非金属及其化合物制备流程与实验探究（Si、N、P、As）-2024-2025学年浙江高考化学专项复习（原卷版）

第29讲非金属及其化合物制备流程与实验探究

（SixN、P、As）

01考情分析02真题精研03规律•方法•技巧04经典变式练

05核心知识精炼06基础测评07能力提升

考情分析

近年高考对非金属及其化合物制备和性质的考查有以下三方面：

1.结合环境问题考直硅，氮、磷、碑及其化合物的性质和转换关系。

2.以新材料、新技术为背景考直硅、氮、磷、碑及其化合物性质及应用。

3.在考查以硅、氨、磷、碎及其化合物的新材料为题材，结合氧化还原反应、离子方程式的书写、化学反应

原理、溶液的离子平衡等，通常以选择题、非选择题的形式考查。

真题精研

1.（2024•湖北•高考真题）碱金属的液氨溶液含有的蓝色溶剂化电子[e（NH3）nJ是强还原剂。锂与液氨反应

的装置如图（夹持装置略）。下列说法错误的是

A.碱石灰有利于NH3逸出

B.锂片必须打磨出新鲜表面

C.干燥管中均可选用P2O5

D.双口烧瓶中发生的变化是Li+nNHs=Li++[e（NH3）J

2.（2023•湖北•高考真题）工业制备高纯硅的主要过程如下:

石英砂温E粗硅T^SiHCk高纯硅

下列说法错误的是

高温

A.制备粗硅的反应方程式为SQ+2C-Si+2cOAT

B.ImolSi含Si-Si键的数目约为4x6.02x1023

C.原料气HC1和H?应充分去除水和氧气

D.生成SiHCh的反应为嫡减过程

规律•方法・技巧

一、硅及其化合物

1.牢记几种物质的重要用途：

Si——半导体材料、太阳能电池板。

Si。2------光导纤维。

H2SiO3一一硅胶可用作干燥剂。

NazSiO3(水玻璃)一一黏合剂、耐火阻燃材料。

2.熟记7个主要反应：

®Si+2OH+H2O-SiOi+ZHzl'；

@SiO2+2OH―=SiOi+H2O;

o高温人

③SiC)2+2C-Si+2co个；

s

@SiO2+4HF=~SiF41+2H2O;

@SiOl-+2CO2(^>)+2H2O-H2SiO3xb+2HCO3；

o高温人

/

@Na2CO3+SiO2^Na2SiO3+CO2b;

高温7

⑦CaCC)3+SiC)2^=CaSiO3+CC)2个K。国

二、工业生产单质硅过程中应注意的问题

①用焦炭还原SiC)2，产物是co而不是CO2。

②粗硅中含碳等杂质，与CI2反应生成的SiCl4中也含CCI4等杂质，经过分储提纯SiCL后，再用力还原，得

到高纯度硅。

经典变式练

1.（2024・湖南•高考真题）某学生按图示方法进行实验，观察到以下实验现象：

0

铜丝

目—稀HN03

①铜丝表面缓慢放出气泡，锥形瓶内气体呈红棕色；

②铜丝表面气泡释放速度逐渐加快，气体颜色逐渐变深；

③一段时间后气体颜色逐渐变浅，至几乎无色；

④锥形瓶中液面下降，长颈漏斗中液面上升，最终铜丝与液面脱离接触，反应停止。

下列说法正确的是

A.开始阶段铜丝表面气泡释放速度缓慢，原因是铜丝在稀HNO3中表面钝化

B.锥形瓶内出现了红棕色气体，表明铜和稀HNO3反应生成了NO?

C.红棕色逐渐变浅的主要原因是3NO2+H2O2HNO3+NO

D.铜丝与液面脱离接触，反应停止，原因是硝酸消耗完全

2.（2023・湖北・高考真题）利用如图所示的装置（夹持及加热装置略）制备高纯白磷的流程如下:

△凝华

红磷（S）—＞无色液体与P，g）士*白磷（S）

下列操作错误的是

B.将红磷转入装置，抽真空后加热外管以去除水和氧气

C.从a口通入冷凝水，升温使红磷转化

D.冷凝管外壁出现白磷，冷却后在氮气氛围下收集

核心知识精炼

一、硅的工业制法及提纯

〜什％”①焦炭②氯气③氢气一行丁+1

I石央砂I-^3j=r>IIOt|9词Q&CI4I纯硅I

fnJinil刀口疥回后1

涉及的化学方程式：

①SQ2+2C皇型Si+2co个。

△

②Si+2cl2====SiCl4。

日

@SiCI4+2H2====Si+4HCIo

目前处于世界主流的传统提纯工艺主要有两种：改良西门子法和硅烷法，它们统治了世界上绝大部分的多

晶硅生产线，是多晶硅生产规模化的重要级数。在此主要介绍改良西门子法。改良西门子法是以HCI(或

H2,CI2)和冶金级工业硅为原料，在高温下合成为SiHCb，然后通过精储工艺，提纯得到高纯SiHCb，最后

用超高纯的氢气对SiHCb进行还原，得到高纯多晶硅棒。主要工艺流程如图下图所示。

丁粉(HCI(

工艺主要包括：SiHCb的合成、SiHCb的提纯及SiHCb还原制备高纯硅。

二、硝酸工业制法的反应原理

(1)NH3在催化剂作用下与。2反应生成N0

,催化剂,

4NH3+5O2=云=4N0+6H2。。

(2)N0进一步氧化生成N02

2N0+02==2N02O

⑶用水吸收N02生成HNO3

3N02+H20==2HN03+N0O

三、磷及其化合物

1.五氧化二磷

五氧化二磷单斜晶系，白色粉末状，在300℃时升华，有很强的吸水性，在空气中易潮解，有腐蚀性。五氧

化二磷可从很多物质中夺取化合态的水，使其脱水；与有机物接触，会发生燃烧。

P4O10+6H2so4=6SO3+4H3PO4

P4O10+12HNO3=6N2O5+4H3PO4

2.磷的含氧酸

磷有多种含氧酸，常见的有如下几种。

名称正磷酸焦磷酸三磷酸偏磷酸3

化学式此叫H4P2。7H5P3%(HTOPn

P的氧化数♦5♦5+5♦5

(1)正磷酸

正磷酸经强热会发生脱水作用时，可以生成焦磷酸、三磷酸、偏磷酸或者四偏磷酸。

焦磷酸

00

00

H0-P-i0H"H4-0-P-0HIIII

HO-P-O-P-OH

：OH：-4H2°

HTO

H0-P-0甫”丽：P-0HHO-P-O-P-OH

11-------II

四偏磷酸

多磷酸是磷酸的缩合酸，可以是链状的，也可以环状的。

(2)偏磷酸

偏磷酸的化学式为HP03,透明的玻璃状物质，易溶于水，在水溶液中逐渐转为磷酸。

HPO3+H2O=H3PO40=P=0

常见的偏磷酸有三聚偏磷酸(HPO3)3和四聚偏磷酸(HPC)3)4，(H

可磷酸高温脱水制得；也可由五氧化二磷与适量冷水制得。

(3)亚磷酸j

亚磷酸是无色固体，易溶于水，其浓溶液受强热时会发生歧化反应。/PH

HO

4H3Po4^^3H3PO4+PH3

亚磷酸是一个中强二元酸，亚磷酸及其盐在水溶液中都是强还原剂，很容易将Ag+还原为金属银；也能将热

浓硫酸还原为二氧化硫。

(4)次磷酸0

II

在次磷酸领溶液中加入硫酸，可得到次磷酸。H0-PH

I

Ba(H2PO2)2+H2SO4=2H3PO2+BaSO4H

次磷酸是一个中强一元酸，分子中的磷原子直接与两个氢原子键合。

2

邮。2'、-H++H2P。2，Ka=1.0xl0-

次磷酸及其盐都是还原剂。

(5)磷化氢

磷化氢可由金属磷化物与水作用制得；也可由白磷与碱溶液制得。

Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3个

/

4P+3NaOH+3H2O=PH3r+3NaH2PO2

磷化氢是一种较强的还原剂，能将铜、银、金等金属从其盐中还原出来。

4C11SO4+PH3+4H2OH3Po4+2H2so4+8CU

6AgNO3+PH3+3H2O=H3PO3+6HNO3+6Ag

四、碑及其化合物

以白碑(三氧化二碑，俗称砒霜)为原料制取高纯碑

1.原料为含三氧化二碑99%以上的粗白神。生产流程由升华提纯、盐酸溶解、三氯化碑精储和水解后用高

纯氢还原等过程组成。

2.神化氢是无色有毒气体，不稳定，可发生可逆反应

2AsH3===2As+3H2

3.神化氢是强还原剂，很容易被氧化与氧气反应（自燃）

2ASH3+3C）2===AS2O3+3H2O

4.神化氢与氨气不同，一般不显碱性，AsH3可以用于半导体材料碑化线在700-900摄氏度，化学气相沉积

AsH3+Ga（CH3）3====GaAs+3CH4

5.三氧化二碑是毒性很强的物质，砒霜的主要成分，可用于治疗癌症，是两性氧化物

As2O3+6NaOH===2Na3AsO3+3H2O

As2O3+6HCh==2AsCI3+3H2O

基础测评

1.（2024高三・全国・专题练习）汽车尾气中的氮氧化合物NO*与大气中的NH3发生如下作用，形成一种雾

狸。

[Q]H2

NO,>N2O50>HNO3N%烟（一种雾霾）

反应①反应②3反应③<）

有关该雾霾的叙述正确的是

A.NO*为酸性氧化物，可形成酸雨B.反应②是氧化还原反应

C.NH3是形成该雾霾的催化剂D.NH3可能来自过度施用氮肥

2.（2024高三上•全国・专题练习）|下列装置用于实验室探究NH3的性质，其中能达到实验目的的是

3.（2024高三上•全国•专题练习）在通风橱中进行下列实验:

步骤

1'•稀硝酸1冬硝酸

In

现象Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止

下列说法中不正确的是

A.I中气体由无色变红棕色的化学方程式为2NO+O2=2NC）2

B.n中的现象说明常温下铁在浓硝酸中发生钝化

c.过量铁与稀硝酸反应生成亚铁盐

D.对比I、n中现象，说明稀HNC）3的氧化性强于浓HNC）3

4.（23-24高三下•江苏无锡•阶段练习）PH,气体微溶于水，有强还原性，可由反应

P4+3KOH+3H2O=PH3T+3KH『C）2制得。实验室制取少量PH3的原理及装置均正确的是

5.(2024•黑龙江哈尔滨•模拟预测)[零价铁活化过硫酸钠(Na2s,Og，S为+6价)去除废水中的正五价碑

：As(V)],其反应机理如图所示。下列叙述正确的是

A.零价铁最终被昆。:氧化为Fe?+

B.Na2s中氧元素的化合价均为-2

C.As(V)在反应过程中化合价没变，是反应的催化剂

D.在碱性条件下硫酸根自由基发生的反应为SO:+OIT=SO=+QH

6.(2024・江苏盐城•模拟预测)检验微量碑的原理为2人$兄+12人81<)3+31120=人5203』+121^03+12人8上

AsE常温下为无色气体。下列说法正确的是

A.As的基态核外电子排布式为[Ar]4s24P3B.比0的VSEPR空间构型为V型

C.固态AsE属于共价晶体D.AgNO3中含有离子键和极性键

7.(23-24高三上•吉林•阶段练习)氮、磷元素的单质和它们的化合物用途广泛，与生产、生活有密切关系。

请回答下列问题。

(1)下列属于氮的固定的是0

a.工业上N2和H2合成NH3b.NH3催化氧化生成NO

c.N2和O2放电条件下生成NOd.NH3与灼热的氧化铜反应生成N2

(2)N2H式联氨)可用作喷气式发动机推进剂、火箭燃料，可由次氯酸钠与氨反应制取，其化学反应方程式

为。

(3)实验室中向浓氨水中加CaO固体可以快速制备氨气，请解释其反应原理0

(4)Si3N4是一种性能优异的无机非金属材料，它的熔点高硬度大，电绝缘性好，化学性质稳定，但生产成本

较高。根据以上描述推测跄岫可能有哪些用途o

a.制作组瑞b.用作建筑陶瓷C.制作耐高温轴承d.制作切削刀具

(5)磷元素可以形成多种含氧酸。

①已知4.0gNaOH最多可中和lOOmLlmol-LTH3PO2溶液，则NaH2PO2是(填“正盐”或“酸式盐”)。

②已知常温下酸性：H3PO3>CH3COOH>H2PO；,则H3P。3与足量CH3coONa溶液混合的离子反应方程式

为。

8.(2024•江苏南通•二模)研究水质除碎技术对保护环境有重要意义。

已知：As(V)在不同pH条件下的物种分布分数如图1所示。

7-713

JCal(H2CO3)=4xl0-,£2(H2co3)=5xl(r%A：al(H2S)=IxlO,^a2(H2S)=IxlO_

L一

辙

_

东

S

.0

_

七

.8

_

东。.6

.5

次4

S

磐

S

2

>

一

)

s

v一

O.

原菌的

酸盐还

能在硫

CHO

淀。H

)沉

s2s3

黄(A

生成雌

)反应

S2-

提供

剂(能

硫化

能与

(III)

：As

化法

(1)硫

O；。

成HC

时生

S,同

H?

原为

O；-还

下将S

作用

。

mol

的量为

的物质

HO

耗HC

需消

论上

I)理

(II

olAs

淀1m

①沉

。

=

常数K

平衡

应的

该反

O

+HC

HS-

HS=

O；+

：HC

反应

H2s

能与

CO；

②H

3O

2

2

淀。

盐沉

酸钙

种碑

为多

转化

元素

使碑

，可

灰水

加石

中添

废水

(V)

含神

：向

淀法

灰沉

(2)石

程

离子方

反应的

写出该

淀。

Oj沉

3(As

为Ca

转化

完全

V)

As(

，使

灰水

量石

入适

中加

废水

中性

①向

O

式：

o