NO2具强氧化性，可使湿润淀粉KI试纸变蓝，可与SO2反应
知识点3 氨和铵盐
1、氨
NH3的电子式为，结构式为，氨分子的结构为三角锥形
（1）跟水反应
NH3+H2O NH3 H2O NH4++OH﹣氨的水溶液(俗称氨水)显弱碱性，能使酚酞溶液变红或红色石蕊试纸变蓝。氨水中存在的分子有 NH3 H2O、NH3、H2O等（其中不稳定的分子为NH3 H2O），存在的离子有NH4+、OH—、H+（极少量）。 但通常把NH3当作氨水的溶质。氨水的密度比水小 ,而且密度随浓度的增大而减小。
（2）与酸反应
与HCl气体反应：NH3+HCl= NH4Cl；现象：冒白烟
与HNO3反应：NH3+HNO3= NH4NO3
与H2SO4反应：2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4
（3）还原性
氨的催化氧化
NH3+5O24NO+6H2O (此反应为工业制硝酸的基础)
（检验是否有氯气泄漏）
2. 氨的实验室制法
①反应原理：
②发生装置：固与固混合加热型装置。与制备O2 等气体的装置相似。
③NH3的检验：a.用润湿的红色石蕊试纸检验。b.用玻璃棒沾取浓盐酸检验。
④NH3的干燥：NH3通常用碱石灰干燥。不能用CaCl2、P2O5、浓硫酸作干燥剂。
⑤试管口棉花的作用：防止对流，保证试管中能收集满氨。
⑥注意事项：反应装置中试管口须稍向下倾斜。选用药品时最好用新制的Ca(OH)2。余氨的吸收：可用水或H2SO4液湿润的棉花吸收。通入溶液中时要防倒吸。
NH3是中学阶段唯一碱性气体，可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，可作为推断题的突破口。
其他制备方法：
a.加热浓氨水
b.向固体烧碱或生石灰中滴加浓氨水：过程放热，促使氨气产生；温度升高降低氨的溶解度；C(OH-)增大，有利于氨的产生。
3、铵盐
①铵盐不稳定，受热分解
氯化铵的分解：NH4Cl NH3↑ + HCl↑ 气体遇冷又变成固态NH4Cl，故不用加热NH4Cl来制备NH3，可用加热法分离NaCl与NH4Cl的固体混合物。
碳酸氢铵分解：NH4HCO3 NH3↑+H2O +CO2↑
硝酸铵的分解(生成物中有N2、O2时)2NH4NO32N2↑+O2↑+4H2O
提示：铵盐受热易分解，但不是所有的铵盐分解都产生氨气。
②铵盐与碱反应：
铵盐可用作氮肥，铵态氮肥不宜与草木灰混用，草木灰主要成分K2CO3显碱性，使肥效降低
a.氯化铵与固体氢氧化钠固体混合加热：NH4Cl+NaOH NaCl +NH3↑+H2O
b.实验室制备氨：
固体之间的反应一般不写离子方程式。若在水溶液中，加热铵盐与碱的反应可用离子方程式表示NH4++OH- NH3↑+H2O（可用此原理检验溶液中的NH4+）。若溶液浓度较稀，且不加热，则离子方程式为NH4++OH-= NH3 H2O
NH4+的检验：取少许待测液或晶体于小试管中，加入NaOH溶液，微热，将湿润的红色石蕊试纸（或蘸有浓盐酸的玻璃棒）放在试管口。若试纸变蓝色（或者冒白烟），说明待测液中含有NH4+或者晶体是铵盐。
知识点4 硝酸
（1）酸性：具有酸的通性，但与金属反应不产生氢气。稀硝酸使紫色石蕊变红，但浓硝酸使紫色石蕊先变红（酸性）后褪色（强氧化性）
（2）不稳定性（久置硝酸显黄色，因溶解NO2）保存硝酸：棕色试剂瓶、避光、低温阴凉处。
（3）强氧化性：
a.与除Pt、Au外的金属反应—常温下，浓硝酸遇Fe、Al钝化
铜与浓硝酸：反应剧烈，铜丝变细，溶液呈绿色，试管上方出现红棕色气体
铜与稀硝酸：反应缓慢，铜丝逐渐溶解、溶液呈蓝色，试管上方气体呈淡红棕色，后逐渐变为无色。
离子反应方程式：
铁与稀硝酸反应：Fe(少)+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O
3Fe(过量)+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+NO+4H2O
硝酸与金属反应永远不可能产生H2，硝酸既体现氧化性又体现酸性。
b. 与非金属反应
c. 与某些还原性物质反应——Fe2+、SO32-、I-、Br-、S2-等 3 Fe2++4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O
离子共存：NO3-无氧化性，遇H+具有强氧化性。在H+、NO3-存在的溶液中不能大量存在Fe2+、SO32-、I-、Br-、S2-等还原性离子。
3.工业制硝酸
①合成氨：
②氨的催化氧化：NH3+5O24NO+6H2O
③冷却氧化：
④吸收：
第三节 无机非金属材料
知识点1 传统无机非金属材料
1、陶瓷
①原料：黏土 （主要成分为含水的铝硅酸盐）
2、玻璃
①原料：纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、石英砂（SiO2）
②玻璃主要成分：Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2 玻璃为混合物，无固定熔点
反应方程式： SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑
SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
3、水泥
①原料：黏土、石灰石、石膏（调节水泥硬化速率）
②混凝土： 水泥、沙子和碎石等与水混合
知识点2 硅
硅元素含量在地壳中居第二位，为亲氧元素，在自然界中没有游离态，主要以硅酸盐和氧化物的形式存在。
1、常温下，不活泼，只能与F2、HF（氢氟酸）、强碱溶液反应
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
2、加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质反应
Si+2Cl2 SiCl4 Si+O2SiO2 Si+C SiC（碳化硅，俗称金刚砂）
3Si+2N2 Si3N4（氮化硅，新型陶瓷材料）
3、硅的应用: 半导体材料，太阳能电池，芯片
4、硅的工业制取
(
300
℃
)（1）SiO2+2CSi+2CO↑ 制粗硅
(
1100
℃
)（2）Si+3HCl ===== SiHCl3+H2↑
（3）SiHCl3+H2 ===== Si+3HCl
知识点3 二氧化硅
①特性：与HF反应 ——唯一能与SiO2反应的酸 用途：刻蚀玻璃
SiO2 + 4HF== SiF4 ↑+2H2O
②酸性氧化物
与强碱溶液反应： SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
与碱性氧化物反应： SiO2 + Na2O Na2SiO3 SiO2 + CaO CaSiO3
③ 与碳酸盐反应 SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑ SiO2+CaCO3 CaSiO3+CO2↑
④ 硅酸的制备
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+2CO2+2H2O=H2SiO3↓+2NaHCO3
Na2SiO3+2HCl=NaCl+H2SiO3↓
二氧化硅应用：石英、玛瑙、沙子、水晶（纯净SiO2) 、光导纤维

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