非金属元素专题

非金属元素【例1】阅读下面一段化学史短文后，回答有关问题。库图氏是法国的一位化学家。1811年的某一天，他偶然发现海藻灰与浓硫酸作用后，放出一股美丽的紫色气体。这种气体冷凝后不形成液体，而变成暗黑色的带有金属光泽的晶体。他发现这种物质与氧、碳都不易反应，但却能和氢、磷等非金属及钠、镁等金属反应。后来戴维等人研究了这种物质，确定它是一种新的元素。回答：(1)写出这种新元素的名称。(2)写出海藻灰与浓硫酸作用得到该元素的单质的化学方程式。解析：海藻灰中含有碘化物如KI、NaI等；跟浓硫酸反应能生成HI，HI进而被浓硫酸氧化为I2。答案：(1)碘(2)H2SO4(浓)+KI=KHSO4+HI=H2SO4(浓)+NaI=NaHSO4+HI2HI+H2SO4(浓) I2+2H2O+SO2【例2】碳的稳定的氧化物除CO、CO2外，还有C3O2、C4O3、C5O2、C12O9等。其中C3O2是一种在常温下有恶臭的气体，其分子中的每个原子都满足最外层8电子结构，试回答下列问题。(1)C3O2的结构为_。(2)在上述低氧氧化物中与C3O2的结构式相似的物质还有_。(3)C3O2能否与O2发生化学反应_(填“能”或“不能”)，如果能发生化学反应，请写出反应的方程式_。(4)已知C3O2能与水发生反应：C3O2+2H2O HOOCCH2COOH，该反应的类型为_反应(填“加成”“取代”或“消去”)。(5)已知C3O2也能与NH3、HCl反应，试写出反应的化学方程式：_。解析：本题为新情景试题，主要考查知识的迁移和灵活应用的能力。解题的关键是：抓住每个原子都满足最外层8电子结构，结合碳和氧的原子结构中的最外层电子数为4和6，推导出只有形成双键才能满足题意。答案：(1) (2)C5O2(3)能 C3O2+2O2=3CO2(4)加成(5) +2NH3 ；+2HCl 明星分子：CO2类比，触类旁通【例3】（1）氰化钾、氰化氢的制备反应式为：K2CO3C2NH32KCN3H2O；H+276kJmol CONH3HCNH2O；H46kJmol （1）氰离子为负一价（CN-），其中碳氮元素的化合价分别为_。 以上两个反应是否均为氧化还原反应？（2）制备纯净无水HCN（沸点299K）的另一种方法是 ：混合磨细的KCN和KHS粉末适度加热试写出这个反应式。为什么要磨细和用粉末？为什么要强调适度加热？ 解析：据共价键理论，一般当碳同非金属性比它强的元素结合时，碳显正价，氮为负价，为-3价，所以（CN-）中碳为+2价，氮为-3价。故为氧化还原反应，为非氧化 还原反应。第二种方法制备HCN是固体与固体之间的反应，故磨细和用粉末的目的是增大表面积，加快反应速率，据题意知，第二种方法制备HCN如温度太低，反应速率较小，温度太高，则酸式盐易分解发生副反应：2KHSK2SH2S。该反应的化学方程式为KCNKHSHCNK2S。练习1.关于非金属元素N、O、C、P的叙述中正确的是A.它们形成的固态单质只能是分子晶体B.生成的氢化物分子间均可形成氢键C.原子半径大小比较为PCNOD.每种元素仅生成一种氧化物解析：N2、O2、O3、P4为分子晶体，而金刚石为原子晶体，故A不正确；在形成的气态氢化物中，NH3、H2O可形成氢键而CH4、PH3不能形成氢键，B不正确；C、N、O三种元素为同周期，从左到右原子半径逐渐减小，即：CNO，而P在C、N、O三元素的下一周期，N、P同主族，由于同主族相邻周期间的半径变化大于同周期相邻主族的半径变化，故C正确；N、C、P有多种价态，故可形成多种氧化物，D不正确。答案：C2.香烟烟雾中含有CO、CO2、SO2、H2O等气体，用A.无水硫酸铜、B.澄清石灰水、C.红热氧化铜、D.生石灰、E.酸性品红溶液等可将其一一检出，检出的正确顺序是A.混合气AEBADCB.混合气CDEEAC.混合气AEEBDCD.混合气BEADC解析：检验水蒸气时必须放在气体通过液体之前，排除B、D。由于CO2、SO2皆可使澄清石灰水变浑浊，故要检验CO2，必先检验并除尽SO2。因A中只检验了SO2气体，并没有检验SO2是否除净就检验CO2，所以A不正确。答案：C3. X(盐)和Y(酸)反应，可放出有气味的气体Z；Z跟NaOH反应又得到X(盐)；Z氧化的最终产物为W气，W气溶于水又得到Y(酸)。则 X(盐)和Y(酸)是 ANa2S和稀硫酸 BNa2SO3和盐酸 CNa2S和盐酸 DNa2CO3和稀硫酸4国外有人用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射N2，此时碳氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬，其原因可能是 A碳、氮原子构成大分子 B碳氮键比金刚石中的碳碳键更短C氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多 D碳、氮的单质化学性质均不活泼5.用来制作变色眼镜的玻璃片在日光下颜色能变深，是因为在玻璃中加入适量的A.硝酸银晶体和氧化银B.卤化银晶体和氧化铝C.硝酸银晶体和三氧化二铬D.卤化银晶体和氧化铜解析：变色玻璃是把卤化银与微量的CuO密封到玻璃中，当太阳光或紫外线照射时，卤化银会分解产生银原子，银原子能吸收可见光，玻璃变暗。当放在暗处，在CuO的催化下，Ag原子与卤原子结合，又生成AgX，故答案为D。答案：D6.F2是氧化性最强的非金属单质，在加热的条件下，物质的量相同的F2(气体)跟烧碱完全反应，生成NaF、H2O和另一种气体，该气体是下列中的A.H2B.HFC.OF2D.O2解析：根据题意，反应过程中F2与NaOH的物质的量之比为11，且已知反应中有产物NaF、H2O。根据质量守恒定律，可以写出反应的化学方程式为2F2+2NaOH=2NaF+2H2O+OF2，本题正确选项为C。答案：C7.重庆市天原化工厂今年4月16日发生特大氯气泄漏和三氯化氮爆炸事故，造成多人死亡和失踪。已知三氯化氮分子结构与氨相似，下列有关说法不正确的是A.消除储气罐上空泄漏出的高浓度氯气，可喷洒碱液B.发生氯气泄漏时，附近人员可用浸有碳酸钠溶液的毛巾捂住鼻孔进行自我保护C.氯气能腐蚀金属及非金属材料，这种腐蚀主要属于电化学腐蚀D.三氯化氮分子是极性分子解析：氯气是活泼的非金属单质，可与碱液、Na2CO3等发生反应Cl2+2OH=Cl+ClO+H2O，2Cl2+Na2CO3+H2O=2NaCl+CO2+2HClO，从而降低或消除了Cl2的毒性，所以A、B正确。Cl2与金属或非金属的反应是化学腐蚀而不是电化学腐蚀。NCl3的结构与NH3相似，应为三角锥型的空间构型，为极性分子，D正确。答案：C8.在防止禽流感疫情时，防疫部门使用了大量含氯类消毒剂，其中的氯胺是一种长效缓释含氯消毒剂，有强氧化性，其杀菌能力是一般含氯消毒剂的4 5倍。下列有关氯胺(NH2Cl)的说法一定不正确的是A.氯胺水解产物最初为NH2OH(羟胺)和HClB.氯胺一定条件下可与乙烯加成得H2NCH2CH2ClC.氯胺的消毒原理与漂白粉相似D.氯胺的电子式为解析：由于NH2Cl有强氧化性，所以氯胺的水解可看作NH2Cl+HOH互相交换形成NH3和ClOH，将ClOH改写为HClO，A选项不正确。显然NH2Cl的消毒原理与漂白粉相似，C选项正确。根据“ ”的加成原理可知，在一定条件下由NH2Cl 形成的NH2和Cl可分别与乙烯分子中的两个不饱和碳原子相连得到H2NCH2CH2Cl，B选项正确。由物质电子式的书写规则可知D选项正确。答案：A9.多硫化钠Na2Sx(x2)在结构上与Na2O2、FeS2、CaC2等有相似之处。Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4，而NaClO被还原为NaCl，反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为116，则x的值是A.2 B.3C.4D.5解析：在所给物质的变化中，硫元素由价升高到+6价，氯元素由+1价降低到1价，根据氧化还原反应中电子得失数目相等，有1×6()·x=16×1(1)，解得x=5。答案：D10.将3.20 g铜跟50.0 mL 10.0 mol· L1的HNO3溶液充分反应，还原产物为NO和NO2。若反应后溶液中有x mol H+，则此时溶液中含NO的物质的量为A. molB.(x+0.1)molC.2x molD.0.1x mol解析：因n(Cu)= 0.05 mol，n(HNO3)=50×10L×10 mol·L=0.05 mol，由反应Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O及3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O可知HNO3过量，则c(H+)>> c(OH)；又根据反应后的溶液中正负电荷守恒，有2n(Cu2+)+n(H+)=n(NO)+n(OH)，由于c(H+)>> c(OH)，所以，n(NO)=2n(Cu2+)+n(H+)=2×0.05 mol+x mol=(x+0.1)mol。答案：B11.在PCl3中加蒸馏水，微热，PCl3完全水解，产物之一是亚磷酸(H3PO3)，其结构式为 。已知：H3PO3跟NaOH反应只能生成Na2HPO3和NaH2PO3两种盐；盛H3PO3的试管中加AgNO3溶液有黑色沉淀Ag生成，试管口有红棕色气体出现。则下列有关叙述正确的是A.PCl3的水解反应为氧化还原反应B.亚磷酸为三元酸C.Na2HPO3和NaH2PO3均为酸式盐D.亚磷酸为二元酸，且具有强还原性解析：PCl3水解的实质是其组成粒子与H2O中的H+或OH相互交换，为非氧化还原反应，A不正确；由H3PO3只能生成两种盐可知，H3PO3为二元酸，B不正确；结合H3PO3的结构和已知可推知Na2HPO3为正盐，NaH2PO3为酸式盐，C不正确；由可知H3PO3可与AgNO3发生反应：H3PO3+AgNO3=Ag+NO2+H3PO4，H3PO3作还原剂，D选项正确。答案：D12.最近有人用一种称为“超酸”的化合物H(CB11H6Cl6)和C60反应，使C60获得一个质子，得到一种新型离子化合物HC60CB11H6Cl6。这个反应看起来很陌生，但反应类型上却可以跟下列一个化学反应相似，你认为该反应是 A.Mg+2HCl=MgCl2+H2B.NaOH+HCl=NaCl+H2OC.NH3+HCl=NH4ClD.H2O+CH3COOH H3O+CH3COO解析：由题给信息，可知H(CB11H6Cl6)和C60发生如下反应：H(CB11H6Cl6)+C60=HC60CB11H6Cl6，从形式上可以看出这是由两种分子生成一种离子化合物的反应，与NH3+HCl=NH4Cl的反应相似。答案：C13.Ca(ClO)2·2CaCl2·Ca(OH)2·2H2O具有漂白作用。(1)漂白衣料时常采用如下操作：将待漂白的衣物浸泡在漂白粉的溶液中，取出后露置在空气中。将衣物置于极稀的盐酸中漂洗。最后将衣物置于Na2S2O3溶液中浸洗，取出晾干完成漂白作用。写出上述过程中涉及的化学反应方程式。(2)在厨房里若用漂白粉消毒餐具时，如果要求在短时间内其消毒效果最好，可加入少量的A.食盐 B.食醋C.纯碱 D.小苏打解析：(1)本题属理论联系实际题。解决此题必须清楚：Ca(ClO)2·2CaCl2·Ca(OH)2·2H2O在溶液中的电离，相当于Ca(ClO)2、CaCl2和Ca(OH)2三种化合物的电离；漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2；漂白粉的漂白原理：只有次氯酸钙转化成次氯酸时，漂白粉才能产生真正的漂白作用；工业上常用Na2S2O3溶液消除卤素。(2)次氯酸钙遇酸能较快地转化成次氯酸，从而加速漂白作用，食醋中含有醋酸。答案：(1)中Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO和2HClO 2HCl+O2中稀盐酸主要是除去衣物上粘附的碳酸钙， CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2(2)B14. BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称，若知：在BGO中，锗处于其最高价态。在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8个电子稳定结构。BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：（1）锗和铋的元素符号分别是_、_。（2）BGO晶体的化学式是_。（3）BGO晶体所含铋氧化物的化学式是_。分析：Ge：第主族元素，最高正价+4；最高价氧化物GeO2。Bi：第主族元素，最外层5个电子满足8电子稳定结构应形成共价键数目：8-5=3BiCl3在BGO中铋为+3价氧化物Bi2O3。设BGO化学式为mGeO2·nBi2O3有：2m=3n mn=32m=3 n=2BGO化学式为3GeO2·2Bi2O3（或Bi4（GeO4）3）答案：略。位置最外层电子数成键情况实际价态化学式 即：位置结构性质15. 某元素X的氧化物很多，其中常见的有A、B两种。(1)A为黄绿色气体，其中X元素在化合物中化合价为+4价，氧含量为47.41%，可用于漂白木浆和水处理，A在液态和浓缩的气态时具有爆炸性，该气体为_。(2)B为黄棕色气体，氧含量为18.39%，当加热或遇电火花时会发生爆炸，该气体为_。(3)你认为这两种气体是否可以在防SARS中作为消毒剂？_。A.都可以B.都不可以C.只有气体A可以D.只有气体B可以(4)写出气体A与NaOH反应生成两种含氧酸盐(两种含氧酸盐中含X的化合价分别为+3价和+5价)的化学方程式：_。由于工业上大量使用的A具有爆炸性，A适宜存放在_(填“酸”或“碱”)性溶液中。(5)用SO2还原X的+5价的含氧酸盐，可制A，写出该反应的离子方程式：_。解析：(1)根据题意设A气体的化学式为XO2，X的相对原子质量为M，则×100%=47.44%，M=35.5，X为氯元素，A的化学式为ClO2。(2)设B气体的化学式为Cl2Om，根据题意有：×100%=18.41%，m=1，B气体为Cl2O。(3)由(1)(2)计算的结果可知，A、B中的氯元素的价态分别为+4和+1价，A、B都是强氧化剂，故它们都可以作为防SARS的消毒剂。(4)由题意可知该反应的反应物为ClO2和NaOH，产物为NaClO2、NaClO3和H2O，根据化合价升降法配平得：2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O。显然要保存ClO2，应使其存放于碱性环境中。(5)由题意知NaClO3中化合价由+5价降为ClO2中+4价，则SO2中硫元素必然化合价升高生成SO2，离子方程式为：SO2+2ClO=2ClO2+ SO2。答案：(1)ClO2 (2)Cl2O (3)A(4)2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O 碱(5)SO2+2 ClO=2ClO2+ SO16.在氮的化合物中，有一类盐叫亚硝酸盐，如亚硝酸钠(NaNO2)等。它们广泛用于印染、漂白等行业，在建筑行业用作防冻剂，在食品工业作防腐剂和增色剂。它是一种潜在的致癌物质，过量或长期食用会对人产生危害。由于亚硝酸钠有咸味，外观与NaCl相似，曾多次发生过被误当食盐食用的事件。经过查阅有关资料，我们了解到以下相关信息：HNO2是一种弱酸，且不稳定，易分解生成NO和NO2；它能被常见的强氧化剂氧化；在酸性溶液中它也是一种氧化剂，如能把I氧化成I2。AgNO2是一种难溶于水易溶于酸的化合物。试回答下列问题：(1)人体正常的血红蛋白中应含Fe2+。若误食亚硝酸盐(如NaNO2)，则导致血红蛋白中Fe2+转化为Fe3+而中毒，服用维生素C可解毒。下列叙述不正确的是_。A.亚硝酸盐是还原剂B.维生素C是还原剂C.维生素C将Fe3+还原为Fe2+D.亚硝酸盐被还原(2)下列方法中，不能用来区别NaNO2和NaCl的是_。A.测定这两种溶液的pHB.用AgNO3和HNO3两种试剂来区别C.在酸性条件下加入KI淀粉试液来区别D.分别在这两种溶液中滴加甲基橙(3)某同学把新制氯水加到NaNO2溶液中观察到氯水褪色，请写出此反应的离子方程式_。(4)为了测定某样品中NaNO2的含量，可以使用标准KMnO4溶液进行滴定，试回答：KMnO4溶液在滴定过程中作_(填“氧化剂”或“还原剂”)，该滴定过程_(填“要”或“不要”)另加指示剂。若在接近终点时，用少量蒸馏水将锥形瓶冲洗一下，再继续滴定至终点，则所测结果_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。若滴定终点读数时目光俯视，则所得结果_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(5)已知HNO2的酸性比醋酸略强，某同学在家中欲进行鉴别NaCl与NaNO2的实验，但他家中只有浓醋酸，请问该实验能否成功？说明理由。解析：(1)Fe2+转化为Fe3+，化合价升高，Fe2+作还原剂，所以亚硝酸盐作氧化剂被还原；维生素C又可将Fe3+转化为Fe2+而解毒，则维生素C作还原剂，故本题答案为A。(2)HNO2为弱酸，故NaNO2水解呈碱性，而NaCl溶液呈中性，故可用pH试纸检验酸碱性来区别。虽然AgNO2和AgCl都难溶于水，但AgNO2溶于酸而AgCl不溶于酸，故可用AgNO3和HNO3来区别NaNO2和NaCl；HNO3在酸性环境中，能把I-氧化为I2，可使淀粉呈蓝色，故C选项正确；由于甲基橙的变色范围为3.1 4.4，而两种溶液的pH皆大于4.4，故无法将它们区别开。(3)根据题意，氯水将NO氧化成为NO，自身被还原成为Cl，故有：Cl2+H2O+NO=NO+2H+2Cl。(4)由于KMnO4在氧化NO的过程中被还原为无色的Mn2+，KMnO4过量时溶液呈紫红色，故不需另加指示剂；用蒸馏水冲洗锥形瓶并不影响溶质的物质的量，故无影响。俯视会造成读数偏小，所得结果亦偏小。(5)由于NaNO2+CH3COOH=HNO2+CH3COONa 2HNO2=H2O+NO+NO2 式的发生使向正反应方向移动，故CH3COOH加到NaNO2中呈红棕色，而NaCl无此现象。答案：(1)A (2)D(3)Cl2+H2O+NO=NO+2H+2Cl(4)氧化剂 不要 无影响 偏小(5)能成功 因为NaNO2+CH3COOH HNO2+CH3COONa 2HNO2=H2O+NO+NO2 式的发生使式向正反应方向移动，醋酸加到NaNO2中出现红棕色气体；而NaCl无此现象。17. 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）18某课外小组欲通过实验证明方铅矿分解所得白色粉末（氧化铅）中含有氧元素，设计以下的实验装置： 在实验或改进实验中，可能发生的化学反应如下：PbO+CPb+CO，2 PbO+C2Pb+CO2，Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2OCu(NH3)2Ac+CO+2NH3 Cu(NH3)4Ac·CO H<0。请回答以下问题：(1)在装置A中不断鼓入氮气的作用是 ，能否用空气代替氮气？ ，其理由是 。(2)在实验过程中，未见B装置中有白色沉淀生成，说明在装置A中发生反应的化学方程式是 ，证明氧化铅里含有氧元素的实验事实是 。(3)若使实验更具有说服力，通过增添设备和药品，设计一个更加严密的改进实验方案是 。(4)若没有木炭粉和氮气，改用氢气行吗？ ，实验的装置和药品又将做怎样的调整？_。18(1)N2可将实验装置内的空气排净，并作为动力源将PbO与C反应生成的气体，赶入B、C两个实验装置处反应。不可用空气代替N2，空气中的O2可与灼热的炭反应且空气中还含有CO2、H2O等含氧化合物，均可导致实验失败。 (2) PbO+CPb+CO，在装置C处可见一氧化碳燃烧产生的淡蓝色火焰。(3)可在装置B后串联一个内盛Cu(NH3)2Ac溶液的洗气装置，吸收一氧化碳，反应完毕，取出吸收液加热解吸，用排水取气法收集放出的气体，通过进一步实验证明该气体是一氧化碳。 (4)可用H2代替N2和木炭，PbO+H2Pb+H2O，用无水CuSO4吸收生成的水，证明氧化铅中含有氧元素。装置B应改用内盛CuSO4白色粉末的干燥管。