2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第四章第10课时　高考题中常涉及的重要非金属物质性质探究

第10课时　高考题中常涉及的重要非金属物质性质探究

[课型标签:拓展课　提能课]

拓展一　重要的非金属氢化物

1.H2S(通过对比HCl掌握)

(1)HCl、H2S的制取方法

(2)HCl、H2S的性质比较

2.过氧化氢

(1)结构

化学式:H2O2;电子式: ;结构式:H—O—O—H,H、O原子个数比为1∶1,H2O2是既含极性键,又含非极性键的共价化合物。

(2)化学性质

①不稳定性:2H2O22H2O+O2↑。

②还原性:遇强氧化剂时,显还原性,如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O。

③氧化性:遇较强还原剂时,显氧化性,如H2O2+2HII2+2H2O。

3.砷的氢化物(AsH3)

(1)物理性质

标准状态下,AsH3是一种无色剧毒气体,密度高于空气,可溶于水及多种有机溶剂的气体。

(2)化学性质

①不稳定性:砷化氢相当不稳定,加热到300 ℃以上发生分解:2AsH32As+3H2;

②强还原性

2AsH3+3O2As2O3+3H2O(氧气足量),

4AsH3+3O24As+6H2O(氧气不足)。

(3)制取

砷化氢一般由As与Zn合成Zn3As2,然后再与H2SO4反应生成ZnSO4和AsH3,再经几步纯化、液化而得到。

4.氮的一种重要氢化物:肼(N2H4)

(1)结构

①电子式:

②结构式:

③球棍模型:

(2)物理性质

肼又称联氨,是一种无色发烟的、具有腐蚀性和强还原性的无色油状液体。有刺激性气味,剧毒,易溶于水、醇等极性溶剂中。

(3)化学性质

①还原性:肼是强还原剂,能够被氧气氧化,并放出大量热;在碱性溶液中能将银、镍等金属离子还原成金属。

②水溶液具有碱性:N2H4+H2ON2+OH-。

(4)制取:实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备。

(5)用途:肼是一种良好的火箭燃料,与适当的氧化剂配合,可组成比冲最高的可贮存液体推进剂。

题型一　双氧水的结构与性质

[典例1] 过氧化氢(H2O2)是一种无色黏稠液体,它的水溶液俗称双氧水,呈弱酸性,医疗上用作外科消毒剂。

(1)H2O2的电子式为　　　　　　　　　　　。 

(2)H2O2是一种二元弱酸,请写出它的第二步电离方程式:　, 

向H2O2溶液中加入过量Ba(OH)2溶液,反应的化学方程式为　。 

(3)将H2O2溶液加入酸性FeCl2溶液中,溶液由浅绿色变为棕黄色,写出该反应的离子方程式: 

　。 

(4)某厂工业废水中含有一定量氯气,为了除去氯气,常加入H2O2作脱氯剂,写出该反应的化学方程式: 

　。 

(5)为探究H2O2是否能够氧化指示剂,某学生向3 mL 30% H2O2溶液中滴入2滴品红指示剂,充分振荡并放置约3 min,溶液红色无明显改变。再加入少量 0.5 mol·L-1 NaOH 溶液后,可看到溶液中产生许多小气泡,且溶液红色迅速褪去。该现象表明H2O2自身　　　　　　(填“能”或“不能”)氧化指示剂,产生气泡的化学方程式为　。 

解析:双氧水是一种既含有极性键,又含有非极性键的极性分子,它在水溶液中显弱酸性。因它是二元弱酸,可发生以下电离:H2O2H++H、HH++,双氧水中的氧元素显-1价,既可升到0价,又可降到-2价,故它同时具有氧化性和还原性,双氧水能使浅绿色的Fe2+的溶液变成棕黄色,说明生成了Fe3+,则双氧水被还原生成水;在与氯气反应时,其氧化性不如Cl2的强,故被氧化生成O2。在品红指示剂中加双氧水,指示剂不变色,说明双氧水的氧化性弱,但加入NaOH后,指示剂褪色,说明在碱性条件下双氧水的氧化性增强,且此时有气泡放出,双氧水在碱性条件下发生自身的氧化还原反应。

答案:(1)

(2)HH++　Ba(OH)2+H2O2BaO2+2H2O

(3)2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O

(4)Cl2+H2O22HCl+O2

(5)不能　2H2O22H2O+O2↑

[对点精练1] 双氧水(H2O2)是一种极弱的电解质,也是一种“绿色氧化剂”,请回答下列问题:

(1)向含有酚酞的NaOH溶液中滴加双氧水,溶液由红色褪至无色,主要原因是双氧水的　　　　性。 

(2)将双氧水加入经酸化的高锰酸钾溶液中,溶液的紫红色褪去,此时双氧水表现出　　　　性。 

(3)久置的油画,白色部位(PbSO4)常会变黑(PbS),用双氧水揩擦后又恢复原貌,有关反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)过氧化氢(H2O2)常被称为“绿色氧化剂”,它和水都是极弱的电解质,但它比水易电离。水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离。同水一样,过氧化氢也有极弱的自偶电离,其自偶电离的电离方程式为 

　。 

答案:(1)漂白(强氧化)　(2)还原

(3)PbS+4H2O2PbSO4+4H2O

(4)H2O2+H2O2H3+H

题型二　肼及其水合物

[典例2] (2016·全国Ⅱ卷节选)联氨(又称肼,N2H4,无色液体)是一种应用广泛的化工原料,可用作火箭燃料。回答下列问题:

(1)联氨分子的电子式为　　　　,其中氮的化合价为　　　　。 

(2)实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨,反应的化学方程式为　。 

(3)联氨为二元弱碱,在水中的电离方式与氨相似。联氨第一步电离反应的平衡常数值为　　　　　　。(已知:N2H4+H+N2的K=8.7×107;KW=1.0×10-14)。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为　。 

(4)联氨是一种常用的还原剂。向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是　。 

联氨可用于处理高压锅炉水中的氧,防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2　　　　 kg;与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是 

　。 

解析:(1)联氨(N2H4)的电子式为,非金属性N>H,在N2H4中氮显-2价,氢显+1价。

(2)由 NaClO 与NH3反应制备N2H4时,N的化合价由 -3 价变为-2价,由得失电子守恒及元素守恒得出反应的化学方程式为NaClO+2NH3N2H4+NaCl+H2O。

(3)因联氨为二元弱碱且其在水中的电离方式与氨相似,即N2H4·H2ON2+OH-,则K1=c(OH-)·c(N2),又由已知信息知,K==8.7×107,KW=1.0×10-14,所以=KW,解得K1=8.7×10-7,即联氨第一步电离反应的平衡常数值为8.7×10-7。因联氨为二元弱碱且与硫酸形成的酸式盐中的阴离子为HS,故其与硫酸形成的酸式盐化学式为 N2H6(HSO4)2。　

(4)联氨有还原性,AgBr有弱的氧化性,故两者反应时会发生氧化还原反应:N2H4+4AgBr4Ag+N2↑+4HBr,所以向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液,观察到的现象是固体逐渐变成黑色,并有气泡产生。联氨与O2反应时,由电荷守恒及元素守恒知,其反应方程式为N2H4+O2N2+2H2O,1 kg联氨的物质的量为×1 000 mol,由反应关系式知,×1 000 mol N2H4可消耗O2×1 000 mol 即1 kg,Na2SO3处理水中溶解的O2时,反应方程式为2Na2SO3+O22Na2SO4,同样消耗 1 kg O2,约需Na2SO3 7.9 kg,所以,与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比,联氨的优点是所消耗N2H4少,不会产生其他杂质,而Na2SO3会产生Na2SO4。

答案:(1)　-2

(2)2NH3+NaClON2H4+NaCl+H2O

(3)8.7×10-7　N2H6(HSO4)2

(4)固体逐渐变黑,并有气泡产生　1　N2H4的用量少,不产生其他杂质(还原产物为N2和H2O,而Na2SO3产生Na2SO4)

[对点精练2] 一种肼燃料电池的结构如图所示,下列说法正确的是(　B　)

A.a极为电池的正极

B.电路中每转移6.02×1023个电子,则有1 mol Na+穿过膜向正极移动

C.b极的电极反应式为H2O2+2e-2OH-

D.用该电池电解饱和食盐水,当阳极生成2.24 L(标准状况)Cl2时,消耗肼0.1 mol

解析:在肼燃料电池中,肼被氧化发生氧化反应,对应的电极为负极,故A错误;每个Na+带一个单位正电荷,故电路中每转移6.02×1023个电子,则有1 mol Na+穿过膜向正极移动,故B正确;b极为正极,发生还原反应,电极反应式为H2O2+2e-+2H+2H2O,故C错误;用该电池电解饱和食盐水,当阳极生成2.24 L(标准状况)Cl2时,氯气的物质的量是0.1 mol,转移电子为 0.2 mol,原电池中每个肼分子被氧化转移4个电子,则消耗肼0.05 mol,故D错误。

拓展二　重要的无机含氧酸及其盐

1.两大含氧酸的工业制取

(一)工业制硝酸——氨氧化法

(1)催化氧化

设备:氧化炉

反应:4NH3+5O24NO+6H2O　2NO+O22NO2

(2)NO2的吸收

设备:吸收塔

反应:3NO2+H2O2HNO3+NO

说明:工业制硝酸过程中,由于有循环氧化吸收作用,故理论上1 mol NH3可制得1 mol HNO3。

(二)工业制硫酸——接触法

(1)造气

①设备:沸腾炉

②原理:4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2

(2)接触氧化

①设备:接触室

②原理:2SO2+O22SO3

(3)三氧化硫的吸收

①设备:吸收塔

②原理:SO3+H2OH2SO4

(4)工业处理:

①炉气要净化,以防催化剂中毒。

②常压下(400～500 ℃)转化率已经很高,反应没必要采用高压操作。

③为了防止形成酸雾,提高吸收率,吸收SO3时不用水而用98.3%的浓H2SO4。

2.氯的重要含氧酸及其对应的盐

(1)含氧酸

①氯的含氧酸的种类

氯的含氧酸有:HClO(次氯酸)、HClO2(亚氯酸)、HClO3(氯酸)、HClO4(高氯酸)。

②氯的含氧酸的性质

酸性:HClO4>HClO3>HClO2>HClO

氧化性:HClO>HClO2>HClO3>HClO4

(2)氯的含氧酸盐

①NaClO2(亚氯酸钠)

性质:黄绿色液体,呈碱性,是一种强氧化剂,遇酸放出ClO2气体。

用途:是一种高效氧化剂、漂白剂。主要用于棉纺、亚麻、纸浆漂白、食品消毒、水处理、杀菌灭藻和鱼药制造。

②氯酸钾(KClO3)

性质:是一种白色晶体,有毒,在冷水中溶解度较小,易溶于热水,是强氧化剂。

用途:可用作制造炸药,也可用来制造火柴、烟火。

3.硫的重要含氧酸及其对应的盐

(1)硫的含氧酸

正酸系列:次硫酸H2SO2、亚硫酸H2SO3、硫酸H2SO4

过酸系列:过硫酸H2SO5、过二硫酸H2S2O8

焦酸系列:焦亚硫酸H2S2O5、焦硫酸H2S2O7

硫代硫酸系列:硫代亚硫酸H2S2O2、硫代硫酸H2S2O3

连酸系列:连二亚硫酸H2S2O4、连多硫酸 H2SxO6(x=2～6)　

(2)常见硫的含氧酸盐

①硫代硫酸钠

硫代硫酸钠,又名大苏打、海波。它是常见的硫代硫酸盐,无色、透明的结晶或结晶性细粒,无臭、味咸。硫代硫酸钠易溶于水,遇强酸反应产生硫和二氧化硫。在干燥空气中有风化性,在湿空气中有潮解性;水溶液显微弱的碱性。

②连二亚硫酸钠

连二亚硫酸钠属于一级遇湿易燃物品,又名低亚硫酸钠。有含结晶水(Na2S2O4·2H2O)和不含结晶水(Na2S2O4)两种。前者为白色细粒结晶,后者为淡黄色粉末。受热时分解,能溶于冷水,在热水中分解,不溶于乙醇。其水溶液性质不稳定,有极强的还原性,属于强还原剂。

4.磷的含氧酸

(1)亚磷酸(H3PO3)性质和结构:纯净的亚磷酸是一种无色固体,在水中有较大溶解度;亚磷酸是一种中强二元酸,它的电离常数是K1=1.6×10-2,K2=7×10-7。其电子式和结构式分别是:

(2)次磷酸(H3PO2)性质和结构:次磷酸是一种无色的晶体,熔点26.5 ℃,易溶解,它是中强酸,又是一元酸,并依下式电离:H3PO2H++H2P,其电子式和结构式分别是。

题型一　两大强酸的工业制取

[典例1] 某化学课外小组模拟工业生产制取HNO3,设计如图所示装置,其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮球。

请回答下列问题:

(1)写出装置A中主要反应的化学方程式: 

　。 

检查装置A的气密性:先将A中导管下端浸入水中,再

　。 

(2)已知1 mol NO2与液态水反应生成HNO3溶液和NO气体放出热量45.5 kJ,写出该反应的热化学方程式:　, 

该反应是一个可逆反应,欲要提高NO2的转化率,可采取的措施是　　　　。 

A.升高温度 B.降低温度

C.增大压强 D.减小压强

(3)实验结束后,关闭止水夹b、c,将装置D浸入冰水中,现象是　。 

(4)装置C中浓H2SO4的作用是　。 

(5)请你帮助该化学小组设计实验室制取NH3的另一方案: 

(用化学反应方程式表示)。

解析:(1)装置A为实验室制氨气的实验装置,该装置中主要反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O;检查A装置的气密性:先将A中导管下端浸入水中,再用双手紧握大试管底部,若导管口有气泡产生,双手离开,导管产生一段水柱,说明装置A不漏气。(2)该反应的热化学方程式为3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-136.5 kJ·mol-1,因反应为放热反应,所以降低温度平衡右移,NO2的转化率提高;反应前后气体体积减小,所以增大压强平衡右移,NO2转化率提高,故选B、C。(3)2NO2(红棕色)N2O4(无色)　ΔH<0,将装置D浸入冰水中,温度降低,平衡右移,混合气体颜色变浅。(4)浓硫酸具有吸水性,可以干燥与之不反应的气体,同时吸收过量的氨气。(5)利用浓氨水分解制取氨气,或把浓氨水滴入固体NaOH,发生的反应为NH3·H2ONH3↑+H2O。

答案:(1)2NH4Cl+Ca(OH)22NH3↑+CaCl2+2H2O　用双手紧握大试管底部,若导管口有气泡产生,双手离开,导管产生一段水柱,说明装置A不漏气

(2)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-136.5 kJ·mol-1　BC

(3)混合气体颜色变浅　

(4)干燥气体、吸收多余的氨气

(5)NH3·H2ONH3↑+H2O

[对点精练1]在硫酸工业生产中,为了有利于SO2的转化,且能充分利用热能,采用了中间有热交换器的接触室(如图)。下列说法错误的是(　B　)

A.a、b两处的混合气体成分含量相同,温度不同

B.c、d两处的混合气体成分含量相同,温度不同

C.热交换器的作用是预热待反应的气体,冷却反应后的气体

D.c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率

解析:根据装置图可知,从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气,经过热交换器后从b处出来的是热的气体,成分与a处相同,故A正确;从c处出来的气体是SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体,该反应是放热反应,当经过热交换器后被冷却,SO3变为液态,故两者含有的气体的成分不相同,故B错误;热交换器的作用是预热待反应的气体,同时冷却反应产生的气体,为SO3的吸收创造条件,故C正确;c处气体经过热交换器后再次被催化氧化,目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3,从而可以提高SO2的转化率,故D正确。

题型二　重要的非金属含氧酸及其对应盐

[典例2] (海南卷)硫代硫酸钠(Na2S2O3)可用作分析试剂及鞣革还原剂。它受热、遇酸易分解。工业上可用反应:2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2制得。实验室模拟该工业过程的装置如图所示。

回答下列问题:

(1)b中反应的离子方程式为　; 

c中试剂为　　　　　　　　　　。 

(2)反应开始后,c中先有浑浊产生,后又变澄清;此浑浊物是　　　　。 

(3)d中的试剂为　　　　。 

(4)实验中要控制SO2生成速率,可以采取的措施有 

(写出两条)。

(5)为了保证硫代硫酸钠的产量,实验中通入的SO2不能过量,原因是　。 

解析:(1)b用来制备SO2,实验室常用亚硫酸钠(或亚硫酸氢钠)和硫酸反应生成SO2、Na2SO4和水,离子方程式为S+2H+SO2↑+H2O或HS+H+SO2↑+H2O;根据制取Na2S2O3的方程式,可知c中试剂为硫化钠和碳酸钠的混合溶液。(2)因为SO2具有氧化性,溶液中存在S2-,所以两者能发生氧化还原反应生成单质S。(3)d装置的作用是吸收二氧化硫和硫化氢等酸性气体,故d中的试剂为NaOH溶液。(4)溶液中的反应速率受温度、浓度的影响,故可通过控制反应温度及滴入酸溶液的速率的方式达到目的。(5)SO2溶于水可形成酸性较强的亚硫酸,而Na2S2O3遇酸会分解。

答案:(1)S+2H+SO2↑+H2O或HS+H+SO2↑+H2O　硫化钠和碳酸钠混合溶液　(2)硫(或S)　(3)NaOH溶液　(4)控制反应温度、调节酸的滴加速率(或调节酸的浓度等)　(5)若SO2过量,溶液显酸性,产物分解

[对点精练2] 把PCl3加入蒸馏水中,微热,PCl3完全水解,产物之一是亚磷酸(H3PO3),H3PO3易溶于水,它的结构式可表示为H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐,这两种盐均呈碱性,在盛有H3PO3溶液的试管中加入AgNO3溶液,则析出黑色金属银沉淀,并在试管口有红棕色气体生成。

(1)用化学方程式表示:H3PO3和AgNO3溶液的反应:

　。 

(2)Na2HPO3水溶液呈碱性的原因: 

　(用离子方程式表示)。 

(3)根据题意,H3PO3是　　　　。 

a.弱酸　b.二元酸　c.三元酸　d.具有还原性　e.强酸

解析:(1)由题给信息可知H3PO3与AgNO3发生氧化还原反应生成Ag、NO,H3PO3被氧化为H3PO4,化学反应方程式为2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4。(2)Na2HPO3水溶液显碱性是由于HP+H2OH2P+OH-,H2P+H2OH3PO3+OH-。(3)H3PO3与NaOH反应只生成Na2HPO3和NaH2PO3,说明H3PO3是二元酸;Na2HPO4水溶液显碱性,说明H3PO3是弱酸;根据2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4,可知H3PO4作还原剂,具有还原性;故a、b、d正确。

答案:(1)2H3PO3+AgNO3Ag↓+NO↑+2H3PO4

(2)HP+H2OH2P+OH-,H2P+H2OH3PO3+OH-　(3)abd