普通高中教科书·化学必修 第二册.pdf

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1、49.012Be1224.31Mg2040.08Ca3887.62Sr56137.3BaLaLuAcLr88 226 Ra2144.96Sc3988.91Y5771891032247.87Ti4091.22Zr72178.5Hf104 265 Rf2350.94V4192.91Nb73180.9Ta105 268 Db2452.00Cr4295.96Mo74183.8W106 271 Sg2554.94Mn43 98 Tc75186.2Re107 270 Bh2655.85Fe44101.1Ru76190.2Os108 277 Hs2758.93Co45102.9Rh77192.2Ir109

2、276 Mt2858.69Ni46106.4Pd78195.1Pt110 281 Ds2963.55Cu47107.9Ag79197.0Au111 280 Rg3065.38Zn48112.4Cd80200.6Hg112 285 Cn第二册第二册必 修化学必 修普 通 高 中 教 科 书化学普通高中教科书HUAXUEPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU定价：10.35元绿 色 印 刷 产 品 未命名-5 120-4-1 下午1:05第二册必 修普通高中教科书化学北京人民教育出版社 课程教材研究所化 学 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著普通高中教科书 化学 必修 第二册人

3、民教育出版社 课程教材研究所化 学 课 程 教 材 研 究 开 发 中 心编著出网版（北京市海淀区中关村南大街 17 号院 1 号楼 邮编：100081）址 http:/版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题，请登录中小学教材意见反馈平台：如发现印、装质量问题，影响阅读，请与 联系调换。电话：-总 主 编：王 晶 郑长龙本册主编：王 晶 毕华林副 主 编：冷燕平 郭 震编写人员：王维臻 毕华林 乔国才 吴海建 冷燕平 郭 震 （以姓氏笔画为序）责任编辑：郭 震美术编辑：李宏庆目录第五章化工生产中的重要非金属元素1第一节硫及其化合物 2第二节氮及其

4、化合物 11第三节无机非金属材料 19整理与提升 26实验活动4 用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子 29实验活动5 不同价态含硫物质的转化 30第六章化学反应与能量31第一节化学反应与能量变化 32第二节化学反应的速率与限度 42整理与提升 52实验活动6 化学能转化成电能 56实验活动7 化学反应速率的影响因素 57第七章有机化合物59第一节认识有机化合物 60第二节乙烯与有机高分子材料 67第三节乙醇与乙酸 77第四节基本营养物质 83整理与提升 91实验活动8 搭建球棍模型认识有机化合物分子 结构的特点 95实验活动9 乙醇、乙酸的主要性质 96第八章化学与可持续发展97第一节自然资源的

5、开发利用 98第二节化学品的合理使用 107第三节环境保护与绿色化学 117整理与提升 123附录 名词索引 126附录 部分酸、碱和盐的溶解性表（室温）127附录 一些常见元素中英文名称对照表 128附录 相对原子质量表 129 元素周期表 探究 不同价态含硫物质的转化 8 简易电池的设计与制作 37 影响化学反应速率的因素 43 烃的分子结构 70 方法导引 化学实验设计 9 变量控制 45 认识有机化合物的一般思路 81 研究与实践 测定雨水的pH 17 了解车用能源 40 了解食品中的有机化合物 89 豆腐的制作 115 化学与职业 化工工程师 9 电池研发人员 39 营养师 88 环

6、境保护工程师 121 1第五章化工生产中的重要非金属元素非金属元素在化工生产中扮演着重要角色。在众多的化工原料和产品中，都能见到硫和氮等元素的踪迹。这些元素具有怎样的性质？应该如何进行研究和利用呢？从物质类别和元素价态的视角研究硫和氮等元素及其化合物的性质和用途，可以深化对物质间转化关系的认识。工业上利用这些转化关系，通过控制条件等方法，遵循生态文明思想，可以获得相应的化工产品，实现环境保护与资源利用的和谐统一。硫及其化合物 氮及其化合物 无机非金属材料硫的晶体2第五章 化工生产中的重要非金属元素第一节硫及其化合物硫 sulphur二氧化硫 sulphur dioxide图5-1 硫粉2.二氧

7、化硫二氧化硫是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，硫是一种重要的非金属元素，位于元素周期表的第三周期、第A族。硫原子的最外电子层有6个电子，在化学反应中容易得到2个电子，形成-2价硫的化合物。与同主族的氧元素相比，硫元素的原子多一个电子层，得电子能力相对较弱，而失电子能力则相对较强。这也是我们在富含氧气的地表附近找到的含硫化合物中，硫常常为 4价或 6价，而氧为-2价的原因。一、硫和二氧化硫1.硫硫（俗称硫黄）是一种黄色晶体，质脆，易研成粉末。硫难溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳。硫的化学性质比较活泼，能与许多金属单质及非金属单质发生化学反应。S+Fe=FeS硫化亚铁硫化亚铜S+2Cu=Cu2

8、S硫化氢S+H2=H2SS+O2 点燃=SO2硫熔点：113 沸点：445 密度：2.06 g/cm3数据 硫有多种同素异形体，这里为正交硫的数据。第一节 硫及其化合物3图5-2 二氧化硫溶于水密度比空气的大，易溶于水。在通常情况下，1体积的水可以溶解约40体积的二氧化硫。【实验5-1】如图5-2所示，把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内液面的上升。待液面高度不再明显变化时，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定试管中溶液的酸碱度（保留该溶液供实验5-2使用）。二氧化硫是一种酸性氧化物，溶于水时可与水反应生成亚硫酸（H2SO3），亚硫酸不稳定，同

9、时又容易分解，生成二氧化硫和水。化学上通常把向生成物方向进行的反应叫做正反应，向反应物方向进行的反应叫做逆反应。像这种在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应。二氧化硫与水的反应就可以表示为：SO2+H2O H2SO3二氧化硫在适当的温度并有催化剂存在的条件下，可以被氧气氧化，生成三氧化硫。三氧化硫也是一种酸性氧化物，溶于水时与水发生剧烈反应，生成硫酸。2SO2+O2 催化剂 2SO3SO3+H2O=H2SO4二氧化硫还能与硫化氢反应，生成硫和水。SO2+2H2S=3S+2H2O从以上反应可以看出，二氧化硫既具有氧化性又具有还原性。可逆反应 revers

10、ible reaction硫酸 sulphuric acid4第五章 化工生产中的重要非金属元素二、硫酸硫酸是重要的化工原料，可用于生产化肥、农药、炸药、染料和盐类等。工业上一般以硫黄或其他含硫矿物（如黄铁矿）为原料来制备硫酸。金属冶炼时产生的含二氧化硫废气经回收后也可用于制备硫酸。食品中添加适量的二氧化硫可以起到漂白、防腐和抗氧化等作用。例如，在葡萄酒酿制过程中，葡萄汁中某些细菌的繁殖会影响发酵，添加适量的二氧化硫可以起到杀菌的作用。二氧化硫又是一种抗氧化剂，能防止葡萄酒中的一些成分被氧化，起到保质作用，并有助于保持葡萄酒的天然果香味。尽管二氧化硫在蜜饯、干果、食糖、果酒等食品的加工中起着重

11、要作用，但如果使用不当就有可能造成食品中二氧化硫的残留量超标，从而对人体健康造成不利影响。为保证消费者健康，我国在食品添加剂使用标准中规定了二氧化硫在食品中的使用范围和最大使用量，如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量为0.25 g/L。?SO2SO3H2SO4400?500?98.3?V2O5?图5-4 工业制硫酸的原理示意图【实验5-2】用试管取2 mL在实验5-1中得到的溶液，向其中滴入12滴品红溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。然后加热试管，注意通风，再观察溶液的变化。二氧化硫具有漂白作用，工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝等。二氧化硫的漂白作用是由于它能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。

12、这些无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色。此外，二氧化硫可用于杀菌消毒，还是一种食品添加剂。资料卡片食品中的二氧化硫图5-3 二氧化硫的漂白作用第一节 硫及其化合物5【实验5-3】在带导管的橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。在试管中加入2 mL浓硫酸，塞好橡胶塞，使铜丝与浓硫酸接触。加热，将产生的气体通入品红溶液，观察实验现象。向外拉铜丝，终止反应。冷却后，将试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里，观察溶液的颜色。注意浓硫酸具有很强的腐蚀性，在实验中应注意安全防护!在加热的条件下，浓硫酸与铜反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水。2H2SO4(浓)+Cu=CuSO4+SO2

13、+2H2O 在这个反应里，浓硫酸氧化了铜，自身被还原成二氧化硫。浓硫酸是氧化剂，铜是还原剂。?NaOH?图5-6 浓硫酸与铜反应图5-5 浓硫酸与蔗糖反应硫酸在水里很容易电离出氢离子，具有酸性。浓硫酸还具有很强的吸水性和脱水性等特殊的性质。它能吸收存在于周围环境中的水分，也能将蔗糖、纸张、棉布和木材等有机物中的氢和氧按水的组成比脱去。浓硫酸还具有很强的氧化性，能氧化大多数金属单质和部分非金属单质。6第五章 化工生产中的重要非金属元素三、硫酸根离子的检验【实验5-4】在三支试管中分别加入少量稀硫酸、Na2SO4溶液和Na2CO3溶液，然后各滴入几滴BaCl2溶液，观察现象。再分别加入少量稀盐酸，

14、振荡，观察现象。从这个实验中你能得出什么结论？写出相关反应的离子方程式。在溶液中，SO42-可与Ba2+反应，生成不溶于稀盐酸的白色BaSO4沉淀。Ba2+SO24-=BaSO4注意BaCl2、Ba(OH)2等可溶性钡的化合物和BaCO3有毒！使用时须做好个人防护，相关废弃物应进行无害化处理。硫酸钙 自然界中的硫酸钙常以石膏（CaSO42H2O）的形式存在。石膏被加热到150 时，会失去所含大部分结晶水而变成熟石膏（2CaSO4H2O）。熟石膏与水混合成糊状物后会很快凝固，重新变成石膏。利用这种性质，石膏可被用来制作各种模型和医疗用的石膏绷带。在工业上，石膏还被用来调节水泥的硬化速率。硫酸钡

15、自然界中的硫酸钡以重晶石（BaSO4）的形式存在。重晶石是生产其他钡盐的原料。硫酸钡不溶于水和酸，且不容易被X射线透过，因此在医疗上可被用作消化系统X射线检查的内服药剂，俗称“钡餐”。硫酸铜 硫酸铜（CuSO4）是白色的粉末，结合水后会变成蓝色晶体，俗称胆矾（CuSO45H2O）。硫酸铜的这一性质可以用来检验酒精中是否含少量水。胆矾可以和石灰乳混合制成一种常用的农药波尔多液。资料卡片硫酸盐（1）硫酸具有酸的哪些共同的性质？请举例写出相关反应的离子方程式。（2）实验室用金属与酸反应制取氢气时，往往用稀硫酸，而不用浓硫酸，这是 为什么？思考与讨论在加热时，浓硫酸也能与木炭发生反应，生成二氧化碳、二

16、氧化硫和水。2H2SO4(浓)+C=CO2+2SO2+2H2O 第一节 硫及其化合物7四、不同价态含硫物质的转化硫元素广泛存在于自然界中，是植物生长不可缺少的元素，组成生命体的蛋白质中就含有硫。游离态的硫存在于火山口附近或地壳的岩层中。在岩层深处和海底的无氧环境下，硫元素与铁、铜等金属元素形成的化合物通常以硫化物的形式存在，如黄铁矿（FeS2）、黄 铜 矿（CuFeS2）等。在 地 表附近，由于受氧气和水的长期作用，硫化物会转化为硫酸盐，如石膏（CaSO42H2O）、芒 硝（Na2SO410H2O）等。火 山 口 附 近的硫单质会被大气中的氧气氧化成二氧化硫，二氧化硫可被进一步氧化生成三氧化硫

17、，二氧化硫和三氧化硫遇水分别形成亚硫酸和 硫酸。图5-7 自然界中硫元素的存在示意图SO3FeS2CuFeS2SO2SH2SCaSO4.2H2ONa2SO4.10H2OH2SO4H2SO3（1）经溶解、过滤和蒸发操作得到的粗盐中还含有一些可溶性硫酸盐及MgCl2、CaCl2等杂质。如果按照下表所示顺序除去它们，应加入什么试剂？写出相关反应的离子方程式（可以参考附录）。杂质加入的试剂离子方程式硫酸盐MgCl2CaCl2（2）加入你选择的试剂除去杂质后，有没有引入其他离子？用什么方法可以除去这些离子？（3）设计除去杂质的实验方案时，除了要考虑所加试剂的种类，还要考虑哪些问题？思考与讨论资料卡片自然

18、界中硫的存在和转化溶液中的CO32-也能与Ba2+反应生成白色沉淀，但BaCO3沉淀可以与稀盐酸反应，放出CO2。因此在实验室里，通常将溶液先用稀盐酸酸化，以排除CO32-等可能造成的干扰，然后加入BaCl2溶液来检验SO42-的存在。8第五章 化工生产中的重要非金属元素从图5-7可以看出，自然界中的含硫物质在一定条件下能够相互转化。这种转化在人工条件下也能发生，硫酸的工业生产就是人类通过控制化学反应条件而实现的含硫物质的相互转化。那么，在实验室里如何实现不同价态含硫物质的相互转化呢？常用的氧化剂有浓硫酸、Cl2、KMnO4等，还原剂有金属单质、H2、Na2S等。提示探究不同价态含硫物质的转化

19、（1）下图是人们总结的不同价态硫元素的转化 关系，请尽可能多地列举每种价态的硫元素所对应的物质，并根据硫元素化合价的变化，分析各种物质在氧化还原反应中表现氧化性还是还原性。（2）从上述转化关系中选择你感兴趣的一种或 几种，设计实验实现其转化，并填写下表。转化目标（价态变化）转化前的含硫物质选择试剂（氧化剂或还原剂）转化后的含硫物质预期现象-20（3）综合考虑实验安全和环境保护，选择一种 实验方案进行实验。实验过程中及时观察和记录实验现象，并对其进行分析，通过推理得出结论，就你的结论和发现的问题与同学交流。S S S S-20+4+6硫元素常见的化合价有-2、0、4和 6，可以通过氧化还原反应实

20、现不同价态含硫物质的相互转化。利用氧化剂，可将硫元素从低价态转化到高价态；利用还原剂，可将硫元素从高价态转化到低价态。第一节 硫及其化合物9方法导引化学与职业化工工程师化工工程师是解决人类在生产、生活等领域面临的化工相关问题的专业技术人才，工作在石油炼制、化肥生产、医药开发和环境治理等领域。其主要工作是依据科学原理，统筹各方面的资源，设计化工生产的工艺流程，并监控生产过程，及时解决生产中遇到的技术问题。化工工程师需要具有高度的社会责任感、团队精神、全局观念、风险管控意识和创新能力，并具备化学、化工、安全、经济、环境等方面的专业知识。图5-8 化工工程师通过观察仪表参数监控 化工生产过程化学实验

21、设计化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前，根据一定的实验目的，运用化学知识与技能，按照一定的实验方法，对实验的原理、试剂、仪器与装置、步骤和方法等所进行的规划。例如，设计“不同价态含硫物质的转化”实验，当确定了要实现的转化关系后，需要明确转化前后的含硫物质是哪些，通过怎样的反应（氧化/还原）实现转化，用到的氧化剂或还原剂是什么，等等。进行化学实验设计时，应遵循科学性、可行性、安全性和绿色化原则。化学实验设计一般以实验设计方案的形式呈现，通常包括实验课题、实验目的、实验原理、实验仪器与试剂、实验步骤及注意事项、实验数据及处理、实验结论与讨论等。10第五章 化工生产中的重要非金属元素1.下列物

22、质中的硫元素不能表现出氧化性的是（）。A.Na2S B.S C.SO2 D.H2SO42.下列关于SO2的叙述正确的是（）。A.SO2是无色、无臭、有毒的气体 B.SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO4C.SO2能使紫色的KMnO4溶液褪色 D.SO2有毒，不能用作食品添加剂3.下列事实与括号中浓硫酸的性质对应关系正确的是（）。A.空气中敞口久置的浓硫酸质量增大（挥发性）B.浓硫酸在加热条件下与铜反应（脱水性）C.用浓硫酸在纸上书写的字迹变黑（氧化性）D.浓硫酸可用来干燥某些气体（吸水性）4.在实验室中，几位同学围绕浓硫酸的化学性质进行了如下实验探究：将适量的蔗糖放入烧杯中，加入几滴水，搅拌

23、均匀；然后再加入适量浓硫酸，迅速搅拌，观察到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，并产生有刺激性气味的气体。（1）生成的黑色物质是 （填化学式）。（2）有刺激性气味的气体的主要成分是 （填化学式），写出产生该气体的反应的化学方程式：。（3）上述实验现象表明浓硫酸具有 （填字母）。a.酸性 b.吸水性 c.脱水性 d.强氧化性5.如何证明酸雨中含有硫酸？请简述相关的实验操作步骤。6.现有两支分别盛有相同体积浓硫酸和稀硫酸的试管，请用简单的方法区别它们。7.某工厂使用的煤中硫的质量分数为0.64%，该工厂每天燃烧这种煤100 t，试计算：（1）如果煤中的硫全部转化为 SO2，该厂每天产生SO2的质量及这些SO2

24、在标准状况下的体积；（2）如果把产生的SO2全部用来生产硫酸，理论上每年（按365天计）可得到98%的浓硫酸的质量。8.请分析下图，并上网查阅相关资料，简述硫在自然界的循环过程，思考人类活动对硫的循环有什么影响。练习与应用?硫元素在自然界的循环第二节 氮及其化合物11氮元素位于元素周期表的第二周期、第A族。氮原子的最外电子层有5个电子，既不容易得到3个电子，也不容易失去5个电子。因此，氮原子一般通过共用电子对与其他原子相互结合构成物质。在自然界里，氮元素主要以氮分子的形式存在于空气中，部分氮元素存在于动植物体内的蛋白质中，还有部分氮元素存在于土壤、海洋里的硝酸盐和铵盐中。氮是自然界各种生物体生

25、命活动不可缺少的重要元素，自然界是怎样通过氮的循环为生物体提供氮元素的呢？一、氮气与氮的固定由于氮分子内两个氮原子间以共价三键（NN）结合，断开该化学键需要较多的能量，所以氮气的化学性质很稳定，通常情况下难以与其他物质发生化学反应，无法被大多数生物体直接吸收。但在高温、放电等条件下，氮分子获得了足够的能量，使NN断裂，氮气能够与镁、氧气、氢气等物质发生化合反应，分别生成氮化镁、一氧化氮和氨气等。N2+3Mg 点燃=Mg3N2N2+O2 放电或高温=2NON2+3H2 高温、高压催化剂 2NH3将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫做氮的固定。大自然通过闪电释放的能量将空气中的氮气转化为含氮

26、的化合物，或者通过豆科植物的根瘤菌将氮气转化第二节氮及其化合物氮气 nitrogen固氮 nitrogen fixation氮气熔点：-210 沸点：-196 密度：1.25 g/L数据12第五章 化工生产中的重要非金属元素成氨，从而实现自然固氮。人类则通过控制条件，将氮气氧化或还原为氮的化合物，实现人工固氮。最重要的人工固氮途径就是工业合成氨，它不仅为农作物的生长提供了必需的氮元素，而且为其他化工产品（如炸药、农药、染料等）的生产提供了重要的原料。?图5-9 自然界中氮的循环合成氨由于氮气的化学性质很不活泼，以氮气和氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题。1909年，德国化学家哈伯（

27、F.Haber，18681934）经过反复实验研究后 发 现，在500600、17.5 MPa20.0 MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可超过6%，具备了工业化生产的可能性。为了把哈伯合成氨的实验室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施（C.Bosch，18741940）作出了重要贡献。1913年，一个年产量7 000 t的合成氨工厂建成并投产，合成氨的工业化生产终于实现。从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领域。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因

28、粮食不足而导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡献。科学史话第二节 氮及其化合物13二、一氧化氮和二氧化氮一氧化氮和二氧化氮是氮的两种重要氧化物。一氧化氮是无色的有毒气体，不溶于水，在常温下很容易与氧气化合，生成二氧化氮。2NO+O2=2NO2 二氧化氮是红棕色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气的大，易液化，易溶于水。二氧化氮溶于水时生成硝酸和一氧化氮，工业上利用这一原理生产硝酸。3NO2+H2O=2HNO3+NO 【实验5-5】如图5-10所示，在一支50 mL的注射器里充入20 mL NO，然后吸入5 mL水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，观察现象。打开弹簧夹，快速

29、吸入10 mL空气后夹上弹簧夹，观察现象。振荡注射器，再观察现象。10 20 30 40 50 mL图5-10 二氧化氮溶于水的实验三、氨和铵盐氨是无色、有刺激性气味的气体，密度比空气的小。氨很容易液化，液化时放热。液氨汽化时要吸收大量的热，使周围温度急剧降低。因此，液氨可用作制冷剂。【实验5-6】如图5-11所示，在干燥的圆底烧瓶里充满NH3，用带有玻璃管和胶头滴管（预先吸入水）的橡胶塞塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯中（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。打开弹簧夹，挤压胶头滴管，使水进入烧瓶。观察并描述现象，分析出现这些现象的可能原因。思考与讨论实验5-5中发生了哪些化学反应？如果

30、要将注射器中的NO充分转化，可以采取什么措施？上述实验对工业上生产硝酸有什么启示？图5-11 氨溶于水的喷泉实验14第五章 化工生产中的重要非金属元素氨是一种极易溶于水的气体，在常温常压下，1体积水大约可溶解700体积氨。氨溶于水时，会与水结合成一水合氨（NH3H2O），一水合氨中有一小部分电离形成NH4+和OH-。NH3+H2O NH3H2O NH4+OH-氨的水溶液（俗称氨水）显弱碱性，能使酚酞溶液变红或使红色石蕊试纸变蓝。氨可以与酸反应生成铵盐。如氨遇到氯化氢时，会迅速反应生成氯化铵晶体。NH3+HCl=NH4Cl氨中氮元素的化合价为-3价。氨具有还原性，在加热和有催化剂（如铂）的条件下

31、，能被氧气氧化生成一氧化氮和水。氨的催化氧化是工业制硝酸的基础。4NH3+5O2 催化剂=4NO+6H2O铵盐是农业上常用的化肥，如硫酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵等。绝大多数铵盐易溶于水，受热易分解，与碱反应会放出氨。NH4Cl=NH3+HClNH4HCO3=NH3+H2O+CO22NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O+2NH3【实验5-7】向盛有少量NH4Cl溶液、NH4NO3溶液和(NH4)2SO4溶液的三支试管中分别加入NaOH溶液并加热（注意通风），用镊子夹住一片湿润的红色石蕊试纸放在试管口。观察现象，分析现象产生的原因，写出反应的离子方程式。在实验室中，常利用铵盐与强碱反应产生

32、氨这一性质来检验铵根离子的存在和制取氨。NH4+OH-=NH3+H2O图5-12 氨与氯化氢反应氨 ammonia硝酸 nitric acid第二节 氮及其化合物15四、硝酸硝酸是无色、易挥发、有刺激性气味的液体。浓硝酸见光或者受热会分解产生二氧化氮，所以一般将其保存在棕色试剂瓶中，并放置在阴凉处。4HNO3 或光照=4NO2+O2+2H2O硝酸具有很强的氧化性，硝酸的浓度不同，与金属反应的产物也不同。【实验5-8】如图5-14所示，在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入2 mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比较实验现象。向上

33、拉铜丝，终止反应。浓硝酸、稀硝酸与铜反应的化学方程式分别为：4HNO3(浓)+Cu=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O8HNO3(稀)+3Cu=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O值得注意的是，有些金属如铁、铝等虽然能与稀硝酸或稀硫酸反应，但在常温下却可以用铁或铝制容器来盛装浓硝酸或浓硫酸。这是因为常温下，铁、铝的表面被浓硝酸或浓硫酸氧化，生成了一层致密的氧化物薄膜，这层薄?NaOH?图5-14 硝酸与铜反应思考与讨论注意硝酸具有腐蚀性和挥发性，使用时须注意防护和通风！图 5-13 为 实 验 室制取氨的简易装置示意图。请仔细观察实验装置，思考如何检验试管中已收集满氨，如何吸收处理实验中多余

34、的氨。图5-13 实验室制取氨的简易装置 示意图NH4Cl?Ca(OH)2?资料卡片浓硝酸和浓盐酸的混合物（体积比为13）叫做王水，能使一些不溶于硝酸的金属如金、铂等溶解。王 水16第五章 化工生产中的重要非金属元素五、酸雨及防治煤、石油和某些金属矿物中含有硫，在燃烧或冶炼时往往会生成二氧化硫。在机动车发动机中，燃料燃烧产生的高温条件会使空气中的氮气与氧气反应，生成氮氧化物。它们会引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。二氧化硫、氮氧化物以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水会形成酸雨。正常雨水由于溶解了二氧化碳，其 pH约为5.6，而酸雨的pH小于5.6。酸雨有很大的危害，能直接

35、损伤农作物，破坏森林和草原，使土壤、湖泊酸化，还会加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀。二氧化硫和二氧化氮都是有用的化工原料，但当它们分散在大气中时，就成了难以处理的污染物。因此，工业废气排放到大气中之前，必须进行适当处理，防止有害物质污染大气，并充分利用原料。图5-15 酸雨的形成示意图NO2SO2NOxH SO42HNO3SO2图5-16 酸雨会破坏森林硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：（1）写出每一步反应的化学方程式。（2）请分析上述反应中的物质类别和氮元素化合价的变化情况，以及每一步反应中含氮物

36、质发生的是氧化反应还是还原反应。思考与讨论H2N2NH3NO2HNO3NOO2O2H2O膜阻止了酸与内层金属的进一步反应。当加热时，铁、铝会与浓硝酸或浓硫酸发生反应。第二节 氮及其化合物17【研究目的】酸雨对环境危害巨大，人们已经采取多种措施来防治酸雨。通过以下活动了解测定雨水pH的方法，认识酸雨的危害，激发保护环境的紧迫感。【研究任务】（1）收集资料以“酸雨”为关键词进行搜索，了解酸雨的形成原因、基本类型、相关危害及预防和治理措施。（2）测定雨水的pH根据收集的资料，确定测定雨水pH的过程和方法并进行实践，对结果进行分析和讨论。可参考如下过程：下雨时用容器直接收集一些雨水作为样品，静置，以蒸

37、馏水或自来水作为参照，观察并比较它们的外观；用pH试纸（或pH计）测量雨水和蒸馏水的酸度并记录；有条件的话，可连续取样并测定一段时间（如一周）内本地雨水、地表水或自来水的pH，将得到的数据列表或作图，确定你所在地区本时间段内雨水等的平均酸度。【结果与讨论】（1）通过你测得的数据判断本次降雨是否为酸雨。若是酸雨，请分析形成酸雨可能的原因，并提出减轻酸雨危害的建议。（2）本次实践活动及结果对你有什么启发？请撰写研究报告，并与同学讨论。测定雨水的pH图5-17 用pH计测量水样的酸度第二节 氮及其化合物17研究与实践18第五章 化工生产中的重要非金属元素1.下列关于N2的叙述错误的是（）。A.N2既

38、可作氧化剂又可作还原剂 B.在雷雨天，空气中的N2与O2可反应生成NOC.氮的固定是将N2转化成含氮的化合物 D.1 mol N2可与3 mol H2完全反应生成2 mol NH32.在NO2与水的反应中，（）。A.氮元素的化合价不发生变化 B.NO2只是氧化剂C.NO2只是还原剂 D.NO2 既是氧化剂，又是还原剂3.只用一种试剂，将NH4Cl、(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl 4种物质的溶液区分开，这种试剂是（）。A.NaOH溶液 B.AgNO3溶液 C.BaCl2溶液 D.Ba(OH)2溶液4.根据图5-11“氨溶于水的喷泉实验”装置图，以下说法不正确的是（）。A.该实验证明氨

39、气极易溶于水 B.烧瓶充满氯气，胶头滴管和烧杯中加入浓碱液也可能形成喷泉C.红色喷泉说明氨水显碱性 D.烧杯中换成其他液体无法形成喷泉5.工业上可以废铜屑为原料制备硝酸铜，下列4种方法中，适宜采用的是哪一种？请从节约原料和环境保护的角度说明原因。Cu+HNO3(浓)Cu(NO3)2 Cu+HNO3(稀)Cu(NO3)2 Cu 空气 CuO HNO3 Cu(NO3)2 Cu 浓硫酸 CuSO4 Ba(NO3)2 Cu(NO3)26.利用图5-14所示装置进行铜与硝酸反应的实验。（1）硝酸一般盛放在棕色试剂瓶中，请用化学方程式说明其原因：。（2）使用稀硝酸进行实验：反应开始后，铜丝逐渐变细，有气泡

40、产生，溶液变蓝。铜与稀硝酸反应的离子方程式为 。实验中观察到试管中的气体略有红棕色，其原因是 （用化学方程式表示）。（3）使用浓硝酸进行实验：反应剧烈进行，铜丝逐渐变细，溶液变绿，试管上方出现红棕色气体。铜与浓硝酸反应的化学方程式为 。某同学推测反应后溶液呈绿色的原因是NO2在溶液中达到饱和，NO2的饱和溶液呈黄色，硝酸铜溶液呈蓝色，两者混合后呈绿色。他取少量该绿色溶液，向其中加入适量水后溶液变为蓝色，可能的原因是 （用化学方程式表示）。7.汽车尾气中含有CO、NO等多种污染物，已成为城市空气的主要污染源。汽车尾气中的NO是如何产生的？请推测可能的原因，并写出有关反应的化学方程式。8.根据图5

41、-9简单描述氮在自然界的循环过程，并思考和讨论以下问题。（1）氮在自然界中主要以哪些形式存在？（2）人体蛋白质中的氮是从哪里来的？（3）自然界中有哪些固定氮的途径？（4）人类的哪些活动参与了氮的循环？练习与应用第三节 无机非金属材料19第三节无机非金属材料材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人类使用的材料除了金属材料，还有无机非金属材料等。从组成上看，许多无机非金属材料含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。随着工业生产和社会发展对材料性能要求的提高，一批新型无机非金属材料相继诞生，成为航空、航天、信息和新能源等高技术领域必需的材料。一、硅酸盐材料传统的

42、无机非金属材料多为硅酸盐材料，在日常生活中随处可见，如制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥等。无机非金属材料 inorganic nonmetallic materials硅酸盐 silicate在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图5-18所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点。图5-18 硅氧四面体的结构示意图资料卡片OOOSiO硅酸盐的结构20第五章 化工生产中的重要非金属元素1

43、.陶瓷陶瓷是以黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）为主要原料，经高温烧结而成的。我国具有悠久的陶瓷制造历史，在新石器时代，我们的祖先已能烧制陶器，至唐宋时期，我国的陶瓷制品已经享誉海内外。目前，陶瓷仍然在人类的生产和生活中扮演着重要的角色，得到了广泛应用，如用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。2.玻璃普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2，它是以纯碱、石灰石和石英砂（主要成分是SiO2）为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得的。玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿，还可制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。图5-20 高压输电线路使

44、用了陶瓷绝缘材料图5-19 我国古代烧制的精美瓷器生产中采用不同的原料和工艺，可以制得多种具有不同性能和用途的玻璃。例如，用含有铅的原料制造的光学玻璃，透光性好，折射率高，可以用来制造眼镜、照相机和光学仪器的透镜；加入硼酸盐制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，可用于实验室使用的玻璃仪器；加入一些金属氧化物或盐可以得到彩色玻璃，常用于建筑和装饰。资料卡片图5-21 金属氧化物可以使玻璃呈现不同的颜色第三节 无机非金属材料21 二、新型无机非金属材料随着科学技术的发展，无机非金属材料突破了传统的硅酸盐体系，一系列新型无机非金属材料相继问世。其中有一些是高纯度的含硅元素的材料，如单晶硅、二氧化硅等

45、，具有特殊的光学和电学性能，是现代信息技术的基础材料；还有一些含有碳、氮等其他元素，在航天、能源和医疗等领域有着广泛的应用。1.硅和二氧化硅现代信息技术是建立在半导体材料基础上的。位于元素周期表第三周期、第A族的硅元素，正好处于金属与非金属的过渡位置，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。硅在自然界主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙）的形式存在。晶体硅中的杂质会影响其导电性能，因此必须制备高纯度的硅。工业上用焦炭还原石英砂可以制得含有少量杂质的粗硅。将粗硅通过化学方法进一步提纯，才能得到高纯硅。SiO2+2C 高温=Si+2CO图5-22 长江

46、三峡大坝使用了大量水泥硅 silicon二氧化硅 silicon dioxide3.水泥普通硅酸盐水泥的生产以黏土和石灰石为主要原料。二者与其他辅料经混合、研磨后在水泥回转窑中煅烧，发生复杂的物理和化学变化，加入适量石膏调节水泥硬化速率，再磨成细粉就能得到普通水泥。水泥、沙子和碎石等与水混合可以得到混凝土，大量用于建筑和水利工程。22第五章 化工生产中的重要非金属元素高纯硅广泛应用于信息技术和新能源技术等领域。利用其半导体性能可以制成计算机、通信设备和家用电器等的芯片，以及光伏电站、人造卫星和电动汽车等的硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。光导纤维的通信容量大，抗干扰性能好，传输的信号不

47、易衰减，能有效提高通信效率。图5-26 光导纤维图5-25 硅太阳能电池工业上制备高纯硅，一般需要先制得纯度为98%左右的粗硅，再以其为原料制备高纯硅。例如，可以将粗硅转化为三氯硅烷（SiHCl3），再经氢气还原得到高纯硅。其中涉及的主要化学反应为：SiO2+2C 1 8002 000 Si+2COSi+3HCl 300 SiHCl3+H2SiHCl3+H2 1 100 Si+3HCl?HClH2?1 8002 000?300?SiHCl3图5-23 工业制备高纯硅的原理示意图资料卡片高纯硅的制备图5-24 硅晶片是生产芯片的基础材料第三节 无机非金属材料23图5-27 耐高温的碳化硅陶瓷轴承

48、3.碳纳米材料碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。2.新型陶瓷新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系，在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能，进一步拓展了陶瓷的应用领域。例如，碳化硅（SiC）俗称金刚砂，其中的碳原子和硅原子通过共价键连接，具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸和砂轮的磨料。碳化硅还具有优异的高温抗氧化性能，使用温度可达 1 600，大大超过了普通金属材料所能承受的温度，可用作耐高温结构材料、耐高温半导体材料等。随着人们对材料性能要求的不断提高，具有特殊功能的

49、陶瓷材料迅速发展，一系列如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等新型陶瓷相继问世。这些新型陶瓷与传统陶瓷相比，在成分上有了很大变化。高温结构陶瓷一般用碳化硅、氮化硅或某些金属氧化物等在高温下烧结而成，具有耐高温、抗氧化、耐磨蚀等优良性能。与金属材料相比，更能适应严酷的环境，可用于火箭发动机、汽车发动机和高温电极材 料等。压电陶瓷主要有钛酸盐和锆酸盐等，能实现机械能与电能的相互转化。可用于滤波器、扬声器、超声波探伤器和点火器等。透明陶瓷主要有氧化铝、氧化钇等氧化物透明陶瓷和氮化铝、氟化钙等非氧化物透明陶瓷，具有优异的光学性能，耐高温，绝缘性好。可用于高压钠灯、激光器和高温探测窗等。超导陶瓷

50、在某一临界温度下电阻为零，具有超导性，可用于电力、交通、医疗等领域。新型陶瓷科学技术社会图5-28 超导陶瓷可应用于磁悬浮技术24第五章 化工生产中的重要非金属元素碳纳米管可以看成是由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径。碳纳米管的比表面积大，有相当高的强度和优良的电学性能，可用于生产复合材料、电池和传感器等。石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨，其独特的结构使其电阻率低、热导率高，具有很高的强度。作为一种具有优异性能的新型材料，石墨烯在光电器件、超级电容器、电池和复合材料等方面的应用研究正在不断深入。图5-30 电子显微镜下放大30万倍的碳纳米管图5-29 用C60作车轮的“纳米汽车