非金属元素及其化合物

徐文华

非金属元素及其化合物历来都是高考化学的重点和必考点。在高考中，多以非金属元素及其化合物的性质作为载体，综合考查基本概念、基本理论、化学实验及计算等知识。学生在复习时应注意与其他板块知识进行联系，要特别注重强化物质制备或性质验证实验题、化工流程题等方面的题型，提高复习的针对性和有效性。

一、领悟考纲，明晰要求

常见非金属元素有H、C、N、O、Si、S、Cl等。2016年《考试说明》对“非金属元素及其化合物”这一专题各考点明确指出：了解常见非金属单质及其重要化合物的主要性质及应用；了解常见非金属单质及其重要化合物对环境质量的影响。

解读考纲中有关非金属元素及其化合物的有关要求可知，学生要重点掌握常见非金属元素单质及其重要化合物的化学性质、转化关系、用途及制法，与其他专题知识有机融合。高考注重全方位、多层次地对学生的理解能力、实验能力、文字表达能力、处理信息及分析应用能力的综合考查。

二、构建网络，注重整合

1.元素非金属性的判断方法

（1）根据非金属元素的原子结构和元素周期律判断

①同一周期（稀有气体除外），从左到右，非金属元素原子半径逐渐减小，原子得电子能力逐渐增强，元素的非金属性逐渐增强。如第三周期中，硅、磷、硫、氯的非金属性逐渐增强。②同一主族，从上到下，非金属元素原子半径逐渐增大，原子得电子能力逐渐减弱，元素的非金属性逐渐减弱。如卤族元素中，氟、氯、溴、碘的非金属性逐渐减弱。

（2）根据非金属单质与H2化合的难易程度判断

一般来说，非金属单质与H2越易化合，其对应元素的非金属性越强。如卤族元素中，F2与H2在冷暗处即能剧烈化合而爆炸，Cl2与H2在光照或点燃条件下即能迅速反应，Br2与H2在加热条件下才能反应，I2与H2需持续加热才能慢慢反应，F2、Cl2、Br2、I2与H2化合越来越难，故氟、氯、溴、碘的非金属性逐渐减弱。

（3）根据气态氢化物的热稳定性大小判断

气态氢化物的热稳定性越强，其对应元素的非金属性越强。如第三周期中，气态氢化物的热稳定性大小顺序为HCl>H2S>PH3>SiH4，故硅、磷、硫、氯的非金属性逐渐增强。

（4）根据非金属元素最高价氧化物对应水化物的酸性强弱判断

非金属元素最高价氧化物对应水化物的酸性越强，其对应元素的非金属性越强。如第三周期中，最高价含氧酸的酸性强弱顺序为HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3，故硅、磷、硫、氯的非金属性逐渐增强。

（5）根据非金属间的置换反应判断

若某非金属单质与某非金属盐溶液之间能发生置换反应，反应物中单质对应元素的非金属性比生成物中单质对应元素的非金属性强。如Cl2与Na2S溶液反应生成单质硫，则氯元素的非金属性强于硫元素。

（6）根据非金属阴离子的还原性强弱判断

非金属阴离子的还原性越强，其对应元素的非金属性越弱。如阴离子還原性强弱顺序为S2?>I?>Br?>Cl?，则元素S、I、Br、Cl的非金属性逐渐增强。

注意：①不能依据非金属单质或化合物的物理性质判断元素非金属性强弱。②不能依据含氧酸的稳定性强弱及无氧酸的酸性强弱判断元素非金属性强弱。③非金属单质的氧化性强弱并不一定与非金属元素的强弱一致，如Cl2比O2的氧化性强，但Cl的非金属性却比O弱。

2.常见非金属单质

[用途＼&CH4是一种理想气体燃料，可用作燃料电池；NH3常用于制造氮肥和硝酸；氢氟酸可用于刻蚀玻璃；实验室可用浓盐酸制氯气，用稀盐酸清洗铁锈等＼&制法＼&实验室常用熟石灰与氯化铵加热反应（或将浓氨水加到生石灰或氢氧化钠粉末中）制NH3，工业上可用N2与H2在催化剂、高温、高压条件下反应合成氨；实验室用FeS与稀硫酸（或稀盐酸）反应制H2S＼&]

4.常见非金属氧化物

[氧化物＼&CO、CO2、SO2、SO3、NO、NO2、SiO2＼&物

理

性

质＼&色、态、味＼&除SiO2外，其余均为气体；除NO2为红棕色外，其余均为无色气体；SO2、NO2有刺激性气味；标准状况下，SO3为固体；SO2易液化＼&密度＼&SO2、NO2、CO2均比空气重，可用向上排空气法收集；CO、NO和空气密度相差不大，只能用排水法收集（NO易与氧气反应）＼&溶解性＼&SO2、NO2易溶于水（做喷泉实验）；CO2能溶于水；CO、NO难溶于水＼&毒性＼&除CO2、SiO2外，其余均有毒＼&类型＼&CO2、SO2、SO3、SiO2是酸性氧化物；CO、NO、NO2是不成盐氧化物＼&化

学

性

质＼&与水反应＼&CO2、SO2、SO3与水反应生成相应的含氧酸；NO2与水反应生成相应酸及NO；SiO2、CO、NO不溶于水＼&与碱反应＼&CO2、SO2、SO3与碱液反应生成正盐或酸式盐；SiO2与碱液反应一般生成硅酸盐；NO2与碱液发生歧化反应生成硝酸盐和亚硝酸盐＼&氧化性或

还原性＼&SO2主要表现强还原性，NO2主要表现强氧化性；SO3、CO2、SiO2只表现弱氧化性。例如：SO2能被Cl2、Br2、I2、[MnO-4]、Fe3+、ClO-、[NO-3] 等氧化剂氧化；NO2能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝；镁条能在CO2中燃烧＼&特性＼&SO2能使品红溶液褪色；NO遇氧气变为红棕色；SiO2与氢氟酸反应＼&用途＼&工业上用CO还原赤铁矿炼铁、作燃料等；CO2常用作灭火剂、人工降雨、制纯碱和尿素等；SO2常用作漂白剂、杀菌剂、制硫酸等；NO可作为传递神经信息的“信使分子”；NO2常用于制硝酸；SiO2常用作光导纤维、制造石英表等＼&实验室制法＼&常用大理石与稀盐酸反应制CO2；常用Na2SO3粉末与浓硫酸反应（或铜片与浓硫酸在加热条件下反应）制SO2；常用铜片与浓硝酸反应制NO2；常用铜片与稀硝酸反应制NO＼&环保＼&SO2、NO、NO2、CO均为大气污染物：SO2形成硫酸性酸雨；NOx形成硝酸性酸雨和光化学烟雾；CO、NO易与血红蛋白结合使其失去携氧能力而使人中毒；CO2造成温室效应＼&]

5.常见无机酸的重要规律和特性

（1）最高价含氧酸的酸性强弱规律

①依据元素周期律进行判断：同一周期，从左到右，最高价含氧酸的酸性逐渐增强；同一主族，从上到下，最高价含氧酸的酸性逐渐减弱（见下表）。

②依据元素非金属性强弱进行判断：非金属性强弱顺序为Cl>S>P>C>Si，则最高价含氧酸的酸性强弱顺序为HClO4>H2SO4>H3PO4>H2CO3>H2SiO3。

③要证明酸性强弱顺序，可利用复分解反应中“强酸制弱酸”的规律。[常见酸的酸性强弱顺序：] [HCl

H2SO4

HNO3][> >CH3COOH>H2CO3>][H3PO4

H2SO3] [HClO

H2SiO3

H3AlO3

H2S

C6H5OH] [强酸][中强酸] [弱酸]

（2）常见无机酸的重要特性

①硝酸、HClO见光或受热易分解，故浓硝酸和新制氯水应在带有玻璃塞的棕色试剂瓶中密封保存，并置于冷暗处。硝酸、浓硫酸和HClO都属于氧化性酸。

②浓盐酸、浓硝酸均是挥发性酸，遇氨气均能形成白烟（固态铵盐小颗粒）；浓硫酸为难挥发性酸，与氨气反应不能形成白烟。

③浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性。浓硫酸的吸水性可用于干燥酸性或中性气体（不能干燥NH3、H2S、HI、HBr）。蓝色的胆矾遇浓硫酸变白是利用浓硫酸的吸水性，酯化反应和硝化反应都是利用浓硫酸的催化作用和吸水性。浓硫酸的脱水性可用于实验室制取CO、C2H4等，蔗糖炭化也是利用浓硫酸的脱水性。常温下浓硫酸使铁制容器或铝制容器表面钝化（化学变化）；碳与浓硫酸在加热时反应生成CO2和SO2；铜与浓硫酸在加热时反应生成CuSO4和SO2，但变稀时不再与铜反应；锌与浓硫酸常温下反应生成ZnSO4和SO2，变稀时反应生成ZnSO4和H2。

④浓硝酸和稀硝酸均具有强氧化性。常温下浓硝酸使铁制容器或铝制容器表面钝化；碳与浓硝酸加热时反应生成CO2和NO2；铜与浓硝酸反应生成NO2，随着反应的进行，硝酸不断变稀，会与铜继续反应生成NO。上述两个反应均是利用硝酸的强氧化性和酸性。

⑤浓盐酸主要表现还原性。二氧化锰与浓盐酸在加热时反应生成氯气，是利用盐酸的还原性和酸性；稀盐酸与锌粒反应生成氢气，是利用盐酸的弱氧化性和酸性。

6.典型非金属元素单质及其化合物间的相互转化关系

（1）氯及其重要化合物间的相互转化[H2SO4 Br2 I2 CuCl2 FeCl3 FeCl2][Cl2] [SO2 NaBr KI Cu Fe Fe][Fe][NaClO Cl2 HCl NH4Cl][NaOH][ H2 NH3

MnO2] [NaOH][AgNO3] [H2O] [CO2+H2O] [Na

熔融通電][NaOH][AgNO3][O2 HClO Ca（ClO）2 NaCl AgCl][Ca（OH）2] [AgNO3]

（2）氮及其重要化合物间的相互转化 [Ca（OH）2

HCl] [NH4Cl NH3 N2 NO NO2 HNO3][O2

H2O] [H2O

Cu] [NaOH][浓H2SO4

][NaNO3] [H2O][[NH+4]+OH- NH3·H2O] [H2 O2] [O2，催化剂 Cu]

（3）碳、硅及其重要化合物间的相互转化[Ca（OH）2 CaO CaCO3 Ca（HCO3）2][H2O] [CO2] [CO2+H2O

Na2CO3，[]] [CaCl2/Ca（OH）2] [NaOH] [C CO2 Na2CO3 ][Na2O/NaOH

HCl/FeCl3/SiO2] [浓HNO3/浓H2SO4/O2

Mg] [CuO/O2/Fe2O3] [CO][C] [O2] [SiO2] [SiO2][O2/FeO

C] [Si SiO2 Na2SiO3] [Cl2 H2][HF] [H+/CO2+H2O][SiCl4 SiF4 H2SiO4 H2SiO3] [NaOH]

（4）硫及其重要化合物间的相互转化[O2，燃烧

H2S] [SO2

H2] [O2，催化剂，[]] [NaOH][H2S S SO2 SO3 Na2SO4] [H2SO4

NaOH] [Fe，[]] [a.浓酸，Cu，[]

b.浓酸，C，[]

Cl2

] [H2O] [H2O] [BaCl2] [NaOH] [FeS Na2SO3 H2SO3 H2SO4 BaSO4] [O2 Ba（OH）2][Na2O2][O2，燃烧][与品红化合（检验）]

7.常见气体的检验

（1）Cl2、NO2的检验

可直接根据颜色判断，Cl2是黄绿色气体，NO2是红棕色气体。

（2）NH3的检验

将湿润的红色石蕊试纸靠近集气瓶口，若试纸变蓝，证明为NH3。

（3）SO2的检验

方法一：将待检气体通入盛有少量品红溶液的试管中，品红溶液褪色，加热该试管，溶液又变红色，证明为SO2。

方法二：将待检气体通入盛有Ba（NO3）2溶液的试管中，若产生白色沉淀，证明为SO2。

（4）CO2的检验

将待检气体通入少量品红溶液中，品红溶液不褪色，再通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，证明为CO2。

（5）NO的检验

待检气体遇空气变红棕色，证明为NO。

（6）H2S的检验

将湿润的醋酸铅试纸靠近集气瓶口，若试纸变黑，证明为H2S。

8.常见非金属元素形成的离子的检验

（1）利用酸碱指示剂检验

H+：滴入紫色石蕊试液，溶液变红色。

OH?：滴入酚酞试液，溶液变红色；滴入紫色石蕊试液，溶液变蓝色。

（2）利用盐酸和其他试剂检验

[CO2-3]：加入BaCl2溶液或CaCl2溶液后生成白色沉淀，再滴加稀盐酸沉淀溶解，并放出无色无味气体。

[SO2-3]：加入BaCl2溶液或CaCl2溶液后生成白色沉淀，再滴加稀盐酸沉淀溶解，并放出無色有刺激性气味能使品红溶液褪色的气体。

[SO2-4]：先加入足量稀盐酸，无沉淀生成，再加入BaCl2溶液，产生白色沉淀。

（3）利用硝酸酸化的AgNO3溶液检验

X?：滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀，证明含有Cl?；产生淡黄色沉淀，证明含有Br?；产生黄色沉淀，证明含有I?。

（4）利用某些特征反应检验

I?：滴入淀粉溶液和氯水，溶液变蓝色（或加入氯水和CCl4，CCl4层呈紫红色）。

[NH+4]：加入NaOH溶液，加热，产生的气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝（或产生的气体与浓盐酸反应产生白烟）。

三、直击高考，注重应用

常见非金属元素及其化合物是中学化学的重要组成部分，其中的物质结构、化学性质及其重要用途是高考考查的重点，学生应熟练掌握，这方面的知识多与其他专题知识进行综合考查。下面就以高考中有关非金属元素及其化合物的试题为例进行分析说明。

1.考查非金属元素及其化合物在化学用语中的应用

例1.（2015·江苏卷）下列有关氯元素及其化合物的表示正确的是（ ）

A.质子数为17、中子数为20的氯原子：[Cl][20

17]

B.氯离子（Cl?）的结构示意图：

C.氯分子的电子式： [ Cl Cl ]

D.氯乙烯分子的结构简式：H3C—CH2Cl

解析：本题主要考查氯元素及其化合物的化学用语，意在考查学生对常见化学用语的理解及简单应用能力。A项，元素原子的左上角应标明质量数，应为17+20=37；B项，Cl?的最外层有8个电子；D项，氯乙烯分子中有一个碳碳双键，结构简式为CH2 CHCl。

答案：C

2.考查非金属元素及其化合物的化学性质在基本实验操作中的应用

例2.（2016·四川卷）根据下列实验操作和现象得出的结论正确的是（ ）

[选项＼&实验操作＼&现象＼&结论＼&A＼&将某溶液与稀盐酸反应产生的气体通入澄清石灰水＼&石灰水变浑浊＼&该溶液中一定含有[CO2-3]＼&B＼&常温下，将铁片浸入足量浓硫酸中＼&铁片不溶解＼&常温下，铁与浓硫酸一定没有发生化学反应＼&C＼&向某食盐溶液中滴加淀粉溶液＼&溶液颜色不变＼&该食盐中一定没有添加KIO3＼&D＼&向苯酚钠溶液中滴加乙酸溶液＼&溶液变浑浊＼&相同条件下，乙酸的酸性一定比苯酚强＼&]

解析：本题主要考查离子检验、非金属元素化合物的化学性质及酸性强弱比较，意在考查学生对常见非金属元素及其化合物的化学性质的理解能力及基本分析能力。A项，能与盐酸反应产生使石灰水变浑浊的气体可能是CO2，也可能是SO2，该溶液中的阴离子可能是[CO2-3]、[HCO-3]、[SO2-3]、[HSO-3]；B项，常温下铁片遇浓硫酸发生钝化，发生了化学反应；C项，食盐中的碘元素是化合物，不是单质，不能用淀粉溶液检验；D项，向苯酚钠溶液中滴加乙酸溶液，溶液变浑浊，说明乙酸的酸性比苯酚强。

答案：D

3.考查非金属元素及其化合物的化学性质在离子反应方程式正误判断中的应用

例3.（2015·山东卷，改编）下列表示对应化学反应的离子方程式正确的是（ ）

A.向稀硝酸中滴加Na2SO3溶液：[SO2-3] +2H+ SO2↑+H2O

B.向Na2SiO3溶液中通入过量SO2：[SiO2-3] +SO2+H2O H2SiO3↓+[SO2-3]

C.向Al2（SO4）3溶液中加入过量氨水：Al3++3NH3·H2O Al（OH）3↓+[3NH+4]

D.氯气溶于水：Cl2+H2O 2H++Cl?+ClO?

解析：本题主要考查有关非金属单质及其化合物的离子方程式的正误判断，意在考查学生对元素化合物化学性质及相关离子反应的理解和应用能力。A项，硝酸具有强氧化性，能将[SO2-3] 氧化为[SO2-4]；B项，SO2过量，应生成[HSO-3]；C项，反应生成的Al（OH）3不溶于氨水；D项，HClO是弱酸，不能拆分。

答案：C

4.考查非金属元素及其化合物的性质在日常生活中的应用

例4.（2016·四川卷）化学与生产和生活密切相关。下列过程中没有发生化学变化的是（ ）

A.氯气作水的杀菌消毒剂

B.硅胶作袋装食品的干燥剂

C.二氧化硫作纸浆的漂白剂

D.肥皂水作蚊虫叮咬处的清洗剂

解析：本题主要考查非金属元素及其化合物的用途，意在考查学生将所学知识与生产、生活实际相联系的能力。A项，氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有强氧化性，能杀菌消毒，故利用氯气的化学性质；B项，硅胶作干燥剂只是吸水，没有发生化学变化；C项，SO2作纸浆的漂白剂是利用SO2与有色物质化合生成无色物质的性质，即化学性质；D项，肥皂水显碱性，与蚊虫叮咬处释放的酸发生中和反应。

答案：B

5.考查非金属元素及其化合物的化学性质在物质之间转化关系中的应用

例5.（2016·江苏卷）在给定条件下，下列选项所示的物质间转化均能实现的是（ ）

A.SiO2 [HCl（aq）][ ]SiCl4 [H2][高温 ]Si

B.FeS2 [O2][煅烧 ]SO2 [H2O][ ]H2SO4

C.N2 [H2][高温 、高压、催化剂]NH3 [HCl（aq）][ ]NH4Cl

D.MgCO3 [HCl（aq）][ ]MgCl2 [电解][ ]Mg

解析：本题主要考查非金属元素及其化合物之间的转化关系，意在考查学生对元素化合物化学性质的理解和应用能力。SiO2与盐酸不反应，A项错误；SO2与水反應不能生成H2SO4，B项错误；N2与H2在催化剂及高温、高压作用下反应生成NH3，再用盐酸吸收即可制得NH4Cl，C项正确；不能通过电解MgCl2溶液制备金属镁，D项错误。

答案：C

6.考查非金属元素及其化合物的性质在元素周期表及周期律中的应用

例6.（2016·全国卷Ⅰ）短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。m、p、r是由这些元素组成的二元化合物，n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体，q的水溶液具有漂白性， 0.01 mol·L–1 r溶液的pH为2， s通常是难溶于水的混合物。上述物质的转化关系如右图所示。下列说法正确的是（ ）

A.原子半径的大小：W

B.元素的非金属性：Z>X>Y

C.Y的氧化物常温常压下为液态

D.X的最高价氧化物的水化物为强酸

解析：本题主要考查非金属元素单质及其化合物的性质在元素和物质推断中的应用，意在考查学生的分析推理能力。根据题干信息“n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体”知，n为Cl2，则元素Z为Cl。再根据信息“q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1 r溶液的pH为2”知，q为HClO，r为HCl水溶液，则m为H2O，元素W应为H，O元素为X或Y。根据氯气与p的反应条件“光照”及“s通常是难溶于水的混合物”知，p可为CH4，则元素X为C，元素Y为O。A项，原子半径大小顺序为X>Y>W；B项，非金属性强弱顺序为Y>Z>X；C项，Y的氧化物可能是H2O或H2O2，在常温常压下均为液态；D项，X的最高价含氧酸是H2CO3，为弱酸。

答案：C

7.考查非金属元素及其化合物的性质在阿伏加德罗常数中的应用

例7.（2016·全国卷Ⅰ）设NA为阿伏加德罗常数的值。下列有关叙述正确的是（ ）

A.14 g乙烯和丙烯混合气体中的氢原子数为2NA

B.1 mol N2与4 mol H2反应生成的NH3分子数为2NA

C.1 mol Fe溶于过量硝酸，电子转移数为2NA

D.标准状况下，2.24 L CCl4含有的共价键数为0.4NA

解析：本题主要考查非金属单质及其化合物的组成、物理性质、化学性质及有关阿伏加德罗常数的计算等知识，意在考查学生对问题的分析能力和简单的计算能力。A项，C2H4和C3H6的最简式相同，均是CH2，14 g乙烯和丙烯混合气体中的氢原子数为[1414]×2×NA=2NA；B项，N2与H2生成NH3的反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，1 mol N2与4 mol H2反应生成的NH3分子数小于2NA；C项，过量硝酸将Fe氧化为Fe3+，故1 mol Fe溶于过量硝酸，转移电子数为3NA；D项，标准状况下，四氯化碳为液体，不能用气体摩尔体积22.4 L·mol-1计算。

答案：A

8.考查非金属元素及其化合物的化学性质在化工流程中的应用

例8.（2016·全国卷Ⅰ）NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下： [NaClO3][食盐水] [NaHSO4][NaOH、H2O2] [尾气吸收][结晶、干燥][电解][反应][回收][硫酸、SO2][ClO2][Cl2][成品液][NaClO2产品]

回答下列问题：

（1）NaClO2中Cl的化合价为 。

（2）写出“反应”步骤中生成ClO2的化学方程式： 。

（3）“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成，精制时，为除去Mg2+和Ca2+，要加入的试剂分别为 、 。“电解”中阴极反应的主要产物是 。

（4）“尾气吸收”是吸收“电解”过程排出的少量ClO2。此吸收反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ，该反应中氧化产物是 。

（5）“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为 （计算结果保留两位小数）。

解析：本题主要以NaClO2的工业制备为载体，考查混合物的分离与提纯、氧化还原化学方程式的书写及分析和电解原理的应用，意在考查学生的基本实验能力、综合分析问题和简单的计算能力。（1）在NaClO2中钠元素为+1价，氧元素为-2价，根据化合物中元素化合价代数和为0可知，氯元素的化合价为+3。（2）NaClO3和SO2在H2SO4酸化条件下反应生成ClO2，其中NaClO3是氧化剂，还原产物为ClO2，根据电子守恒和原子守恒知，此反应的化学方程式为2NaClO3+SO2+H2SO4 2NaHSO4+2ClO2。 （3）食盐溶液中混有Mg2+和Ca2+，可利用过量NaOH溶液除去Mg2+，利用过量Na2CO3溶液除去Ca2+。电解时，在阴极上ClO2得电子生成[ClO-2] 或NaClO2。（4）根据图示可知，利用含H2O2的NaOH溶液吸收ClO2气体，产物为NaClO2，则吸收反应中，还原剂为H2O2，氧化产物为O2，可知1 mol H2O2失去2 mol电子，氧化剂为ClO2，还原产物为NaClO2，根据电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。（5）消毒后均被还原为Cl-，每克NaClO2的物质的量为[1 g90.5 g?mol-1=][190.5]mol，根据转移电子数目相等可知，Cl2的物质的量为[190.5]mol×4÷2=[290.5]mol，则Cl2的质量为[290.5]mol×71 g·mol-1=1.57 g。

答案：（1）+3 （2）2NaClO3+SO2+H2SO4 2NaHSO4+2ClO2 （3）NaOH溶液

Na2CO3溶液 [ClO-2] （或NaClO2） （4） 2∶1

O2 （5）1.57 g

9.考查非金属元素及其化合物的化学性质在综合实验中的应用

例9.（2015·全国卷Ⅱ）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题：

（1）工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为 。

（2）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：[NH4Cl溶液 电解 NCl3溶液 NH3] [盐酸 NaClO2溶液][H2][ClO2][溶液X]

①电解时发生反应的化学方程式为 。

②溶液X中大量存在的陰离子有 。

③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是 （填字母）。

a.水 b.碱石灰

c.浓硫酸 d.饱和食盐水

（3）用右图装置可以测定混合气中ClO2的含量：

Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸；

Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；

Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；

Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；

Ⅴ.用0.100 0 mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液（I2+[2S2O2-3] 2I-+[S4O2-6]），指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。

在此过程中：

①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为 。

②玻璃液封装置的作用是

。

③Ⅴ中加入的指示剂通常为 ，滴定至终点的现象是 。

④测得混合气中ClO2的质量为 g。

（4）用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是 （填字母）。

a.明矾 b.碘化钾

c.盐酸 d.硫酸亚铁

解析：本题主要考查ClO2的制备以及含量测定实验，意在考查学生综合分析实验的能力。（1）氧化剂为KClO3，还原剂为Na2SO3， KClO3～ClO2～e-，Na2SO3～Na2SO4～2e-，根据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1。（2）①酸性条件下不能生成NH3，根据产物NCl3和H2可写出电解方程式：NH4Cl+2HCl[电解 ]NCl3+3H2↑。②根据原子守恒可知，X中有NaCl，又因有NH3生成，则溶液中的阴离子有Cl-和OH-。③由于ClO2易溶于水，故a、d两项错误；NH3能够被浓硫酸吸收，c项正确。（3）①ClO2在酸性条件下与I-反应生成I2和Cl-，离子方程式为2ClO2+10I-+8H+ 5I2+2Cl-+4H2O。②ClO2易溶于水，故用于液封的水可以吸收多余的ClO2气体。③用淀粉溶液检验I2，滴定终点时，I2完全反应，则终点现象是溶液由蓝色变为无色，且半分钟内颜色不再改变。④根据关系式“2ClO2～5I2～[10S2O2-3] ”知， n（ClO2）=[15]n（[S2O2-3]）=[15]×0.100 0 mol·L-1×0.02 L=0.000 4 mol，m（ClO2）=0.000 4 mol×67.5 g·mol-1=0.027 00 g。（4）需加入一种还原剂，将亚氯酸盐还原为Cl-，故Fe2+合适，d项正确。

答案：（1）2∶1 （2）①NH4Cl+2HCl[电解 ]NCl3+3H2↑ ②Cl-、OH- ③c （3）①2ClO2+10I-+8H+ 5I2+2Cl-+4H2O ②吸收残余的ClO2气体（避免碘的逸出） ③淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变 ④0.027 00 （4）d

10.考查非金属元素及其化合物在化学反应原理中的综合应用

例10.（2016·全国卷Ⅱ）联氨（又称肼，N2H4，无色液体）是一种应用广泛的化工原料，可用于火箭燃料。回答下列问题：

（1）联氨分子的电子式为 ，其中氮的化合价为 。

（2）实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制取联氨，反应的化学方程式为

。

（3）①2O2（g）+N2（g） N2O4（l） ΔH1；

②N2（g）+2H2（g） N2H4（l） ΔH2；

③O2（g）+2H2（g） 2H2O（g） ΔH3；

④2N2H4（l）+N2O4（l） 3N2（g）+ 4H2O（g） ΔH4=?1048.9 kJ·mol-1

上述反应热效应之间的关系式为ΔH4= ，联氨和N2O4可作为火箭推进剂的主要原因为 。

（4）联氨为二元弱碱，在水中的电离方式与氨相似，联氨第一步电离反应的平衡常数值为 （已知：N2H4+H+[][N2H+5]的K=8.7×107；Kw=1.0×10?14）。联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为 。

（5）联氨是一种常用的还原剂，向装有少量AgBr的试管中加入联氨溶液，观察到的现象是

。联氨可用于处理高压锅炉水中的氧，防止锅炉被腐蚀。理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2 kg；与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比，联氨的优点是

。

解析：（1）联氨是由两种非金属元素形成的共价化合物，其电子式为 [H N N H] [H H]。根据氢元素为+1价及化合物中元素化合价代数和为0知，氮元素为?2价。（2）NaClO是强氧化剂，可将NH3氧化为N2H4，自身被NH3还原为NaCl，该反应方程式为NaClO+2NH3 N2H4+NaCl+H2O。（3）根据盖斯定律，由2×③-2×②-①=④知，ΔH4=2ΔH3?2ΔH2?ΔH1。联氨和N2O4作为火箭推进剂的主要原因为二者反应放出大量的热，产生大量气体。（4）联氨为二元弱碱，其第一步电离方程式为N2H4+H2O[][N2H+5]+OH-，则联氨第一步电离反应的平衡常数Kb=K·Kw=8.7×107×1.0×10?14=8.7×10?7。联氨为二元弱碱，联氨与硫酸形成的酸式盐的化学式为N2H6（HSO4）2。（5）联氨是一种常用的还原剂，AgBr是氧化剂，二者发生氧化还原反应生成银和N2。联氨可用于处理高压锅炉水中的氧，发生的反应方程式为N2H4+O2 N2+2H2O，理论上1 kg的联氨可除去水中溶解的O2的质量为[1 kg32 g?mol-1]×32 g·mol-1=1 kg。与使用Na2SO3处理水中溶解的O2相比，联氨的优点是氧化产物为N2，对环境无污染，而Na2SO3的氧化产物为Na2SO4，易生成硫酸盐沉淀，使锅炉结垢。

答案：（1） [H N N H] [H H] ?2 （2）NaClO+2NH3 N2H4+NaCl+H2O （3）2ΔH3?2ΔH2?ΔH1

反应放出大量的热，产生大量气体 （4）8.7×10?7 N2H6（HSO4）2 （5）淡黄色固体逐渐变黑，并有气泡产生 1 N2H4的用量少，且不产生其他杂质（或还原产物为H2O和N2，而Na2SO3产生Na2SO4）