高一化學(xué)必修一講解第1章

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    一、 氮及其化合物
    1. 氮的氧化物
     氮的氧化物有N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4或N2O5,它們均能與熱的銅粉反應(yīng)生成氮?dú)夂脱趸~,體現(xiàn)了氧化性的一個(gè)側(cè)面。
     N2O,微有麻醉性,易溶于水,水溶液呈中性,它可使余燼的木條復(fù)燃。NO遇空氣立即化合成紅棕色的NO2。NO2具強(qiáng)氧化性,S、P、C等物質(zhì)在NO2中可以燃燒 ;能使淀粉KI試液變藍(lán)。在過量的空氣中則NO、NO2對(duì)水的反應(yīng)為:
     4NO+3O2+2H2O=4HNO3
     4NO2+O2+2H2O=4HNO3
    N2O3極不穩(wěn)定,低溫分解(2N2O3=2 NO+ N2O4),溶解生成亞硝酸。N2O5是硝酸酐,一般為氣態(tài),0℃以上分解2N2O5=2NO2+O2。
    2. 氨
     氨的化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)在:
    (1)加合反應(yīng) NH3分子中有孤對(duì)電子,能與具有空軌道的物質(zhì)(如H+和Ag+等)以配位鍵相鍵合,所以NH3具有弱堿性和易形成配合物的性質(zhì).
     H++NH3=NH4+
     Ag+ +2NH3=Ag(NH3)2+
    (2)還原性 NH3中有—3氧化態(tài)的氮 而具不太強(qiáng)的還原性,如NH3能被O2、C12等氧化。
     4NH3+3O2=2N2+6H2O (NH3能在純O2中燃燒生成N2)
     4NH3+5O2=4NO+6H2O(工業(yè)上用于制造HNO3)
     3C12+8NH3=N2+6NH4C1(工業(yè)上常用此來檢查氯氣管道是否漏氣)
    (3)取代反應(yīng) 液氨有微弱的電離:2NH3 == NH4++NH2—
    將鈉放入液氨中有NaNH2。開始溶入時(shí),因Na釋出的電子與氨生成氨合電子e(NH3)x—而呈藍(lán)色。
     Na+NH3(1)=NaNH2+ H2↑
     氨的水溶液呈堿性,因?yàn)镹H3分子中N—H鍵之間的共用電子對(duì)明顯地偏向于N。在水分子中,O—H鍵之間的共用電子對(duì)明顯地儀式向于O;在氨水中,NH3和H2O分子通過氫鍵形成氨水,通常寫成NH3•H2O
    NH3+H2O NH3•H2O NH4+ +OH—
    氨水的密度隨濃度加大而減小。
     [例2—7] 從某些方面看,氨和水相當(dāng),NH4+和H3O+(常簡(jiǎn)寫為H+)相當(dāng),NH2—和OH—相當(dāng),NH2—(有時(shí)還包括N3—)和O2—相當(dāng)。
    (1) 已知液氨中下列二個(gè)反應(yīng)能發(fā)生,完成并配平反應(yīng)式:
    NH4C1+KNH2→
    NH4I+PbNH→
    (2) 完成并配平下列反應(yīng)的方程式(M為金屬):
    M+ NH3→
    MO+NH4C1→
    M(NH2)2→
     [解析]根據(jù)題給信息,氨和水相當(dāng),NH4+和H3O+相當(dāng),NH2—和OH—相當(dāng),NH2—(有
    時(shí)還包括N3—)和O2—相當(dāng),故可運(yùn)用類推的方法得出結(jié)論:
    (1) NH4C1+KNH2→ KC1+ 2NH3;2NH4I + PbNH→PbI2 + 3NH3;
    (2) M+ xNH3 =M(NH2)x +1/2x H2; MO+2NH4C1→MC12 + 2NH3 + 2H2O
     M(NH2)2→ MNH +NH3
    3. 硝酸 亞硝酸
     (1)硝酸 HNO3是強(qiáng)酸又是強(qiáng)氧化劑。許多非金屬單質(zhì)如碳、磷、硫、碘等都能被氧化為相應(yīng)的含氧酸。
     3C+4HNO3=3CO2(g)+ 4NO↑+2H2O
     3P+5HNO3+2H2O=3H3PO4+5NO↑
     S+2HNO3=H2SO4+2NO↑
     3I2+10HNO3=6HIO3+10NO↑+2H2O
     除少數(shù)不活潑金屬如Au,Pt,Ir外,幾乎所有金屬都能與HNO3反應(yīng),生成相應(yīng)的硝酸鹽。但是Fe,A1,Cr等在冷的濃HNO3中,因表面鈍化而不與其反應(yīng)。HNO3在反應(yīng)中還原的程度主要取決于它的濃度和金屬的活潑性。實(shí)際上HNO3都不是單一的,可能是NO2,NO,N2O,N2和NH4+等的混合物。通常方程式所表示出來的還原產(chǎn)物只是其中所占的份量最多的一種而已。一般說來,濃HNO3與金屬反應(yīng),還原產(chǎn)物主要是NO2;稀HNO3 與不活潑金屬反應(yīng),主要產(chǎn)物是NO,與不活潑金屬反應(yīng)(如Fe,Zn,Mg)產(chǎn)物是N2O;極稀HNO3 與活潑金屬反應(yīng)則生成NH4+;但是HNO3與非金屬或化合物反應(yīng)還原產(chǎn)物多為NO。濃 HNO3和濃HC1的混合液(體積比1:3)稱為王水,可溶解Au和Pt等不活潑金屬。例如
     Au+ HNO3+4HC1=H[AuC14]+NO↑+2H2O
     Pt+ 4HNO3+18HC1=3H2[PtC16]+4NO↑+8H2O
    這是因?yàn)橥跛屑群袕?qiáng)氧化劑HNO3又含有配位能力較強(qiáng)的C1—,后者能與溶解下來的金屬離子形成穩(wěn)定的配離子,從而降低了溶液中金屬離子濃度,有利于反應(yīng)向金屬溶解的方向進(jìn)行。
     (2)亞硝酸 HNO2是弱酸(Kθ=4.6×10—4),不穩(wěn)定,僅存在于水溶液中。該溶液受熱時(shí)按下式分解
    2HNO2=N2O3+H2O = NO(g)+NO2↑+H2O
     藍(lán)色 棕色
     亞硝酸在化學(xué)性質(zhì)上主要表現(xiàn)氧化還原性。它在水溶液中能將I—氧化為I2
     2HNO2+2I—+2H+=2NO↑+ I2+2H2O (可用于定量測(cè)定亞硝酸鹽)
     亞硝酸及其鹽遇更強(qiáng)氧化劑時(shí),也可被氧化。
     5NO2—+2MnO4—+6H+=5NO3—+2Mn2++3H2O(可用來區(qū)別HNO3和 HNO2)
     [例2—8]下圖 分別代表有關(guān)反應(yīng)中的一種物質(zhì),請(qǐng)?zhí)钕乱韵驴瞻住?BR>     (1)①、③、④的化學(xué)式分別是 、 、 。
     (2)⑧與⑨反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。
     [解析]①加熱生成氣體混合物,在中學(xué)里遇到的反應(yīng)物應(yīng)為(NH4)2CO3或NH4HCO3,它們分解均生成NH3、CO2和水蒸氣。由混合氣經(jīng)堿石灰后至③可見CO2、H2O被吸收,③應(yīng)為NH3氣。由混合氣經(jīng)濃硫酸吸收NH3、H2O成②, 可知②為CO2。它與過氧化鈉反應(yīng)生成O2和Na2CO3,正好O2與NH3經(jīng)催化劑氧化生成NO和H2O,所以④為O2,⑤為Na2CO3。其后⑥為NO,(11)為H2O,⑦為NO2。NO2與(11)即水反應(yīng)生成HNO3和NO即⑥正好說明前面判斷正確,⑧為HNO3。由下方關(guān)系框圖可見②為CO2在其中點(diǎn)燃Mg,生成MgO即⑩和C即⑨。⑧、⑨反應(yīng)生成CO2(即②)、NO2(即⑦)、H2O(即(11)),再次印證判斷的正確性。
    二、 磷及其化合物
    1. 磷的氧化物
    (1) 結(jié)構(gòu):磷在空氣中燃燒產(chǎn)物是五氧化二磷,如果氧充足則生成三氧化二磷,它們的分子式分別為P4O10和P4O6。P4O6可看作P4的分子內(nèi)六個(gè)P—P鍵斷開后,各嵌入一個(gè)原子而形成P—O—P鍵(如圖)。在P4O6 分子中因每個(gè)磷原子(sp3雜化)上各留有一對(duì)孤對(duì)電子,它可與氧原子配位而構(gòu)成P4O10(如圖)
     (2)性質(zhì):
     P4O6 +6H2O(冷)=4H3PO3
     P4O6+6H2O(熱)=3H3PO4+PH3↑
    P4O10有很強(qiáng)的吸水性,是效率很高的優(yōu)良干燥劑。P4O10與水反應(yīng),隨反應(yīng)水量的不同,可形成偏磷酸、聚磷酸、焦磷酸和(正)磷酸等。
     2.磷的含氧酸及其鹽
     磷有多種含氧酸,現(xiàn)將較重要的列于表中。
     名稱 (正)磷酸 焦磷酸 三聚磷酸 偏磷酸 亞磷酸 次磷酸
    化學(xué)式
    磷的氧化態(tài) H3PO4
     +5 H4P2O7
     +5 H5P3O10
     +5 (HPO3)n
     +5 H3PO3
     +3 H3PO2
     +1
     (1)H3PO4在強(qiáng)熱時(shí)會(huì)發(fā)生脫水作用,可生成焦、聚和偏磷酸等。
     磷酸鹽中磷酸二氫鹽均溶于水,而磷酸鹽和磷酸一氫鹽除K+,Na+,NH4+鹽外,一般都不溶于水。天然磷酸鹽要成為植物能吸收的磷肥,必須把它變成可溶性的二氫鹽。
     Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+ Ca (H2PO4)2
     Ca5 (PO4)3 F +7H3PO4+4H2O=5 Ca (H2PO4)2+HF↑
    前一反應(yīng)產(chǎn)物中還含有石膏,稱為“過磷酸鈣”,后一反應(yīng)產(chǎn)物含磷量較高,稱為“重過磷酸鈣”。
     (2)亞磷酸H3PO3和次磷酸H3PO2的結(jié)構(gòu)分別為
     O O
     H—P—OH H—P—OH
     OH H
    它們分別是二元和一元弱酸,因?yàn)榕cP直接相連的H原子是不能被金屬原子取代的。這兩種酸都有較強(qiáng)的還原性,例如
     5H3PO3+2MnO4—+6H+=5H3PO4+2Mn2++3H2O
     [例2—9]次磷酸H3PO2是一種強(qiáng)還原劑,將它加入CuSO4水溶液,加熱到40~50℃,析出一種紅棕色的難溶物A。經(jīng)鑒定:反應(yīng)后的溶液是磷酸和硫酸的混合物;X射線衍射證實(shí)A是一種六方晶體,結(jié)構(gòu)類同于纖維鋅礦(ZnS), 組成穩(wěn)定;A的主要化學(xué)性質(zhì)如下:(1)溫度超過60℃,分解成金屬銅和一種氣體;(2)在氯氣中著火;(3)與鹽酸應(yīng)放出氣體。
    1) 寫出A的化學(xué)式。
    2) 寫出A的生成反應(yīng)方程式。
    3) 寫出A與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。
    4) 寫出A與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。
     [解析](1)從題給信息H3PO2是強(qiáng)還原劑,與CuSO4反應(yīng)得H3PO4,可知H3PO2被Cu2+氧化,而Cu2+進(jìn)入A。A于60℃分解出銅與氣體,可知A不是銅,而是Cu+的化合物。由其性質(zhì)中的與C12反應(yīng)出黃煙聯(lián)想到Cu在C12中點(diǎn)燃生成CuC12有同樣的現(xiàn)象,從該反應(yīng)有白霧分析,它應(yīng)是HC1。由此知A為CuH(與ZnS結(jié)構(gòu)1:1類似)。(2)制取CuH的反應(yīng)是: H3PO2 +4 CuSO4 +10H2O == 4CuH + H3PO4 +4 H2SO4;(3)2CuH +3C12 = 2CuC12+2HC1;(4)CuH + HC1 = CuC1 + H2↑
     三、砷及其化合物
     砷的氧化物有As2O3和As2O5兩類,它們都有是白色的固體。As2O3俗稱砒霜,劇毒,致死量約為0.1g。它是兩性偏酸性的氫氧化物,溶于堿生成亞砷酸鹽,溶于濃鹽酸生成砷(Ⅲ)鹽。
     As2O3+2NaOH+H2O=2NaH2 AsO3
     As2O3+6HC1=2AsC13+3H2O
     As2O5溶于水生成砷酸H3AsO4。它是一種較弱的氧化劑,在強(qiáng)酸性介質(zhì)中才能將I—氧化
     H3AsO4 +2H++2I—== H3AsO3+I2+H2O
    如果溶液酸性減弱,上述反應(yīng)將逆向進(jìn)行,即H3AsO3被I2氧化。