第四章 非金属及其化合物
第一节 无机非金属的主角—硅
一.硅元素的性质有哪些?
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)的性质有哪些?
(1)存在形式：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)
(2)物理性质：熔点高、硬度大、不溶于水、洁净的SiO2无色透光性好。
(3)化学性质：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，属于酸性氧化物，在一定的条件下能与碱性氧化物反应。
①常温与氢氟酸(HF)反应(SiO2很不活泼，HF是唯一能跟其反应的酸)
SiO2+4HF == SiF4 ↑+2H2O
②酸性氧化物：不溶于水，也不与水反应。
与强碱反应：SiO2+2NaOH == Na2SiO3+H2O
与碱性氧化物反应：SiO2+CaO ===高温 CaSiO3
所以不能用玻璃瓶装HF，装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞。
注：
a、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞?
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”，是一种黏合剂，使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞或木塞。
b、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
c、某同学根据SiO2既可与碱反应，也能与氢氟酸反应，推断SiO2为两性氧化物，是否正确?
不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应，不跟其它酸反应，而是属于酸性氧化物。
③在高温下与碳酸盐的反应
SiO2 + Na2CO3 ===高温 CO2↑ + Na2SiO3
SiO2 + CaCO3 ===高温 CO2↑ + CaSiO3
④弱氧化性
SiO2 +2C ===高温 Si + 2CO↑
(4)用途
主要用作装饰、石英坩埚、光导纤维。
三.硅酸(H2SiO3)的性质有哪些?
(1)物理性质：硅酸是一种白色固体，溶解度很小，而且是一种弱酸，酸性比H2CO3还弱。
(2)制备(强酸制弱酸)：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 SiO32- + 2H+ == H2SiO3↓
Na2SiO3 + H2O + CO2==H2SiO3↓+ Na2CO3 SiO32-+ H2O + CO2==H2SiO3↓+ CO32-
硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。
H2SiO3 =高温H2O + SiO2
(3)用途
硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。
四.硅酸盐的定义、性质、用途以及表示方法是什么?
(1)定义：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。
(2)性质：分布广，结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水(Na2SiO3 、K2SiO3除外)。
(3)用途：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。硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应：
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
常用硅酸盐产品：玻璃、陶瓷、水泥。
(4)表示方法：
①化学式法：
适用于简单的硅酸盐如：Na2SiO3，K2SiO3、CaSiO3等。
②氧化物法：
活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
硅酸钠：Na2SiO3 Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3 CaO·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石：KAlSi3O8 K2O·Al2O3·6SiO2
(5)硅酸盐产品简介：
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产品 |
主要原料 |
主要设备 |
反应条件 |
主要反应或主要成分 |
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水泥
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粘土、石灰石、(石膏)适量
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水泥回转窑
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高温
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硅酸三钙：3CaO·SiO 2 硅酸二钙：2CaO·SiO 2 铝酸三钙：3CaO·Al 2 O 3 |
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玻璃
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纯碱、石灰石 石英 |
玻璃窑
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高温
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Na 2 CO 3 +SiO 2 =Na 2 SiO 3 +CO 2 ↑ CaCO 3 +SiO 2 =CaSiO 3 +CO 2 ↑ 成分：Na 2 SiO 3 、CaSiO 3 、SiO 2 |
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陶瓷 |
黏土 |
陶瓷窑 |
高温 |
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四.硅单质的物理性质有哪些?
(1)物理性质：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。
(2)化学性质：常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如：氧气、氯气、硫酸等起反应，但在加热情况下，硅也能跟一些非金属反应。
Si+2NaOH+H2O == Na2SiO3+2H2↑
(3)制备：SiO2 +2C ===高温 Si + 2CO↑(得到的只是粗硅，还要进一步提纯)
(4)应用：半导体晶体管及芯片、光电池。
第二节 富集在海水中的元素—氯
一.氯元素在元素周期表中的位置?
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。
二.氯气
1.物理性质物理性质有哪些?
黄绿色气体，有刺激性气味的有毒气体，
可溶于水(1体积水大约溶解2体积的氯气)，易液化，
加压和降温条件下可变为液态(液氯)和固态。
2.化学性质有哪些?
(1)与金属反应
①钠与氯气反应
现象：金属钠在氯气中剧烈燃烧，黄色火焰，产生大量的白烟，生成白色固体
2Na+Cl2=点燃2NaCl
②铁与氯气反应
现象：红热的铁丝在氯气中剧烈燃烧，产生棕黄色的烟; 溶于水后溶液呈黄色。
2Fe+3Cl2=点燃2FeCl3
规律：氯气与变价金属(如Fe、Cu)发生反应，把变价金属氧化成高价的金属氯化物。
③铜与氯气反应
现象：金属铜在氯气中燃烧，产生大量的棕黄色的烟，加水溶解得蓝绿色溶液。
Cu + Cl2=点燃CuCl2
(2)与非金属反应
现象：氢气在氯气中安静燃烧，发出苍白色火焰，瓶口呈白雾状。
生成的HCl极易溶于水，与空气中的水蒸气结合形成的盐酸(氢氯酸)小液滴。
H2 + Cl2 =点燃2HCl
在点燃(或光照)下氯气均能与氢气反应
实验证明，在一定条件下，Cl2还能与P、S、C等非金属直接化合。
2P + 3Cl2 =2PCl3 2P + 5Cl2= 2PCl5
燃烧：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。
(3)氯气与水的反应
Cl2+H2O == HCl+HClO
在该反应中，Cl2既是氧化剂于是还原剂，转移的电子数为e-。
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(酸性比碳酸还弱)，
不稳定，光照或加热分解，因此久置氯水会失效。2HClO ===光照 2HCl+O2 ↑
新制氯水和久置氯水的区别?
新制氯水：3分子：Cl2 ，HClO，H2O 4离子：H+，OH-，Cl-，ClO-
久置氯水：分子：H2O 离子：H+，Cl-
(4)氯气与碱的反应
漂白液的制取：2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O
漂白液的主要成分是NaClO+NaCl，有效成分是NaClO
漂白粉和漂粉精的制取：2 Ca(OH)2 + 2Cl2==Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O
漂白粉和漂粉精的主要成分是Ca(ClO)2+CaCl2，有效成分是Ca(ClO)2
漂白粉的漂白原理：
Ca(ClO)2 + CO2+H2O==CaCO3↓+ 2HClO
漂白粉失效原理
2HClO=光照2HCl + O2↑
(5)氯气的实验室制法
MnO2+4HCl (浓) ===△MnCl2+2H2O+Cl2 (氯气在饱和食盐水里的溶解度非常小)
制取氯气 吸收氯气 收集氯气 干燥氯气 除去氯化氢
仪器连接顺序：E→C→D→A→B→H→G→F
第三节 硫和氮的氧化物
一、 硫
硫是一种重要的非金属元素，广泛存在于自然界。
1、硫在自然界中以什么形态存在?
游离态：火山口附近或地壳的岩层里
化合态：硫化物和硫酸盐的形式
2、硫的物理性质有哪些?
黄色晶体(俗称硫磺)，质脆，易研成粉末。 不溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2 。
3、化学性质有哪些?
(1)氧化性
S+Fe ===△FeS 2Cu+S ===△Cu2S
规律：硫和变价金属发生反应，把变价金属氧化生成低价的金属硫化物。
(2)还原性
S + O2 =点燃SO2
实验现象：在氧气中燃烧生成明亮的蓝紫色火焰。
二、二氧化硫
1、物理性质有哪些?
SO2是一种无色、有刺激性气味、有毒、 比空气重、容易液化、易溶于水的气体(1体积水溶解40体积SO2)。
2、SO2具有酸性氧化物通性有哪些?
与H2O反应生成酸 SO2 + H2O ⇌ H2SO3
可逆反应：在相同条件下，既能向正反应进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。
与碱性氧化物反生成盐CaO + SO2 = CaSO3
与碱反应生成盐和水2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O
Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3↓ + H2O
3、SO2的漂白性怎样?
SO2能使品红溶液褪色，但是加热又恢复原来的颜色，这是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质，这些无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。
但是SO2不能使酸碱指示剂褪色。
4、SO2性质综合体现在什么方面?
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试剂 |
现象 |
性质 |
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品红溶液 |
褪色 |
漂白性 |
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氢硫酸溶液 |
有黄色沉淀生成 |
氧化性SO 2 + 2H 2 S =3S↓+ 2H 2 O |
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Ba(OH) 2 溶液 |
有白色沉淀生成 |
酸性Ba(OH) 2 +SO 2 =BaSO 3 ↓+H 2 O |
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KMnO 4 溶液 |
褪色 |
还原性5SO 2 + 2KMnO 4 +2H 2 O=K 2 SO 4 +2MnSO 4 +2H 2 SO 4 |
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石蕊试剂 |
变红 |
酸性 |
三、三氧化硫的性质
1、物理性质有哪些?
常温下为固体
2、化学性质有哪些?
2SO2 + O2→2SO3
酸性氧化物的通性
(1)与水的反应SO3+H2O=H2SO4(放出大量热)
(2)与碱性氧化物反应SO3+CaO=CaSO4
(3)与碱反应SO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O
四、二氧化氮和一氧化氮的转化方程式?
1、在放电或高温下：
N2+O2 =2 NO (无色)
2、在常温下：
2 NO+O2 =2 NO2 (红棕色)
*比较NO和NO2的性质有什么不同?
NO：无色、不溶于水、不稳定(易氧化)，与水不反应
NO2：红棕色、有刺激性气味、易溶于水、稳定、有毒性，密度大于空气，易液化，与水反应
3、 NO2溶于水的方程式?
3 NO2+H2O =2HNO3+NO
4 NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
4 NO + 2H2O + 3O2 = 4HNO3
4、酸雨是什么?
主要指pH值小于5.6的雨水，其主要是含有亚硫酸、硫酸和硝酸。
臭氧空洞：氟氯代烃 光化学烟雾：氮氧化物、碳氢化合物。
温室效应：二氧化碳
第四节 氨 硝酸 硫酸
一、氨
1、氮的固定的定义是什么?
将游离态的氮转变为化合态的氮的方法。
2、氨的物理性质有哪些?
无色、有剌激性气味的气体，比空气轻，极易溶于水(1：700)
氨易液化(沸点-33. 35 ℃)----常作致冷剂
3、喷泉实验的形成?
现象：a.烧杯内的水由玻璃管进入烧瓶内形成喷泉;b.烧瓶内溶液呈红色。
形成喷泉的原因：当滴管中的水挤入到烧瓶中时，烧瓶内的氨溶解，使瓶内压强迅速降低，瓶外的空气将烧杯内的溶液很快压入到烧瓶，形成喷泉。
实验结论:
a.氨极易溶于水。b.氨水显碱性。
4、氨的化学性质有哪些?
(1)氨与水反应
NH3+H2O ⇌ NH3 · H2O
氨水很不稳定NH3 · H2O ===△NH3↑ + H2O
氨水显碱性的原理 NH3 + H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH4+ + OH-
(2) 氨与酸反应
NH3+HCl==NH4Cl 现象：产生大量白烟
NH3+HNO3=NH4NO3 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4
(3)氨的催化氧化
5、铵盐——由铵根离子(NH4+)和酸根离子构成的化合物
(1)物理性质有哪些?
铵盐均溶于水，为白色固体
(2)化学性质有哪些?
①铵盐不稳定，受热易分解
NH4Cl ===△ NH3↑+HCl ↑ NH4HCO3 ===△ NH3↑+H2O ↑ +CO2 ↑
②铵盐与碱反应
NH4NO3 + NaOH ===△ NaNO3+ NH3 ↑ + H2O
用于NH4+的检验：
加热时，能与碱液反应产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体的物质一定是铵盐
6、氨的工业制备方法是什么?
N2 +3 H2=催化剂2NH3
7、氨的实验室制法是什么?
(1)原理：2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3↑
(2)收集：向下排空气法
(3)验满：将湿润的红色石蕊试纸放在试管口，如果试纸变蓝，说明氨气已集满。
(4)尾气吸收：
浓硫酸吸收多余的氨气——装置：倒扣漏斗
(5)干燥装置
CaO、碱石灰(NaOH和CaO的混合物)等碱性干燥剂
实验室中还可以用哪些方法快速制氨气：
①加热浓氨水法NH3 · H2O(浓) ===△NH3↑ + H2O
②浓氨水加碱石灰法(碱石灰吸水、溶解时放热)
NH3 · H2O(浓)+ CaO = Ca(OH)2 + NH3↑
二、硫酸
1、稀硫酸具有酸的哪些通性?
H2SO4 = 2H+ + SO42-
(1)使指示剂变色：使紫色石蕊试液变红
(2)与活泼金属反应放出氢气 (硝酸除外)
(3)与碱发生中和反应：H++ OH-= H2O
(4)与碱性氧化物反应：2H++ CuO = Cu2++ H2O
(5)与某些盐反应：2H++ CO32- = H2O + CO2↑
2、浓硫酸的物理性质
(1)浓H2SO4的物理性质有哪些?
色态：无色、粘稠的油状液体
沸点：约338℃——难挥发酸(高沸点酸)
密度：1.84g/cm3——高密度酸
溶解性：跟水任意比互溶，溶解放出大量热
(2) 浓硫酸的特性有哪些?
① 吸水性
浓硫酸吸收物质本来就有的水，直接与水分子结合;用途：可以作干燥剂
不能干燥碱性气体：NH3和还原性气体：H2S HBr、HI
②脱水性
脱水性是指浓硫酸能把有机物中的氢氧原子按2：1(H2O)的个数比脱去。
蔗糖和浓硫酸的反应：
现象：蔗糖变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭，并有刺激性气味的气体产生。
C12H22O11 12C + 11H2O 脱水性
2H2SO4 (浓) + C ===△ CO2↑+ 2H2O + 2SO2↑ 氧化性
③浓硫酸强氧化性
a、与金属Cu反应
现象：加热能反应，产生的气体能使品红褪色，使石蕊溶液变红;溶液稀释后呈蓝色。Cu + 2H2SO4(浓) ===△ CuSO4 + SO2↑+ 2H2O
结论：浓硫酸既有氧化性又有酸性
在常温下，浓硫酸、浓硝酸跟某些金属，如铁、铝等接触时，能够使金属表面生成一薄层致密的氧化物薄膜，从而阻止内部的金属继续跟硫酸、硝酸发生反应(钝化现象)。因此，冷的浓硫酸、浓硝酸可以用铁或铝的容器贮存。但受热时，浓硫酸可以与Fe、Al反应。
b、 与某些非金属反应
C + 2H2SO4(浓)===△CO2↑+ 2SO2↑+ 2H2O
三、硝酸
(一)硝酸的物理性质有哪些?
(1)纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
(2)能以任意比溶于水;
(3)密度比水大;
(4)沸点低：83℃;
(5)常用浓硝酸的浓度为69%， 98%的浓硝酸叫作“发烟硝酸”。
(二)硝酸的化学性质有哪些?
1、具有酸的通性 HNO3 = H+ + NO3-
2、不稳定性
保存：密封于棕色瓶中,并放在阴暗处!
久置浓硝酸为什么呈黄色?
硝酸分解产生NO2，NO2溶于硝酸而使硝酸呈现黄色。
3、与金属反应
Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
3Cu + 8HNO3(稀) =3Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
Pt、Au不与硝酸反应，但能与王水反应。王水是由浓硝酸和浓盐酸以体积比1：3组成的混合物，具有极强的氧化性，能氧化Pt、Au等极不活泼金属。
4、与非金属反应
硝酸具有强的氧化性，也能跟许多非金属(如碳)反应
4HNO3(浓)+ C ===△ CO2↑+ 4NO2↑+ 2H2O
硝酸浓度越大，氧化性越强。
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