非金属

（一） 氯气，溴和碘

氯气

1、Cl2的物理性质

在通常情况下，氯气为黄绿色气体，有刺激性气味的有毒气体.易液化，能溶于水(1∶2)，氯水颜色呈淡黄色。闻Cl2时：应距Cl2一尺左右，用手轻轻扇一下集气瓶口上方空气，让少量的Cl2进入鼻孔。

2、Cl2的化学性质

（1）与金属反应

2Na + Cl22NaCl(白烟)； Cu + Cl2 CuCl2(棕黄色烟，加少量水显绿色，冲稀后变蓝色)；

2Fe + 3Cl2 2FeCl3(棕红色烟，加少量水显棕黄色)

（2）与非金属反应

H2 + Cl22HCl(仓白色火焰，白雾)。纯净的H2可在Cl2中燃烧，发出苍白色火焰。HCl（溶解度1∶500）溶于水成为盐酸.

（3）与水反应： Cl2 + H2O ＝ HCl + HClO

说明：氯气的水溶液称为氯水，由于氯气不是简单的溶于水，而是与水反应，氯水的成分和性质较为复杂。氯水的主要成分有氯气、盐酸、次氯酸等，氯水也兼具有这几种物质的性质。如次氯酸具有漂白性，氯水也具有漂白性。

（4）与碱反应： Cl2 + 2NaOH ＝ NaClO + NaCl + H2O（该反应可用于Cl2的尾气处理）；

工业上用Cl2与石灰乳作用制漂白粉： 2Cl2 + 2Ca(OH)2 ＝ CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O

漂白粉就是利用氯气与氢氧化钙反应制成的。漂白粉的主要成分是CaCl2和Ca(ClO)2，有效成分是Ca(ClO)2 漂白粉的漂白原理：Ca(ClO)2 + H2O + CO2 ＝ CaCO3↓ + 2HClO；起漂白杀菌作用的是HClO。该反应也说明了碳酸（CO2 + H2O）的酸性强于次氯酸，反应原理是强酸制取弱酸。

次氯酸的性质：

（5）与盐溶液的置换反应：

Cl2 + 2NaI ＝ 2NaCl + I2（该反应常用作Cl2的检验）； Cl2 + 2NaBr ＝ 2NaCl + Br2

氯水性质实验

氯水、久置氯水、液氯成分比较：

（6）氯碱工业

（1）概念：工业上用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。

（2）原料：饱和食盐水

（3）原理：2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2↑+ H2↑

溴和碘

（1）溴称为海洋元素

（2）溴单质和碘单质的物理性质

溴在常温下为红棕色液体（惟一的液态非金属单质），极易挥发产生红棕色有毒的溴蒸气；碘是紫黑色固体，具有金属光泽，易升华（常用于分离提纯碘）。二者在水中溶解度都较小，都易溶于酒精等有机溶剂。

②萃取：利用混合物中一种溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来的分离方法叫萃取，萃取所用的仪器是分液漏斗。

（3）氯、溴、碘单质氧化性的强弱：氯、溴、碘的氧化性：Cl2>Br2>I2;还原性：Cl－－－

实验探究氯、溴、碘氧化性的强、弱：

（4）碘的特性：遇淀粉变蓝色（常用来检验碘的存在）

（5）卤素离子的检验

在含有Cl－、Br－、I－的溶液中加入硝酸银溶液分别生成白色、浅黄色、黄色的卤化银沉淀．若再加入稀硝酸．沉淀不溶解

（6）海水提溴与海洋的综合利用

①海水提溴：大体分为三个步骤：浓缩→氧化→提取。

②海水的综合利用

【知识·链接】

① 碘的氧化性较弱，遇变价金属得低价化合物。如碘与铁反应生成FeI2

② 氯、溴、碘的单质都能与H2反应，生成HX;HCl、HBr、HI都易溶于水，且都是强酸。

③ 氯、溴、碘的单质都能与水反应：X2＋H2O=HX+HXO,但反应程度依次减弱。

④ AgBr为浅黄色难溶物；AgI为黄色难溶物。二者见光都易分解。

⑤ 卤素离子的检验：在含有Cl－的溶液中加入硝酸银溶液分别生成白色沉淀，若再加入稀硝酸．沉淀不溶解。

（二） 碳

1．多种多样的碳单质

（1）同素异形体的定义：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体

（2）碳的同素异形体：金刚石、石墨、C60、碳纳米管及其他碳单质，性质不同是因为他们的碳原子排列方式不同

（3）碳的化学性质（主要为还原性）：与氧气、氧化铁和氧化铜等金属氧化物、CO2等反应。

2．广泛存在的含碳化合物：常见的含碳化合物

有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂、以及石油、液化气、天然气等的主要成分；

无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。

（1）重要的两种盐：Na2CO3（碳酸盐）和NaHCO3（碳酸氢盐）

①主要的物理性质和应用：

碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法

①热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。

②和酸反应生成气体的速率不同。分别取一定量的固体，加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。

③阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠（特别注意：该方法必须取极稀溶液）。

主要的化学性质

碳酸钠与碳酸氢钠之间的转化：

溶液中：NaHCO3＋NaOH＝Na2CO3＋H2O， Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3

固体中： 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O

注意：固体NaHCO3和固体 Na2CO3鉴别用加热的方法，NaHCO3分解

NaHCO3溶液和Na2CO3溶液鉴别加CaCl2溶液，产生沉淀为Na2CO3

（2）重要的两种氧化物：CO和CO2

①CO：毒性（与血红蛋白结合）、还原性。

②CO2：酸性氧化物的通性、弱氧化性（与镁等活泼金属反应）。

3.模拟溶洞的形成

溶洞的形成原理CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2+H2O

4．生产和生活中碳及其化合物间的转化

（1）高炉炼铁

原料：焦炭、铁矿石；高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3等；

CO生成的化学方程式： C＋O2CO2；C＋ CO2 2CO

还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 ＋3CO2 Fe ＋3CO2

（2）木炭燃烧：C＋O2＝ CO2 2C＋O2＝2CO 2CO＋O2＝2CO2 C＋CO2 ＝2CO

生成水煤气的化学方程式为：C＋H2OCO＋H2

（3）水垢的形成：

①　有关化学方程式为：Ca(HCO3)2CaCO3 ↓＋CO2↑＋H2O

②　如何除去水壶中的水垢？加入醋酸，可以将CaCO3物质等溶解。

（三） 氮

1.氮的固定 游离态→化合态

①是豆科植物根部的根瘤菌，把氮气转变为硝酸盐等含氮化合物——自然固氮

②放电条件下，与氧气结合为氮氧化合物，并随降水进入水体中——自然固氮

③合成氨工厂、汽车发动机都可以将一部分氮气转化成化合态——人工固氮

氮的固定

① 定义：将空气中游离的氮转变成氮的化合物的方法叫做氮的固定。

② 分类：

2.氮气和氮的氧化物（NO，N2O，NO2,N2O3,N2O4,N2O5）

（1）氮气的物理性质：无色无味气体，难溶于水，与空气密度相近。

（2）氮气的化学性质：

①与O2的反应

反应式为：N2+O2 2NO

②与H2反应

N2+3H22NH3 工业上合成氨

说明：a 该反应是工业上合成氨的反应原理，具有非常重要的现实意义。在该反应中，N2表现出氧化性。

b在氮气跟氢气反应生成氨的同时，氨气也在分解生成氮和氢气。像这样同时向正反两个方向进行的反应称为可逆反应。在可逆反应的化学方程式中用“”代替“＝”。

（3）NO和NO2

雷雨发庄稼的原理：N2＋O22NO　②2NO＋O2＝2NO2 ③3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO

3氨与铵态氮肥

氨

（1）物理性质：

无色、有刺激性气味比空气轻；极易溶于水，在常温、常压下1体积水能溶解约700体积氨气。

（2）化学性质：

①碱性：氨与水、酸反应时显碱性

与水反应：NH3＋H2O NH3·H2ONH4+＋OH－

与酸反应：NH3＋HCl＝NH4Cl

说明：a氨溶于水，大部分与水结合成一水合氨（NH3·H2O），一水合氨少部分电离，因此，氨水显弱碱性。氨气是中学阶段唯一的一种碱性气体，利用这一点，可以检验NH3。

b NH3与其它酸也能反应生成相应的铵盐。其中，NH3与盐酸这样的易挥发性酸反应时会有白烟（铵盐固体的小颗粒）生成。利用这个现象，在某些场合也可以检验NH3。

②还原性：氨的催化氧化反应

4NH3＋5O24NO＋6H2O

说明：a 该反应是工业上生产硝酸的一个基础反应。

b NH3中的氮元素的价态为-3价，因此，NH3不仅能被催化氧化生成NO，在纯氧中燃烧能生成N2。在一定条件下，NH3还能被Cl2、CuO等氧化。

液氨和氨水

液氨是氨气加压或降温得到的液态氨，是纯净物，即液氨由氨分子组成的液体。

氨水的主要成分是NH3·H2O．在氨水中以分子状态存在的粒子有：NH3、H2O、NH3·H2O；以离子状态存在的粒子主要有：NH4+、H＋、OH－，极少量的是H＋。所以氨水是混合物。

喷泉实验

如图所示的装置中，烧瓶中充满了干燥气体A将滴管中的液体b挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹f，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶。

 （1）选项_____________（填A、B、C、D）为何不满足要求_____________．

（2）能形成图示喷泉实验的气体和液体甚多，它们需满足的条件是①____________；

②____________________。例如________气体和________液体。

研析：形成喷泉最根本的原因是瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体并与之反应时，瓶内气体大量减少，压强降低，外界的大气压将液体压入烧瓶内。如此持续，最后液体将充满烧瓶。B和D正确．NO2气体虽也易溶于水，但同时产生NO气体：3NO2＋H2O ＝2HNO3＋NO，即使会出现“喷泉”现象，但烧杯内的水只会部分进入烧瓶内，不会几乎充满烧瓶。

饱和氯化钠溶液不能吸收氯气，所以选项A和C错误。

从以上分析我们可知；当气体极易溶于液体或气体与液体反应（一般无新气体产生）即可形成“喷泉”，例如：Cl2和NaOH溶液等。

答案：（1）A、C；前者与水反应后生成NO，溶液不能充满整个烧瓶．后者气体不溶于液体．（2）①气体易溶于液体②气体与液体反应（无新气体产生）；Cl2和NaOH溶液。

启发引申：本题对喷泉实验的概括，体现了对开放性，创造性的能力要求。喷泉实验是中学化学中的重要实验，也是中学化学的常考内容，常见喷泉的形成主要有以下两类：

（1）极易溶于水的气体（NH3、HCl、SO2等）与水可形成喷泉。

（2）酸性气体（HCl、SO2、NO2、CO2、H2S等）与NaOH(aq)也能形成喷泉。

2．铵盐

（1）铵盐受热分解

NH4ClNH3↑＋HCl↑

NH4HCO3NH3↑＋CO2↑＋H2O↑

（2）铵盐与碱反应

NH4Cl＋NaOHNaCl＋NH3↑＋H2O

（3）氨的实验室制取

药品：NH4Cl、消石灰

反应原理：2NH4Cl＋Ca(OH)2CaCl2＋2NH3↑＋2H2O

装置：与制氧气相同

收集：向下排空气法。

验满：用湿润的红色石蕊试纸靠近集气瓶口，若试纸变蓝，说明已经集满

用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近集气瓶口，若有白烟产生，说明已经集满

尾气处理：防止多余氨气污染空气的方法，收集NH3后的导管口处塞一团湿棉花或用稀H2SO4浸湿的棉花。

干燥：碱石灰

实验室制取氨的其它方法：加热浓氨水、氧化钙与浓氨水反应等。

3 硝酸及其应用

硝酸具有酸的通性

①使指示剂变色：例如：稀HNO3使紫色石蕊溶液变红。

②与碱反应：如HNO3＋NaOH＝NaNO3＋H2O

③与碱性氧化物反应：如2HNO3＋CaO＝Ca(NO3)2＋2H2O

④与弱酸盐反应：如2HNO3＋Na2CO3＝2NaNO3＋CO2↑＋H2O

⑤与金属反应：由于硝酸具有强氧化性，因此，与酸反应时一般不产生H2。

硝酸除了具有酸的通性以外，还具有以下特性：

1．硝酸的物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味、易挥发、密度大于水。

2．硝酸的不稳定性：硝酸见光或受热易分解。

4HNO34NO2↑＋O2↑＋2H2O

说明：硝酸越浓，越容易分解。长期存放的浓HNO3呈黄色，这是由于HNO3分解产生的NO2溶于硝酸的缘故。也正因为硝酸见光或受热易分解，一般将它保存在棕色瓶里，放置在阴凉处。

3．硝酸的强氧化性：硝酸具有强的氧化性，是因为硝酸分子里氮呈＋5价。

（1）与金属反应：HNO3几乎能与所有的金属（除金、铂、钛以外）发生氧化还原反应。

Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

说明：硝酸与不活泼金属反应时，浓硝酸生成NO2，稀硝酸生成NO。

铝、铁等金属可以在冷的浓硝酸和浓硫酸中发生钝化，浓HNO3会把铝或铁的表面氧化，形成一层薄而致密的氧化膜，阻止了反应的进一步发生．遇热时，该氧化膜会被破坏．因此常温下铝、铁制品可以盛放冷的浓HNO3．

②浓HNO3氧化能力比稀HNO3氧化能力更强。

（2）与非金属反应：硝酸能与许多非金属及某些有机物发生氧化还原反应：

C＋4HNO3(浓) CO2↑＋4NO2↑＋2H2O

2．人类活动对环境的影响：

（1）光化学烟雾：光化学烟雾是指汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的一种有毒的浅蓝色烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并使大气能见度降低。氮氧化合物是形成光化学烟雾的一个重要原因。大气中的氮氧化物主要来源于汽车尾气、化石燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。

（2）酸雨：氮氧化合物是形成酸雨的一个重要原因。

（3）富营养化：进入水体的氮的含量增大，会导致藻类“疯长”，迅速地覆盖在水面上，造成水体的富营养化。水体中的氮主要来源于工业废水、生活污水、农田灌溉和淋洗，以及水产养殖所投入的饵料和肥料等。

3．如何减少人类活动对自然界中氮循环的影响

（1）控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。

（2）增强生态系统对有害物质的吸收能力。我们应保护森林，植树造林，促进全球氮的良性循环。

（四）

硫

1．硫的存在

硫既有游离态，又有化合态。

2．认识硫单质

（1）硫的主要同素异形体：单斜硫、斜方硫。

（2）硫的物理性质：

硫单质为淡黄色晶体，密度为水的两倍，难溶于水、微溶于乙醇、易溶于CS2

3．化学性质：

（1）与金属发生反应：

Fe＋SFeS （S表现氧化性）（对比铁和氯气反应，硫的氧化性比氯气弱）S的特殊性质——与Hg、Ag的反应

利用Hg和S的反应可以消除温度计、气压计、血压计等被打破后汞的毒害，所以，汞不慎洒落在地面上，要立即打开门窗通风，并尽量设法收集起来，残余的部分，可覆灭盖硫粉处理，以免汞蒸气中毒。

此外硫化汞还要用作红色颜料（朱砂），在书面上盖的印章，所用的红色印泥就是用朱砂做的。

（2）与非金属发生反应

S＋O2SO2（S表现还原性）

（3）与氧化性酸浓HNO3、浓H2SO4发生反应

S＋2H2SO4（浓）3SO2↑+2H2O（S表现还原性）

4．用途：硫单质制硫酸，做橡胶制品的硫化剂，制黑火药、火柴、农药等。

硫元素常见的价态有－1、0、＋4、+6价，硫单质由于处于中间价态而即有氧化性，又有还原性。

二氧化硫SO2

1物理性质

二氧化硫为无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水。

2化学性质

①二氧化硫是酸性氧化物，具有酸性氧化物的一切通性：

SO2＋H2OH2SO3；SO2＋CaO＝CaSO3；SO2＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O；SO2＋NaOH＝NaHSO3；

SO2＋2NH3·H2O＝(NH4)2SO3＋H2O；SO2＋Ca(OH)2＝CaSO3↓＋H2O（吸收SO2）

SO2＋NaHCO3＝NaHSO3＋CO2 （用于除去CO2 中的SO2气体）

②氧化性：SO2＋2H2S＝3S↓＋2H2O （气体或溶液中均可进行）

③还原性：能被Cl2、Br2、I2、Fe3＋、KMnO4、HNO3等强氧化剂氧化生成SO42-。例如：

SO2＋X2＋2H2O＝H2SO4＋2HX （X＝Cl、Br、I）

④漂白性：SO2可以使品红溶液褪色。

注意，SO2能使氯水、KMnO4溶液等褪色，这是因为SO2具有还原性的缘故。

【辨析·比较】

氯气、二氧化硫、活性炭漂白原理的比较

Cl2的漂白性主要是因为它溶于水生成了HClO。该酸有很强的氧化性。可将有色物质氧化成无色物质。这种氧化作用非常迅速。由于色素的结构被破坏。因此。Cl2的漂白作用是不可复原的。成为永久性漂白。与Cl2不同。SO2的漂白作用。不是因为SO2具有氧化性。而是SO2溶于水生成了亚硫酸。亚硫酸跟有色物质结合生成一种无色的不稳定的化合物。这种作用较慢。且生成的化合物不稳定。加热时。会有SO2分解出来。溶液又会恢复成原来的颜色。因此。SO2的漂白作用是不能持久的。而活性炭的漂白为物理性吸附。属物理变化。

浓硫酸

脱水性，吸水性（干燥剂），酸性

强氧化性：浓硫酸是强氧化性酸，可以氧化大多数金属(除Pt和Au)和其他还原性物质(H2S、Fe2+等)。

Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2↑+2H2O(氧化性、酸性)

C+2H2SO4(浓) CO2↑+2SO2↑+2H2O(氧化性)

在以上反应中，浓硫酸一般被还原为SO2。常温时，Al、Fe在浓硫酸中钝化，其实质是浓H2SO4使Al、Fe氧化生成致密的氧化物保护膜。

酸雨及其防治

1．酸雨的形成

主要反应如下：

2SO2+O22SO3 SO3+H2O＝H2SO4

SO2+H2OH2SO3 2H2SO3+O2＝2H2SO4(酸性增强)

2．酸雨的危害：酸雨危害很大，能直接破坏森林、草原和农作物。使土壤酸性增强。使湖泊酸化。还会加速建筑物、桥梁、工业设备等的腐蚀。

3．酸雨的防治

（1）对酸性物质的排放加以控制。

（2）开发清洁能源

镁

1海水提镁的方法 ：

①碱的制取：CaCO3CaO＋CO2↑；CaO＋H2O＝Ca(OH)2（使用贝壳，提供碱）

②Mg2＋的浓缩：Mg2+＋2OH－＝Mg(OH)2↓； Mg(OH)2＋2H+＝ Mg2+＋2H2O

③Mg的制取：MgCl2Mg+Cl2↑

（2）镁的性质

①物理性质：镁是一种银白色金属，密度小于水，熔点较低，硬度较小，有良好的导电、导热性和延展性，与其他金属易构成性能优良的合金。

②化学性质

与非金属单质反应：2Mg＋O22MgO、3Mg＋N2Mg3N2、Mg＋Cl2MgCl2

与酸反应：与非氧化性酸反应：Mg＋2H＋ ＝Mg2＋＋H2 ↑

与氧化性酸反应，但不生成氢气：Mg＋2 H2SO4(浓) ＝MgSO4＋SO2↑＋2H2O

与某些氧化物反应：2Mg＋CO22MgO＋C

碳以及氮、硫