非金属元素及其化合物

（一）非金属元素概论    

1．非金属元素在周期表中的位置 

在目前已知的112种元素中，非金属元素有22种，除H外非金属元素都位于周期表的右上方（H在左上方）。F是非金属性最强的元素。

2．非金属元素的原子结构特征及化合价 

（1）与同周期的金属原子相比，最外层电子数较多，次外层都是饱和结构（2、8或18电子结构）。   

（2）与同周期的金属原子相比较，非金属元素原子核电荷数多，原子半径小，化学反应中易得到电子，表现氧化性。

（3）最高正价等于主族序数（O、F无+6、+7价）‘对应负价以绝对值等于8–主族序数。如S、N、C1等还呈现变价。 

3．非金属单质 

（1）组成与同素异形体   

非金属单质中，有单原子分子的He、Ne、Ar等稀有气体；双原子分子的H2、O2、Cl2、H2、Br2等，多原子分子的P4、S8、C60、O3等原子晶体的金刚石，晶体硅等。同一元素形成的不同单质常见的有O2、O3；红磷、白磷；金刚石、石墨等。

（2）聚集状态及晶体类型  

常温下有气态（H2、O2、Cl2、N2…），液态（Br2）、固态（I2、磷、碳、硅…）。常温下是气钵，液态的非金属单质及部分固体单质，固态时是分子晶体，少量的像硅、金刚石为原子晶体，石墨“混合型”晶体。

4．非金属的氢化物 

（1）非金属氢化物的结构特点

①IVA—RH4正四面体结构，非极性分子；VA—RH3三角锥形，极性分子；VIA—H2R为“V”型，极性分子；VIIA—HR直线型，极性分子。

②固态时均为分子晶体，熔沸点较低，常温下H2O是液体，其余都是气体。

（2）非金属气态氢化物的稳定性

一般的，非金属元素的非金属性越强，生成的气态氢化物越稳定。因此，气态氢化物的稳定性是非金属性强弱的重要标志之一。

（3）非金属氢化物具有一定的还原性

如：NH3：H2S可被O2氧化HBr、HI可被Cl2、浓H2 SO4氧化等等。

5．最高价氧化物对应水化物（含氧酸）的组成和酸性。

元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，故非金属元素的最高价含氧酸的酸性也是非金属性强弱的重要标志之一。

（二）卤族元素    

1．氯气 

（1）分子式Cl2电子式结构式Cl—Cl

（2）物理性质：黄绿色有刺激性气味、有毒、易液化能溶于水（1：2）。

（3）化学性质： 

①与金属反应将金属氧化成高价态Cu+Cl2=CuCl2（棕黄色烟） 

②与非金属反应

H2+Cl2=2HCl（苍白色火焰，工业上制HCl），

H2+Cl2=2HCl（爆炸）

③与水反应

Cl2+H2O=HCl+HClO，HCIO是一种弱酸（HClO=H++ClO–），具有强氧化性，可进行漂白、消毒杀菌等，在光照下易分解：2HClO=2HCl+O2↑

④与碱反应 

Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O（用于吸收多余Cl2）

2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2漂白粉（混合物）+2H2O

漂白粉的有效成分为Ca(ClO)2在空气中易失效变质：

Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO

⑤与还原性物质反应 

Cl2+2Br –=2Cl–+Br2Cl2+H2S=2HCl+S↓

（4）制法：

①实验室制法 

MnO2+4HCl（浓）=MnCl2+Cl2↑+2H2O

②业制法     

2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+Cl2↑

2NaCl（熔融）=2Na+Cl2↑      

2．卤族元素 

（1）卤族元素性质的通性及递变性

①元素周期表中的位置：第ⅦA族

②原子结构相同点：最外层电子数均为7个同点：电子层数不同 

③主要性质的相似性：单质均为双原子非极性分子；主要化合价为−l价，最高正价为+7价（F除外）；单质具有强氧化性。

④主要性质的递变性。（从F到I）原子半径和离子半径逐渐增大；非金属性及单质氧化性逐渐减弱，即氧化性F2＞Cl2＞Br2＞I2；与H2化合生成HX的反应由易至难，且氢化物的稳定性由强到弱，即稳定性HF＞HCl＞HBr＞HI；最高价氧化物的承化物的酸性逐渐减弱；卤离的还原性增强，前面元素的单质能把后面的元素置换出来。单质的颜色变深，熔沸点升高。

（2）卤素及其化合物特性归纳

①Cl2、Br2、I2与水反应类型相同，可用通式X2+H2O=HX+HXO，而F2特殊F2+2H2O=4HF+O2，由此得出它们与碱反应Cl2、Br2、I2相同，F2不同。

②F2、Cl2、Br2与Fe作用得+3价铁，而I2+Fe=FeI2。 

③Cl–、Br –、I–跟AgNO3分别产生白色沉淀、浅黄色沉淀、黄色沉淀；而AgF可溶于水，无色溶液。 

④氯水具有漂白性，但溴水、碘水中HBrO和HIO很少，漂白性很差。

⑤碘与淀粉变蓝，但淀粉碘化钾试纸投入氯水中不变蓝，因为氯水过量，发生下列反应I2+5Cl2+6H2O=2HIO3+10HCl。

⑥氢氛酸为弱酸，余者为强酸，旦酸性逐渐增强；氢氟酸腐蚀玻璃，其他氢卤酸没有此性质。

（3）卤离子（X–）的检验（X=Cl、Br、I）

在含有卤离子（X–）的溶滚中，加入：HNO3酸化的AgNO3溶液。Cl–+Ag+=AgCl↓（白），Br –+Ag+=AgI↓（黄色），

  Br−+Ag+=AgBr↓（淡黄色），I–+Ag+=AgI↓（黄色）

 3．卤素单质及化合物的特殊性

①F只显-1价，一般无含氧酸，氟气能跟稀有气体反应，氢氟酸是弱酸，但能腐蚀玻璃，CaF2难溶于水。而AgF易溶于水

②溴是常温下惟一呈液态的非金属，易挥发。

③碘易升华，碘遇淀粉反应生成蓝色物质。

④Cl2、Br2、I2溶解性

（三）氧族元素

 1．氧族元素概述

（1）包括：氧（8O）、硫（16 S）、硒（34 Se）、碲（52 Te）、钋（84 Po）等几种元素。

（2）周期表中位置：VIA族；2—6周期。

（3）最外层电子数：6e。

（4）化合价：–2，0，+4，+6（O一般无正价）。 

（5）原子半径：随核电荷数增大而增大，即rO＜r S＜r Se＜r Te。

（6）元素非金属性：从O→Te由强→弱。

2．氧族元素性质的相似性及递变性

（1）相似性 

①最外层电子都有6个电子，均能获得2个电子，而达到稳定结构。

②在气态氢化物中均显2价，分子式为H2R。

③在最高价氧化物中均+6价，分子式为RO3。

④最高价氧化物对应水化物的分子式为H2 RO4。

（2）递变性（O 、S、 Se、 Te）

①单质的溶沸点升高，氧化性减弱。

②气态氢化物热稳定性减小，还原性增强。

③最高价氧化物的水化物酸性减弱。 

3．二氧化硫  

（1）二氧化硫的物理性质：无色有刺激性气味，有毒，密度比空气大，易液化、易溶于水（与H2O化合生成H2 SO3，SO2+H2O =H2SO3）

（2）二氧化硫的化学性质：

①具有酸性氧化物通性

②还原性：SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl   2SO2+O2=2SO3

③弱氧化性：SO2+2H2S=3S+2H2O

④漂白性：SO3可使品红褪色（可逆，加热又恢复红色） 

（3）二氧化硫的污染 

①SO2是污染大气的主要有害物质之一，直接危害是引起呼吸道疾病。

②形成酸雨pH＜5、6，破坏农作物、森林、草原、使土壤酸性增强等等。

③含SO2的工业废气必须经过净化处理才能排放到空气中。

4．硫酸工业和硫酸

（1）接触法制硫酸

反应原理：①造气：4FeS2+11O2(g)=2Fe2O3+8SO2

              ②氧化：2SO2+O2=2SO3

③吸收：SO3+H2O=H2SO4

分别对应的设备：①沸腾炉  ②接触室  ③吸收塔

具体措施：粉碎矿石、过量空气、热交换、催化氧化、逆流、循环、浓H2 SO4吸收SO3（防止形成酸雾）、尾气处理（用氨水吸收SO2，生成(NH4)2SO3，再用H2SO4处理，便又可生成SO2）。

（2）浓硫酸（98.3％）的特性

①吸水性：H2SO4易与H2O结合，并放出大量热，所以浓硫酸常做酸性气体的干燥剂(不可干燥H2S)。

②脱水性：浓H2SO4遇见某些有机化合物，可将其中氢、氧原子个数按2:1比例脱去，即为脱水性，C12H22O1112C＋11H2O(浓H2SO4脱水性)

③强氧化性：浓H2SO4与金属、与非金属、与具有还原性物质发生氧化-还原反应，如：

Cu＋2H2SO4(浓)=CuSO4+SO2↑+2H2O

C＋2H2SO4(浓)=CO2↑+2SO2↑+2H2O

H2S+H2SO4(浓)=S＋SO2↑+2H2O

2NaI＋2H2SO4(浓)= Na2SO4+SO2↑+I2+2H2O

与还原剂反应浓H2SO4的还原产物都为SO2。

常温下，浓H2SO4使Fe、Al表面发生钝化(生成致密氧化膜)，而不发生产生气体的反应。

（四）碳族元素

1．碳及其重要化合物

（1）一氧化碳和二氧化碳

（2）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方。这种具有高吸收能力的碳，称为活性炭。活性炭的孔隙多，内表面积大，一般为500rn2/g～l000m2/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、NO2、Cl2、Br2、C6H6（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。 

（3）碳及其重要化合物

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）硅岛单质：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+O2=SiO2 

②Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

（4）硅的制备及提纯：SiO2+2C=Si+CO↑ ， Si+2Cl2=SiCl4      SiCl4+2H2=Si+4HCl

（5）硅的氧化物SiO2：

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

 SiO2+CaOCaSiO3   SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

③与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4 ↑+2H2O

④光导纤维的主要原抖，制造石英玻璃等。

（6）硅及其重要化合物

（五）氨族元素 

  1．氦族元素概述  

（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（HRO3或H3RO 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（HNO3＞H3PO4）；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，N2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H2、O2、Mg等发生反应：

①N2+3H2=2NH3

②N2+O2=2NO

③N2+3MgMg3N2  （Mg3N2+6H2O=Mg(OH)2 ↓+2NH3 ↑）（2）氮的氧化物：

N元素有+l、+2、+3、+4、+5五种价态，分别对应的氧的物为N2O、NO、N2O3、NO2(N2O4)、N2O5 其中N2O3、N2O5。分别是HNO2、HNO3的酸酐，NO是无色还原性较强的有毒气体，易被O2氧化。NO2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SO2使湿润的KI一淀粉试纸变蓝。重要反应：2NO+O2=2NO2；3NO2+H2 O=2HNO3+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：NH3+H2O=NH3·H2O=NH4++OH–

NH3是惟一能使润湿的红色石蕊试纸交蓝的气体，常用此性质检验NH3。

与酸反应：NH3+HCl=NH4Cl（生成白烟）

与O2反应：4NH3+5O2=4NO+6H2O+Q

与CO2反应（制取尿素）：2NH3+CO2=CO(NH2)2+H2O

③氨的制法 

安验室制法：用铵盐与碱共热。

2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3↑+2H2O

工业制法：原料为水、煤和空气N2+3H2=2NH3

（4）（HNO3）

的化学性质：HNO3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=4NO2↑+O2 ↑+2H2O

强氧化性：无论稀浓HNO3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+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 

3Ag+4HNO3(稀)=3AgNO3+NO↑+2H2 O（利用此反应可以洗涤附在器皿内壁上的银）

冷浓HNO3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HNO3。

b．与非金属反应

C+4HNO3(浓)=CO2↑+4NO2↑+2H2 O

S+6HNO3(浓)=H2SO4+6NO2↑+2H2O 

c．与其他还原剂反应

3H2S+2HNO3(稀)=3S↓+2NO↑+4H2O 

3SO32–+2NO3–+2H+=3SO42–+2NO↑+H2O

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的制法：

实验室制法：盐与浓H2SO4微热

NaNO3(固)+H2SO4(浓)=NaHSO4+HNO3↑

工业制法：氨的催化氧化法

a．原理：4NH3+5O2=4NO+6H2O    

2NO+O2=2NO2    

3NO2+H2O=2HNO3+NO

b．尾气处理：用碱液吸收

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O 

③的保存方法：不稳定，易分解，受热、光照或浓度越大，越易分解，由于分解生成的NO2溶于中而使里黄色，实验室为防止分解，常将放在棕色瓶内，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

①P2O5磷酸（H3PO4）偏磷酸（HPO3）的酸酐

P2O5+H2O(冷)=2HPO3(有毒溶于水) 

P2O5+3H2O(热)=2H3PO4(无毒、晶体、易溶于水)P2O5吸浸性强可作干燥剂。

②磷酸的性质

纯净的磷酸是无色晶体，有吸湿性，藏躲畏水以任意比例混溶。浓H3PO4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。磷酸和NaOH反应，1：1生成NaH2PO4；1：2生成Na2HPO4；l：3生成Na3PO4。介于l：1和1：2之间生成NaH2PO4和Na2HPO4的混合物。介于l：2和1：3之间生成Na2HPO4帮Na3PO4的混合物。