高中化学苏教版必修1-知识点全面总结
专题1 化学家眼中的物质世界
第一单元 丰富多彩的化学物质
一、 物质的分类
(1) 从物质的组成分类:可以从混合物和纯净物、单质和化合物、非金属单质和金属单质、
无机化合物和有机化合物等入手将物质进行分类。
(
2) 从物质的导电性分类:可将物质分为导体和绝缘体。 (3) 从物质的状态分类:气体物质、液体物质和固态物质。 (4) 从物质在水中的溶解能力分类:可将物资分为可溶、难溶。 另外,还可以从物质的用途、物质的来源等其他角度对它们进行分类。
二、 物质的转化
1. 物质的性质及其变化 (1) 物质的性质 2. 无机化学反应一般规律
(1) 金属+非金属→无氧酸盐 Mg+Cl2
MgCl 2
(2) 物质的变化
(2) 碱性氧化物+酸性氧化物→含氧酸盐 CaO+CO2=CaCO3 (3) 酸+碱→盐+水 2HCl+Ba(OH )2=BaCl 2+H2O (4) 盐+盐→两种新盐 AgNO 3+NaCl=AgCl↓+NaNO3
一般参加反应的两种盐可溶,反应向生成更难溶物质的方向进行。 (5) 金属+氧气→碱性氧化物 2Cu+O2
2CuO
(6) 碱性氧化物+水→碱 CaO+ H2O=Ca(OH)2
一般生成的是可溶性的强碱,如CuO 、Fe 2O 3等不能与H 2O 反应生成相应的氢氧化物(碱)。
(7) 碱+盐→新碱+新盐 Ca(OH)2+Na2CO 3=CaCO3↓+2NaOH (8) 非金属+氧气→酸性氧化物 S+ O2
SO 2
(9) 酸性氧化物+水→对应含氧酸 SO 3+ H2O=H2SO 4
(10) 酸+盐→新酸+新盐 CaCO 3+2HCl=CaCl 2+ H2O+CO2↑
一般要符合强酸制弱酸或高沸点酸制低沸点酸(难挥发性酸制易挥发性酸)。 (11) 盐+金属→新盐+新金属 Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
符合盐是可溶性的、金属的活泼性强于新金属、金属活泼性不能太强(K、Na 、Ca 等与盐溶液接触立即与水反应置换出氢) 等条件。
(12) 金属+酸→盐+氢气 Zn+ H2SO 4= ZnSO4+H2↑
金属与酸反应置换出氢的规律应注意:一是金属在活动性顺序表中应排在氢以前,二是酸不能是氧化性酸(浓硫酸、浓、稀硝酸等)
(13) 碱性氧化物+酸→盐+水 CuO+2HCl=CuCl 2+ H2O
(14) 酸性氧化物+碱→盐+水 CO 2+Ca(OH )2= CaCO3↓+ H2O (15) 同(7) (16) 同(10)
三、 物质的量
11. 物质的量 是表示大量粒子的集合体中的粒子的多少。是国际单位制中的基本物理量, 用符号n 表示。
12. 摩尔 是物质的量的单位,每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个粒子。摩尔简称摩,符号mol 。
使用摩尔表示物质的量时,应该用化学式指明粒子的种类。不能用于描述宏观物质。
13. 阿伏加德罗常数 1mol 任何微粒的集合体中的微粒数叫做阿伏加德罗常数,用N A 表示,
-
通常使用近似值6.02×1023mol 1。 物质的量、阿伏加德罗常数与粒子数的关系:n =
N
N A
四、 摩尔质量
(1) 摩尔质量 1mol 任何物质所具有的质量叫做这种物质的摩尔质量,当物质的质量以克
为单位时,其数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。摩尔质量的单位
-
g·mol 1,符号为M 。 物质的量、物质的质量和物质的摩尔质量之间存在如下关系:n =
m
M
五、 物质的聚集状态
(1) 影响物质体积大小的因素有:①微粒数目;②微粒大小;③微粒之间的距离。 (2) 对于固态或液态物质,影响其体积的主要因素是微粒的数目和微粒的大小; 对于气态物质,影响其体积的主要因素是微粒的数目和微粒间距离。 (3) 对于一定量的气体,影响其体积的因素是温度和压强。 温度一定,压强越大,气体体积越小,压强越小,气体体积越大; 压强一定,温度越高,气体体积越大,温度越低,气体体积越小。
六、 气体摩尔体积
(1)气体摩尔体积 单位物质的量的气体所占的体积叫做气体摩尔体积。气体摩尔体积的
符号为Vm ,单位为L·mol 1,气体摩尔体积的表达式为Vm =
-
V
n
这里的气体可以是单一气体,
在标准状况下(0℃,101kPa ),气体摩尔体积Vm≈22.4 L·mol
-1
也可以是混合气体。由此也可以推知在标准状况下气体的密度是用气体的摩尔质量除以V m ,
即
由此也可推得:M = ·V m
(2)阿伏加德罗定律
1.内容:在同温同压下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。 适用范围:适用于相同条件下任何气体
不同表述:①若T 、P 、V 相同,则N(或n) 相同;②若T 、P 、n 相同,则V 相同。 2.推论:①T 、p 相同
N 1V 1n 1
== N 2V 2n 2
②
七、 物质的分散体系
(1)溶液、胶体、浊液三种分散系的比较
(2)胶体的概念和性质
①概念——分散质微粒的直径大小在1nm ~100nm 之间的分散系称做“胶体”。根据分散剂状态,可将胶体分为液溶胶,如氢氧化铁胶体、淀粉溶液;气溶胶,如云、雾、烟;固溶胶,如有色玻璃、烟水晶。 ②胶体有如下的性质
丁达尔效应——在暗室中,让一束平行光线通过肉眼看来完全透明的溶液,从垂直于光束的方向,可以观察到有一浑浊光亮的光柱,其中有微粒闪烁,该现象称为“丁达尔效应”。丁达尔效应是粒子对光散射作用的结果。
布朗运动——在胶体中,由于质点在各个方向所受的力不能相互平衡而产生的无规则的热运动,称为“布朗运动”。
*电泳——在外加电场的作用下,胶体的微粒在分散剂里向阴极(或阳极)做定向移动的
现象。
注意:电泳只是胶粒定向地向电极运动,并没有凝聚而沉淀。 凝聚——胶体分散系中,分散质微粒相互聚集而下沉的现象称为“凝聚”。能促使溶胶凝聚的物理或化学因素有加电解质(酸、碱及盐)、加热、溶胶浓度增大、加带相反电荷的胶体等。
第二单元 研究物质的实验方法
一、 物质的分离与提纯
(1) 物质的分离:是把混合物中的各种物质分开的过程,分开以后的各物质应该尽
量减少损失,而且是比较纯净的。经常采用的分离方法有:过滤、蒸发、结晶、蒸馏(分馏)、萃取、渗析、洗气等。
(2) 物质的提纯:是指将某种物质中的杂质,采用物理或化学方法除掉的过程。它 和分离的主要区别在于除掉后的杂质可以不进行恢复。 ①物质提纯的原则:不增、不变、易分。
所谓不增,是指在提纯过程中不增加新物质,不变指被提纯的物质性质不能改变,易分是指使杂质与被提纯物质容易分开。
②提纯的方法可以归纳为:“杂转纯,杂变沉,化为气,溶剂分”。
杂转纯:将要除去的杂质变为提纯物,这是提纯物质的最佳方案。如除去Na 2CO 3中混有的NaHCO 3即可将混合物加热使NaHCO 3全部转化为Na 2CO 3。
杂变沉:加入一种试剂将要除去的杂质变成沉淀,最后用过滤的方法除去沉淀。
化为气:加热或加入一种试剂使杂质变为气体逸出。如食盐水中混有Na 2CO 3,则可加盐酸使
-
CO 32变CO 2逸出。
溶剂分:加入一种试剂将杂质或被提纯物质萃取出来。如用CCl 4可将碘从水中萃取出来。
二、 常见物质的检验
(2) 常见阳离子的特性及检验: 三、 溶液的配制和分析 (一) 物质的量浓度
(1) 定义:以单位体积溶液里所含溶质B 的物质的量来表示溶液的组成的物理
--
量,叫做溶质B 的物质的量浓度,符号:c B ,常用单位为mol·L 1或mol·m 3
(2) 物质的量、物质的量浓度、溶液的体积之间的关系:c B =
n B
V
(二) 配制一定物质的量浓度的溶液
1. 配制物质的量浓度溶液主要配制仪器
托盘天平(以固体药品配制时)或量筒(以浓溶液配制稀溶液时)、玻璃棒、烧杯、容量瓶、 胶头滴管
2. 配制物质的量浓度溶液步骤如下:
(1) 计算:计算配制的溶液所需溶质的质量(固体溶质)或体积(液体溶质、浓溶液); (2) 称量(或量取):用天平称量固体溶质(或用量筒量取液体体积); (3) 溶解:把称量好的溶质放入烧杯中,加适量蒸馏水溶解,搅拌;
(4) 转移:待溶液静置到室温,倒入容量瓶中(配多少毫升的溶液选用多少毫升容量瓶); (5) 洗涤:洗涤烧杯2~3次,把每次洗涤的洗涤液一并倒入容量瓶中(洗液 及原配液不能超过所配制溶液的体积);
(6) 定容:往容量瓶中加水直至液面接近刻度线1~2cm 处,改用胶头滴管加 水到瓶颈刻度地方,使溶液的凹液面正好和刻度相平。把瓶塞盖好,反复摇匀。 3. 关于容量瓶的使用
(1) 容量瓶是配制准确物质的量浓度溶液的仪器。容量瓶是细颈、梨形的平底 玻璃瓶。瓶口配有磨口玻璃塞或塑料塞,它的颈部有标线,瓶上有温度和容量。 (2) 使用容量瓶的注意事项:
a) 按所配溶液的体积选择合适规格的容量瓶。(50mL 、100mL 、250mL 、500mL ) b) 使用前要检查容量瓶是否漏水。 c) 使用前要先用蒸馏水洗涤容量瓶。
d) 容量瓶不能将固体或浓溶液直接溶解或稀释,容量瓶不能作反应器,不能长 期贮存溶液。 4. 配制误差分析
(1) 若称量固体溶质时,操作无误,但所使用砝码生锈,m 偏大,结果偏高。 (2) 若没有洗涤烧杯内壁,使n 减小,结果偏低。
(3) 若容量瓶中有少量蒸馏水或定容后反复摇匀发现液面低于刻度,则对结果无影响。 (4) 俯视刻度线:V 偏小,c 偏高。 (5) 仰视刻度线:V 偏大,c 偏低。
未冷却至室温就注入容量瓶进行定容,则V 偏小,c 偏高。 四、规律总结
物质的量(mol )与其他常用计量的关系
专题2 从海水中获得的化学物质
第一单元 氯、溴、碘及其化合物
一、氯气的生产原理 (一) 氯气的工业制法
(1) 原料:饱和食盐水。 (2) 原理:2NaCl+2H2
O 氢气)
(二) 氯气的实验室制法
(1) 原理: MnO 2+4HCl (浓)(2) 装置:用“固+液
气体 ”
MnCl 2+Cl 2↑十2H 2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑(在阳极生成黄绿色的氯气,阴极生成
(3) 除杂:制得的Cl 2中含有氯化氢杂质,通常用饱和食盐水洗气,如要制取干燥的Cl 2,
可以用浓硫酸作干燥剂以除去水蒸气。
(4) 收集:向上排空气法或排饱和食盐水收集。
(5) 尾气处理:氯气有毒,为防止其污染空气,必须加以吸收,一般用NaOH 溶液吸收多
余的Cl 2。Cl 2+2NaOH NaCl +NaClO (次氯酸钙)+H 2O
二、 氯气的性质
(一) 认识氯气的物理性质
(1) Cl 2在通常状况下是一种黄绿色的气体。氯气的密度比空气大,能溶于水。 (2) 有强烈的刺激性气味,有毒。(闻Cl 2的气味时应掌握正确的方法:用手在集气瓶口轻
轻扇动,使极少量的Cl 2飘入鼻孔,这也是在化学实验中闻气体气味的基本方法。)
(二)
氯气的化学性质
Cl 2是很活泼的非金属单质,具有很强的氧化性,能氧化大多数的金属和非金属。 (1) 氯气与金属的反应: 2Na +Cl 2
2NaCl
现象:剧烈燃烧,有白烟(NaCl 小颗粒)生成。 Cu +Cl 2
CuCl 2
现象:红热的铜丝剧烈燃烧,生成棕黄色烟(CuCl 2小颗粒),溶于水呈浅绿色。逐渐加水稀释则经历浅绿蓝绿浅蓝的颜色变化。 2Fe +3Cl 2
2FeCl 3
现象:铁丝燃烧,生成棕褐色的烟(FeCl 3小颗粒),溶于水得棕黄色溶液。
说明:①氯气是强氧化剂,与变价金属(如Fe 、Cu 等)反应,生成物为高价金属的氯化物(如FeCl 3、CuCl 2)。Fe 与Cl 2作用不生成FeCl 2。
②硫与Fe 、Cu 反应,生成低价金属硫化物。Cl 2的非金属性比S 的非金属性强。 ③干燥的Cl 2不与Fe 反应,所以液态Cl 2可用钢瓶盛装。 (2) 氯气与非金属的反应: H 2+Cl 2
2HCl
纯净的H 2在Cl 2中安静燃烧,火焰呈苍白色,有白雾。点燃或光照氢气和氯气的混合气
体,会发生爆炸。
说明:固体小颗粒分布于气体中的现象叫烟,液体小液滴分布于气体中的现象叫雾。故打开浓盐酸、浓硝酸的瓶盖,瓶口产生白雾。
(3) 氯气与水的反应: Cl 2+H 2O =HCl +HClO
+---+
在新制氯水中含有分子H 2O 、Cl 2、HClO ,含有离子H 、Cl 、ClO 、OH (水可电离出H
-
和OH )。生成物中的HClO 有三条主要性质: ①弱酸性:酸性比H 2CO 3还要弱;
②强氧化性:HClO 中氯元素的化合价为+1价,因此它具有很强的氧化性,可以用作漂白剂和自来水的杀菌消毒剂;
③不稳定性:HClO 不稳定,见光受热可以发生分解反应。2HClO
+
-
-
2HCl +O 2↑。
所以久置的氯水中含有H 2O 分子和H 、Cl 、OH 离子,相当于稀盐酸。通常所用的氯水是新制氯水,在化学实验中经常作为Cl 2的代用品。氯水和液氯是不同的,前者是混合物,而后者是纯净物。
(4) 氯气与碱的反应:
Cl 2通入NaOH 溶液:Cl 2+2NaOH NaCl +NaClO +H 2O
---
反应的离子方程式:Cl 2+2OH Cl +ClO +H 2O 工业上制漂白粉:2Cl 2+2Ca (OH )2CaCl 2+Ca (ClO )2+2H 2O 漂白粉的有效成分是Ca (ClO )2,主要成分是Ca (ClO )2和CaCl 2。
漂白原理:Ca (ClO )2+2HCl CaCl 2+2HClO Ca (ClO )2+H 2O +CO 2CaCO 3↓+2HClO
漂白粉失效的原因:Ca (ClO )2+H 2O +CO 2CaCO 3↓+2HClO
2HClO
-
2HCl +O 2↑
(5) Cl 的检验: 与AgNO 3溶液反应,生成不溶于稀HNO 3的白色沉淀, AgNO 3+ NaCl=AgCl ↓+NaNO3 三、 溴、碘的提取 (一) 溴碘的物理性质 1. 溴(Br 2):深红棕色的液体,刺激性气味,易挥发,强腐蚀性,在水中溶解度小,易溶于
有机溶剂。 2. 碘(I 2):紫黑色固体,易升华,在水中溶解度小,易溶于有机溶剂。 (二) Br 2的提取
(三) I (1
(2) 化学反应原理 Cl 2+2KI=2KCl+I2 四、 氧化还原反应
(一) 氧化还原反应中的概念间的关系
口诀:升(化合价升高)失(失电子)氧(被氧化,发生氧化反应)还(做还原剂,本身具....有还原性),降(化合价降低)得(得电子)还(被还原,发生还原反应)氧(做氧化剂,本....身具有氧化性)。
(二) 氧化还原反应中电子转移(或得失)的表示方法 双线桥法:表示同种元素在反应前后得失电子的情况。 (三) 氧化还原反应中的守恒
1. 化合价降低总数=化合价升高总数 2. 失去电子总数=得到电子总数
3. 得(失)电子总数=化合价降低(升高)总数
4. 遵循质量守恒,反应前后相同元素的原子个数相等。 (四) 氧化还原反应性质的传递规律
氧化性:氧化剂>氧化产物 还原性:还原剂>还原产物 (五) 价态规律
同种元素:最高价时―――只具有氧化性 最低价时―――只具有还原性
中间价时―――既有氧化性又有还原性 (六) 四种基本反应类型与氧化还原反应的关系
第二单元 钠、镁及其化合物
一、钠的原子结构及性质
向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和,然后在加压下通入CO 2,利用NaHCO 3溶解度较小,析出NaHCO 3,将析出的NaHCO 3晶体煅烧,即得Na 2CO 3。
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl
2NaHCO 3
Na 2CO 3+CO2↑+H2O ↑
五、电解质和非电解质
(2)电解质的导电
①电解质的电离:电解质在溶液里或熔化状态下离解成自由移动的离子的过程叫做电离。 ②电解质的导电原理:阴、阳离子的定向移动。
③电解质的导电能力:自由移动的离子的浓度越大,离子电荷越多,导电能力越强。
(3)注意:电解质和非电解质均指化合物而言,单质、混合物都不能称为电解质或非电解质。
七、离子方程式
(1)离子方程式的书写方法
写——写出反应的化学方程式;
拆——把易溶于水,易电离的物质拆成离子形式 删——将不参加反应的离子从方程式两端删去。
查——检查方程式两端各元素的原子个数和电荷数是否相等。 注意事项:
①难溶物质、难电离的物质、易挥发物质、单质、非电解质、氧化物均保留化学式。
②不在水溶液中反应的离子反应,不能写离子方程式。
如:固体与固体反应(实验室用Ca (OH )2固体和NH 4Cl 固体反应制NH 3)。再如:浓硫酸、浓H 3PO 4与固体之间反应不能写离子方程式。 ③氨水作为反应物写NH 3·H 2O ;作为生成物,若加热条件或浓度很大,可写NH 3(标“↑”号),否则一般写NH 3·H 2O 。
④有微溶物参加或生成的离子反应方程式书写时: a. 若生成物中有微溶物析出时,微溶物用化学式表示。如Na 2SO 4溶液中加入CaCl 2溶液:
-
Ca 2++ SO42=CaSO 4↓
b. 若反应物中有微溶物参加时,分为两种情况,其一澄清溶液,写离子符号。如CO 2通
-
入澄清石灰水中:CO 2+2OH=CaCO 3↓+ H2O ;其二悬浊液,应写成化学式,如在石
--
灰乳中加入Na 2CO 3溶液:Ca (OH )2+ CO32=CaCO 3↓+2OH c. 常见的微溶物有:Ca (OH )2、CaSO 4、MgCO 3、Ag 2 SO 4、MgSO 3。
⑤酸式盐参加的离子反应,书写离子方程式时,弱酸的酸式根一律不拆。如NaHCO 3和HCl
--
反应:HCO 3+H+=H 2O+CO2↑;强酸的酸式根HSO 4一般情况下要拆开。
⑥遵守质量守恒和电荷守恒:离子方程式不仅要配平原子个数,还要配平阴、阳离子所带的电 荷数。
-
如:FeSO 4溶液中通入Cl 2不能写成Fe 2++ Cl2=Fe 3++2 Cl,必须写成2Fe 2++ Cl2=2Fe 3++2 Cl-
。
⑦必须要考虑反应物间的适量与过量、少量的问题。 (2)离子方程式的意义 离子方程式不仅可以表示:
①一定物质间的某个反应;而且可以表示:②所有同一类型的离子反应。 (3)离子方程式正误判断
①看反应能否写离子方程式。如不在溶液中进行的化学反应不能写离子方程式。
②看表示各物质的化学式是否正确。尤其注意是否把有些弱电解质写成了离子的形式。 ③看电荷是否守恒。如FeCl 3溶液加Fe 粉,不能写成Fe 3++Fe=2Fe 2+。
④看是否漏掉了某些反应。如,CuSO 4溶液与Ba (OH )2溶液的反应,若写成:
--
Ba 2++SO42=BaSO4↓,则漏掉了Cu 2++2OH=Cu (OH )2↓的反应。
⑤看产物是否符合事实。如Na 投入CuSO 4溶液中,若写成2Na+ Cu 2+=2Na ++Cu,则不符合事实。
⑥看反应物是否满足定量的配比关系。 (4)离子共存问题
离子共存是指离子之间不能发生离子反应,离子不能共存的条件: ①生成沉淀,即结合生成难溶性或微溶性物质而不能大量共存。 ②产生气体,如结合生成CO 2、NH 3、SO 2等气体不能大量共存。 ③生成难电离的物质,如H 2O 、H 2S 、H 2SiO 3、H 2CO 3等。
-
④发生氧化还原反应,如Fe 3+和I 等。
专题三 从矿物到基础材料
第一单元 从铝土矿到铝合金
一、从铝土矿中提取铝
(一)氧化铝(Al 2O 3)
氧化铝是一种高沸点(2980℃)、高熔点(2054℃)、高硬度的白色化合物,常用作耐火材料。刚玉的主要成分是α-氧化铝,硬度仅次于金刚石。 1. 与碱的反应(与强碱NaOH ) Al 2O 3+2NaOH=2NaAlO 2+ H2O 2. 与强酸的反应(H 2SO 4)
Al 2O 3+3H2SO 4=Al 2(SO 4)3+3H2O
3. 两性氧化物:既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。
知识拓展
1. 偏铝酸钠(NaAlO 2)的性质
(1)往偏铝酸钠溶液中通入CO 2 NaAlO 2+CO2+2H2O=Al(OH )3↓+NaHCO3 产生白色絮状沉淀,通入过量的CO 2,沉淀不溶解。
(2)往偏铝酸钠溶液中加HCl NaAlO 2+ HCl+H2O=Al(OH )3↓+NaCl Al (OH )3+3 HCl=AlCl 3+3H2O
加入少量盐酸,生成白色絮状沉淀,继续加入盐酸至过量,白色沉淀溶解。 2. 氯化铝(AlCl 3)的性质
(1)往氯化铝溶液中通入氨气
AlCl 3+3NH3+3H2O= Al(OH )3↓+3NH4Cl
产生白色絮状沉淀,通入过量的NH 3,沉淀不溶解。 (2)往氯化铝溶液中逐滴加氢氧化钠溶液 AlCl 3+ 3NaOH=Al (OH )3↓+3NaCl Al (OH )3+ NaOH=NaAlO 2+2 H2O
加入少量NaOH 溶液,产生白色絮状沉淀,继续加入NaOH 溶液至过量,白色沉淀溶解。 (二)铝土矿中提取铝
制取金属铝的流程图如下:
流程图中所涉及到的化学反应: 1. Al2O 3+2NaOH=2NaAlO 2+ H2O
2. NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH )3↓+NaHCO3 3.2 Al(OH )
3
电解
Al 2O 3+3H2O
4.2 Al2O 3 4Al+3O2↑
冰晶石
二、铝的性质及应用 (一)铝的存在
自然界中铝以化合态存在。铝的主要存在形式有:铝土矿(Al 2O 3·nH 2O ),铝元素占地壳总量的7.45%,是地壳中含量最多的金属元素。 (二)铝的性质 1. 物理性质
铝有良好的导电性(居金属第三,最好的是银),传热性和延展性。铝合金强度高,密度小,易成型,有较好的耐腐蚀性。 2. 化学性质
(1)与酸反应:一般与强酸反应(例如盐酸;稀硫酸等) 2Al+6HCl=2AlCl 3+3H2↑
(2)与碱反应:一般与强碱反应(例如:NaOH ;KOH ;Ba (OH )2等) 2Al+2NaOH+2H2O =2NaAlO 2+3H2↑
(3)与浓硝酸、浓硫酸的反应:在常温下,铝遇到浓硝酸、浓硫酸会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化;在加热的条件下可以发生反应。
(4)与某些盐溶液反应:铝的金属活动性比较强,可以跟不少的金属盐溶液发生置换反应 (如:CuCl 2、AgNO 3等) 2Al+3CuCl2=3Cu+2 AlCl3
(5)与某些金属氧化物反应(铝热反应) Fe 2O 3+2Al
2Fe+ Al2O 3
(铝热反应用途①冶炼稀有金属②野外焊接铁轨。) (三)铝的应用
1. 用于电器设备和做高压电缆 2. 是重要的反光材料 3. 野外焊接铁轨
4. 铝合金是制造飞机的理想材料。
三、规律总结
第二单元 铁、铜的获取及应用
一、从自然界获取铁和铜
1. 铁的冶炼
①原料:铁矿石、焦炭、空气、石灰石
②反应器:炼铁高炉
③反应原理:用还原剂将铁从其化合物中还原出来
④工艺流程:从高炉下方鼓入空气与焦炭反应产生一氧化碳并放出大量的热
C +O 2点燃CO 2 CO 2+C 高温2CO
Fe 2O 3+3CO 高温2Fe +3CO 2 CaCO 3高温CaO +CO 2↑ CaO +SiO 2高温CaSiO 3(炉渣)
⑤生铁:含碳量2%~4.5% 钢:含碳量
①电解精冶铜的原理是让粗铜作阳极,失去电子变为Cu 2+,用铜棒作阴极,在阴极上即可得精铜。
②湿法炼铜是指在溶液中将铜置换出来。 CuCl 2+Fe =FeCl 2+Cu
③生物炼铜是利用细菌将矿石分化得铜。 二、铁、铜及其化合物的应用 (一)铁、铜的物理性质
铁是一种金属光泽的银白色金属,质软,有良好导电、导热性、延展性。粉末为黑色,属于重金属,黑色金属,常见金属。铁能被磁铁吸引,抗腐性强。
铜是一种有金属光泽的紫红色金属,有良好的导电、导热性,良好的延展性,粉末为紫红色,铜属于重金属,有色金属,常见金属。 (二)铁、铜的化学性质 1. 铁的化学性质 (1)与非金属反应
2Fe +3Cl 2点燃2FeCl 3(棕黄色的烟) 3Fe +2O 2点燃Fe 3O 4(Fe O ⋅Fe 2O 3) Fe +S ∆FeS
(铁与弱氧化性物质反应生成低价铁的化合物) (2)与酸反应
①与非氧化性酸:Fe +2H =Fe
+
2+
+2
+3
+H 2↑
②氧化性酸:常温下遇浓硫酸、浓硝酸会发生钝化,而加热时剧烈反应。 (3)与某些盐溶液反应 Fe +Cu 2
+
+
Fe 2+Cu
+
+
Fe +2Fe 3 3Fe 2 (4)铁的存在
铁在自然界中分布较广。在地壳中含量约5%,仅次于铝。分布在地壳中的铁均以化合态存在,游离态的铁只能在陨石中得到。常见的铁矿石有:磁铁矿(Fe 3O 4)、赤铁矿(Fe 2O 3)等。 2. 铜的化学性质
(1)与非金属单质反应 Cu +Cl 2
CuCl 2(红棕色的烟)
2Cu +S= Cu2S (硫化亚铜) (2)与某些盐溶液反应
C u +2AgNO 3=2Ag+Cu(NO3) 2 Cu +2FeCl 3=CuCl2+2FeCl 2 (3)与强氧化性的物质反应
3Cu +8HNO 3(稀)=3 Cu(NO3) 2+2NO ↑+4H 2O Cu +4HNO 3(浓)= Cu(NO3) 2+2NO 2↑+2H 2O Cu +2H 2SO 4(浓)=3 CuSO4+SO 2↑+2H 2O (三)Fe 2+和Fe 3+的相互转化
1. Fe2+→Fe3+:Fe 2+与强氧化剂(如Cl 2、Br 2、O 2、HNO 3、KMnO 4、浓H 2SO 4、H 2O 2等)反应时,被氧化为Fe 3+
-
2Fe 2++Cl 2=2Fe 3++2 Cl
--
2. Fe3+→Fe2+:Fe 3+与还原剂(如Zn 、Fe 、Cu 、S 2、I 、H 2S 等)反应时,被还原成Fe 2+
++
Fe +2Fe 3 =3Fe2
+
Cu +2Fe 3=Cu2++2Fe 2+ -+
S 2+2Fe 3=S↓+2Fe 2+ -+
2I +2Fe 3=I2+2Fe 2+
+
(四)Fe 3的检验
1. KSCN 法:加入KSCN 呈血红色的是Fe 3+溶液,而Fe 2+的溶液无此现象,这是鉴别Fe 2+和
+-
Fe 3+最常用、最灵敏的方法。Fe 3+3SCN Fe (SCN )3(红色) 2. 碱液法:可加入碱液,Fe 3有红褐色沉淀生成,Fe 2先生成白色沉淀,然后变成灰绿色,最
+
+
后变成红褐色。
Fe 3+3OH
+
-
Fe (OH )3↓(红褐色) Fe (OH )2↓(白色)
4Fe (OH )3
Fe 2+2OH
+
-
4 Fe(OH )2+O 2+2H 2
O (五)规律总结
三、钢铁的腐蚀
-
(一)金属腐蚀的本质:M -ne =Mn+ (二)钢铁的腐蚀
1. 化学腐蚀:金属跟周围的物质接触直接发生化学反应而引起的腐蚀。(次要)
2. 电化学腐蚀:钢铁不是纯净的铁,通常含有少量的碳杂质。金属在电解质溶液中发生原电池反应而引起的腐蚀,伴有电流。(主要)
⎧2Fe +2H 2O +O 2=2Fe (OH ) 2⎪
⎨4Fe (OH ) 2+2H 2O +O 2=4Fe (OH ) 3
⎪2Fe (OH ) ∆Fe O +3H O (Fe O ⋅xH O 即为铁锈)
3232232⎩
(三)金属的防护
(1)喷涂保护。 (2)改变结构。
(3)涂加更活泼的金属,通过牺牲涂加的金属来防护。 (4)连接电源负极,使铁不失去电子,这是最有效的保护。
第三单元 含硅矿物与信息材料
一、硅 1. 硅的存在
硅以化合态存在于自然界,硅元素主要存在于地壳的各种矿物和岩石里,硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,含量丰富,居地壳元素第二位。 2. 物理性质
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,熔点和沸点都很高,硬度也很大,晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体。 3. 化学性质
(1)很稳定,常温下不与O 2、Cl 2、浓HNO 3、浓H 2SO 4等反应。 (2)加热时表现出还原性:Si +O 2
SiO 2 。
(3)常温时,和强碱溶液反应:Si +2NaOH +H 2O= Na2SiO 3+2H 2↑ (4)常温时,与F 2、HF 反应 Si +2F 2= SiF4
Si +4HF= SiF4↑+2H 2↑ 4. 硅的重要用途
作为良好的半导体材料,硅可用来制集成电路、晶体管、硅整流器、太阳能电池等,主要用于电子工业。
5. 高纯硅的工业制法 (1)2C +SiO 2(2)Si +2Cl 2
高温
Si+2CO↑ (制粗硅)
高温
SiCl 4 (液态) Si +4HCl (精硅)
(3)SiCl 4+2H 2
高温
二、二氧化硅 1. SiO2的存在
SiO 2广泛存在于自然界中,与其他矿物共同构成了岩石,天然二氧化硅也叫硅石,是一种坚
硬难熔的固体。 2. 物理性质
硬度大、熔点高、不导电、不溶于水。天然的二氧化硅分为晶体和无定形两大类。 3. 化学性质
二氧化硅十分稳定,属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性,能与碱性氧化物、碱或碳酸盐等发生反应,不与水、酸(除HF 外)发生反应,能耐高温、耐腐蚀。 (1)与强碱反应:
SiO 2+2NaOH= Na2SiO 3+ H2O
硅酸钠是极少溶于水的硅酸盐中的一种,硅酸钠的水溶液俗称“水玻璃”,是建筑行业经常使用的一种黏合剂,还可用作肥皂填料、木材防火剂及防腐剂等。 (2)与HF 反应
SiO 2+4HF= SiF4↑+2H 2O
由于玻璃中含有大量的SiO 2,SiO 2与HF (溶液)反应很迅速,所以氢氟酸可用于雕刻玻璃。同时氢氟酸不用玻璃容器制备和贮存。 (3)与碱性氧化物反应 CaO+SiO2
高温
CaSiO 3(炼铁高炉的造渣反应)
(4)与碳酸盐反应 Na 2CO 3+SiO2CaCO 3+SiO2
高温
Na 2SiO 3+CO2↑
高温
CaSiO 3+CO2↑
4. 二氧化硅的结构:
二氧化硅晶体坚硬,耐磨,熔沸点高的原因是二氧化硅的结构是空间立体网状结构。该空间构形类似于金刚石,具有高硬度,高熔沸点特征。
天然产透明的二氧化硅晶体俗称水晶。水晶为无色透明的六棱柱状。由于水晶内部往往分散有不同的杂质,使水晶带有一定的颜色,所以有烟水晶和紫水晶之分。 5. 主要存在物质:
常见的以SiO 2为主要成分的有:燧石、沙子、石英、硅藻土、玛瑙、水晶等。 6. 二氧化硅的用途:
二氧化硅可用来做光导纤维;石英可用来做石英钟、石英表,耐高温的石英玻璃,水晶可以用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜等,含有有色杂质的石英,还可以用于制造精密仪器轴承;耐磨器皿和装饰品等;还用于作建筑材料。
三、硅酸(H 2SiO 3)
硅酸是一种比碳酸还弱的酸,它不溶于水,不能使指示剂变色,是一种白色粉末状的固体。 Na 2SiO 3+CO2+H 2O= H2SiO 3↓+Na 2CO 3 Na 2SiO 3+2HCl=H2SiO 3↓+2NaCl 四、硅酸盐工业 1. 水泥
生产水泥的主要原料:黏土、石灰石 生产水泥的设备:水泥回转窑
加入石膏的作用:调节水泥的硬化速度 普通水泥的主要成分:硅酸三钙(3 CaO·SiO 2)、硅酸二钙(2CaO·SiO 2)、铝酸三钙(3
CaO·Al 2O 3)。 2. 玻璃
生产普通玻璃的主要原料:纯碱、石灰石、石英 生产设备:玻璃熔炉 生产条件:高温熔融
形成玻璃的过程中的主要化学变化: Na 2CO 3+SiO2CaCO 3+SiO2
高温
Na 2SiO 3+CO2↑
高温
CaSiO 3+CO2↑
普通玻璃的主要成分:Na 2SiO 3、CaSiO 3、SiO 2或Na 2O ·CaO ·6SiO 2
种类:普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃、铅玻璃等。 3. 陶瓷
制造陶瓷的主要原料:黏土
陶瓷的优点:抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等。 五、用氧化物的形式表示硅酸盐的组成
书写顺序为:金属氧化物(较活泼的金属氧化物→较不活泼的金属氧化物)→二氧化硅→水。 如:硅酸钠[Na2SiO 3]:Na 2O ·SiO 2 镁橄榄石[Mg2SiO 4]: 2MgO ·SiO 2
高岭土[Al2(Si2O 5)(OH)4]:Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O 正长石 [K2Al 2Si 6O 16]:K 2O ·Al 2O 3·6SiO 2
六、规律总结
专题4 硫、氮和可持续发展
第一单元 硫及其化合物的“功”与“过”
一、硫酸型酸雨的形成与防治 (一)酸雨
正常的雨水pH 约为5.6(这是由于溶解了CO 2的缘故). 酸雨是指pH
主要有两种形式
2. 危害
① 影响水生生物的生长和繁殖 ② 破坏农作物和树木生长 ③ 腐蚀建筑物、雕塑、机器 ④ 危害人体健康等 3. 防治
① 研究开发替代化石燃料的新能源(氢能、太阳能、核能等)
② 利用化学脱硫处理或尾气回收, 如烟道气中SO 2回收的两种方法(变废为宝)
SO 2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O 石灰石-石膏法
2CaSO 3+O2=2CaSO4 (CaSO4·2H 2O 为石膏) SO 2+2NH3+H2O=(NH4) 2SO 3 氨水法 SO 2 +NH 3+H2O=NH4HSO 3
2(NH4) 2SO 3+O2=2(NH4) 2SO 4 (一种肥料) (二)二氧化硫
是一种无色有刺激性气味、有毒的气体、易液化、易溶于水(1体积水能溶约40体积SO 2) 1. 化学性质 ①酸性氧化物
-
SO 2+H2O=H2SO 3H ++HSO3 中强酸(能使紫色石蕊试液变红色) SO 2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O CaSO 3+SO2+H2O=Ca(HSO3) 2
②还原性
H 2O 2+SO2= H2SO 4 SO 2+Br2+2H2O=2HBr+ H2SO 4 此外,SO 2还能使氯水、酸性KMnO 4溶液等褪色。 ③氧化性
SO 2+2H2S=3S+2H2O (SO 2、、H 2S 气体不能大量共存) ④漂白性
SO 2能跟某些有色物质化合生成不稳定的无色化合物,如能漂白品红、纸浆、草编织品等;但其漂白性有一定的局限,如不能使酸碱指示剂褪色等。
二、硫酸和硫酸盐 (一)硫酸的工业制法
1. 反应原理
①造气 S+O2SO 2 (或4FeS 2+11O22Fe 2O 3+8SO2)
催化剂 ②接触氧化 2SO 2+O2
2SO 3 ③SO 3的吸收 SO 3+H2O=H2SO 4
2. 流程图(见课本P84 图4-4)
(二)硫酸
一种无色粘稠状液体,难挥发、沸点高,比水重,溶于水时放出大量的热。
1. 化学性质
-① 酸性:H2SO 4=2H++SO42
+-稀H 2SO 4具有H 的性质(酸的通性)及SO 42的特性。
●热点链接
如何稀释浓H 2SO 4 在稀释浓H 2SO 4时,, 应将浓H 2SO 4沿玻璃棒缓缓地倒入烧杯的水中, 并不断搅拌, 使产生的热量迅速地扩散.(若将水倒入浓H 2SO 4中, 浓H 2SO 4密度比水大, 溶解时的放热作用使水沸腾而使H 2SO 4溅出) 。
②难挥发性: NaCl+ H2SO 4 (浓) NaHSO 4+HCl↑ (高沸点酸制低沸点酸)
③吸水性: 浓H 2SO 4能跟水分子强烈结合成水合物. 如浓H 2SO 4吸收水蒸汽在科学实验中作干燥剂;浓H 2SO 4能夺取结晶水合物中的结晶水等。
④脱水性: 浓H 2SO 4按水的组成比夺取某些有机化合物中的氢、氧元素, 形成水分子. 如:
C 12H 22O 1112C+11H2O
该反应放热使水蒸气蒸发, 使生成碳呈疏松多孔状。过量的浓H 2SO 4这时还能继续氧化碳而产生SO 2气体。
⑤强氧化性: 利用浓H 2SO 4的强氧化性,Al 、Fe 常温下遇浓H 2SO 4可发生钝化(实际中有什么应用?); 浓H 2SO 4能与绝大部分金属发生氧化还原反应, 也能与一些非金属反应。如: Cu+2 H2SO 4 (浓)
C+2 H2SO 4 (浓) CuSO 4+SO2↑+2H2O CO 2↑+SO2↑+2H2O
浓H 2SO 4的还原产物通常为SO 2。正是由于浓H 2SO 4的氧化性,所以浓H 2SO 4与金属反应均没有H 2产生,也不能用浓H 2SO 4制备(或干燥)一些还原性气体,如:HI 、H 2S 等。
2. 用途:化肥、医药、农药的生产,金属矿石的处理,金属材料的表面清洗以及科学实验上的干燥剂,有机合成上的催化剂等。
(三)硫酸盐
-2
几种重要的硫酸盐及其应用
①硫酸钙
利用上述反应制出各种模型及医疗上的石膏绷带。
②硫酸钡 俗称重晶石,不溶于水、酸等,不易被X 射线透过。医疗上作检查肠胃内服的药剂(钡餐)。
③硫酸亚铁 FeSO 4·7H 2O 俗称绿矾,是防治缺铁性贫血的药剂。
④硫酸铜 CuSO 4·5H 2O 俗称胆矾,可配制“波尔多液”(农药)。
此外,还有明矾〔KAl(SO4) 2·12H 2O 〕作净水剂;芒硝(Na 2SO 4·10H 2O )作缓泻剂等。
三、硫和含硫化合物的相互转化
(一)硫和一些含硫化合物
自然界中既有游离态的硫,又有化合态的硫存在,如火山喷口附近、地壳岩层、矿物煤和石油等。
1. 硫
淡黄色的硫能与铁、铜、汞、H 2、O 2等化合。
2Cu +S ∆ Cu 2S(黑色) ⎫⎪( ⎬S 具有较弱的氧化性)Fe +S ∆ FeS (黑色)⎪⎭
Hg+S=HgS (黑) (常温下进行,可用于硫磺处理洒落的汞)
H 2+SH 2S S+O2SO 2
2. 亚硫酸钠
亚硫酸钠同亚硫酸一样易氧化。2Na 2SO 3+O2= 2Na2SO 4 (亚硫酸盐要密封保存) Na 2SO 3+Cl2+H2O =Na2SO 4+2HCl
(二)含硫物质的相互转化
第二单元 生产生活中的含氮化合物
一、氮氧化物的生产
(一)氮及其氧化物
1、氮气
无色无味的气体,难溶于水。
(1)与O 2的化合(放电或高温条件下)
N 2+O 2放电2NO 2NO +O 2=2NO 2 3NO 2+H 2O =2HNO 3+NO
(2)与H 2的化合
N 2+3H22NH 3
氮气主要有以下三方面的应用:化工原料(合成氨、制硝酸等);保护气(填充灯泡、保鲜水果、粮食的保存等);冷冻剂(超低温手术、超导材料的低温环境等)。
(二)氮氧化物对环境的污染与防治
1. 形成
氮肥的生产、金属的冶炼和汽车等交通工具的使用等,产生大量的氮氧化物,火山爆发、雷鸣电闪等也会将氮气转变为氮氧化物。
2. 危害
(1)产生硝酸型酸雨 (2)产生光化学烟雾
3. 防治
①使用洁净能源,减少氮氧化物的排放
②为机动车辆安装尾气转化装置,将汽车尾气中的CO 和NO 转化成CO 2和N 2
2CO +2NO 催化剂2CO 2+N 2
③对生产化肥、硝酸的工厂排放的废气进行处理
2NO 2+2NaOH =NaNO 3+NaNO 2+H 2O
NO 2+NO +2NaOH =2NaNO 2+H 2O
二、氮肥的生产和使用
(一)氨气
1. 氨气的合成 N 2+3H22NH 3
2. 氨气的性质
氨是没有颜色、有刺激性气味的气体,密度比空气小,易液化。液态的氨汽化时要吸收大量的热,使周围的温度急剧下降,所以液氨常用作制冷剂。
氨气极易溶于水(1体积水能溶解700体积的NH 3),水溶液叫氨水,其密度随质量分数的增大而下降。
氨的化学性质主要有:
+-①与水反应 NH 3+H2O NH 3·H 2O NH 4+OH
+-氨水是混合物,溶液中含有H 2O 、NH 3·H 2O 、NH 3等分子和NH 4、OH (还含有极少量的H +)
等离子(氨在水中大部分以NH 3·H 2O 形式存在),所以,溶液呈弱碱性,能使无色的酚酞试液变红色。
氨水易挥发,受热时容易逸出氨气(NH 3·H 2O NH 3↑+ H2O ),不易运输保存等,所以常将氨转化成各种铵盐。
②与酸反应 NH 3+HCl=NH4Cl
呈现冒白烟现象,白烟是生成的NH 4Cl 小颗粒,这可以检验氨气的存在。
③与一些氧化剂的反应 4NH 3+5O2
3. 氨气的实验室制备 Ca(OH)2+2NH4Cl 4NO+6H2O CaCl 2+2NH3↑+2H2O
收集NH 3用向下排空气法;检验用湿润的红色石蕊试纸(变蓝)或用蘸有浓盐酸的玻璃棒(冒白烟);干燥用盛碱石灰(CaO 和NaOH 的混合物)的干燥管。
(二)铵盐
+由铵根离子(NH 4)和酸根离子构成的化合物叫铵盐,铵盐都是晶体、易溶于水。
1. 不稳定性
一般铵盐受热分解出氨气和相应的酸。 ..
NH 4HCO 3
NH 4Cl NH 3↑+CO2↑+ H2O (NH 4)2SO 4 NH 3↑+HCl↑ 2NH 3↑+H2SO 4
NH 4Cl 受热分解有类似“升华”现象(NH 3+HCl 冷NH 4Cl ),可用于物质的提纯,如NaCl 混入NH 4Cl 中可加热提纯。
2. 与碱的反应
NH 4Cl+NaOHNaCl+ NH3↑+ H2O
铵盐与碱共热都能产生氨气,这是铵盐的特征反应。可据此检验铵盐的存在,即取样品与NaOH 溶液共热,产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色,说明样品含铵盐。
贮存铵盐应密封包装并放在阴凉通风处,铵盐属于铵态氮肥,在施用铵态氮肥时,要避免与碱性肥料混合施用。
三、硝酸
(一)硝酸的工业制法
4NH 3+5O24NO+6H2O
4NO+3O2+2H2O=HNO3
(二)硝酸的性质
硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体,能以任意比溶解于水。69%的硝酸被称为浓硝酸,98%的浓硝酸通常叫“发烟硝酸”,浓硝酸常带有黄色。
1. 不稳定性
4 HNO 3光或热2H 2O +4NO 2↑+O 2↑
硝酸应贮存在避光、低温处。
2. 强氧化性
3Cu +8HNO 3(稀)=3 Cu(NO3) 2+2NO ↑+4H 2O
Cu +4HNO 3(浓)= Cu(NO3) 2+2NO 2↑+2H 2O
浓HNO 3还能使铁、铝等发生钝化现象。所以可用铝制容器装运浓硝酸。
四、规律总结