(一)碳族元素
1.碳及其重要化合物(1)一氧化碳和二氧化碳
(3)活性炭的吸附作用及其应用
木材干馏所得的固态产物是木炭,木炭由于它的孔隙被干馏时产生的油脂等物质所覆盖,吸附能力较弱,经活化处理增加表面积后就有高的吸附能力。这种具有高吸附能力的碳,称为活性炭。活性炭的孔隙多,内表面积大,一般为500m 2 /g~1000m 2 /g。活性炭属于非极性吸附剂,因此易吸附非极性或弱极性物质。常见的易被活性炭吸附的物质及应用如下:
①有毒的气体(或蒸汽):NO、NO 2 、Cl 2 、Br 2 、C 6 H 6 (苯)。活性炭用于去毒、防毒。
②色素。活性炭用于溶液脱色(漂白),如制造白糖工业中可用活性炭做脱色剂。
③水中有臭味的物质。活性炭用于水的除臭净化。
2.硅及其重要化合物
(1)硅的存在:自然界中以化合态存在,含量仅次于氧,排第二位,是构成矿物和岩石的主要成分。
(2)硅的单质:有晶体硅和无定形硅两种同素异形体,晶体硅是原子晶体,类似于金刚石,熔沸点高、硬度大,是良好的半导体。
(3)硅的性质:性质稳定不易与其他物质发生化学反应
①Si+O 2 △ SiO 2
②Si+2NaOH+H 2 O Na 2 SiO 3 +2H 2 ↑
(4)硅的制备及提纯:SiO 2 +2C 高温 Si+CO↑Si+Cl 2 高温 SiCl 4
SiCl 4 +2H 2 高温 Si+4HCl
(5)硅的氧化物SiO 2 :①原子晶体,熔点高、硬度大②酸性氧化物:(但不溶于水,也不与水反应)SiO 2 +CaO 高温 CaSiO 3
SiO 2 +2NaOH Na 2 SiO 3 +H 2 O
③与氢氟酸反应:SiO 2 +4HF SiF 4 ↑+2H 2 O④光导纤维的主要原料,制造石英玻璃等。
(二)氮族元素
1.氮族元素概述
(1)周期表中的位置:第ⅤA族(N、P、As、Sb、Bi)2-6周期
(2)原子结构特点相同点:最外层电子数均为5个不同点:电子层数不同
(3)主要性质:
①相似性:a.最高正价均为+5,负价为-3;(Sb、Bi无负价)b.最高价氧化物的水化物(HRO 3 或H 3 RO 4 )呈酸性
②逆变性(按N→Bi)原子半径由小到大;气态氢化物稳定性减弱;最高价含氧酸的酸性减弱((HNO 3 >H 3 PO 4 );与同周期卤素、氧族比非金属性要弱。
2.氮及其重要化合物
(1)氮的化学性质:常温时,N 2 不活泼,可代替稀有气体作保护气,但在点燃、放电、高温等条件下能与H 2 、O 2 、Mg等发生反应:①N 2 +3H 2 高温、高压
催化剂 2NH 3 ②N 2 +O 2 放电 2NO
③N 2 +3Mg 点燃 Mg 3 N 2
(Mg 3 N 2 +6H 2 O Mg(OH) 2 ↓+2NH 3 ↑)(2)氮的氧化物:
N元素有+1、+2、+3、+4、+5五种价态,分别对应的氧的物为N 2 O、NO、N 2 O 3 、NO 2 (N 2 O 4 )、N 2 O 5 。其中N 2 O 3 、N 2 O 5 分别是HNO 2 、HNO 3 的酸酐,NO是无色还原性较强的有毒气体,易被O 2 氧化。NO 2 是红棕色易溶于水的刺激性的有毒气体,氧化性较强,能氧化SO 2 使湿润的kI—淀粉试纸变蓝。重要反应:2NO+O 2 2NO 2 ;2NO 2 N 2 O 4 3NO 2 +H 2 O 2HNO 3 +NO(3)氨气的性质及用途
①物理性质:无色有刺激性气味的气体,极易溶于水(1∶700)易液化。②化学性质:与水反应
NH 3 +H 2 O NH 3 ·H 2 O NH +4 +OH -
NH 3 是惟一能使润湿的红色石蕊试纸变蓝的气体,常用此性质检验NH 3 。与酸反应
NH 3 +HCl NH 4 Cl(生成白烟)与O 2 反应
4NH 3 +5O 2 Pt △ 4NO+6H 2 O+Q与CO 2 反应(制取尿素)2NH 3 +CO 2 200atm
180℃ CO(NH 2 ) 2 +H 2 O③氨的制法
实验室制法:用铵盐与碱共热。
2NH 4 Cl+Ca(OH) 2 △ CaCl 2 +2NH 3 ↑+2H 2 O工业制法:原料为水、煤和空气N 2 +3H 2 高温、高压
催化剂 2NH 3(4)硝酸(HNO 3 )
硝酸的化学性质:HNO 3 为强酸,除具有酸的通性外还具有以下特性:不稳定性:(见光、受热易分解)
4HNO 3 光或热 4NO 2 ↑+O 2 ↑+2H 2 O
强氧化性:无论稀、浓HNO 3 均具有强氧化性,与金属反应时,即使是比氢活泼的金属也不放出氢气。a.与金属反应
Cu+4HNO 3 (浓) Cu(NO 3 ) 2 +2NO 2 ↑+2H 2 O3Cu+8HNO 3 (稀) 3Cu(NO 3 ) 2 +2NO↑+4H 2 O3Ag+4HNO 3 (稀)=3AgNO 3 +NO↑+2H 2 O
(利用此反应可以洗涤附在器皿内壁上的银)
冷浓HNO 3 可使Al、Fe等金属表面生成一层致密氧化膜而发生钝化,故可用Al、Fe等材料制成的密闭容器盛装浓HNO 3 。b.与非金属反应
C+4HNO 3 (浓) △ CO 2 ↑+4NO 2 ↑+2H 2 O S+6HNO 3 (浓) △ H 2 SO 4 +6NO 2 ↑+2H 2 O c.与其他还原剂反应
3H 2 S+2HNO 3 (稀) 3S↓+2NO↑+4H 2 O
3SO 2- 3 +2NO -3 +2H + 3SO 2- 4 +2NO↑+H 2 O d.与有机物反应
硝化反应(如与苯反应);酯化反应(如与纤维素反应);颜色反应(如与蛋白质反应)。
②硝酸的制法:
实验室制法:硝酸盐与浓H 2 SO 4 微热
NaNO 3 (固)+H 2 SO 4 (浓) △ NaHSO 4 +HNO 3 ↑工业制法:氨的催化氧化法
a.原理:4NH 3 +5O 2 Pt △ 4NO+6H 2 O2NO+O 2 2NO 2
3NO 2 +H 2 O 2HNO 3 +NO b.尾气处理:用碱液吸收
NO+NO 2 +2NaOH=2NaNO 2 +H 2 O③硝酸的保存方法:硝酸不稳定,易分解,受热、光照或浓度越大,硝酸越易分解,由于分解生成的NO 2 溶于硝酸中而使硝酸呈黄色,实验室为防止硝酸分解,常将硝酸放在棕色瓶内,贮放在黑暗且温度低的地方。
3.磷及其重要化合物(1)红磷与白磷
(2)磷的化合物的性质
①P 2 O 5 -磷酸(H 3 PO 4 )偏磷酸(HPO 3 )的酸酐P 2 O 5 +H 2 O(冷) 2HPO 3 (有毒溶于水)
P 2 O 5 +3H 2 O(热) 2H 3 PO 4 (无毒、晶体、易溶于水)P 2 O 5 吸湿性很强,可作干燥剂。②磷酸的性质
纯净的磷酸是无色晶体,有吸湿性,能跟水以任意比例混溶。浓H 3 PO 4 为无色黏稠液体,较稳定,不挥发,具有酸的通性。磷酸为三元酸,与碱反应时,当碱的用量不同时,可生成不同的盐。如磷酸和NaOH反应,1∶1生成NaH 2 PO 4 ;1∶2生成Na 2 HPO 4 ;1∶3生成Na 3 PO 4 。介于1∶1和1∶2之间生成NaH 2 PO 2 和Na 2 HPO 4 的混合物。介于1∶2和1∶3之间生成Na 2 HPO 4 和Na 3 PO 4 的混合物。