高考考點完全解讀練習答案 22、硅酸鹽工業(yè)新型無機非金屬材料
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1、高中化學58個考點精講 22、硅酸鹽工業(yè) 新型無機非金屬材料 1.復習重點 水泥工業(yè)和玻璃工業(yè)的基本原理;新型無機非金屬材料的特性及主要用途 2.難點聚焦 1.硅酸(H2SiO3) 酸性很弱(弱于碳酸)溶解度很小,由于SiO2不溶于水,硅酸應(yīng)用可溶性硅酸鹽和其他酸性比硅酸強的酸反應(yīng)制得。 Na2SiO3+2HCl == H2SiO3+2NaCl 硅膠多孔疏松,可作干燥劑,催化劑的載體。 四.硅酸鹽 硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱,分布廣,結(jié)構(gòu)復雜化學性質(zhì)穩(wěn)定。一般不溶于水。(Na2SiO3 、K2SiO3除外)最典型的代表是硅酸鈉Na2SiO3 :可
2、溶,其水溶液稱作水玻璃和泡花堿,可作肥皂填料、木材防火劑和黏膠劑。 常用硅酸鹽產(chǎn)品:玻璃、陶瓷、水泥。 +17 2 8 7 2.硅單質(zhì)與碳相似,有晶體和無定形兩種。晶體硅結(jié)構(gòu)類似于金剛石,有金屬光澤的灰黑色固體,熔點高(1410℃),硬度大,較脆,常溫下化學性質(zhì)不活潑。是良好的半導體,應(yīng)用:半導體晶體管及芯片、光電池。 五.氯元素:位于第三周期第ⅦA族,原子結(jié)構(gòu): 容易得到一個電子形成氯離子Cl-,為典型的非金屬元素,在自然界中以化合態(tài)存在。 3.例題精講 [例1] 熔融氫氧化鈉反應(yīng)選用的器皿是 [ ] 答案:D A.陶瓷坩堝 B
3、.石英坩堝 C.普通玻璃坩堝 D.生鐵坩堝 分析:陶瓷的成分中含有SiO2,石英的成分就是SiO2,玻璃的主要成分中也含有SiO2,而SiO2在高溫下可以跟NaOH發(fā)生如下反應(yīng):SiO2+2NaOHNa2SiO3 所以A、B、C的器皿都不能選用,只能內(nèi)生鐵坩堝?!? [例2] 下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中,但不能用磨口玻璃塞的是 [ ]。 A.硅酸鈉溶液 B.氫氟酸 C.氫氧化鈉溶液 D.氯化鈉溶液 分析:玻璃的主要成分之一二氧化硅,它能跟氫氟酸迅速反應(yīng),所以,氫氟酸不能盛放在玻璃、陶瓷容器中,只能保存在鉛皿或塑料瓶中。氫氧化鈉溶液與二氧化硅
4、在常溫下反應(yīng)十分緩慢,所以可以盛放在玻璃瓶中,但瓶的磨口處的二氧化硅跟氫氧化鈉緩慢反應(yīng)后,生成的硅酸鈉是一種礦物膠,使瓶塞與瓶口粘在一起,因此不能用磨口玻璃塞。硅酸鈉溶液可以用玻璃瓶盛放,只是不能用磨口玻璃塞(原因同氫氧化鈉溶液)。氯化鈉溶液不跟玻璃中各種成分反應(yīng)。 答案:AC [例3] 普通玻璃的主要成分為Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2 ?。?)試計算普通玻璃中相當含有Na2O,CaO和SiO2的質(zhì)量分數(shù)各是多少? (2)制造50kg普通玻璃,需要純堿、碳酸鈣和二氧化硅各多少千克? 分析:Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2可用二氧化硅和金屬氧化物
5、的形式表示其組成為:Na2O·CaO·6SiO2。 ?。?)Na2O的摩爾質(zhì)量為62g/mol,CaO的摩爾質(zhì)量為56g/mol,SiO2的摩爾質(zhì)量為60g/mol。 ?。?)由第(1)題求出普通玻璃中各氧化物的質(zhì)量分數(shù),可計算50kg普通玻璃中Na2O、CaO和SiO2的含量: m(Na2O):50kg×13%=6.5kg m(CaO):50kg×11.7%=5.85kg m(SiO2):50kg×75.3%=37.65kg 再求需純堿、碳酸鈣和二氧化硅的質(zhì)量: m(SiO2):37.65kg 答案
6、:(1)普通玻璃中Na2O的質(zhì)量分數(shù)為13%,CaO的質(zhì)量分數(shù)為11.7%,SiO2質(zhì)量分數(shù)為75.3%。 ?。?)制造50kg普通玻璃,需要純堿11.11kg、碳酸鈣10.45kg、二氧化硅37.65kg。 [例4] 有A、B、C三種不溶于水的固體。A是某元素的一種單質(zhì),它在氧氣中完全燃燒得到一種無色氣體,此氣體能使澄清石灰水變渾濁,另外測得這種氣體密度為同溫、同壓下氧氣密度的1.375倍。B固體能溶于熱氫氧化鈉溶液,再往所得溶液中加入過量鹽酸時,析出白色膠狀沉淀。此沉淀干燥后,成為不溶于水的白色粉末,這是一種比碳酸酸性還弱的酸。將B與石灰石、純堿按比例混合加熱得到C,C在高溫時
7、軟化,無固定熔點。 根據(jù)以上事實,判斷A為哪種元素的單質(zhì)?B、C各是什么物質(zhì)?寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式。 分析:先求出A燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量,根據(jù)該氣體的相對分子質(zhì)量及其反應(yīng)現(xiàn)象可推出單質(zhì)A;再根據(jù)B的有關(guān)反應(yīng)現(xiàn)象可推出B;最后根據(jù)制取C的方法及C的性質(zhì)可推出C。 A物質(zhì)燃燒后生成的氣體的相對分子質(zhì)量為:32×1.375=44 該氣體能使澄清石灰水變渾濁,所以該氣體為二氧化碳,A為碳元素的一種單質(zhì)。 根據(jù)B物質(zhì)能與氫氧化鈉反應(yīng),且能繼續(xù)與過量的鹽酸反應(yīng)生成一種比碳酸還弱的酸,可推出B物質(zhì)為二氧化硅。 C物質(zhì)由石灰石、純堿、B物質(zhì)(二氧化硅)混合加熱
8、而得,結(jié)合C物質(zhì)在高溫時軟化且無固定熔點,可推知C物質(zhì)為普通玻璃。 答案:A為碳元素的一種單質(zhì)。C+O2CO2 B為SiO2 SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓ C為普通玻璃 Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑ [例5] 某硅酸鋅樣品含58.6%的鋅,而ZnO%與SiO2%的質(zhì)量分數(shù)的總和為100%,寫出這樣品的化學式(最簡式)。 分析:題目要求寫出這樣品的化學式(最簡式),即是要求
9、通過計算找出ZnO與SiO2的物質(zhì)的量之比值,然后用SiO2和ZnO的形式表示此硅酸鋅樣品的組成。 可先由Zn%求算出ZnO%,并求出SiO2%。然后再運用求最簡式最基本的方法求出此硅酸鋅的組成。 SiO2%=1-73.0%=27.0% 該硅酸鋅樣品的化學式為:2ZnO·SiO2。 [例6] 兩個原硅酸分子的OH原子團之間可以相互作用而脫去一分子水:2H4SiO4===H6Si2O7+H2O 原硅酸結(jié)構(gòu)為: 則在所得的H6Si2O7分子的結(jié)構(gòu)中,含有的硅氧鍵數(shù)目為 [ ] A.5 B.6 C.7 D.8 分析:此題是
10、一道選擇題,也是一道信息遷移題。給出的新情境是原硅酸結(jié)構(gòu)及脫水反應(yīng),考查內(nèi)容是H6Si2O7分子中的硅氧鍵數(shù)目。兩個原硅酸共有8個硅氧鍵,當它們相互作用時,雖然有一個硅氧鍵斷裂,但又形成一個新的硅氧鍵,如圖所示: 故硅氧鍵的總數(shù)目沒有變,仍然是8個。 答案:D [例7] 下列離子方程式書寫不正確的是 [ ] A.往NaOH溶液中通入過量CO2 B.單質(zhì)硅與燒堿溶液反應(yīng) C.石英砂與燒堿反應(yīng)制水玻璃 D.往水玻璃中通入二氧化碳 分析:往NaOH溶液中通入適量CO2生成正鹽Na2CO3,正鹽能與酸
11、反應(yīng)變?yōu)樗崾禁},所以當CO2過量時即溶液中H2CO3過量時,生成物為NaHCO3,故A式正確。 單質(zhì)硅能和燒堿溶液反應(yīng)生成硅酸鈉和氫氣,NaOH是易溶于水的強堿,Na2SiO3。是易溶于水的鹽,均完全電離,故Na+可以簡化掉,B式正確。 石英的成分是二氧化硅與燒堿液發(fā)生復分解反應(yīng)生成硅酸鈉和水。故C式正確。 碳酸比硅酸酸性強,所以往水玻璃即硅酸鈉的水溶液中通入二氧化碳可以制硅酸。反應(yīng)物中的Na2SiO3和生成物中的Na2CO3均為易溶于水的鹽,能完成電離寫成離子式,并且Na+可以簡化掉,故D式不正確。 答案:D [例8] 有一鉛錫合金質(zhì)量為100g,完全氧
12、化后得到氧化物的混合物質(zhì)量為116g,求合金中鉛、錫的質(zhì)量分數(shù)各為多少? 解法一: 分析:設(shè)100g鉛錫合金中含錫xg,則含鉛(100-x)g。①Sn氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是SnO2(+4價氧化物穩(wěn)定),Sn的相對原子質(zhì)量為 Pb氧化后的穩(wěn)定產(chǎn)物是PbO(+2價氧化物穩(wěn)定), Pb的相對原子質(zhì)量為207,PbO的式量為223,(100-x)g Pb氧化生成的PbO質(zhì)量必 因為SnO2與PbO質(zhì)量共為116g,故可列一元一次方程,解方程求出Sn、Pb質(zhì)量。 [解] 設(shè)100g錫鉛合金中含錫xg,含鉛為(100-x)g。 根據(jù)化學式所表示的元素質(zhì)量分數(shù)及題意,
13、列代數(shù)方程式: 解得x=43.2(g) 100-x=100-43.2=56.8(g) 答:合金中錫、鉛質(zhì)量分數(shù)分別為43.2%、56.8% 解法二: 分析:此題利用物質(zhì)的量計算也很方便。設(shè)100g合金中含xg,含鉛為(100-x)g 將SnO2與PbO由物質(zhì)的量換算成質(zhì)量,質(zhì)量和為116g。 解:設(shè)100g錫鉛合金中含錫為xg,含鉛為(100-x)g Sn的物質(zhì)的量=SnO2的物質(zhì)的量 Pb的物質(zhì)的量=PbO的物質(zhì)的量 SnO2與PbO質(zhì)量和為116g 解得 x=43.2(g
14、) (錫的質(zhì)量) 100-x=56.8(g) ?。ㄣU的質(zhì)量) Pb%=1-43.2%=56.8% 答:合金中鉛、錫分別占56.8%、43.2% [例9] 稱取兩份由碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨組成的混合物7.06g。其中:一份加入過量的鹽酸,可得CO2為1792mL(在標準狀況下),另一份加熱至質(zhì)量不再減少時為止。冷卻后再跟過量鹽酸反應(yīng),可得CO2為896mL(在標準狀況下)。求原混合物中,碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸氫銨的物質(zhì)的量之比。 分析:此題是根據(jù)化學方程式,計算混合物成分物質(zhì)的量之比的題。解題關(guān)鍵在于正確判斷反應(yīng)物與生成物、反應(yīng)物的量與生成物
15、的量之間的關(guān)系。 第一份7.06g混合物,各成分都跟過量的鹽酸充分反應(yīng),均生成CO2。CO2體積之和為1792mL;第二份7.06g混合物加熱后,除碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉外,碳酸氫銨則因全部轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)物質(zhì)而不存在固體物質(zhì)了。混合物中原有碳酸鈉及生成的碳酸鈉共同跟過量鹽酸反應(yīng),生成896mLCO2。 解 全過程發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為: Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑ (1) NaHCO3+HCl==NaCl+H2O+CO2↑ (2) NH4HCO3+HCl==NH4Cl+H2O+CO2↑ (3) (4) (5)
16、 設(shè)7.06g該混合物中含Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3分別為x、y、zmol 從化學方程式(1)(2)(3)可知,第一份7.06g混合物與過量鹽酸反應(yīng), 共生成CO2為(x+y+z)mol 從化學方程式(4)、(5)可知,第二份7.06g混合物加熱,其中 x∶y∶z=0.02∶0.04∶0.02=1∶2∶1 答:Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3的物質(zhì)的量之比為1∶2∶1。 新型無機非金屬材料 [例10] 新型無機非金屬材料跟傳統(tǒng)硅酸鹽材料相比,有什么特性? 【分析】 (1)能承受高溫,強度高。如
17、氮化硅陶瓷在1200℃時仍具有高強度。 ?。?)具有電學特性。有的可作絕緣體,有的可作半導體、導體、超導體。 ?。?)具有光學特性。有的能發(fā)出各色光,有的能透過可見光,有的能使紅外線、雷達射線穿過。 ?。?)具有生物功能。有些對人體組織有較好的適應(yīng)性,且硬度高、無毒、不溶于水,可直接植于人體內(nèi)。 [例11] 請比較紅寶石和藍寶石成分的異同。人造紅寶石和人造藍寶石各有何用途? 【解答】 兩者的主要成分都是Al2O3(剛玉)。剛玉中混有少量鉻時,呈現(xiàn)紅色,就形成紅寶石;剛玉中混有少量鈦時,呈現(xiàn)藍色,就形成藍寶石。 人造紅寶石硬度高,可制鐘表的軸承,它能放大某一波長的光而產(chǎn)生激
18、光,可作固體激光器。人造藍寶石因能使紫外線和可見光通過,可用于制造光學儀器。 [例12] 下列說法正確的是 [ ] A.二氧化硅溶于水顯酸性 B.光導纖維傳導光的能力非常強,利用光纜通訊,能同時傳送大量信息 C.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應(yīng)放出CO2,所以硅酸的酸性比碳酸強 D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸。 分析 二氧化硅不溶于水,不溶于強酸,但溶于氫氟酸。因為它能與堿反應(yīng)生成鹽和水,所以它是酸性氧化物。硅酸酸性比碳酸弱,它反映在CO2通入Na2SiO3溶液可生成硅酸。而SiO2能和Na2CO3高溫下反應(yīng)生成CO2,它可說明不揮發(fā)的SiO2可把氣體CO2
19、制出,但不能說明碳酸和硅酸的相對強弱?! 〈鸢福築 4.實戰(zhàn)演練 一、選擇題(每小題6分,共48分) 1.以下說法正確的是 A.納米材料是指一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B.綠色食品是指不含任何化學物質(zhì)的食品 C.生物固氮是指植物通過葉面吸收空氣中的氮氣D.光導纖維是以二氧化硅為主要原料制成的 2.實驗室存放下列各試劑的瓶塞必須用橡皮塞的是 A.澄清石灰水 B.硅酸鈉溶液 C.新制氯水 D.氯化鈣溶液 3.2MgO·SiO2中的酸根離子是 A.SiO B.Si2O C.SiO D.SiO 4.將過量的CO2通入下列溶液中,最
20、終出現(xiàn)渾濁的是 A.CaCl2溶液 B.石灰水 C.飽和Na2CO3溶液 D.水玻璃 5.下列各組物質(zhì)的比較中,正確的是 A.熔點:晶體硅>碳化硅>金剛石B.金屬活動性:鍺>錫 C.穩(wěn)定性:CH4>SiH4 D.酸性:H2SiO3>H2CO3 6.欲除去SiO2中混有的少量CaCO3和Fe2O3,最好應(yīng)加入的試劑是 A.硫酸 B.燒堿 C.氫氟酸 D.鹽酸 7.現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化,其中不可能通過一步反應(yīng)實現(xiàn)的是 ①SiO2Na2SiO3②CuSO4CuCl2③SiO2H2SiO3 ④CuOCu(OH)2⑤Ca3
21、(PO4)2Ca(H2PO4)2 A.①和② B.③和④C.②③和④ D.②③④和⑤ 8.下列敘述中,不正確的是 A.光導纖維廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通訊,制造光導纖維的主要原料是SiO2 B.二氧化碳不宜用于撲滅金屬鈉燃燒引起的火災(zāi) C.一定條件下,可將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石,這一變化是物理變化 D.氫氣作為新型燃料,其突出的優(yōu)點是氫氣輕,便于攜帶 二、非選擇題(共52分) 9.(12分)將5 g含有SiO2的石灰石與267 mL 0.5 mol·L-1的鹽酸反應(yīng),所得CO2在標準狀況下的體積為1064 mL。 (1)中和剩余的鹽酸,需1 mol·L-1 NaOH溶液
22、 mL。 (2)煅燒1噸這種不純的碳酸鈣,最后殘留物質(zhì)量為 噸。 10.(10分)氮化硅是一種耐高溫陶瓷材料,它的硬度大,熔點高,化學性質(zhì)穩(wěn)定,工業(yè)上曾普遍采用高純硅與純氮在1300℃反應(yīng)獲得。 (1)氮化硅晶體屬于 晶體。 (2)已知氮化硅晶體結(jié)構(gòu)中,原子間都以單鍵相連,且N原子和N原子,Si原子和Si原子不直接相連,同時每個原子都滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu),請寫出氮化硅的化學式 。 (3)現(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣保護下,加強熱發(fā)
23、生反應(yīng),可得較高純度的氮化硅,反應(yīng)的化學方程式為: 。 11.(10分)普通玻璃的成分Na2CaSi6O14,以氧化物形式可表示為 ,鉀云母的化學式是K2H4Al6Si6O24,以氧化物形式可表示為 。 12.(10分)由Fe、Si、Al組成的混合物9.7 g,與足量的稀硫酸反應(yīng),在標準狀況下可生成5.6 L氫氣。若將等質(zhì)量的該混合物與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng),在標準狀況下也可
24、產(chǎn)生同樣多的氫氣。問在上述9.7 g混合物中含F(xiàn)e、Si、Al各多少克? 13.(10分)由SiO2和CaCO3組成的混合物26.0 g,經(jīng)灼燒至質(zhì)量恒定時,其質(zhì)量減少8.8 g,試解答: (1)寫出可能發(fā)生反應(yīng)的化學方程式; (2)求產(chǎn)生的氣體在標準狀況下的體積; (3)求原混合物中SiO2的質(zhì)量。 附參考答案 一、1.D 2.AB 3.C 4.解析:同溫下NaHCO3比Na2CO3的溶解度要小。答案:CD 5.C 6.D 7.解析:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O CuSO4+BaCl2===BaSO4↓+CuCl2 Ca3(
25、PO4)2+4H3PO4===3Cu(H2PO4)2。 答案:B 8.CD 二、9.(1)38.5 (2)0.582 10.(1)原子 (2)Si3N4 (3)3SiCl4+6H2+2N2Si3N4+12HCl 11.Na2O·CaO·6SiO2 K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O 12.Fe:5.6 g Si:1.4 g Al:2.7 g 13.(1)SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,CaCO3CaO+CO2↑(2)4.48 L(3)6 g 高中化學58個考點精講 23、氮和磷 1.復習重點 1. 氮族元素性質(zhì)的相似性和遞
26、變規(guī)律; 2. 氮氣的分子結(jié)構(gòu)及其化學性質(zhì); 3. 磷的兩種同素異形體的有關(guān)性質(zhì)。 2.難點聚焦 1.知識要點: 32 氮族元素 1.氮族元素的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) (1)周期表中的位置:第VA族(N、P、As、Sb、Bi) (2)原子結(jié)構(gòu): 相同點:最外層電子數(shù)相同(5e-) 不同點:電子層數(shù)不同,原子半半徑依次增大 (3)主要性質(zhì): ①相似性:a、最高價態(tài)為+5,負價為-3,能形成氫化物RH3,Sb、Bi無負價;最高價氧化對應(yīng)水化物HRO3或H3RO4 呈酸性。 ②遞變性:(按原子序數(shù)增大順序):a、原子半徑由小到大;b、氫化物的穩(wěn)定性由強到弱;c、最高價含氧酸的酸性
27、由強到弱;d、非金屬性由強到弱,且比同周期鹵族元素、氧族元素弱,金屬性漸強。 2.氮氣的性質(zhì) (1)氮氣的物理性質(zhì):無色無味,不溶于水比空氣略輕的氣體。 (2)氮氣的化學性質(zhì): 分子中N≡N非常牢固,通常情況下不易與其他物質(zhì)反應(yīng)。 N2 與氫氣反應(yīng)生成NH3(高溫高壓鐵觸媒) 與氧氣在放電條件下生成NO 點燃 與活潑金屬反應(yīng) 3Mg+N2 Mg3N2 (3)氮氣的用途: 工業(yè)上合成氨制硝酸;用作保護氣,用于:焊接金屬、填充燈泡、保鮮食品;醫(yī)學上用于冷凍麻醉;高科技中用液氮制造低溫環(huán)境等。 3.磷的同素異形體
28、:白磷和紅磷 名稱 白磷 紅磷 分子結(jié)構(gòu) 分子式P4、正四面體型、鍵角60° 分子晶體、結(jié)構(gòu)復雜 顏色狀態(tài) 白色或黃色固體 暗紅色粉末或固體 溶解性 不溶于水,易溶于CS2 不溶于水,不溶于CS2 毒性 劇毒 無毒 著火點 40℃ 240℃ 保存方法 保存在水中 密封 相互轉(zhuǎn)化 4.磷及其化合物的性質(zhì) (1)磷單質(zhì)的化學性質(zhì)和用途 4P+5O2 2P2O5 2P+3Cl2 2PCl3(l) 2P+3Cl2 2PCl5(s) 用途:制高純度磷酸、紅磷用于制農(nóng)藥、安全火柴、白磷制
29、造燃燒彈和煙幕彈。 (2)磷的化合物 ①P2O5:極易溶于水,是較好的干燥劑(吸濕性很強)能與水作用: P2O5+H2O(冷)=2HPO3(劇毒) P2O5+3H2O(熱)=2H3PO4(無毒) ②H3PO4:無色晶體,與水任意比例互溶,有吸濕性,可作干燥劑,屬非氧化性酸,沸點高。 化學性質(zhì):具有酸的通性,是三元中強酸,是一種高沸點酸。能與堿中和、與NaBr、NaI作用。 ③磷酸鹽: 溶解性:磷酸二氫鹽均易溶于水,溶液呈酸性;磷酸鹽和磷酸一氫鹽除鉀、鈉、銨鹽外不溶于水。 相互轉(zhuǎn)化: 磷酸鹽 磷酸一氫鹽 磷酸二氫鹽 2.原理、規(guī)律
30、、疑難剖析: 1.氮族元素最外層電子都是5個,主要顯+5、+3、-3價。本族元素形成的+3、-3價化合物中其原子已達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu),如NH3、PCl3、BiCl3、Mg3N2。 2.在氮族元素中氮和其它元素比較,有很大的特殊性,它的主要化合價有-3、+1、+2、+3、+4、+5等多種氮元素能以不同的價態(tài)與氧結(jié)合,可以形成多種氧化物:N2O、NO、N2O3、N2O4、NO2、N2O5。在這些氧化物中NO2和N2O4可以通過非氧化還原反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化:2NO2 N2O4。 有關(guān)氮的氧化物知識應(yīng)注意: ①NO是一種無色無味氣體,能與人血液中的血紅蛋白結(jié)合而使人中毒。接觸空氣后立即被氧化為NO2
31、而變紅棕色,收集NO氣體必須用排水集氣法。實驗室中制NO氣體是銅與硝酸反應(yīng): 3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O NO在神經(jīng)信號傳遞、血壓生理調(diào)控、血流量控制、免疫調(diào)節(jié)、抵抗感染等方面起到了重要作用,被稱為“明星分子”或“信使分子”。 ②NO2是一種紅棕色、具有剌激性氣味、有毒的氣體。它與水反應(yīng),而易溶于水: 3NO2+2H2O=2HNO3+NO↑ 在反應(yīng)中NO2既是氧化劑又是還原劑。 在NO2中,因N的價態(tài)較高,它的氧化性較強,NO2能氧化SO2、KI等物質(zhì):NO2+SO2=SO3+H2O NO2+2KI=2KNO2+I2(NO2能使?jié)駶櫟牡矸?/p>
32、KI試紙為藍) ③ 隱含反應(yīng)2NO2 N2O4的應(yīng)用: 在實驗測定NO2、N2O4的相對分子質(zhì)量、比較相同條件下相同物質(zhì)的量的氣體體積大小,以及涉及到NO2氣體的顏色深淺、壓強、密度等方面時要考慮此反應(yīng)。 3.磷酸與堿反應(yīng)的規(guī)律: =1∶1時生成NaH2PO4 =1∶2時生成Na2HPO4 =1∶3時生成Na3PO4 介于1∶1和1∶2之間,則生成 NaH2PO4和Na2HPO4的混合物 介于1∶2和1∶3之間,則生成Na2HPO4和Na3PO4的混合物。 3.例題精講 有關(guān)NO、NO2、O2的混合氣體和水反應(yīng)的計算 基本反應(yīng) : 2NO+O2=2NO2-
33、-----------------(1) 3NO2+H2O=2H2NO3+NO------(2) 1、NO(N2)、NO2混合氣體與水反應(yīng) 例1. 將20ml充滿NO和NO2的混合氣體的試管倒立于盛水的水槽中,充分反應(yīng)后,剩余氣體的體積變?yōu)?0ml,求原混合氣體中NO和NO2 各占多少毫升? 解析:NO不與水反應(yīng),NO2與水反應(yīng)時每一體積的NO2會生成1/3體積的NO ,所以剩余的氣體為未參加反應(yīng)的NO 和生成的NO 解法一:設(shè)原混合氣體中含NO2 xml ,則含NO(20-x)ml 3NO2+H2O=2H2NO3+NO 3
34、 1 x y 3/x=1/y解之得:y=x/3 由題意得:(20-x)+x/3=10 解得x=15ml 則原NO的體積 20-15=5ml 答:(略) 解法二: (差量法)設(shè)原混合氣體中含NO2氣體xml 3NO2+H2O=2H2NO3+NO △V 3 (3-1) x (20-10) 3/x=(3-1)/(20-10) 解得 x=15ml 答:(
35、略) 2、NO2和O2 的混合氣體與水的反應(yīng) 關(guān)系式:4NO2+O2+H2O=4HNO3 將(2)×2-(1)得到,目的:消去中間產(chǎn)物NO) 討論如下: NO2與O2的體積比 發(fā)生的化學反應(yīng) 剩余氣體 =4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 無 <4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 O2 >4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 3NO2+H2O=2H2NO3+NO NO 例2.將充滿NO2和O2的混合氣體的量筒倒置于水中,充分反應(yīng)后,保持氣體壓強不變,水進入至量筒體積的一半處停止了,則原混合氣體中NO2和O2的體積比是多少? 解析:NO
36、2和O2的體積比不等于4:1,則需討論NO2和O2分別過量時的兩種情況 設(shè)混合氣體的體積為1,混合氣體中NO2的體積為x,則O2為(1- x) (1)假定原混合氣體中V(NO2):(O2)<4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 4 1 x y 4/x=1/y 解得y=x/4 剩余的O2:(1-x)-x/4=1/2 解得x=2/5 V(NO2):V(O2)=2/5:(1-2/5)=2:3 (2) 假定原混合氣體中V(NO2):V(O2)>4:1 4NO2+O2+H2O=4HNO3 4 1 y (
37、1-x) 4/ y =1/(1-x) 解得:y=4(1-x) 暫時剩余NO2:1-[4(1-x)+(1-x)]=5x-4 由反應(yīng)式:3NO2+H2O=2H2NO3+NO可知 最后剩余NO :(5x-4)/3 由(5x-4)/3=1/2得 x=11/10(不合題意,舍去) 小結(jié): NO2和O2的混合氣體與水反應(yīng)時,當剩余氣體的體積大于原混合氣體體積的1/3時,只有一個條件:V(NO2):V(O2)>4:1(此結(jié)論由同學們自行證明) 3、NO與O2分別通入水中 關(guān)系式:4NO+3O2+H2O=4HNO3 討論如下: NO與O2的體積比 發(fā)生的化學反應(yīng) 剩余氣體 =4:3
38、 4NO+3O2+H2O=4HNO3 無 <4:3 4NO+3O2+H2O=4HNO3 O2 >4:3 4NO+3O2+H2O=4HNO3 NO 例3.一定條件下,將等體積的NO和O2混合于一試管中,然后將試管倒立于盛有水的水槽中,充分反應(yīng)后剩余氣體的體積與原混合氣體的體積之比是多少? 解析: 因為混合氣體中NO和O2的體積比<4:3,則剩余氣體為O2 設(shè)混合氣體中NO 的體積為x,則O2的體積也為x 4NO+3O2+H2O=4HNO3 4 3 x y 4/ x =3 / y 解得:y=3x/4 剩余的O2為x-3x/4=x/4 它與原混合氣體的
39、體積比為x/4:2x=1:8 4、NO2、NO、O2的混合氣體與水反應(yīng) 關(guān)系式: V(O2)= V(NO2)/4+ 3V(NO)/4 特例,當V(NO): V(NO2)::V(O2)=1:1:1時,混合氣體全部與水反應(yīng),無氣體剩余。 例4.常溫下盛有10mlNO2和10mlNO組成的混合氣體的大試管倒立于水中,當緩緩通入O2一段時間后,試管內(nèi)殘留2ml氣體,則通入O2體積可能為多少毫升 解析:殘留2ml氣體可能是NO也有可能是O2,應(yīng)予以討論 (1)若殘留氣體是NO ,則轉(zhuǎn)化為HNO3的NO為10ml-2ml=8ml 則:4NO2+O2+H2O=4HNO3 4
40、 1 10ml y 4 /10ml =1/ y 解得:y=2.5ml 4NO+3O2+H2O=4HNO3 4 3 8ml x 4/8ml =3/ x 解得:x=6ml 共耗氧氣V(O2)=2.5ml+6ml=8.5ml (2)若殘留氣體2ml是O2,則: 4NO+3O2+H2O=4HNO3 4 3 10ml z 4/10ml =3/ z 解和z=7.5ml 故通入 V(O2)=2.5+7.5+2=12ml 答:(略) 例5.關(guān)于非金屬N、O、Cl、P的敘述,正確的是( ) A.在通常情況下其單質(zhì)均為氣體 1、 其單質(zhì)均
41、由雙原子分子組成 2、 都屬于主族元素 3、 每種元素公生成一種氫化物 解析:N、O、Cl通常情況下單質(zhì)為氣體,且為雙原子分子,而P不是,白磷為P4分子,其中N的氫化物有NH3、N2H4等,O的氧化物有H2O、H2O2,所以A、B、D選項均不正確。正確答案為C。 例6.氮氣與其他單質(zhì)化合一般需要高溫,有時還需高壓等條件,但金屬鋰在常溫、常壓下就能與氮氣化合生成氮化鋰,這是因為( ) ①此反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng) ②此反應(yīng)可能是放熱反應(yīng) ③此反應(yīng)可能是氮分子不必先分解成為原子④此反應(yīng)前可能氮分子先分解成為原子 A.①② B.②④
42、C.②③ D.①④ 解析:氮分子中存在N≡N,鍵能很大,非常 牢固,通常情況下很難斷裂N≡N鍵成為氮原子與其他物質(zhì)反應(yīng),如果氮分子能與這種物質(zhì)容易反應(yīng),只可能是氮分子不必先分解為氮原子這種情況;另外化學反應(yīng)中放熱反應(yīng)一般比較容易發(fā)生。綜上所述正確選項應(yīng)為C選項。 例7.(2002年南京市模擬題)工業(yè)廢氣的氮 氧化物(如NO、NO2等,用通式NOx表示)是主要的大氣污染物之一。為了保護環(huán)境,工業(yè)上常通入氨氣與之發(fā)生如下反應(yīng): NOx+NH3 N2+H2O 有關(guān)此反應(yīng),下列說法中錯誤的是( ) A.N2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物 2. 當x=1時,每生成2.5m
43、ol N2,被氧化的 氣體有3mol C.當x=2時,有1mol氣體被還原,轉(zhuǎn)移電子4mol D.反應(yīng)通式配平表示為: 6 NOx +4x NH3 = (3+2x)N2+6x H2O 解析:分析平配平方程式得到A、D選項均正確,將x=1代入6 NOx +4x NH3 = (3+2x)N2+6x H2O中得到6NO+4NH3=5 N2+6H2O 分析可知:每生成5mol,被氧化的氣體有4mol(被氧化的氣體為NH3),則每生成2.5mol N2,被氧化的氣體只有2mol。同理可推得C選項正確。所以,答案應(yīng)為選項B。 例8.(1994·全國·17)已知磷酸分子 (
44、 )中的三個氫原子都可以跟重 水分子(D2O)中的D原子發(fā)生氫交換。又知次磷酸(H3PO2)也可以跟D2O進行氫交換,但次磷酸鈉(NaH2PO2)卻不能再跟D2O發(fā)生氫交換。由此可推斷H3PO2的分子結(jié)構(gòu)是( ) B. D. A. C.
45、 解析:題中所給磷酸分子的結(jié)構(gòu)式是給的一個信息:含氧酸中只有與O原子直接結(jié)合的H原子才可能電離出H+,即題中所說的與D2O中的D原子發(fā)生氫交換。把信息遷移到H3PO2中,由于NaH2PO2不能與D2O進行氫交換,所以H3PO2只是一元酸,因而其結(jié)構(gòu)式中只有一個—OH,再應(yīng)用O原子只能有兩個共價鍵的基礎(chǔ)知識,就不難推出正確選項為B。 4.實戰(zhàn)演練 1.有一種磷的結(jié)構(gòu)式是 有關(guān)它的下列敘述中不正確的是 A.它完全燃燒時的產(chǎn)物是P2O5 B.它不溶于水 C.它在常溫下呈固態(tài) D.它與白磷互為同分異構(gòu)體 2.下列反應(yīng)起
46、了氮的固定作用的是 A.N2與H2在一定條件下反應(yīng)生成NH3 B.NH3經(jīng)催化氧化生成NO C.NO與O2反應(yīng)生成NO2 D.由NH3制碳銨和尿素 3.關(guān)于氮族元素的性質(zhì),下列推斷錯誤的是 A.最高價氧化物為R2O5,其水化物化學式為HRO3或H3RO4 B.非金屬性:磷>砷,氣態(tài)氫化物的還原性:PH3>AsH3 C.最高價含氧酸的酸性:硒酸>砷酸>鍺酸 D.所形成的氫化物中BiH3最不穩(wěn)定 4.下列比較中正確的是 A.硝酸酸性比磷酸強 B.PH3的穩(wěn)定性大于NH3 C.PH3的還原性大于NH3 D.氮氣的化學性質(zhì)比磷活潑 5.新電燈泡的
47、玻璃柱上涂有一點暗紅色物質(zhì),以除去燈泡內(nèi)殘留的氧,該物質(zhì)是 A.Cu2O B.Fe2O3 C.紅磷 D.銅粉 6.紅磷和白磷在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,這一變化屬于 A.物理變化 B.化學變化 C.氧化還原反應(yīng) D.分解反應(yīng) 7.在兩密閉容器中分別盛有31 g白磷和1 mol氧氣,控制條件使其發(fā)生反應(yīng),容器甲:P4+5O2===P4O10,容器乙:P4+3O2===P4O6,經(jīng)充分反應(yīng)后,兩容器中分別所得的P4O10和P4O6的物質(zhì)的量的比為 A.5∶4 B.4∶5 C.4∶3 D.3∶5 8.將(N
48、H4)2CO3加熱全部氣化后,將氣體先通過Na2O2,固體質(zhì)量增加x g,再通過濃H2SO4,溶液質(zhì)量增加y g;若先通過濃H2SO4,溶液增重z g,再通過Na2O2,固體質(zhì)量增加w g,則x、y、z、w的質(zhì)量大小排列順序正確的是 A.x>y>z>w B.w>z>y>x C.y=z>x=w D.z>y>x>w 9.在一定溫度和壓強下,將一支容積為15 mL的試管充滿NO2后,倒置于一個盛水的水槽中,當試管內(nèi)液面上升至一定高度不再變化時,在相同條件下再通入O2,若要使試管內(nèi)的液面仍保持在原高度,則通入O2的體積為 A.3.75 mL B.7.5 mL
49、 C.8.75 mL D.10.5 mL 10.在下列反應(yīng)中,氨作氧化劑的是 A.8NH3+3Br2===6NH4Br+N2 B.2NH3+H2S===(NH4)2S C.2NH3+2Na===2NaNH2+H2 D.NH3+NaH===NaNH2+H2 11.下列關(guān)于磷及其化合物的敘述不正確的是 A.紅磷用于制造安全火柴、農(nóng)藥和燃燒彈 B.磷酸二氫鹽都易溶于水 C.磷酸是三元酸,比硝酸的酸性強 D.P2O5溶于熱水生成磷酸,溶于冷水生成偏磷酸 12.下列制氮氣的方法中,不合理的是 A.分離液態(tài)空氣 B.加熱使NH3分解 C.將空
50、氣通過足量灼熱的銅網(wǎng) D.將空氣通過加熱的鎂粉 13.把等質(zhì)量的鎂分別放在下列氣體中完全燃燒:①純O2中,②空氣中,③CO2中, ④Cl2中,⑤N2中,得到固體物質(zhì)的質(zhì)量分別為:m1、m2、m3、m4、m5,其由大到小的關(guān)系正確的是 A.①②③⑤④ B.④③①②⑤ C.④③②①⑤ D.④①③②⑤ 14.關(guān)于磷的下列敘述中,正確的是 ①紅磷沒有毒性而白磷劇毒 ②白磷在空氣中加熱到260℃可轉(zhuǎn)化為紅磷 ③少量白磷保存于水中 ④紅磷可升華,且轉(zhuǎn)化為白磷時屬化學變化 ⑤白磷和紅磷都可溶于CS2 ⑥白磷為非金屬單質(zhì),其晶體為正四面體型的原子晶體
51、 A.①②③ B.②③④ C.①③④ D.③⑤⑥ 15.為了測知紅磷在氯氣中燃燒的產(chǎn)物,可以根據(jù)它的質(zhì)量增加來確定。現(xiàn)有紅磷31 g,在氯氣中燃燒其質(zhì)量增加150 g,由此可判斷這個反應(yīng)中,紅磷燃燒的產(chǎn)物是 A.只有PCl3 B.只有PCl5 C. PCl3和PCl5 D.無法確定 二、非選擇題(共55分) 16.(8分)第ⅤA族某元素的單質(zhì)15.5 g在空氣中充分燃燒生成最高價氧化物。其質(zhì)量比原單質(zhì)質(zhì)量增加20 g。該元素是 ,此元素原子結(jié)構(gòu)示意圖為 。 17.(9分)雷雨時,從天
52、空落下的雨水中常含有少量硝酸,其原因是(用化學方程式表示): ① ② ③ 18.(8分)實驗室合成氨裝置如下圖。試回答: 裝置甲的作用是: ①
53、 ② 從乙處導出的氣體是 ,檢驗產(chǎn)物的簡單化學方法是 。 19.(10分)如右所示A、B、C、D、E變化關(guān)系網(wǎng),均省去了反應(yīng)所需條件, (1)如果A為氣體單質(zhì),則:A ,B ,C ,D ,E 。 (2)如果A為固體單質(zhì),則:
54、 A ,B ,C ,D ,E 。(均填分子式) 20.(11分)實驗室常用飽和NaNO2與NH4Cl溶液反應(yīng)制取純凈氮氣,反應(yīng)式為:NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O,ΔH<0,實驗裝置如下圖所示,試回答: (1)裝置中A部分的分液漏斗與蒸餾燒瓶之間連接的導管所起的作用是 (填寫編號)。 a.防止NaNO2飽和溶液蒸發(fā)b.保證實驗裝置不漏氣c.使NaNO2飽和溶液容易滴下 (2)B部分的作用是
55、 。 a.冷凝 b.冷卻氮氣 c.緩沖氮氣流 (3)加熱前必須進行的一個操作步驟是 ;加熱片刻后,即應(yīng)移去酒精燈以防反應(yīng)物沖出,其原因是 。 (4)收集N2前,必須進行的操作步驟是(用文字說明) 。收集N2最適宜的方法是(填寫編號) 。 a.用排氣法收集在集氣瓶中b.用排水法收集在集氣瓶中c.直接收集在球膽或塑料袋中 21.(9分)實驗室用稀硝酸
56、與銅反應(yīng)來制備NO氣體,如果采用(Ⅰ)裝置(燒瓶內(nèi)加入稀硝酸和銅片,必要時可加熱)。實驗效果不十分理想,因為從觀察到的現(xiàn)象不能有力證明反應(yīng)產(chǎn)物是NO;有人設(shè)計了(Ⅱ)裝置(橡皮塞下端連有銅絲圈),用來做該實驗可以達到滿意的效果。 (1)用Ⅰ裝置做實驗時,用排水法收集到的氣體的顏色為 色;實驗過程中由于觀察到 現(xiàn)象,而不能有力證明反應(yīng)產(chǎn)物是NO。 (2)用Ⅱ裝置做實驗時,將有關(guān)操作補充完全: ①將分液漏斗的活塞打開,從U形管的B側(cè)管口注入稀硝酸,一直注到 為止。 ②關(guān)閉活塞,用酒精燈在U形管的A側(cè)加熱,當 時,立即撤
57、去酒精燈。 (3)回答下列問題: ①反應(yīng)在什么情況下可以自動停止?可在何處觀察到無色的NO氣體? ②如果再將分液漏斗的活塞慢慢打開,可立即觀察到哪些明顯現(xiàn)象? 附參考答案 一、1.D2.解析:氮的固定是把單質(zhì)氮轉(zhuǎn)變成化合物的氮的過程。答案:A3.B 4.AC 5.解析:反應(yīng)消耗燈泡內(nèi)少許氧氣。答案:C 6.B 7.解析:依反應(yīng)方程式進行過量與適量的判斷后計算。答案:B 8.D 9.C 10.CD 11.C 12.BD 13.解析:用差量法求解比較方便,但注意2Mg+CO2===2MgO+C,固體物質(zhì)是兩部分。答案:B 14.C
58、15.C 17.①N2+O22NO ②2NO+O2===2NO2③3NO2+H2O===2HNO3+NO↑ 18.①干燥氣體 ②使兩種氣體充分混合,并通過觀察氣泡以調(diào)節(jié)氫氣、氮氣流速 NH3及N2和H2的混合物 用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗氣體,試紙變藍(或其他合理方法) 19.(1)N2 NO2 NO NH3 HNO3 (2)S SO3 SO2 H2S H2SO4 20.(1)c (2)a (3)檢查裝置的氣密性 本反應(yīng)為放熱反應(yīng) (4)將系統(tǒng)內(nèi)空氣排盡 c 21.(1)無 燒瓶內(nèi)有紅棕色氣體 (2)①單孔塞下沿與液面間不留有空隙(無氣泡存在) ②銅絲上有氣泡產(chǎn)生 (3)①當產(chǎn)生的NO氣體將稀HNO3排入U型管B側(cè)管內(nèi)使銅絲網(wǎng)與稀HNO3脫離后反應(yīng)會立即停止;在U型管A側(cè)管中可觀察到無色的NO氣體。②U型管的B側(cè)管中的稀HNO3又回到A側(cè)管內(nèi),分液漏斗中有紅棕色氣體出現(xiàn)。 第 16 頁 共 16 頁
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