寧夏 王開山

抓關(guān)鍵 找聯(lián)系 破難點
——略談非金屬及其化合物的復(fù)習(xí)

寧夏 王開山

元素及其化合物知識似肌肉組織一樣附著在以氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、電化學(xué)、平衡理論、物質(zhì)結(jié)構(gòu)等概念和理論骨架上，其特點是散，碎、雜、亂。怎樣更好的復(fù)習(xí)元素及其化合物的知識呢？筆者在高三復(fù)習(xí)過程中通過歸納關(guān)鍵詞抓住典型元素及其化合物的典型性質(zhì)，通過發(fā)散思維與基本概念和基本理論建立起聯(lián)系進行復(fù)習(xí)收到了比較好的效果?，F(xiàn)以典型非金屬元素及其化合物為例略述如下：

一、硅

四面體結(jié)構(gòu)、原子晶體、反常等

1．四面體結(jié)構(gòu)

①Si—O鍵的鍵能為452kJ·mol－1，在自然界中硅主要以“Si—O”四面體結(jié)構(gòu)形成硅酸鹽等。

②晶體硅、二氧化硅等為四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

③在硅酸和高濃度硅酸鈉溶液中并不存在單獨的H2SiO3分子或SiO2－3獨立結(jié)構(gòu)單元，而實際上是通過分子間的脫水形成的一個個“SiO4”四面體連綴，從而形成長鏈形結(jié)構(gòu)，使得硅酸和硅酸鈉都具有一定的黏性。

2．原子晶體

晶體硅、二氧化硅晶體、金剛砂（SiC）、Si3N4等為原子晶體，熔沸點高，硬度大。Si均采用sp3雜化形式。

3．反常

①Si的還原性強于C，但C卻能在高溫下還原出Si，即SiO2＋C ===Si＋2CO。

②通常只有金屬單質(zhì)才能從酸中置換出氫氣，非金屬單質(zhì)一般能與氧化性酸作用，但常溫下Si與HF反應(yīng)置換出H2。

③很多酸可有對應(yīng)的酸酐與水反應(yīng)制得，但硅酸不能由其酸酐SiO2和水反應(yīng)制得。

④非金屬氧化物的熔、沸點一般較低，但SiO2的熔、沸點卻很高。

⑤一般情況下，非金屬元素單質(zhì)，熔、沸點低，硬度小，但硅的熔、沸點高，硬度大。

二、氯

關(guān)鍵詞：歧化、歸中、新制氯水、殺菌效率等

1．歧化、歸中

①氯氣與水、堿溶液等在常溫或高溫發(fā)生歧化反應(yīng)生成－1價氯化物和次氯酸鹽或氯酸鹽等。

②濃鹽酸具有較強的還原性，會與次氯酸鹽或氯酸鹽等發(fā)生歸中反應(yīng)生成氯氣，這也是氯氣常見的替代制法。

2．新制氯水

新制氯水成分復(fù)雜，經(jīng)常會考查其酸性、氧化性、漂白性等。

3．殺菌效率

隨著新型的含氯消毒劑不斷出現(xiàn)，經(jīng)?？疾楹认緞﹨⑴c的氧化還原反應(yīng)配平以及含氯消毒劑的殺菌效率評價和比較等。

三、硫

關(guān)鍵詞：氧化性、還原性、離子濃度大小比較、脫硫等

1．氧化性

濃硫酸具有強氧化性，二氧化硫具有弱氧化性。

2．還原性

＋4價硫元素、－2價硫元素等具有強還原性，可與常見氧化劑發(fā)生反應(yīng)。

3．離子濃度大小比較

S2－為二元弱酸陰離子，經(jīng)常會考查Na2S、NaHS等溶液中離子濃度大小比較問題。

4．脫硫

由于SO2是大氣污染物，根據(jù)SO2的酸性氧化物性質(zhì)和還原性經(jīng)常用堿溶液和氧氣對其進行吸收，使其轉(zhuǎn)化為亞硫酸鹽或硫酸鹽，達到脫硫的目的。

四、氮

關(guān)鍵詞：化合價多樣性、強氧化性、守恒、平衡等

1．化合價多樣性

N元素有－3、0、＋1、＋2、＋3、＋4、＋5五種化合價，對應(yīng)的物質(zhì)種類繁多，不同化合價之間的轉(zhuǎn)化要用氧化還原反應(yīng)進行分析和解答。

2．強氧化性

無論濃稀硝酸都具有強氧化性，酸性條件下的硝酸鹽也具有強氧化性，在溶液中會與還原性的微粒發(fā)生反應(yīng)。

3．守恒

硝酸與金屬反應(yīng)的計算經(jīng)常利用電子守恒和元素守恒進行解答。

4．平衡

N2O4和NO2之間的相互轉(zhuǎn)化可以建立起平衡：以該平衡為素材可以結(jié)合圖象考查化學(xué)反應(yīng)速率的計算、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、化學(xué)平衡的移動、化學(xué)平衡常數(shù)的計算等。

典型高考試題賞析

【例1】下列有關(guān)說法正確的是（ ）

A．（2015安徽）SiO2既能和NaOH溶液反應(yīng)又能和氫氟酸反應(yīng)，所以是兩性氧化物

B．（2015北京）某消毒液的主要成分為NaClO，該消毒液與潔廁靈（主要成分為HCl）混用，產(chǎn)生有毒Cl2∶2H＋＋

C．（2015重慶）SO2和SO3混合氣體通入Ba（NO3）2溶液可得到BaSO3和BaSO4

D．（2014安徽）Na2S溶液中粒子濃度大小關(guān)系：c（Na＋）＞c（HS－）＞c（OH－）＞c（H2S）

【解析】本題考查重要非金屬元素的單質(zhì)及其化合物的典型性質(zhì)。A項考查SiO2與氫氟酸反應(yīng)的特殊性，SiO2和氫氟酸反應(yīng)是由于生成了SiF4氣體，SiO2與鹽酸、硫酸等并不發(fā)生反應(yīng)，不是兩性氧化物，錯誤；B項考查NaClO溶液的強氧化性，NaClO溶液與HCl會發(fā)生Cl元素的歸中反應(yīng)：2H＋＋Cl－＋ClO－===Cl2↑＋H2O，正確；C項考查SO2的強還原性以及酸性條件下NO3－的強氧化性。SO2和SO3混合氣體通入Ba（NO3）2溶液中，溶液呈酸性，具有強氧化性，＋4價硫元素具有強還原性，最終只得到BaSO4沉淀，錯誤；D項考查二元弱酸陰離子S2－的分步水解。Na2S溶液呈堿性，OH－來自于H2O的電離和S2－的水解，所以溶液中粒子濃度大小關(guān)系為c（Na＋）＞c（OH－）＞c（HS－）＞c（H2S），錯誤。

【答案】B

【例2】（2013上海，節(jié)選）實驗室二氧化硫尾氣吸收與工業(yè)煙氣脫硫的化學(xué)原理相通。石灰－石膏法和堿法是常用的煙氣脫硫法。石灰－石膏法的吸收反應(yīng)為SO2＋吸收產(chǎn)物亞硫酸鈣由管道輸送至氧化塔氧化，反應(yīng)為2CaSO4·2H2O。其流程如下圖：

已知：

___________試劑Ca（OH）2NaOH______ _______價格（元／kg）0．36 2．90______吸收SO2的成本（元／mol）0．027 0．232______

石灰－石膏法和堿法吸收二氧化硫的化學(xué)原理相同之處是___________________。和堿法相比，石灰－石膏法的優(yōu)點是_________________，缺點是___________________。

在石灰－石膏法和堿法的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個改進的、能實現(xiàn)物料循環(huán)的煙氣脫硫方案（用流程圖表示）。

【解析】由于二氧化硫是大氣污染物，所以可以利用二氧化硫為酸性氧化物的性質(zhì)和還原性將其轉(zhuǎn)化成可利用的亞硫酸鹽或硫酸鹽。根據(jù)兩個轉(zhuǎn)化圖示，可知都是利用了二氧化硫酸性氧化物的性質(zhì)與堿進行反應(yīng)。利用題中有關(guān)信息可知采用石灰－石膏法所用原料易得、成本低等，但因Ca（OH）2堿性弱，導(dǎo)致吸收速率慢、效率低；依據(jù)上述流程操作存在的缺點可以首先利用氫氧化鈉溶液吸收，再將亞硫酸鈉與Ca（OH）2反應(yīng)生成CaSO3和NaOH，能實現(xiàn)NaOH的循環(huán)使用。

【答案】利用SO2是酸性氧化物，可與堿反應(yīng) 原料易得，吸收成本低 吸收速率慢，效率低

【例3】（2015重慶）ClO2與Cl2的氧化性相近。在自來水消毒和果蔬保鮮等方面應(yīng)用廣泛。某興趣小組通過圖1裝置（夾持裝置略）對其制備、吸收、釋放和應(yīng)用進行了研究。

圖1

（1）儀器D的名稱是________。安裝F中導(dǎo)管時，應(yīng)選用圖2中的________。

圖2

（2）打開B的活塞，A中發(fā)生反應(yīng)：2NaClO3＋4HCl ===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。為使ClO2在D中被穩(wěn)定劑充分吸收，滴加稀鹽酸的速度宜________（填“快”或“慢”）。

（3）關(guān)閉B的活塞，ClO2在D中被穩(wěn)定劑完全吸收生成NaClO2，此時F中溶液的顏色不變，則裝置C的作用是__________________________________________________。

（4）已知在酸性條件下NaClO2可發(fā)生反應(yīng)生成NaCl并釋放出ClO2，該反應(yīng)的離子方程式為_________________，在ClO2釋放實驗中，打開E的活塞，D中發(fā)生反應(yīng)，則裝置F的作用是____________________________________。

（5）已吸收ClO2氣體的穩(wěn)定劑Ⅰ和穩(wěn)定劑Ⅱ，加酸后釋放ClO2的濃度隨時間的變化如圖3所示，若將其用于水果保鮮，你認為效果較好的穩(wěn)定劑是_________________，原因是__________________________________________________。

圖3

【解析】該題以稀鹽酸和NaClO3發(fā)生歸中反應(yīng)生成ClO2和Cl2為素材，結(jié)合反應(yīng)裝置和圖象全面考查混合物的分離、檢驗及使用效果評價等。

（1）根據(jù)儀器特征，儀器D的名稱是錐形瓶；根據(jù)操作分析，F(xiàn)裝置應(yīng)是Cl2和KI反應(yīng)，所以應(yīng)長管進氣，短管出氣，選b。

（2）為使ClO2在D中被穩(wěn)定劑充分吸收，滴加稀鹽酸的速度要慢。

（3）F裝置中若有Cl2，則發(fā)生Cl2＋2KI ===2KCl＋I2，淀粉遇碘變藍，所以F中溶液的顏色不變，則裝置C的作用是吸收Cl2。

（4）在酸性條件下NaClO2可發(fā)生反應(yīng)生成NaCl并釋放出ClO2，該反應(yīng)的離子方程式為4H＋＋5ClO2－=== Cl－＋4ClO2↑＋2H2O；在ClO2釋放實驗中，打開E的活塞，D中發(fā)生反應(yīng)，則裝置F的作用是驗證是否有ClO2生成。

（5）根據(jù)圖3可知穩(wěn)定劑Ⅱ可以緩慢釋放ClO2，能較長時間維持保鮮所需的濃度，所以穩(wěn)定劑Ⅱ效果較好。

【答案】（1）錐形瓶 b

（2）慢

（3）吸收Cl2

（5）穩(wěn)定劑Ⅱ 穩(wěn)定劑Ⅱ可以緩慢釋放ClO2，能較長時間維持保鮮所需的濃度

（作者單位：寧夏育才中學(xué)）