第五章 化工生产中的重要非金属元素 -高中化学必背章节知识清单（人教版必修第一册）

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

(-)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三周期、第VIA族,硫原子的最外电子层有6个

电子，在化学反应中容易得到2个电子，形成一2价硫的化合物。

(2)与氧元素相比，得电子能力相对较弱，非金属性比氧的弱。故在富含02的地

表附近的含硫化合物中，硫常显+4价或+6价,而氧显一2价。

2、硫单质的物理性质

硫(俗称硫黄)是一种黄色晶体,质脆，易研成粉末。硫难溶于水,微溶于酒精，

易溶于二硫化碳。

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、H，反应的化学方程式分别为S+分=^FeS、S+2Cu^^Cu2s、S

△

+H2=^=H2s,在这些反应，S均作氧化剂。

点燃

(2)还原性表现为与02反应，其化学方程式为S+O2^^SO2，反应中S作还原

剂。

注意：⑴硫的氧化性较弱，与变价金属反应，生成低价态的金属硫化物。

(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、有刺激性气味的有毒气体,密度比空气的大，易溶于水。

在通常情况下，1体积的水可以溶解约水体积的SO2o

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：SCh+H反2sCh_o

②与碱(如NaOH)反应的化学方程式为：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O。

(2)还原性

催化剂

2S0+0/^2S0

SO2在一定条件下与反应的化学方程式为：2一△、工生成的S03也是

酸性氧化物，与H2。反应的化学方程式为：SO3+H2O=H2SO40

(3)氧化性

SC>2与H2s反应的化学方程式为：SCh+2H2s=3S+2H2。

(4)漂白性

①S02通入品红溶液中，品红溶液褪色,加热时，溶液又变红色。

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：S02在工业上应用于漂白纸浆、毛、丝等；此外SCb可用于杀菌消毒，还是一

种食品添加剂。

3、可逆反应

(1)正反应：向生成物方向进行的反应。

(2)逆反应：向反应物方向进行的反应。

(3)可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向

进行的反应。

二、硫酸

1、工业制硫酸的原理示意图

点燃一燃烧

(1)S+Ch^^^so?或4FeS2+1lO2=2Fe2O3+8SO2；

(2)2SO+O2sO3,

22400-500℃

(3)SC)3+H2O=H，SC)4

2、硫酸的酸性

Cl)电离方程式：H2so4=2H'+SO：O

(2)写出稀硫酸与Zn、CuO,NaOH溶液、NaHCOa溶液反应的离子方程式分别为Zn+

2H+=Zn2++H2t、CUO+2H+=CU2++H2。、1+0才=H?O、HC0；+H

+

=CO2T+H2OO

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&，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2H2sOH浓)+CU^^CUSO4+SO2T+2H2。。反应中

氧化剂是浓硫酸，还原剂是Cu,还原产物为S02。

②与非金属的反应

A

浓硫酸与木炭反应的化学方程式为C+2H2SC>4（浓）==COd+2SO2T+2H2。。反应中

氧化剂为浓硫酸,还原剂为C,还原产物为SO2。

4、常见的硫酸盐

（1）石膏（化学式为CaSCMZH?。）,加热失水变为熟石膏（化学式为ZCaSCUHQ）,

应用于制作各种模型和医疗用的石膏绷带，工业上还用于调节水泥的硬化速率。

（2）硫酸钢又称“重晶石”或“领餐”，用于生产其他领盐的原料或消化系统X射线检查

的内服药剂。

（3）硫酸铜为白色粉末，CuSCU结合水后变为蓝色晶体胆矶（化学式为

CUSO45H2O）,又称蓝矶。无水CuS04可用于检验H2O的存在。胆研和石灰乳混

合制成一种常用的农药一波尔多液。

5、探究1：蔗糖的脱水实验

浓硫酸

（1）蔗糖逐渐变黑。原因是浓硫酸具有脱水性：Cl2H22011------->12C+11H2O0

（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

是浓硫酸具有强氧化性，把C氧化成C02,并有S02气体放出。

6、探究2：浓硫酸与Cu的反应

可抽动的铜丝

浸NaOH

溶液的棉团

浓硫酸

紫色

不蕊

溶液

（1）a中铜丝变黑，有气体逸出;b中品红溶液逐渐变为无色:c中溶液变为红

色。

（2）NaOH溶液棉团的作用是吸收尾气S02,防止污染空气:SO2+2OH—=S0，+H2。。

三、硫酸根离子的检验

1、SO『的检验

（1）实验探究:

BaCb溶液稀盐酸

①稀硫酸或Na2sCU溶液-------->——>现象为有白色沉淀生成，加盐酸后白色沉

淀不溶解。

BaCb溶液稀盐酸

②Na2cCh溶液-------->——>现象为有白色沉淀生成,加盐酸后白色沉淀溶解且

放出气体。

（2）S07的检验一般思路：待测液先加1皿酸〉无沉淀无气体生成以盘溶电白色沉淀生

酸化

成。

2、粗盐中可溶性杂质的除去

杂质加入的试剂化学方程式

NazSO4BaCb溶液Na9SO4+BaCb=BaSO4l+2NaCl

MgCbNaOH溶液MgCl?+2NaOH=MNOH)21+2NaCl

溶液

CaCl2Na2co3CaCl2+Na7cCh=CaCOC+2NaCl

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化合态形式存在,通常以硫化物的形式存在,如黄铁

矿（FeS?）、黄铜矿（CuFeS?）。在地表附近，硫化物转化为硫酸盐，如石膏

（CaSO42H2O芒硝（NazSOrlOHzO）等。

（2）游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。

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二氧化硫，二氧化硫可被进一步氧化

成三氧化硫。

（二）常见硫的价态及转化

1、硫元素常见的化合价有一2、0、+4和+6,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。利用氧化剂，可将硫元素从低价态转化到高价态:利用还

原剂，可将硫元素从高价态转化到低价态。

2、硫的不同价态所对应的常见化合物

（1）含有一2价硫的物质有酸：H2s,盐：Na2S>NaHS等。

（2）含有+4价硫的物质有氧化物：SO2,酸：H2SO3，盐：Na2so3、NaHSO3

等。

（3）含有+6价硫的物质有氧化物：SO3,酸：H2SO4，盐：Na2so4、NaHSCU等。

3、不同价态硫元素之间的相互转化

-2价0价+4价+6价

H2SO3----------►H2s04

不同价态硫元素之间的相互转化主要通过氧化还原反应实现。上述转化中,从左到右，

硫元素化合价升氤，需加入氧化剂。从右到左，硫元素化合价降低，需加入_还

原剂。

4、相同价态硫元素之间的转化

以上两种转化关系均属于相同价态硫元素之间的转化,从左到右的转化，加入碱可

以实现；从右到左的转化，加入酸可以实现。

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第二周期、第VA族。氮原子的最外电子层有5个

电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子

ZL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氮分子的形式存在于空气中,部分氮元素存在于动植物

体内的蛋白质中,还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和镂盐中。

2、氮气的物理性质

N?是一种无色、无味的气体,p（N2）＜p（空气），难溶于水。

3、氮气的结构与化学性质

（1）N2的结构：N,的结构式为N三N,氮氮键很难断裂，化学性质很稳定。

（2）化学性质

N?在高温、放电等条件下,均获得足够的能量，使N三N断裂。写出N2与Mg、H2、

O2反应的化学方程式。

…点燃…高温、高压、身温或放电

①3Mg+N2^==Mg3N2；②N2+3H22NH;③N2+O，2N0。

,催化剂3

4、氮的固定：将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程。

（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，将氮气氧化或还原为氮的化合物,最重要的

人工固氮途径就是工业合成氨。

二、一氧化氮和二氧化氮

1、物理性质

颜色状态气味毒性水溶性

NO无色气态无味有毒不溶

NO2红棕色气态有刺激性气味有毒易溶

2、化学性质

（1）NO在空气中易转化为红棕色的NO2,反应方程式为：2NO+C）2=2NO2。

（2）NO2与H2O反应生成HNO3和NO,反应方程式为：3NO2+H2O=2HNO3+NO。

三、氨和钱盐

（一）氨

1、氨的物理性质

（1）氨是无色、有刺激性气味的气体,密度比空气的小，很容易液化。

（2）氨极易溶于水:在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨。可利用喷泉实

验证明NHj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与酸反应生成核盐

①浓氨水挥发出的NHa与浓盐酸挥发出的HC1相遇形成白烟，即NH4C1晶体小

颗粒，其反应的方程式为：NH3+HC1=NHQ。

+

②氨通入稀硫酸中反应的离子方程式为NH3+H=NH4O

（3）氨的催化氧化

催化剂

氨催化氧化制HNCh的系列反应方程式依次为：4NH3+5O24NO+6H2O,2NO

A

+C）2=2NO2,3NO2+H2O=2HNC）3+NO。

（二）钱盐一钱根离子（NH：）与酸根离子构成的化合物

A

1、不稳定性:NhUCl、NH4HCO3受热分解的化学方程式分别为NHqi^^^NLT+HClf

△

NH4HCO3=^=NH3T+H2O+CO2T。

2、与碱的反应

（1）固体反应：NH4cl与NaOH反应的化学方程式为：NH4Cl+NaOH：：NH3t+NaCl

+H20o

、.,_△

-

（2）溶液中铁盐与强碱反应的禺子方程式（加热）：NH4+OH^=NH3T+H2OO

（3）稀溶液中镀盐与强碱反应的离子方程式（不加热）：NH：+OH=时处0。

3、钱盐与碱反应的两个应用

（1）检验NH：：待测液中加NaOH溶液并加热,用湿润的红色石蕊试纸放置于试管口,若

试纸变蓝，说明溶液中含NH：。

（2）实验室制备NH3

4、氨气的实验室制法

A

（1）原理：2NH4Cl+Ca（OH）2=CaC12+2NH3T+2H20。

（2）装置

A

①发生装置：固体+固体——＞气体，与实验室利用氯酸钾和二氧化锦加热制取氧

气的装置相同。

②净化装置：通常用碱石灰干燥氨气,不能用五氧化二磷、浓硫酸和无水氯化钙干

燥。

（3）收集方法：向下排空气法收集,试管口塞一团疏松的棉花团，目的是防止氨气与

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：用镜子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口,若试纸变蓝，说明

已经收集满。

②方法二：用蘸取浓盐酸的玻璃棒靠近试管口，若有白烟生成，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』^1_浸润的棉花球）以

避免污染空气。在吸收时要防止倒吸，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-H2。不稳定，受热易分解生成NHa：NH3-H2O=NH3T+

H2O,故可直接加热浓氨水制备NH30

（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，同时反应放热，也会促使氨水分

解,故可在常温下向固体NaOH或CaO中滴加浓氨水来制备N%。反应装置图分别为：

四、硝酸

1、物理性质

颜色状态气味特性

无色液态有刺激性气味易挥发

2、化学性质

（1）酸性：属于强酸，具有酸的通性，如CaCCh与HN03反应的化学方程式为：CaCCh

+2HNC）3（稀）=Ca（NO3）2+CO2T+H2O。

A

（2）不稳定性：见光或者受热易分解，化学方程式为4HNO3看〒=4NO2T+O2T+2H20。

或光照

所以硝酸一般保存在棕色试剂瓶中,并放置在阴凉处。

（3）强氧化性

①Cu与浓硝酸反应的化学方程式为Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2T+2H2。。

Cu与稀硝酸反应的化学方程式为3Cu+8HNC>3（稀）=3CU（NO3）2+2NOT+4H2。。

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氧化物薄

膜，所以可以用铁制容器或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。当加热时，Fe、Al

会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。

③浓硝酸和浓盐酸的混合物（体积比为1：3）叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如

金、伯等溶解。

3、用途

硝酸是重要的化工原料，可用于制造化肥、炸药、染料、农药等。

五、酸雨及防治

1、SO2>NOX的主要来源

（1）SO2：主要来源于煤、石油和某些含硫的金属矿物的燃烧或冶炼。

（2）NOX：主要来源于机动车产生的尾气。

2、SO2、NOx对人体的危害

S02与NOx会引起呼吸道疾病,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生成物溶于雨水后形成的。

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，防止有害物质污染大气。

（2）减少化石燃料的直接燃烧，如脱硫处理。

六、硝酸与金属反应的计算

1、电子守恒法：硝酸与金属反应属于氧化还原反应,氮原子得到的电子总数等于金属

原子失去的电子总数O

2、原子守恒法：硝酸与金属反应时，反应前硝酸中的NO；一部分仍以NO；的形式存在，一

部分转化为还原产物,这两部分中N的物质的量之和与反应消耗的硝酸中N的

物质的量相等。

3、电荷守恒法：HNCh过量时,反应后溶液中（不考虑OJT）根据电荷守恒有c（NO；）=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NO；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3Cu+8H++2NO；

=3Cu2++2NOT+4H2。。

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构成了硅氧四面体，Si在中心，O在四面

体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接。

2、硅酸盐材料

产品原料主要设备主要成分用途

黏土（主要成分为建筑材料、绝缘材料、日

陶瓷—硅酸盐

含水的铝硅酸盐）用器皿、卫生洁具等

建筑材料、光学仪器、各

玻璃NaSiO>CaSiO>

纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑233种器皿、高强度复合材料

（普通）SiO

2等

石灰石、黏土、适量石水泥

水泥硅酸盐建筑和水利工程

膏回转窑

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