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非金属元素概论1 一、非金属元素在周期表中的位置和结构特点 1．非金属元素的结构特点 1．除H、He、B外，最外层电子数≥4； 且原子半径比同周期的金属元素小。 二、非金属单质的物理性质 归纳常温下状态气态H2、N2、O2、F2、Cl2（稀有气体除外）；液态Br2；其余为固态。晶体类型原子晶体B、C、Si；分子晶体除B、C、Si外的其它（常见）非金属单质。溶解性除F2与水发生置换反应，Cl2、Br2在水中发生自身氧化还原反应（部分）外，可以说非金属单质均难溶于水。 例1 有A、B、C、D四种短周期元素，已知A原子最外层电子数比电子层数少，常温、常压下，B2、C2、D2均为无色双原子气体分子。这四种元素的单质和化合物之间在一定条件下存在如下反应 （1）2AC22AC（3）3B2D22DB3 （2）3AD2A3D2（4）2B2C22B2C 请填空 （1）电子式AC____，B2C____，DB3____。 （2）DB3分子的空间构型____，是____（填极性或非极性）分子。 （3）A3D2溶于B2C中，发生复分解反应的化学方程式是______。 分析由A原子最外层电子数比电子层数少→A可能为Li或Mg； 常温、常压下，B2、C2、D2均为无色双原子气体分子→它们可能是H2、N2、O2（五种气体中，F2、Cl2分别为浅黄绿色和黄绿色气体），再结合给定条件判断BH；CO；DN；AMg。 所以，相应化合物ACMgO；B2CH2O；DB3NH3；A3D2Mg3N2。 三、非金属单质的制备 （一）实验室制备 1．还原法 - 用还原剂还原的方法来制备，如H2 Zn2H→Zn2H2↑ 2．氧化法 - 用氧化剂氧化非金属阴离子的方法来制备（包括用同一种非金属元素的高价态氧化该元素的低价态来制备单质。），如Cl2、Br2、I2、（N2）等。 MnO24HCl→MnCl2Cl2↑2H2O （或用KMnO4、KClO3等做氧化剂；Br2可类似制备） Cl22X-（Br-、I-）→X22Cl- 3．加热分解法 在加热条件下使某些化合物发生分解反应以制备单质，如O2 也可通过其他分解反应来制备O22Na2O22H2O→4NaOHO2↑ 4．分离法 将空气通过NaOH溶液、浓硫酸、灼热的铜网后，可得较纯净的N2气体。 例2 根据下图实验，填空和回答问题 （1）烧瓶中所发生的主要反应的化学方程式为______ 装置（Ⅱ）的烧杯中冷水的作用是______ 装置（Ⅲ）的烧杯中液体的作用是______ （2）进行此实验时，烧瓶内的橡皮塞最好用锡箔包住，用橡皮管连接的两玻璃管口要相互紧靠，这是因为______。 （3）装置（Ⅲ）的烧杯中使用倒置漏斗可防止液体倒吸，试简述其理由______。 在（Ⅰ）中，浓硫酸、二氧化锰和溴化钠发生反应生成溴单质。然后在（Ⅱ）中冷却成液态。故（Ⅲ）是用来吸收尾气中的溴化氢气体的。由于溴蒸气的强腐蚀性，在实验过程中应避免与橡胶接触。 答案 （1）MnO2H2SO42NaBr 2NaHSO4MnSO42H2OBr2↑ 冷凝吸收未冷凝的气体。 （2）溴蒸气会腐蚀橡皮塞和橡皮管。 （3）当气体被吸收时，液体上升到漏斗中。由于漏斗的容积较大，导致烧杯中液面明显下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中液体又流回到烧杯中，从而防止了倒吸。 此反应中浓硫酸的作用可否用浓硫酸与溴化钠反应来制取溴化氢气体，为什么 回答此反应中，浓硫酸首先与溴化钠反应生成溴化氢，然后，溴化氢再与二氧化锰反应制取溴单质。尽管浓硫酸具有强氧化性，过程中会把部分溴化氢氧化生成溴单质，但由于最终目的是制单质溴，故无影响。但制溴化氢就不同了，因要求最终产物是溴化氢，而浓硫酸会把部分溴化氢氧化生成溴，故此法不可用。 （二）非金属单质的工业制法 归纳总结如下 1．电解法 - 用于将还原性较弱的非金属阴离子氧化成单质。 2NaCl2H2O H2↑Cl2↑2NaOH 2．还原剂还原法 - 在高温下，用还原剂将非金属元素的高价态还原成零价。如H2、Si的制备。 CH2O COH2↑ 2CSiO2 Si2CO↑ 3．氧化剂氧化法 - 用氧化剂将非金属阴离子氧化成非金属单质。如从海水中提取溴、碘。 4．分离法 - 用物理方法从混合物中分离所需要的单质。如将空气液化后气化，分离出N2、O2。 非金属元素概论2 一、非金属单质的化学性质 1．氧化性 （1）与氢气反应 结论非金属元素的非金属性越强，其非金属单质的氧化性就越强，就越易与氢气反应；生成的气态氢化物也就越稳定。 工业上用什么方法来制备HCl可否用光照H2、Cl2混合气的方法来制HCl 回答工业上用氢气在氯气中燃烧的方法来制备HCl。不能用光照H2、Cl2混合气的方法来制HCl，因为这样会产生剧烈爆炸。 （2）与金属反应 非金属单质与金属单质的反应，非金属表现出氧化性。 练习写出Cl2、O2、S分别与Fe、Cu反应的化学方程式，指明实验现象。 写化学方程式并描述实验现象 2Fe3Cl2→2FeCl3剧烈反应，大量棕褐色的烟。 CuCl2→CuCl2剧烈燃烧，生成棕黄色的烟。加少量水，溶液变绿色；再加水，溶液变蓝绿色。 6Fe4O2 2Fe3O4剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。 2CuO2 2CuO加热变黑。 FeS FeS剧烈反应，生成黑色固体。 2CuS Cu2S铜在硫蒸气中燃烧，有红光。 在铁过量的情况下，是否有FeCl2生成为什么将少量水加入反应容器中，振荡，溶液变浑浊，为什么 回答无FeCl2生成，因为Cl2具强氧化性，它将铁氧化成FeCl3，而固态时FeCl3与Fe不反应。当将FeCl3溶于水时，由于发生反应FeCl33H2O→Fe（OH）3↓3HCl，即FeCl3水解生成了Fe（OH）沉淀，故溶液变浑浊。 CuCl2晶体是什么颜色（学生可能错误无色；白色；蓝色；蓝绿色。） 回答棕黄色。 从以上几个反应来看，非金属单质与金属的反应，是否有什么规律存在请加以分析总结。 分析非金属单质与变价金属反应，若非金属单质的氧化性较强（如O2、Cl2、Br2等），则金属被氧化成高价态化合物；若非金属单质的氧化性较弱（如I2、S等），则金属被氧化成低价态化合物。 （3）非金属单质间的反应 - 哪些非金属单质间可发生相互反应，反应原则是什么 通常，非金属单质可以与O2或X2反应，生成相应的氧化物或卤化物。O2做氧化剂，除X2外的非金属单质均可被直接氧化；X2做氧化剂，许多非金属单质也可被氧化，较熟悉情况为H2、P等。原则非金属性强的氧化非金属性弱的。 （4）非金属间的置换 - 非金属间的置换反应按什么原则进行 练习写出满足下列要求的化学方程式①同主族非金属元素间的置换；②同周期非金属元素间的置换；③不同周期、不同主族非金属元素间的置换。 回答非金属间的置换原则是非金属性强的置换非金属性弱的。即元素同周期，右边的置换左边的；元素同主族；上面的置换下面的。 写化学方程式 ①Cl2Br-（I-）或Br2I-；O2H2S；CSiO2。 ②F2H2O；Cl2H2S；CH4O2（不完全燃烧）。③O2HI；Br2H2S；I2H2S。 例1 由短周期元素形成的四种常见的非金属单质A、B、C、D。在室温下，它们之中有三种气体，一种固体。在这些单质中，B的式量最小，C次之。这些单质和甲、乙、丙、X、Y五种化合物之间存在如下关系 （1）写出化合物乙的化学式______。 （2）上述图示的化学反应共有。种基本反应类型，其中化合反应有______个。 （3）上述四种单质中存在同素异形体的元素是（写元素符号）______。 分析由题目给定条件和前面知识知，除稀有气体外，非金属单质只有5种在常温下是气态。故三种气体应是H2、N2、O2、Cl2中的三种（F2不常见）； A与D反应存在量的问题，A（或D）有一个可能是固体（气体间的两两反应不存在量的问题）； 由相互反应关系可推断BH；CO；DCl。 再考虑X是氧化物，Y是氯化物，甲是H2O，丙是HCl。可推知乙是含氧酸；Y是一种能水解生成含氧酸和HCl的氯化物；A与CI2反应是有一个量的限制，AP。 答案（1）H3PO4 （2）2种（化合与复分解），5 （3）O（O2与O3）、P（红磷与白磷） 2．还原性 - 哪些非金属单质以还原性为主哪些非金属单质在一定条件下显现还原性 以还原性为主的非金属单质，如C、H2等；遇强氧化剂如O2、Cl2、HNO3、H2SO4（浓）等时表现出还原性的非金属单质，如S、P等。 非金属单质的氧化性与还原性情况 强氧化性的F2、O2、Cl2、Br2； 以氧化性为主的N2、I2、S； 以还原性为主的C、Si、P； 例2 如图 已知化合物E与水反应生成白色浆状物；化合物F是不能成盐的氧化物；单质D能与某些稀有气体反应。据此，请填空（1）化合物F是______；化合物I是______。 （2）反应②、反应④的化学方程式是______；______。 分析由题目给定条件知D为最活泼的非金属单质→F2；F为不成盐氧化物，且由单质B与化合物C发生置换反应得到→F为CO，B为碳，化合物C为氧化物，再结合G与H燃烧生成C，判断H为O2，C为H2O，G为H2，I为HF；化合物E由碳与化合物A反应得到（可能是碳化物），再考虑E与水反应生成白色浆状物，E是CaC2，A是CaO。 答案（1）CO；HF （2）略 二、（非金属）气态氢化物 1．物理性质 - 一般都是无色气体；除CH4、SiH4外，均为极性分子，都有刺激性气味；HX、NH3易溶于水，H2S可溶，其余一般不溶。 2．水溶液酸碱性 - ⅥA、ⅦA族元素的气态氢化物的水溶液一般为挥发性酸（HCl、HBr、HI为强酸，其余为弱酸）；NH3水溶液碱性，其余不溶，可视为中性。 3．稳定性、还原性 - 非金属元素的非金属性越强，其气态氢化物的还原性越弱；非金属元素的非金属性越弱，其气态氢化物的还原性越强。 例3 某无色溶液可能含有下列钠盐中的几种（A）氯化钠，（B）硫化钠，（C）亚硫酸钠，（D）硫代硫酸钠，（E）硫酸钠，（F）碳酸钠。向此溶液中加入适量稀硫酸，有浅黄色的沉淀析出，同时有气体产生。此气体有臭鸡蛋气味，可使澄清的石灰水变浑浊，不能使品红试液褪色。根据上述实验现象回答下列问题。 （1）不能使品红试液褪色，说明该气体中不含______（填分子式）。 （2）此无色溶液中至少存在哪几种钠盐请写出全部可能的情况______（填写相应的字母）。 分析由题意知，加酸后产生浅黄色沉淀和有臭鸡蛋气味的气体，此气体不能使品红试液褪色但能使澄清的石灰水变浑浊，则一定有硫化钠和碳酸钠，至少一定有亚硫酸钠或硫代硫酸钠中的一种（但都必须是硫化钠过量），无法判断硫酸钠是否存在。 （1）SO2（2）B、C、F；B、D、F；B、C、D、F 三、非金属元素的含氧酸 （1）常见的含氧酸 （2）酸性强弱递变规律 同主族由上至下酸性逐渐减弱；同周期由左到右酸性逐渐增强；同种元素中，高价态酸的酸性一般大于低价态酸的酸性。 （3）氧化性酸与还原性酸 常见的强氧化性酸有HNO3、浓H2SO4、HClO等。 常见的还原性酸有H2SO3、H3PO3等。 HNO2既有氧化性，又有还原性，但以氧化性为主。 （4）某些酸的特殊性质 浓H2SO4吸水性→做干燥剂；脱水性→使晶体脱结晶水，使有机物碳化。 HClO漂白作用。漂白原理与Na2O2同，是利用强氧化性破坏有色物质。 H2SO3漂白作用。与某些有色物质结合生成不稳定的无色物质，加热后恢复原色。 HF与SiO2反应。SiO24HF→SiF4↑2H2O 酸的氧化性与氧化性酸是不是一回事为什么 回答酸的氧化性与氧化性酸是两个不同的概念。酸的氧化性就是指酸中H结合电子的性质，凡酸皆有此性质。而氧化性酸是指含氧酸的中心元素结合电子的性质。 某学生设计实验，欲选用下列试剂证明NaNO2既有氧化性，又有还原性。 试剂酸性高锰酸钾溶液、硝酸、硫酸、碘单质、淀粉-碘化钾试纸。 回答欲证明NaNO2的氧化性，所选用的试剂是______，观察到的现象是______。 欲证明NaNO2的还原性，所选用的试剂是______ ，观察到的现象是______。 答案硫酸、淀粉-碘化钾试纸淀粉-碘化钾试纸变蓝色。 酸性高锰酸钾溶液，高锰酸钾溶液的紫色消失。 例4 有A、B、C、D四种单质。在一定条件下，B可以和A、C、D化合生成化合物甲、乙、丙，C和D化合生成化合物丁。已知甲、乙、丙每个分子中都含有10个电子，并且甲、乙、丙、丁有如下关系回答 （1）单质B的化学式。（2）单质A与化合物乙反应的化学方程式。 （3）根据化合物丙、丁中D元素化合价判断丙、丁是否在一定条件下生成单质D，简述判断理由。 分析含10个电子的化合物有CH4、NH3、H2O、HF，甲、乙、丙各为其中之一。B和A、C、D单质化合生成甲、乙、丙，B应为H2；上述四种氢化物中，能与某单质反应生成两种化合物的只有CH4和NH3，而这种单质为O2。故C为O2，A为F2（F比O非金属性强），乙为H2O，甲为HF；D可能为C或N2，则丁可能是CO2或NO； 答案（1）H2（2）2F22H2O→4HFO2↑ （3）若D为N2，丙、丁分别是NH3和NO，在一定条件下可以反应（NH3、NO中N元素的化合价分别是-3、2，0价居其中）；若D为C，丙、丁分别是CH4与CO2，化合价分别是-4、4，0价居其中，故理论上也可发生反应生成碳单质。 四、重要非金属单质的性质比较表（如下表） 精 选 题 一、选择题 1．氢叠氨酸（HN3）与醋酸酸性相近，其盐稳定，但受撞击时发生爆炸生成N2，有关氢叠氮酸及其盐的叙述有①NaN3的水溶液显碱性，②HN3的固体属于分子晶体，③NaN3的固体是离子晶体，④NaN3可用于小汽车防撞保护气囊。其中正确的是（ ） A．①、②、③ B．②、③、④ C．①、③、④ D．全对 2．某温度下，将Cl2通入NaOH溶液中，反应得到NaCl、NaClO、NaClO3的混合溶液，经测定ClO-与ClO3-的物质的量浓度之比为1∶3，则此反应中被还原的氯元素与被氧化的氯元素原子的物质的量之比是（ ） A．21∶5 B．11∶3 C．4∶1 D．3∶1 3．某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3、Ba（NO3）2三种杂质中的一种或二种，现将13.8g样品加入足量水，样品全部溶解，再加入过量的CaCl2溶液，得到9g沉淀，对样品所含杂质的正确判断是（ ） A．肯定有KNO3 B．肯定有KNO3，可能还含有Na2CO3 C．肯定没有Ba（NO3）2，可能有KNO3 D．肯定没有Na2CO3和Ba（NO3）2 4．两个硫酸分子可以脱去一分子水生成焦硫酸（H2S2O7）。已知硫酸分子中有四个硫氧键，则焦硫酸分子中硫氧键的数目是（ ） A．4 B．6 C．7 D．8 5．下列溶液中通入足量SO2后，最终一定会出现沉淀的是（ ） A．Na2S B．BaCl2 C．Ba（NO3）2 D．Ca（OH）2 6．工业废气中氮的氧化物是重要的污染源，有一种治理污染的方法是通入适量氨气将其还原成无毒物质N2和H2O，现有含氮氧化物NO和NO2的混合气体3L，与同条件下的NH33.5L恰好完全反应，则混合气中NO与NO2的体积比是 A．1∶4 B．1∶3 C．1∶2 D．1∶1 7．测定空气中污染物含量的一种方法是将一定体积的空气通入吸收剂，并测定其导电能力的变化（电阻越小，电导越大）。例如测定空气中H2S的含量，若用CuSO4溶液吸收，可测得很大浓度范围内的H2S，但电导变化不大；若用浓溴水吸收，则仅限于低浓度范围内的H2S，但有高灵敏度。现要兼顾吸收容量和灵敏度，用上述方法测定空气中氯气的含量时，最佳吸收剂是（ ） A．Na2SO3溶液 B．KI溶液 C．NaOH溶液 D．H2O 8．下列关于砷（As）的叙述中，正确的是（ ） A．砷的气态氢化物AsH3很不稳定，它具有较强的还原性 B．砷的相对原子质量为74.92，由此可见砷原子核内有42个中子 C．砷酸（H3ASO4）是强酸，其酸性与HNO3相当 D．砷在ⅤA族中的位置在P和Sb之间，因此，砷既体现一定的非金属性，又体现一定的金属性 二、非选择题 9．PCl3中加入蒸馏水，微热，PCl3完全水解，产物之一是亚磷酸（H3PO3），它的结构式为 已知（a）H3PO3与NaOH反应能生成NaH2PO3和Na2HPO3两种盐。 （b）H3PO3与碘水反应，碘水棕黄色褪去，再加AgNO3有黄色沉淀生成。 （c）盛放H3PO3的试管中加入AgNO3溶液，有黑色沉淀生成，试管口有红棕色气体出现。 填空（1）上述反应中有H3PO3生成的是反应（填序号）______。 （2）b反应中黄色沉淀是______。 （3）c反应中黑色沉淀是______，反应中最先生成的气体是______。 10．在一定条件下，单质X与单质Y反应，生成化合物Z，Z与水作用可生成气体G和白色沉淀P（如下框图表示），已知气体G与空气之密度比约为1.17。请填空 （1）组成单质X和Y的元素分别属于第______族和第______族。（2）化合物Z的化学式为______。 （3）每生成1mol的气体G，同时应得到______mol的沉淀P。 答 案 一、选择题 1．B 2．D 3．D 4．C、D 5．B 6．B、C 7．D 8．A、C 二、非选择题 9．（1）b、C （2）AgI （3）Ag、NO 10．（1）ⅢA；ⅦA。（2）Al2S3 （3）2/3