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第二部分 常见元素的单质及其重要化合物 一．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。 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 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）物理性质：黄绿色有刺激性气味、有毒、易液化能溶于水（1：2）。 （2）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↓ （3）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?6?1l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。 （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）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）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，C12H22O11 12C＋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）碳及其重要化合物的反应 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 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）硅及其重要化合物的反应 （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。 （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。 （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 与O2反应 与CO2反应（制取尿素） 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）硝酸（HNO3） 硝酸的化学性质：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 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 c．与其他还原剂反应 3H2S+2HNO3(稀)=3S↓+2NO↑+4H2O 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H2SO4微热m 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NO2溶于硝酸中而使硝酸里黄色，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 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。 二．金属元素及其化合物 （一）金属元素概述 1．金属元素在周期表中的位置及原予结构特征 （1）金属元素分布在周期表的左下方，目前已知的112种元素共有90种金属元素。 （2）金属元素最外层电子数一般小于4个。（Ge、Sn、Pb 4个Sb、Bi 5个，Po 6个）原子半径较同周期非金属原子半径大。 （3）金属元素形成的金属单质固态时全是金属晶体。 2．金属的分类 （1）冶金工业上黑色金属：Fe、Cr、Mn（其主要氧化物呈黑色）。有色金属：除Fe、Cr、Mn以外的所有金属。 （2）按密度分 轻金属：ρ＜4.5g·cm–3（如Na、Mg、A1） 重金属：ρ＞4.5g·cm–3（如Fe、Cu、W） （3）按存在丰度分常见金属：如Fe(4.75％)、Al(7.73％)、Ca(3.45％)等稀有金属：如锆、铪、铌等。 3．金属的物理性质 （1）状态：通常情况下，除汞外其他金属都是固态。 （2）金属光泽：多数金属具有金属光泽。 （3）易导电一导热：由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热。 （4）延展性：可压成薄片，也可抽成细丝。 （5）熔点及硬度：由金属晶体中金属离子和自由电子的作用强弱决定。最高的是钨（3413℃），最低的是汞（–39℃）。 4．金属的化学性质 （1）与非金属单质作用 （2）与H2O作用 （3）与酸作用 （4）与碱作用（仅Al、Zn可以） （5）与盐的作用 （6）与某些氧化物作用 5．金属的冶炼 2HgO=2Hg+O2↑ 2Ag2O=4Ag+O2↑ （2）热还原法（常用还原剂CO、H2、C活泼金属等） Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 Cr2O3+2Al=2Cr+A12O3 （3）电解法（适用于非常活泼的金属） 2A12O3=4Al+3O2↑ 2NaCl=2Na+Cl2 ↑ （二）碱金属元素 1．钠及其化合物 （1）钠的物理性质 钠是一种柔软、银白色，有金属光泽的金属，具有良好的导电、导热性，密度比水小，比煤油大，熔点较低。 （2）钠的化学性质 ①与非金属反应 2Na + Cl2 2NaCl 2Na + O2 Na2O2（黄色火焰） 4Na+O2=2Na2O（空气中，钠的切面变暗） ②与水反应 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ 现象及解释：浮在水面上——密度比水小；熔化成小球——钠的熔点低，反应放热；四处游动——生成气体；酚酞变红——生成碱。 ③与酸反应 2Na+2H+=2Na++H2↑ 钠不足，直接与酸反应；钠过量，先与酸反应再与水反应。 ④与盐溶液反应 钠与盐溶液反应，先考虑Na与水反应生成NaOH，再考虑NaOH是否与盐反应。 a．投入NaCl溶液中，只有H2放出。2Na+2H2O=2NaOH+H2↑ b．投入饱和NaCl溶液中，有H2放出，还有NaCl晶体析出（温度不变)）。 c．投入NH4Cl溶液中，有H2和NH3逸出。 2Na+2NHCl=2NaCl+2NH3↑+H2↑ d．投入CuSO4溶液中，有气体放出和蓝色沉淀生成。 2Na+H2O+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑ （3）钠的保存及用途： ①保存：钠的化学性质非常活泼，易与空气中的O2、H2O等反应，保存在煤油中。 ②用途： a．工业上用于冶炼金属：4Na+TiCl4=Ti+4NaCl b．Na—K合金（液态）用作原子反应堆的导热剂 c．制造高压钠灯，作为电光源。 2．碱金属元素 （1）周期表中的位置：第IA族（Li、Na、K、Rb、Cs） （2）原子结构特点：最外层电子数均为1。 （3）主要性质： ①原子半径为同周期最大，易失电子。强还原剂且从Li→Cs金属性增强。 ②取高价氧化物的水化物呈强碱性，从Li→Cs碱性增强。 （三）镁、铝、铁及其化合物 1．镁、铝在元素周期表中位置及原子结构镁(Mg)：位于周期表第3周期第IIA原子结构铝(Al)：位于周期表第3周期第IIIA，原子结构Mg、Al均为活泼金属，在化学反应中都易失电子，其性质有相似之处，但由于原子结构不同性质上也有差异。 2．镁、铝的物理性质 ①相同点：密度较小，熔点较低、硬度较小、均为银白色。 ②不同点：铅的硬度比镁稍大，熔沸点比镁高，这是由于镁、铅的金属键的强弱不同。 3．氧化铝和氢氧化铝 A12O3和Al(OH)3是典型的两性化合物，既能与强酸反应。也能与强碱反应生成盐和H2O。 Al 2O3+6H+=2A13++3H2O A12O3+2OH–=2A1O2–+H2O Al(OH)3+3H+=A13++3H2O Al(OH)3+OH–=A1O2–+2H2O 4．铁及其化合物 （1）铁在周期表中的位置及原子结构 铁位于第四周期第Ⅷ族，是过渡金属元素的代表，铁元素是一种变价元素，通常显示+2价、+3价， （2）铁的性质 ①与非金属反应 2Fe+3Cl2=2FeCl3（棕黄色的烟） 3Fe+2O2=Fe3O4 Fe+S=FeS Fe+I2=FeI2 注：铁与弱氧化性物质反应生成低价铁的化合物 ②与酸反应 a．非氧化性酸．Fe+2H+=Fe2++H2↑ b．氧化性酸：常温下遇浓H2SO4、浓HNO3会发生钝化，而加热时会剧烈反应。 ③与水反应：3Fe+4H2O(气)=Fe3O4+4H2 ④与某些盐熔液反应：Fe+Cu2+=Fe2++Cu，Fe+2Fe3+=3Fe2+ （3）铁的存在铁在自然界中分布较广。在地壳中含量约占5％，仅次于铝。分布在地壳中的铁均以化合态存在，游离态的铁只能在陨石中得到。铁矿石的种类较多，重要有：赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4），褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）和菱铁矿（FeCO3）。 （4）Fe2+和Fe3+的性质 ①Fe2+具有氧化性，主要表现还原性 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（Fe2+被氧化） ②Fe3+具有较强的氧化性，与S2–、I–、SO32– 等能发生氧化还原反应2Fe3++S2–=2Fe2++S↓ 2Fe3++2I–=2Fe2++I2 ③Fe3+是典型的弱碱阳离子，与HCO3–、AlO2–。等在溶液中发生双水解反应2Fe+3CO32–+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑ ④Fe3+遇苯酚溶液呈紫色；可用于检验Fe3+ ⑤亚铁盐、铁盐的存放方法：亚铁盐溶液——加入少量铁屑以防止Fe2+被氧化，滴入少量相应的酸溶液以防止Fe2+水解。铁盐溶液——加入少量相应的酸溶液以防止Fe3+水解。
第三部分 有机化学基础 一．有机化学中的基本概念 1．有机化合物 （1）定义：简称有机物，是指含碳元素的化合物（但CO2、CO、碳酸盐仍为无机物）。 （2）与无机物相比有如下特点： ①元素组成的特点：除碳元素外，还含有H、O、N、P、S及卤素等非金属元素。 ②结构特点 a．碳碳间以共价键形成碳键，这是有机物结构的基础 b．有机物分子多为非极性分子或弱极性分子 c．有机物分子间通过范德华力结合成分子晶体 ③数量特点有机物的种类繁多，达数百万种，其原因是： 5．烃的衍生物 （1）从结构上说，可以看成是烃分子里的氢原子被其他原子或原子团取代而衍变成的，因此叫烃的衍生物。 （2）卤代烃：烃分子中的氢原子被卤原子取代后的产物。 （3）醇：醇是分子中含有跟链烃基或苯环侧链上的碳结合的羟基的化合物。R—OH。 （4）酚：羟基与苯环上的碳原子直接相连的化合物叫做酚。 （5）醛：烃基与醛基结合着的化台物叫做醛：R—CHO （6）羧酸：分子由烃基与羧基相连构成的有机化合物：R—COOH （7）酯：羧与醇结合生成的有机物叫做酯：R—COOR′ 6．蒸馏、分馏和干馏 蒸馏是将液态物质加热到沸腾变为蒸气，又将蒸气冷却为液体这两个过程联合操作。用这一操作可分离、除杂、提纯物质；分馏和蒸馏一样，也是利用混合物中各物质的沸点不同，严格控制温度，进行分离或提纯物质的操作。是多次的蒸馏；干馏，是把固态有机物（或煤炭）放入密闭的容器，隔绝空气加强热使它分解的过程。工业上炼焦就属于干馏。干馏属化学变化，蒸馏与分馏同属物理变化。
二．有机化学反应类型归纳 1．取代反应 （1）定义：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。 （2）能发生取代反应的物质：烷烃、芳香烃、醇、酚、酯、羧酸、卤代烃。 2．加成反应 （1）定义：有机物分子里不饱和碳原子跟其他原子或原子团直接结合生成别的物质的反应。 （2）能发生加成反应的物质：烯烃、炔烃、苯及其同系物。醛、酮、单糖等等。 3．加聚反应 （1）定义：通过加成聚合反应形成高分子化合物。 （2）特征：生成物只有高分子化合物，其组成与单体相同。 4．缩聚反应 （1）定义：通过缩合反应生成高分子化合物，同时还生成小分子。（如H2O、NH3等）的反应。 （2）特征：除生成高分子化合物还有小分子生成。 5．消去反应： （1）定义：从一个有机物分子中脱去小分子（如H2O、HX等）而生成不饱和化合物（含双键或叁键）的反应。 （2）能发生消去反应的物质：醇、卤代烃。 6．氧化反应 （1）定义：有机物加O或去H的反应。 （2）类型： ①在空气中或氧气中燃烧 ②催化氧化 ③某些有机物被非O2氧化剂氧化 7．还原反应 （1）定义：有机物加H或去O的反应 8．酯化反应：（也属于取代反应） （1）定义：酸与醇起作用、生成酯和水的反应 9．水解反应（属于取代反应） （1）反应特征：有水参加，有机物分解成较小分子。 （2）能水解的物质：卤代烃、酯、二糖、多糖、蛋白质 |
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