第五章 化工生产中的重要非金属元素 -【知识手册】高中化学全册必背章节知识清单（人教版2019必修第二册）

第五章 化工生产中的重要非金属元素第一节 硫及其化合物一、硫和二氧化硫（一）硫1、硫元素的位置、结构与性质（1）硫元素位于元素周期表的第___________周期、第___________族，硫原子的最外电子层有___________电子，在化学反应中容易得到2个电子，形成___________价硫的化合物。（2）与氧元素相比，得电子能力相对___________，非金属性比氧的___________。故在富含O2的地表附近的含硫化合物中，硫常显___________价或___________价，而氧显___________价。2、硫单质的物理性质硫(俗称___________)是一种黄色晶体，质脆，易研成粉末。硫___________溶于水，微溶于___________，易溶于___________。3、硫单质的化学性质（1）氧化性表现为与金属、H2反应：与Fe、Cu、H2反应的化学方程式分别为_____________________________、____________________、_____________________________，在这些反应，S均作___________剂。（2）还原性表现为与O2反应，其化学方程式为___________，反应中S作___________剂。___________注意：(1)硫的氧化性___________，与变价金属反应，生成___________态的金属硫化物。(2)硫与氧气反应，无论氧气是否过量，只生成SO2。（二）二氧化硫1、物理性质二氧化硫是一种无色、有___________气味的有毒气体，密度比空气的___________，易溶于水。在通常情况下，1体积的___________可以溶解约___________体积的SO2。2、化学性质（1）具有酸性氧化物的性质①与H2O反应的化学方程式为：___________________________________。②与碱(如NaOH)反应的化学方程式为：___________________________________。（2）还原性SO2在一定条件下与O2反应的化学方程式为：，生成的SO3也是___________氧化物，与H2O反应的化学方程式为：___________________________________。（3）氧化性SO2与H2S反应的化学方程式为：___________________________。（4）漂白性①SO2通入品红溶液中，品红溶液___________色，加热时，溶液又变___________色。②SO2的漂白原理：SO2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又使有色物质恢复原来的颜色。③应用：SO2在工业上应用于漂白纸浆、毛、丝等；此外SO2可用于___________，还是一种食品___________。3、可逆反应（1）正反应：向___________方向进行的反应。（2）逆反应：向___________方向进行的反应。（3）可逆反应：在同一条件下，既能向___________方向进行，同时又能向___________方向进行的反应。二、硫酸1、工业制硫酸的原理示意图（1）___________________________________或4FeS2＋11O2eq \o(=====,\s\up9(燃烧))2Fe2O3＋8SO2；（2）2SO2＋O2eq \o(,\s\up9(V2O5),\s\do9(400～500 ℃))2SO3，（3）___________________________________________。2、硫酸的酸性（1）电离方程式：H2SO4===2H＋＋SOeq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))。（2）写出稀硫酸与Zn、CuO、NaOH溶液、NaHCO3溶液反应的离子方程式分别为_____________________________、___________________________________、HCOeq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋H＋===CO2↑＋H2O。3、浓硫酸的特性（1）吸水性：浓硫酸能吸收存在于周围环境中的水分，可用于作干燥剂。（2）脱水性：浓硫酸能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢元素和氧元素按水的组成比脱去。（3）强氧化性①与金属Cu反应的化学方程式为___________________________。反应中氧化剂是___________，还原剂是___________，还原产物为___________。②与非金属的反应浓硫酸与木炭反应的化学方程式为___________________________。反应中氧化剂为___________，还原剂为___________，还原产物为___________。4、常见的硫酸盐（1）石膏(化学式为___________)，加热失水变为熟石膏(化学式为___________)，应用于制作各种模型和医疗用的石膏绷带，工业上还用于调节___________________。（2）硫酸钡又称“重晶石”或“钡餐”，用于生产其他钡盐的原料或消化系统___________检查的内服药剂。（3）硫酸铜为白色粉末，CuSO4结合水后变为___________(化学式为___________)，又称蓝矾。无水CuSO4可用于检验H2O的存在。胆矾和___________混合制成一种常用的农药—— ___________。5、探究1：蔗糖的脱水实验（1）蔗糖逐渐变黑。原因是浓硫酸具有___________：C12H22O11eq \o(――→,\s\up9(浓硫酸))___________________。（2）蔗糖体积膨胀，形成黑色疏松多孔的海绵状的炭，并放出有刺激性气味的气体。原因是___________________________________________________。6、探究2：浓硫酸与Cu的反应（1）a中铜丝变__________，有气体逸出；b中品红溶液逐渐变为________色；c中溶液变为_________色。（2）NaOH溶液棉团的作用是吸收尾气___________，防止污染空气：SO2＋2OH－===SOeq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋H2O。三、硫酸根离子的检验1、SOeq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))的检验（1）实验探究：①稀硫酸或Na2SO4溶液eq \o(――――→,\s\up9(BaCl2溶液))eq \o(――→,\s\up9(稀盐酸))现象为有___________沉淀生成，加盐酸后___________沉淀不溶解。②Na2CO3溶液eq \o(――――→,\s\up9(BaCl2溶液))eq \o(――→,\s\up9(稀盐酸))现象为有___________沉淀生成，加盐酸后___________沉淀溶解且放出气体。(2)SOeq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))的检验一般思路：待测液eq \o(―――――→,\s\up9(先加稀盐酸),\s\do9(酸化))无沉淀无气体生成eq \o(――――→,\s\up9(BaCl2溶液))___________沉淀生成。2、粗盐中可溶性杂质的除去四、不同价态含硫物质的转化（一）自然界中硫的存在和转化1、硫的存在（1）在自然界中硫元素主要以___________形式存在，通常以 ___________的形式存在，如黄铁矿(___________ )、黄铜矿(___________)。在地表附近，硫化物转化为___________，如石膏(___________ )、芒硝(Na2SO4·10H2O)等。（2）___________的硫存在于___________附近或___________的岩层中。2、硫的转化火山口附近的硫单质会被大气中的氧气氧化成___________，___________可被进一步氧化成___________。（二）常见硫的价态及转化1、硫元素常见的化合价有___________和___________，可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。利用___________，可将硫元素从___________态转化到___________态；利用___________ ，可将硫元素从___________态转化到___________态。2、硫的不同价态所对应的常见化合物（1）含有－2价硫的物质有酸：___________，盐：Na2S、___________等。（2）含有＋4价硫的物质有氧化物：___________，酸：___________ ，盐：Na2SO3、NaHSO3等。（3）含有＋6价硫的物质有氧化物：___________，酸：___________ ，盐：Na2SO4、NaHSO4等。3、不同价态硫元素之间的相互转化不同价态硫元素之间的相互转化主要通过___________________实现。上述转化中，从左到右，硫元素化合价 ___________，需加入___________。从右到左，硫元素化合价降低，需加入___________。4、相同价态硫元素之间的转化以上两种转化关系均属于___________价态硫元素之间的转化，从左到右的转化，加入___________可以实现；从右到左的转化，加入___________可以实现。第二节 氮及其化合物一、氮气与氮的固定1、氮元素的位置、结构与存在（1）氮元素位于元素周期表的___________周期、第___________族。氮原子的最外电子层有___________电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过___________________与其他原子相互结合构成物质。（2）氮元素在自然界中主要以___________的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的___________中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的___________和___________中。2、氮气的物理性质N2是一种___________、___________的气体，ρ(N2)＜ρ(空气)，___________溶于水。3、氮气的结构与化学性质（1）N2的结构：N2的结构式为___________，氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。（2）化学性质N2在___________等条件下，N2获得足够的能量，使___________断裂。写出N2与Mg、H2、O2反应的化学方程式。①3Mg＋N2eq \o(=====,\s\up9(点燃))Mg3N2； ②N2＋3H2eq \o(,\s\up9(高温、高压),\s\do9(催化剂))2NH3； ③N2＋O2eq \o(=====,\s\up9(高温或放电))2NO。4、氮的固定：将大气中___________的氮转化为___________的过程。（1）自然固氮：大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化成氨。（2）人工固氮：人类通过控制条件，将氮气___________或___________为氮的化合物，最重要的人工固氮途径就是___________。二、一氧化氮和二氧化氮1、物理性质2、化学性质（1）NO在空气中易转化为___________色的NO2，反应方程式为：___________________________________。(2)NO2与H2O反应生成HNO3和NO，反应方程式为：___________________________________________。三、氨和铵盐（一）氨1、氨的物理性质（1）氨是无色、有___________气味的气体，密度比空气的___________，很容易___________。（2）氨极易溶于水：在常温常压下，1体积水大约可溶解___________体积氨。可利用___________实验证明NH3极易溶于水。2、氨的化学性质（1）NH3与水反应的化学方程式为：___________________________________________。（2）NH3与酸反应生成铵盐①浓氨水挥发出的NH3与浓盐酸挥发出的___________相遇形成___________，即NH4Cl晶体小颗粒，其反应的方程式为：___________________________________。②氨通入稀硫酸中反应的离子方程式为NH3＋H＋===NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))。（3）氨的催化氧化氨催化氧化制HNO3的系列反应方程式依次为：4NH3＋5O2eq \o(=====,\s\up9(催化剂),\s\do9(△))4NO＋6H2O，___________________________________________，___________________________________________。（二）铵盐——铵根离子(NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4)))与酸根离子构成的化合物1、不稳定性：NH4Cl、NH4HCO3受热分解的化学方程式分别为___________________________________、___________________________________________。2、与碱的反应（1）固体反应：NH4Cl与NaOH反应的化学方程式为：NH4Cl＋NaOHeq \o(=====,\s\up9(△))NH3↑＋NaCl＋H2O。（2）溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(加热)：NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋OH－eq \o(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O。（3）稀溶液中铵盐与强碱反应的离子方程式(不加热)：NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋OH－===NH3·H2O。3、铵盐与碱反应的两个应用（1）检验NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))：待测液中加________________并________，用湿润的________________放置于试管口，若试纸变________，说明溶液中含NHeq \o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))。（2）实验室制备NH34、氨气的实验室制法（1）原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \o(=====,\s\up9(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。（2）装置①发生装置：固体＋固体eq \o(――→,\s\up9(△))气体，与实验室利用___________和___________加热制取氧气的装置相同。②净化装置：通常用___________干燥氨气，不能用五氧化二磷、___________和无水氯化钙干燥。（3）收集方法：___________排空气法收集，试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止___________与空气形成对流，以收集到较纯净的氨气。（4）验满方法①方法一：用镊子夹住一片湿润的___________试纸放在试管口，若试纸变___________，说明已经收集满。②方法二：用蘸取___________的玻璃棒靠近试管口，若有___________生成，说明已经收集满。（5）尾气处理：多余的氨气要吸收掉(可在导管口放一团用水或___________浸润的棉花球)以避免污染空气。在吸收时要防止___________，常采用的装置如图所示：5、实验室快速制氨气的方法（1）加热浓氨水法：NH3·H2O不稳定，受___________易分解生成NH3：NH3·H2Oeq \o(=====,\s\up9(△))NH3↑＋H2O，故可直接加___________制备NH3。（2）浓氨水加固体NaOH(或生石灰、碱石灰)法：固体NaOH溶于水放出大量的热，会促使氨水分解，而生石灰可与水反应生成Ca(OH)2，同时反应___________，也会促使___________分解，故可在常温下向固体NaOH或CaO中滴加___________来制备NH3。反应装置图分别为：四、硝酸1、物理性质2、化学性质（1）酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCO3与HNO3反应的化学方程式为：___________________________________________________________________________。（2）不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为4HNO3eq \o(=====,\s\up9(△),\s\do9(或光照))4NO2↑＋O2↑＋2H2O。所以硝酸一般保存在___________试剂瓶中，并放置在___________。（3）强氧化性 = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT ① Cu与浓硝酸反应的化学方程式为___________________________________________________。Cu与稀硝酸反应的化学方程式为___________________________________________________。 = 2 \* GB3 \* MERGEFORMAT ②与Fe、Al反应：常温下，浓硝酸或浓硫酸可使铁、铝表面形成一层致密的___________薄膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装___________或___________。当加热时，Fe、Al会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。 = 3 \* GB3 \* MERGEFORMAT ③浓硝酸和浓盐酸的混合物(体积比为___________)叫做___________，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。3、用途硝酸是重要的化工原料，可用于制造___________、___________、染料、___________等。五、酸雨及防治1、SO2、NOx 的主要来源（1）SO2：主要来源于___________和某些含硫的___________的燃烧或冶炼。（2）NOx：主要来源于机动车产生的___________。2、SO2、NOx对人体的危害SO2与NOx会引起___________疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。3、酸雨SO2、含氮氧化物及其在大气中发生反应后的___________溶于雨水后形成的。4、酸雨防治（1）工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止___________污染大气。（2）减少化石燃料的直接___________，如脱硫处理。六、硝酸与金属反应的计算1、电子守恒法：硝酸与___________反应属于氧化还原反应，氮原子得到的电子总数等于金属原子___________总数。2、原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NOeq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))一部分仍以NOeq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的形式存在，一部分转化为___________产物，这两部分中N的___________之和与反应消耗的硝酸中N的___________相等。3、电荷守恒法：HNO3___________时，反应后溶液中(不考虑OH－)根据电荷守恒有c(NOeq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)))＝c(H＋)＋nc(Mn＋)(Mn＋代表金属离子)。4、利用离子方程式计算：硝酸与硫酸混合液跟金属的反应，当金属足量时，不能用硝酸与金属反应的化学方程式计算，应用离子方程式计算，因为生成的硝酸盐中的NOeq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))与硫酸电离出的H＋仍能继续与金属反应。如金属铜与混酸的反应方程式为________________________________________________________。第三节 无机非金属元素一、硅酸盐材料1、硅酸盐的结构：在硅酸盐中，Si和O构成了___________，Si在中心，O在___________的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互___________。2、硅酸盐材料注意：由原料和玻璃的成分及反应条件“熔融”，可知反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3eq \o(=====,\s\up9(高温))Na2SiO3＋CO2↑，SiO2＋CaCO3eq \o(=====,\s\up9(高温))CaSiO3＋CO2↑。二、新型无机非金属材料1、硅和二氧化硅（1）硅元素的存在与结构（2）单质硅的制备（3）硅和二氧化硅的用途2、新型陶瓷（1）新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能。（2）碳化硅(SiC)俗称___________，碳原子和硅原子通过___________连接，具有类似金刚石的结构，硬度___________，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还___________，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。3、碳纳米材料碳纳米材料在______________________等领域有着广阔的应用前景。杂质加入的试剂化学方程式Na2SO4______________________________________________________MgCl2______________________________________________________CaCl2Na2CO3溶液___________________________________________颜色状态气味毒性水溶性NO___________色气态_________________________________溶NO2___________色气态___________气味______________________溶颜色状态气味特性___________色___________有___________气味易___________产品原料主要设备主要成分用途陶瓷___________(主要成分为含水的铝硅酸盐)——硅酸盐建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等玻璃(普通)___________玻璃窑Na2SiO3、CaSiO3、SiO2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥___________、适量石膏水泥回转窑___________建筑和水利工程存在原子结构示意图周期表中位置含量存在形态地壳中居第___________位氧化物和硅酸盐第_______周期、第________族结构特点应用富勒烯由___________原子构成的一系列笼形分子的总称代表物___________开启碳纳米材料研究和应用的新时代碳纳米管由___________片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径用于生产___________、电池和 ___________等石墨烯只有___________碳原子直径厚度的单层石墨应用于光电器件、超级电容器、电池和复合材料等