化学第四章 非金属及其化合物 (2).ppt

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1、第四章第四章 非金属及其化合物非金属及其化合物第一节第一节 硅硅 碳族元素碳族元素第二节第二节 氯氯 卤族元素卤族元素第三节第三节 硫和氮的氧化物硫和氮的氧化物第四节第四节 氨氨 硝酸硝酸 硫酸硫酸第一节第一节 硅硅 碳族元素碳族元素一、硅在自然界中的存在形式一、硅在自然界中的存在形式 硅在地壳中的分布很广，含量位居第硅在地壳中的分布很广，含量位居第二位。且只以二位。且只以化合态化合态形式存在。形式存在。花岗岩花岗岩硅在自然界中主要以硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐的形氧化物和硅酸盐的形式存在。式存在。二、二氧化硅二、二氧化硅1 1、二氧化硅的用途、二氧化硅的用途二氧化硅晶体也二氧化硅晶体也叫

2、做叫做石英石英。可。可以制作耐高温的以制作耐高温的石英玻璃，光导石英玻璃，光导纤维等。纤维等。大大而而透明的棱柱状石英晶体称为透明的棱柱状石英晶体称为水晶水晶。可制造光学仪器、工艺品等可制造光学仪器、工艺品等 。有颜色的水晶是有颜色的水晶是含有某些杂质的含有某些杂质的石英晶体。石英晶体。含有有色杂质且含有有色杂质且不透明的石英晶体称不透明的石英晶体称为为玛瑙玛瑙。可制造仪器。可制造仪器轴承、工艺品等。轴承、工艺品等。2 2、二氧化硅的性质、二氧化硅的性质二氧化硅的化学性质不活泼，除二氧化硅的化学性质不活泼，除HFHF以外，以外，不与其他酸类物质作用，也不与水作用。不与其他酸类物质作用，也不与水

3、作用。SiO2+4HF SiF4+2H2O 玻璃中含有二氧化硅成分玻璃中含有二氧化硅成分,所以此反应可用所以此反应可用来雕刻玻璃来雕刻玻璃.二氧化硅为酸性氧化物二氧化硅为酸性氧化物.SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2+CaO CaSiO3 高温高温硅酸钠硅酸钠硅酸钠的水溶液俗称硅酸钠的水溶液俗称水玻璃水玻璃,具有粘性具有粘性.可可作为工业粘合剂和防火剂作为工业粘合剂和防火剂.所以实验室盛装所以实验室盛装NaOHNaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞.三、硅酸与硅酸盐材料简介三、硅酸与硅酸盐材料简介1 1、硅酸的制备、硅酸的制备硅酸是一种比碳酸还

4、弱的酸硅酸是一种比碳酸还弱的酸,溶解度很小溶解度很小.通常用可溶性硅酸盐与其他酸来制备通常用可溶性硅酸盐与其他酸来制备.Na2SiO3+2HCl=H2SiO3 +2NaCl向硅酸钠溶液中滴入盐酸向硅酸钠溶液中滴入盐酸,可得到硅酸的胶可得到硅酸的胶体溶液体溶液硅酸溶胶硅酸溶胶当硅酸浓度比较大时当硅酸浓度比较大时,形成白色胶状沉淀形成白色胶状沉淀.硅酸凝胶经干燥脱水后可得到吸水能力很硅酸凝胶经干燥脱水后可得到吸水能力很强硅胶强硅胶.2 2、硅酸盐简介、硅酸盐简介水泥水泥生产原料生产原料 以以粘土粘土和和石灰石石灰石为主要原料，研磨煅烧为主要原料，研磨煅烧后再加入后再加入石膏石膏，研细后即为普通水泥

5、。，研细后即为普通水泥。18241824年英国工程师阿斯普丁（年英国工程师阿斯普丁（AsPdihAsPdih）获得获得第一份水泥专利，标志着水泥的发明。第一份水泥专利，标志着水泥的发明。玻璃玻璃 公元前公元前15001500年左右，埃及的匠人发明了制造年左右，埃及的匠人发明了制造玻璃容器的方法，第一本玻璃制造手册则出玻璃容器的方法，第一本玻璃制造手册则出现在约公元前现在约公元前650650年的亚述石版上。大约年的亚述石版上。大约20002000年前，叙利亚的工匠发明了玻璃吹制术。年前，叙利亚的工匠发明了玻璃吹制术。生产原料生产原料 主要原料为主要原料为纯碱纯碱、石灰石石灰石和和石英石英。将原料

6、粉碎并按比例混合后加强热。将原料粉碎并按比例混合后加强热。CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2 高温高温Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2 高温高温特种玻璃特种玻璃光学玻璃光学玻璃：透光性能好、有：透光性能好、有折光和色散性。折光和色散性。石英玻璃石英玻璃：膨胀系数小、耐：膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光性好。酸碱、强度大、滤光性好。玻璃纤维玻璃纤维：耐腐蚀、耐高温、：耐腐蚀、耐高温、不导电、不吸水、隔热、隔不导电、不吸水、隔热、隔音、防蛀。音、防蛀。钢化玻璃钢化玻璃：耐高温、耐腐蚀：耐高温、耐腐蚀强度大、质量轻、抗震裂。强度大、质量轻、抗震裂。陶瓷陶瓷早在九千多年的旧石器时

7、代，在黄河流域，早在九千多年的旧石器时代，在黄河流域，以以“三黄三黄”神农轩辕帝，伏羲氏炎帝，蚩尤神农轩辕帝，伏羲氏炎帝，蚩尤帝为首的先皇及先民们已经利用粘土的易塑帝为首的先皇及先民们已经利用粘土的易塑性，烧制了各种陶制生活用品。性，烧制了各种陶制生活用品。到了唐宋时期，陶瓷制造水平到达了顶峰。到了唐宋时期，陶瓷制造水平到达了顶峰。唐朝的唐朝的“唐三彩唐三彩”、宋朝的、宋朝的“钧瓷钧瓷”等闻名等闻名于世。可以说，陶瓷已成为中国文化精粹的于世。可以说，陶瓷已成为中国文化精粹的象征。象征。陶瓷具有抗氧化、抗酸碱、耐高温、绝缘、陶瓷具有抗氧化、抗酸碱、耐高温、绝缘、易成型等许多优点。易成型等许多优点

8、。四、四、新型无机非金属材料新型无机非金属材料1、高温结构陶瓷、高温结构陶瓷 具有耐高温、耐氧化、耐酸碱、硬度大、密度小等特点具有耐高温、耐氧化、耐酸碱、硬度大、密度小等特点氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷：极有前途的：极有前途的高温结构材料。由于熔点很高温结构材料。由于熔点很高，可用作高级耐火材料。高，可用作高级耐火材料。2、光导纤维、光导纤维 具有传导能力强、信息容量大、抗干扰、防窃听等特点。具有传导能力强、信息容量大、抗干扰、防窃听等特点。五、五、硅单质简介硅单质简介物理性质物理性质：带有金属光泽的灰黑色固体带有金属光泽的灰黑色固体,熔点高、硬度大，性脆。熔点高、硬度大，性脆。特性特性：良好的半导体

9、材料。是芯片等良好的半导体材料。是芯片等信息技术产品的关键材料。信息技术产品的关键材料。第二节第二节 氯氯 卤族元素卤族元素一、物理性质一、物理性质v黄绿色黄绿色v有刺激性气味的有毒气体有刺激性气味的有毒气体v常温下，常温下，1体积水约溶解体积水约溶解2体积氯气体积氯气v比空气密度大比空气密度大v易液化易液化二、化学性质二、化学性质氯气的化学性质活泼，氯气的化学性质活泼，具有强氧化性，常做氧化剂具有强氧化性，常做氧化剂原子结构：原子结构：1、与金属反应、与金属反应2Na+Cl2 2NaCl 点燃点燃Cu+Cl2 CuCl2 点燃点燃2Fe+3Cl2 2FeCl3 点燃点燃2、与非金属反应、与非

10、金属反应H2+Cl2 2HCl 点燃点燃问题讨论问题讨论什么叫燃烧什么叫燃烧？可燃物跟空气中的氧气发生的一种可燃物跟空气中的氧气发生的一种发光发热发光发热的的剧烈剧烈的氧化反应叫做的氧化反应叫做燃烧燃烧。（初中化学对燃烧的定义）。（初中化学对燃烧的定义）可燃物是否一定有氧气才能燃烧呢？可燃物是否一定有氧气才能燃烧呢？金属钠和铜，非金属氢气等都可以在氯气中燃金属钠和铜，非金属氢气等都可以在氯气中燃烧，这四个反应有何相同的现象？烧，这四个反应有何相同的现象？的的剧烈剧烈的的化学反应化学反应叫做叫做燃烧。燃烧。发光发热发光发热3.氯气与水反应氯气与水反应常温下，常温下，1体积水约溶解体积水约溶解2体

11、积氯气体积氯气.其水溶其水溶液称为液称为氯水氯水.其中有部分氯气与水发生反应其中有部分氯气与水发生反应:Cl2+H2OHCl+HClO次氯酸次氯酸次氯酸具有强氧化性次氯酸具有强氧化性.可用做消毒剂可用做消毒剂.可用做漂白剂可用做漂白剂.干燥的氯气本身没有漂白性干燥的氯气本身没有漂白性次氯酸具有不稳定性次氯酸具有不稳定性.2HClO 2HCl+O2 光照光照次氯酸具有弱酸性次氯酸具有弱酸性.一元弱酸一元弱酸,比碳酸还弱比碳酸还弱4.氯气与碱反应氯气与碱反应思考思考 氯气通入氯气通入NaOH溶液中将会发生什溶液中将会发生什么化学反应么化学反应?Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O漂白液漂

12、白液NaClO比比HClO稳定稳定,是漂白液的是漂白液的有效成分有效成分,但其本身没有漂白性但其本身没有漂白性.2NaClO+CO2+H2ONa2CO3+2HClO同理同理,氯气也可以与消石灰反应氯气也可以与消石灰反应2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O漂白粉漂白粉Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO第三节第三节 硫和氮的氧化物硫和氮的氧化物一、硫的存在以及物理性质一、硫的存在以及物理性质硫在自然界中广泛存硫在自然界中广泛存在在,游离态的硫存在游离态的硫存在于火山喷口附近或地于火山喷口附近或地壳的岩层中壳的岩层中.硫硫,俗称硫黄俗称硫黄.黄色晶黄色

13、晶体体,质脆质脆,不溶于水不溶于水,易溶于易溶于CS2二、硫的氧化物二、硫的氧化物1.二氧化硫二氧化硫 SO2 二氧化硫主要来自于硫或含硫物质的燃烧二氧化硫主要来自于硫或含硫物质的燃烧S+O2 SO2 点燃点燃 二氧化硫的物理性质二氧化硫的物理性质:v无色无色v有刺激性气味的有毒气体有刺激性气味的有毒气体v易液化易液化,易溶于水易溶于水v比空气密度大比空气密度大 二氧化硫的化学性质二氧化硫的化学性质:二氧化硫与水反应二氧化硫与水反应SO2+H2O H2SO3在在同一条件下同一条件下,既能向正反应方向进行既能向正反应方向进行,同同时时又能向逆反应方向进行的反应又能向逆反应方向进行的反应,叫做叫做

14、可可逆反应逆反应.可逆反应的特点可逆反应的特点:可逆反应无论进行多长时可逆反应无论进行多长时间间,正、逆反应方向都正、逆反应方向都不能进行到底不能进行到底。最终。最终达到动态平衡状态。达到动态平衡状态。二氧化硫的漂白性二氧化硫的漂白性漂白原理：与漂白原理：与某些某些色素化合成色素化合成不稳定不稳定的的无色物质。无色物质。漂白特点：范围小、暂时性漂白特点：范围小、暂时性二氧化硫是一种酸性氧化物二氧化硫是一种酸性氧化物SO2+2NaOHNa2SO3+H2O氯水与二氧化硫的漂白性比较 氯水氯水 二氧化硫二氧化硫原理原理实质实质效果效果范围范围氯水中的氯水中的HClO将有将有色物质氧化成无色色物质氧化

15、成无色物质物质SO2溶于水产生的溶于水产生的H2SO3与与有色物质直接化合生成无色有色物质直接化合生成无色不稳定的物质。不稳定的物质。氧化还原反应氧化还原反应非氧化还原反应非氧化还原反应永久性永久性暂时性暂时性可漂白大多数有色物质，可漂白大多数有色物质，能是能是 紫色石蕊试液先变紫色石蕊试液先变红后褪色。红后褪色。可漂白某些有色物质，不可漂白某些有色物质，不能使紫色褪色，只变红能使紫色褪色，只变红2.三氧化硫三氧化硫 SO3 三氧化硫主要来自于二氧化硫的三氧化硫主要来自于二氧化硫的催化氧化催化氧化2SO2+O2 2SO3催化剂催化剂 三氧化硫也是酸性氧化物三氧化硫也是酸性氧化物.SO3+H2O

16、H2SO4 工业制硫酸工业制硫酸SO3+CaOCaSO4SO3+Ca(OH)2CaSO4+H2O三、氮的氧化物三、氮的氧化物无色无味气体，难溶于水，无色无味气体，难溶于水，难液化，密度比空气略小。难液化，密度比空气略小。1:0.02-195.8 C。式量式量281.N2的物理性质的物理性质 氮气与氧气在氮气与氧气在放电放电条件下可化合条件下可化合N2+O2 2NO放电放电2.氮的氧化物氮的氧化物 NONO：无色无色、有刺激性气味的的有毒气体。、有刺激性气味的的有毒气体。难溶于水难溶于水,也不与水反应。也不与水反应。一氧化氮接触到空气后很容易被氧化一氧化氮接触到空气后很容易被氧化2NO+O22N

17、O2NONO2 2：红棕色红棕色、有刺激性气味的有毒气体。、有刺激性气味的有毒气体。二氧化氮与水的反应是工业制硝酸的最后一二氧化氮与水的反应是工业制硝酸的最后一步反应步反应.3NO2+H2O2HNO3+NO思考思考 1.1.将充满将充满NONO和和NONO2 2的混合气体的混合气体45mL45mL的试管，的试管，倒立于水中，一段时间后，气体的体积为倒立于水中，一段时间后，气体的体积为35mL35mL，原混合气体中，原混合气体中，NONO和和NONO2 2的体积比为（的体积比为（)A A2:12:1 B B2:72:7 C C7:2 D7:2 D9:79:7A 2.2.标况下，将一充满标况下，将

18、一充满NONO2 2的试管倒立于盛有的试管倒立于盛有足量水的水槽中，充分反应后，若不考虑试管足量水的水槽中，充分反应后，若不考虑试管内物质向外扩散，求：内物质向外扩散，求：（1 1）试管中液面上升的高度与试管总长度的）试管中液面上升的高度与试管总长度的比值；比值；（2 2）试管中溶液的物质的量浓度。）试管中溶液的物质的量浓度。0.045mol/L0.045mol/L2:32:33.3.若将若将NONO2 2和和O O2 2同时通入水中的反应是什么？同时通入水中的反应是什么？3NO2+H2O =2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 2+得：得：4NO2+O2+2H2O=4HNO3 3+2 得

19、：得：4NO+3O2+2H2O=4HNO3 4.4.若将若将NONO与与O O2 2同时通入水中的反应是什么同时通入水中的反应是什么？3NO2+H2O =2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 第四节第四节 氨氨 硝酸硝酸 硫酸硫酸一、氮的固定一、氮的固定 合成氨工业简介合成氨工业简介将游离态的氮转化为氮的化合物叫做将游离态的氮转化为氮的化合物叫做氮的固定氮的固定氨氨是化肥工业和基本化工生产的主要原料是化肥工业和基本化工生产的主要原料 工业上工业上,利用氢气和氮气直接合成氨利用氢气和氮气直接合成氨 N2+3H2 2NH3催化剂催化剂高温高温 高压高压二、氨的物理性质二、氨的物理性质v无色无色

20、v有刺激性气味的气体有刺激性气味的气体v比空气密度小比空气密度小v易液化易液化v极易溶于水极易溶于水,常温下溶解度为常温下溶解度为1:700三、氨的化学性质三、氨的化学性质1.1.氨与水的反应氨与水的反应 NH3+H20 NH3.H20一水合氨很不稳定一水合氨很不稳定,浓度稍大或受热即分解浓度稍大或受热即分解NH3.H20 NH3+H20一水合氨为一元弱碱一水合氨为一元弱碱NH3.H20NH4+OH-所以氨水可使酚酞变红或红色石蕊试纸变蓝所以氨水可使酚酞变红或红色石蕊试纸变蓝2.2.氨与酸的反应氨与酸的反应氨与酸反应生成氨与酸反应生成铵盐铵盐NH3+HCl NH4Cl氨与挥发性酸反应时氨与挥发

21、性酸反应时,可生成大量白烟可生成大量白烟3.3.氨与氧气的反应氨与氧气的反应工业上常以氨为原料制取硝酸工业上常以氨为原料制取硝酸4NH3+502 4NO+6H20催化剂催化剂氨的催化氧化氨的催化氧化,是工业制硝酸的第一步反应是工业制硝酸的第一步反应四、铵盐的化学性质四、铵盐的化学性质1.1.铵盐的不稳定性铵盐的不稳定性铵盐对热不稳定铵盐对热不稳定,受热易分解受热易分解NH4Cl NH3+HClNH4HCO3 NH3+CO2+H2O2.2.铵盐与碱的反应铵盐与碱的反应铵盐与碱共热时可放出氨气铵盐与碱共热时可放出氨气NH4NO3+NaOH NaNO3+NH3+H2O其实质为其实质为:NH4+OH-

22、NH3+H2O五、氨的实验室制法五、氨的实验室制法药品：药品：氯化铵氯化铵氢氧化钙氢氧化钙条件：条件：加热加热装置：装置：固固+固加热制气固加热制气收集：收集：向下排气法收集向下排气法收集 检验及验满：检验及验满：湿润湿润的红色石蕊试纸变蓝的红色石蕊试纸变蓝2NH4Cl+Ca(OH)2 CaCl2+2NH3+2H2O六、铵根离子六、铵根离子(NH4+)的检验的检验原理：原理：操作：操作：取少量待测液与试管中取少量待测液与试管中,加入适量加入适量NaOHNaOH溶液溶液,共热共热.若产生的气体可使若产生的气体可使湿润湿润的红色石蕊试纸变蓝的红色石蕊试纸变蓝,则待测液中则待测液中含有铵根离子含有铵

23、根离子.NH4+OH-NH3+H2O七、硫酸和硝酸七、硫酸和硝酸硫酸硫酸我们知道我们知道,稀硫酸具有稀硫酸具有酸的通性酸的通性Zn+H2SO4 ZnSO4+H2 CuO+H2SO4 CuSO4+H2O 2NaOH+H2SO4 Na2SO4+H2O 浓浓硫酸除了具有酸性以外硫酸除了具有酸性以外,还有一些特性还有一些特性1.1.强氧化性强氧化性Cu+2H2SO4（浓浓）CuSO4+SO2+2H2O说明：浓硫酸可与大部分金属反应（除说明：浓硫酸可与大部分金属反应（除AuAu、PtPt等），等），但反应但反应不出氢气不出氢气。C+2H2SO4（浓浓）CO2 +2SO2+2H2O我们称我们称浓浓硫酸为硫

24、酸为氧化性酸氧化性酸3.3.吸水性吸水性说明：浓硫酸可以吸收物质中的水分。所以，浓硫说明：浓硫酸可以吸收物质中的水分。所以，浓硫酸是常用的干燥剂。酸是常用的干燥剂。浓硫酸不能干燥碱性、还原性的物质！浓硫酸不能干燥碱性、还原性的物质！2.2.脱水性脱水性说明：浓硫酸可以从碳水化合物中将氢、氧两种元说明：浓硫酸可以从碳水化合物中将氢、氧两种元素按照素按照2 2：1 1的比例脱去。的比例脱去。硝酸硝酸硝酸不论浓、稀，均为氧化性酸硝酸不论浓、稀，均为氧化性酸Cu+4HNO3（浓浓）Cu(NO3)2+2NO2+2H2O3Cu+8HNO3 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O说明：硝酸（无论浓稀）均能与大部分金属反应说明：硝酸（无论浓稀）均能与大部分金属反应（除（除AuAu、PtPt等），等），但均不产生氢气但均不产生氢气。FeFe、AlAl虽然是活泼金属。但是在虽然是活泼金属。但是在常温下常温下，FeFe、AlAl却能与却能与浓硫酸、浓硝酸浓硫酸、浓硝酸发生钝化。加热后可发生钝化。加热后可剧烈反应。剧烈反应。