5.1硫及其化合物 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

六、非金属元素及其化合物 1.了解过氧化氢的性质和用途； 2.了解单质硫的性质和应用，了解二氧化硫的性质及其对生态环境的影响； 3.理解浓硫酸的重要性质，掌握硫酸根离子的检验； 4.了解氮气的化学性质； 5.了解氮的重要化合物（一氧化氮、二氧化氮、氨、硝酸）的性质，掌握铵根离子的检验； 6.了解硅的化学性质和用途，了解二氧化硅可制造光导纤维。 7.了解磷的同素异形体（红磷、白磷），及其性质用途。 氧族元素简介 第一节 硫及其化合物 元素周期表中第VIA族包括 氧O、硫S、硒Se（xi）、碲Te（di）、钋Po（po） 五种元素，统称氧族元素。 1、氧族元素原子的电子层结构相似，最外层电子数都为6个，所以它们具有相似的化学性质。在化学反应中，氧族元素的原子都容易得到两个电子，形成-2价的化合物，也可以发生电子偏移，形成+6/+4价的化合物，最高正价都是+6 2、氧和硫是典型的非金属元素，硒和碲虽是非金属元素却具有某些金属性。 3、同一元素，价态高的含氧酸比价态低的含氧酸的酸性强些。如硫酸比亚硫酸的酸性强。 4、钋在地壳中是一种非常稀少的元素，不作介绍 5、氧族元素随着原子序数的增大，原子的电子层数递增，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引力减弱，原子得到电子的能力逐渐减弱，失去电子的能力逐渐增强，所以非金属性减弱，金属性增强 一、硫 硫在自然界分布很广，以游离态存在，也有以化合态存在。 天然硫存在于火山喷口附近或者地壳里。 以化合态存在的硫主要是金属硫化物和硫酸盐，如硫铁矿/黄铜矿/硫酸钙/硫酸钠等。 1、硫的物理性质 硫单质俗称硫磺，淡黄色晶体，容易研成粉末，不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。 2、硫的化学性质 化学性质较活泼，能和除金/铂以外的各种金属直接化合，生成金属硫化物并放出热量。 硫也可以跟许多非金属发生反应。 （1）硫与铁反应：硫粉与铁粉加热后发生反应，发热，生成黑色的硫化亚铁FeS Fe + S = FeS （2）硫在空气中燃烧 S+O2=SO2 3、硫的用途 硫的用途很广，工业上制造硫酸、黑色火药、火柴，生产橡胶、农药等；医疗上制造硫磺软膏，医治皮肤病。 1、硫的氧化物 硫的重要氧化物有二氧化硫SO2和三氧化硫SO3。 （1）二氧化硫SO2 物理性质： 二氧化硫是无色有刺激性气味的气体，易溶解于水，有毒，吸入少量会使嗓子变哑，呼吸困难甚至失去知觉。 是大气污染物之一。 二、硫的化合物 化学性质： 二氧化硫能与水反应生成亚硫酸，故又叫亚硫酐。将SO2通入紫色石蕊溶液中，变红色。 SO2+H2O=H2SO3 亚硫酸很不稳定，容易分解成二氧化硫和水。 H2SO3=SO2+H2O 二氧化硫在适当的温度并有催化剂的条件下，可以与氧气反应生成三氧化硫。 2SO2+O2=2SO3 二氧化硫的检验 视频中可以看到品红溶液的颜色褪去，加热后，品红溶液的颜色复现。用这种方法可以检验二氧化硫。 二氧化硫的漂白作用实际上是与有色物质化合生成无色物质，这种无色物质不稳定，受热容易分解使得颜色复现。与Cl2的漂白作用不同。 二氧化硫的主要用途： 用于制造硫酸和亚硫酸盐，工业上用来漂泊纸浆、毛、丝、草帽等，也可以用于杀菌、消毒等。 几种常见漂白剂的漂白原理比较 请将二氧化硫的性质归类： （2）三氧化硫SO3 三氧化硫是一种无色易挥发的晶体，三氧化硫溶于水立即与水发生剧烈反应，生成硫酸,同时放出大量的热。 SO3是硫酸的酸酐，叫硫酐。 SO3+H2O=H2SO4 三氧化硫受热分解为氧气和二氧化硫。 2SO3=2SO2+O2 2、硫酸H2SO4 （1）硫酸的物理性质 纯净的硫酸是一种无色、黏稠、油状的液体 是一种难挥发的强酸，极易溶于水，同时放出大量的热 常用浓硫酸的质量分数为98% 如何稀释？酸入水？水入酸？ （2）硫酸的化学性质 浓硫酸与铜的反应 浓硫酸与碳的反应 Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+SO2↑+2H2O C+2H2SO4(浓) =CO2↑+2SO2↑+2H2O 浓硫酸的氧化性 浓硫酸的性质 浓硫酸的性质 （3）硫酸的用途 地位：化学工业最重要的产品之一，又是重要的化工原料 在化学肥料工业上用硫酸制造磷肥和硫酸铵。 大量的硫酸用于精炼石油，制造炸药、染料、颜料、农药等。 制备许多有实用价值的硫酸盐及各种酸（盐酸、氢氟酸、硝酸）。 在电镀工业中作为清洗剂。 工业上和实验室里用硫酸做干燥剂，干燥氯气、CO2等气体。 在化学实验室里是一种重要的化学试剂。 （4）硫酸和硫酸盐的检验 硫酸钡BaSO4是一种不溶于水，也不溶于盐酸或硝酸的白色沉淀。可利用硫酸钡的不溶性来检验硫酸根离子的存在。 3、过氧化氢 氧和氢可以形成水H20外，还可以形成过氧化氢H202，也就是双氧水，其中氧的化合价为-1。 过氧化氢试剂瓶上的标签：强氧化性 （1）物理性质 无色黏稠的液体，能与水以任何比例混溶，其水溶液称为双氧水，呈弱酸性。 （2）化学性质 ①不稳定性 过氧化氢在低温和高纯度时比较稳定，在加热或光照时，容易发生分解；如果加入少量二氧化锰MnO2，极大促进它的分解，实验室常用过氧化氢制取氧气。 2H2O2=2H2O+O2 ②氧化性 过氧化氢可氧化SO2、H2S、HI、Fe2+等物质。 ③还原性 过氧化氢遇到较强氧化剂如KMn04时，表现出还原性。 （3）用途 ①做消毒杀菌剂。市售双氧水中H2O2的质量分数一般为30%；医疗上广泛使用H2O2的质量分数为3%作为消毒杀菌剂。 ②做氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氧剂等。工业上用10%的双氧水漂白毛、丝及羽毛等。 ③做火电燃料及生产过氧化物的原料。 第二节 氮、磷及其化合物 周期表中第VA族元素包括氮N、磷P、砷As、锑Sb、铋Bi五种元素，统称为氮族元素。 P Sb （1）氮族元素原子最外层电子数都有5个电子，所以它们的最高正化合价都是+5，负化合价为-3。 （2）氮族元素随着原子序数的增大，原子核外电子层数的递增，原子半径逐渐增大，元素原子获得电子的能力逐渐减弱，失去电子的能力逐渐增强，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。 （3）氮和磷明显表现出非金属性；砷是非金属，但表现出一些金属性；锑和铋表现出明显的金属性。 氮是一种重要的非金属元素，自然界中氮主要以单质形式氮气N2存在于空气中，占空气总体积的78%。 氮普遍存在于有机体内，是构成蛋白质和核酸的不可缺少的元素。 一、氮及其化合物 1、氮气N2 （1）物理性质 无色无味、比空气略轻，难溶于水 氮气分子的电子式 氮气分子是由2个氮原子共用3对电子结合而成的，氮原子间结合很牢固，不容易分离，即使加热到3000℃，氮气分子也不分解，说明氮分子的结构很稳定。 （2）化学性质 通常情况下很不活泼，很难与其他物质发生反应。但在一定条件下如放电、高温，能与某些金属和非金属发生化学反应。 氮气在高温时，能与镁钙锶钡等金属直接化合生成金属氮化物。如镁与氮气反应： 3Mg+N2=Mg3N2 在高温、高压、催化剂的条件下，氮气能氢气直接化合生成氨NH3。 N2+3H2=2NH3 ③ 在放电条件下，氮气与氧气能直接化合生成无色的一氧化氮NO 化学方程式为：N2+O2=2NO 一氧化氮不溶于水，在常温下容易与氧气反应，生成红棕色并有刺激性气味的二氧化氮NO2 化学方程式为：2NO+O2=NO2 二氧化氮NO2有毒，易溶于水的酸性氧化物。溶于水后生成硝酸和一氧化氮。 化学方程式为：NO2+H2O=2HNO3+NO （3）氮气的制法与用途 制法：工业上制取氮气，通常是以空气为原料，采用液态空气分馏的方法，制得纯度99.5%的氮气。 氮气的用途 在工业上主要用于合成氨、制造硝酸等，它们是用制造氮肥、炸药等原料。 氮气的化学性质很不活泼，用来替代稀有气体做焊接金属时的保护气。 氮气用来填充白炽灯泡。 利用氮气保护粮食、水果等农副产品。 在工业和医疗方面液态氮可做冷冻剂。 （4）氮的固定 在放电条件下，氮气与空气中的氧直接化合生成一氧化氮NO，在高温高压催化剂下，氮气和氢气可直接化合成氨。这种将空气中游离的氮转变成氮的化合物的过程，叫做氮的固定，简称固氮。 氮元素是农作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，植物生长过程中，必须吸取含氮养料，为此就需要制造氮肥，称为人工固氮。 2、氮的化合物 （1）氨NH3 在自然界中，氨是蛋白质腐败的产物。 物理性质： 氨是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，密度小于空气。 氨分子很容易液化。液态氨气汽化要吸收大量的热，能使周围物质的温度急剧降低，氨常用作制冷剂。 氨极易溶于水。1L水可以溶解700L氨（喷泉实验），氨的水溶液叫氨水。 氨的化学性质 相当活泼，它能水、酸和氧气发生化学反应。 氨气与水的反应 氨气溶解于水中，大部分与水结合成一水合氨NH3·H2O，少量一水合氨NH3·H2O可电离成铵离子NH4+和氢氧根离子OH-，因此氨水显弱碱性，具有碱的通性。 NH3+H2O=NH3·H2O=NH4+ + OH- 一水合氨NH3·H2O很不稳定，受热时易分解生成氨气和水。 NH3·H2O=NH3↑+H2O ③氨能与其他的酸反应 氨与硝酸反应生成硝酸铵 HNO3 + NH3 = NH4NO3 氨与硫酸反应生成硫酸铵 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 ②氨水与浓盐酸的反应 反应现象：产生大量的白烟。氨水挥发出来的NH3与浓盐酸挥发出来的HCl化合生成的氯化铵晶体。 NH3+HCl=NH4Cl ④氨与氧气的反应 氨不能在空气中燃烧，但能在纯氧中燃烧生成氮气和水 4NH3+3O2=2N2+6H2O 氨的催化氧化： 在催化剂与高温条件下，氨能与空气中的氧反应生成一氧化氮和水，它是工业上制造硝酸的主要反应。 4NH3+5O2==4NO+6H2O 氨的制法 工业制法： 在高温、高压和催化剂条件下，使氮气与氢气直接化合生成氨。 N2+3H2==2NH3 氨的实验室制法： 加热氯化铵和氢氧化钙的混合物制取氨气。 Ca(OH)2+2NH4Cl=CaCl2+2NH3+2H2O 氨的用途： 是制造氮肥、硝酸、铵盐、纯碱重要原料；有机合成工业（合成纤维、塑料、染料）常用的一种原料；还用作制冷剂。 （2）铵盐 氨气或氨水与酸反应生成铵盐。 铵盐是由铵离子NH4+和酸根离子组成的化合物。 固态铵盐受热极易分解。 加热氯化铵NH4Cl晶体，可以看到晶体逐渐减少，直至消失。氯化铵NH4Cl受热分解生成氨NH3和氯化氢HCl。 NH4Cl=NH3↑+HCl↑ 同时试管壁上有细小的白色晶体析出。这是因为分解的氨NH3和氯化氢HCl遇冷重新结合成氯化铵NH4Cl。 NH3+HCl=NH4Cl ②铵盐可以与酸碱盐发生反应 如铵盐与碱反应： 2NaOH+(NH4)2SO4=Na2SO4+2NH3↑+2H2O 可以利用这个性质来检验铵根的存在 铵盐的用途： 铵盐是重要的氮肥，也可以用来制造炸药，也用于印染和干电池的原料等 氮的氧化物 氨气的特点 氨气的性质 硝酸的性质 下列描述体现了硝酸的什么性质？ （3）硝酸 物理性质： 纯硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。 极易溶于水，能以任意比例与水混溶，常用的浓硝酸质量分数大约是69%。 质量分数86%以上的硝酸，由于硝酸的挥发而产生白烟，称为发烟硝酸。 硝酸越浓，温度越高，越容易分解，分解出的二氧化氮溶解于硝酸中，使硝酸呈黄色。 硝酸的化学性质 硝酸的不稳定性 硝酸不稳定，易分解，纯净的硝酸在常温下见光分解。 4HNO3=4NO2↑+2H2O+O2↑（要用棕色瓶保存） 硝酸的氧化性 浓/稀硝酸都具有很强的氧化性，几乎能与所有的金属（金、铂除外）或非金属发生反应。 浓/稀硝酸与铜反应： Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O 3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O 王水：浓硝酸与浓盐酸的混合物（1:3）叫做王水，它能使一些不溶于硝酸的金属如金铂等溶解。 金属钝化： 有些金属如铝铁等在冷的浓硝酸中会发生钝化现象，这是因为浓硝酸能将他们的表面氧化成一层薄而致密而氧化膜，阻止了内部金属与硝酸进一步反应。可以用铝槽车装运浓硝酸。 浓硝酸还能氧化许多非金属单质，能灼伤皮肤。 如：浓硝酸与碳反应 C + 4HNO3(浓)==CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O ② 工业制法 工业上是用氨的催化氧化来生产硝酸 第一阶段：氨的氧化 4NH3+5O2==4NO+6H2O 第二阶段：硝酸的生成 2NO+O2=NO2 NO2+H2O=2HNO3+NO 硝酸的用途： 重要的化工产品，用来制造染料、炸药、塑料、硝酸盐和其他重要原料。 硝酸的制法 实验室制法 用硝酸盐与浓硫酸共热制备：NaNO3+H2SO4(浓)=NaHSO4+HNO3 二、磷及其化合物 磷容易被氧化，在自然界没有游离态的磷存在，磷主要是以磷酸盐的形式存在于磷矿中。磷还存在于细胞、蛋白质、动物的骨骼及牙齿中。 1.磷 磷单质有红磷和白磷。 由同一种元素形成的多种单质，叫做元素的同素异形体，这种现象叫做同素异形现象。 磷的物理性质： 纯净的白磷是无色透明的蜡状固体，不溶于水，易溶于二硫化碳。剧毒，误食0.1g就能致死。 红磷是红棕色粉末固体，无毒，不溶于水，也不溶于二硫化碳。 白磷和红磷可以互相转变。同素异形体之间的相互转化属于化学变化。 ②磷的化学性质 磷的化学性质活泼，白磷比红磷更活泼。磷容易与氧、卤素及许多金属发生反应。 白磷着火点40℃，红磷着火点240℃。白磷容易发生自燃反应。 磷与氧气反应： 4P+5O2=2P2O5 磷与锌反应：3Zn+2P=Zn3P2（杀鼠剂） 磷的用途：白磷用于制造高纯度的磷酸。红磷主要用于制农药、安全火柴等，还有制造烟幕弹和燃烧弹。 三、环境保护 环境是指周围事物的境况。大气、水 、土地、矿藏、森林、草原、生物、名胜古迹、风景游览区、自然保护区、生活居住区等构成了人类生存的环境。 环境污染主要包括大气污染、水污染、土壤污染等。 大气污染物的重要成分是氮的氧化物、二氧化硫、二氧化碳。 NO和NO2在空气中会形成黄色或褐色烟雾，有很大的毒性。 NO能与人体中的血红蛋白作用引起中毒。 NO2和SO2能刺激人的呼吸器官，可导致呼吸道和肺部病变，引起气管炎、肺气肿等，浓度大时中毒死亡。 光化学烟雾：当日光照射NO2、O2和为燃烧完全的碳氢化合物时，它们能进行光化学反应，生成一系列致癌物质。这些物质再与大气中的SO2和水所形成的酸雾结合起来，形成危害很大的光化学烟雾，会使人突然晕倒、呼吸困难，眼喉腰部疼痛，使人体衰老。还能伤害植物，使植物枯死。 酸雨：空气中SO2在一定条件下会氧化成SO3，SO3和NO2遇水形成硫酸和硝酸，这些强酸随着雨雪冰雹雾降落地面，形成酸雨、酸水、酸雾灯，统称酸雨，不仅使河湖水质酸化，毒害鱼类和水生生物，使土壤酸化，危害森林和农作物，还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹和动物。 第三节 硅及其化合物 元素周期表中第IV族包括碳、硅、锗（zhe）、锡、铅五种元素，统称为碳族元素。 一、碳族元素 碳 铅 碳族元素在元素周期表中处于容易失去电子的主族元素和容易得到电子的主族元素的中间位置，它们的原子最外电子层上有4个电子，在化学反应中不容易失去电子也不容易得到电子。 碳族元素的最高正化合价为+4价。还有+2价。 碳族元素随着原子序数和电子层数的增加，原子半径增大，非金属性向金属性递变的趋势明显。 碳是明显的非金属，硅是非金属但外貌像金属，锗的金属性比非金属性强，锡和铅都是金属。 二、硅单质 硅元素含量在地壳中排名第二，在自然界不存在游离态的硅，主要以化合态存在，以二氧化硅和硅酸盐形式存在，广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里。 1.硅的物理性质 硅有两种同素异形体：无定形硅和晶体硅。 晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,具有和金刚石相似的正四面体型结构，硬度大，熔、沸点高。无定形硅是一种灰黑色粉末。 硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，具有半导体的性质。 2.硅的化学性质 硅的化学性质不活泼。 在常温下和大部分物质（如O2、Cl2、硝酸、硫酸）不发生反应。 在常温下硅能与F2、HF和强碱发生反应。 在高温条件下，硅能与一些非金属起反应。硅加强热，可以燃烧生成二氧化硅，同时释放出大量的热。 Si+O2=SiO2 3.硅的用途 ① 硅是良好的半导体材料，高纯度的硅在电子工业上可用来制造半导体器件 ② 可以用来制造合金 ③ 含硅4%的钢有导磁性，用来制造变压器的铁芯 ④ 含硅15%左右的钢有耐酸性，可用来制造耐酸设备 ⑤ 有机硅化合物耐高温、耐腐蚀、有弹性，是特殊的润滑和密封材料，用于尖端科学和国防工业 二、二氧化硅 1.物理性质 一种坚硬难熔的固体，广泛分布于自然界，构成多种矿物和岩石，通常称为硅石。俗称石英或水晶。SiO2的熔点很高。 2.化学性质 二氧化硅的化学性质很稳定。 不能与酸（HF除外）反应。 二氧化硅是酸性氧化物，但不溶于水，不能与水其反应生成相应的硅酸H2SiO3。 能与碱性氧化物和强碱反应生成硅酸盐。 SiO2+CaO=CaSiO3 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 玻璃的成分是二氧化硅，它可以被碱溶液腐蚀，实验室存放碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，必须用橡胶塞，否则反应生成的硅酸钠会使玻璃塞和瓶口黏结在一起。 3.用途 水晶用于制造电子工业的重要部件 制造耐高温的化学仪器 制造光学仪器 制造光导纤维的重要原料 玻璃 4.危害 长期吸入含二氧化硅的粉尘，会患肺尘埃沉着病，俗称矽肺。如采矿、翻砂、喷砂、制陶瓷等场所容易得病。 Lavf57.62.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Lavf58.30.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.30.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.12.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Multimedia 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