专题二：常见元素与其化合物

专题二：常见元素与其化合物的思维导图，汇总了 金属及其化合物如：钠及其化合物、铁及其氧化物、镁及其化合物、铝及其化合物、铜及其化合物、金属冶炼和金属材料、非金属及其化合物的知识，还整理了无机非金属材料、卤素与海水、硫及其化合物、氮及其化合物。

常见元素与其化合物

• 金属及其化合物
  • 钠及其化合物
    • 钠单质
      • 物理性质
        • 质软的银白色金属，有金属光泽，导电性、导热性良好，熔点较低；保存在煤油或石蜡油中
      • 化学性质
        • 与水反应
        • 与酸反应
        • 与氧气反应
          • 加热
          • 不加热
        • 与氯气反应
        • 与盐溶液反应（硫酸铜）
      • 制备及用途
        • 制备
          • 电解熔融氯化钠
        • 用途
          • 冶炼金属
          • 高压钠灯
          • 钠钾合金（l）用于原子反应堆导热剂
    • 钠的氧化物
      • 氧化钠
        • 物理性质
          • 白色固体、碱性氧化物
        • 化学性质
          • 与水反应
          • 与二氧化碳反应
      • 过氧化钠
        • 物理性质
          • 淡黄色固体
        • 化学性质
          • 离子化合物
          • 与水反应
          • 与二氧化碳反应
        • 用途
          • 消毒剂、漂白剂、供氧剂
    • 钠盐
      • 碳酸钠
      • 碳酸氢钠
      • 侯氏制碱法
        • 反应方程式
          • 氨气、氯化钠、二氧化碳和水=碳酸氢钠沉淀和氯化铵
          • 煅烧碳酸氢钠即可得到纯碱
  • 铁及其氧化物
    • 铁单质
      • 元素周期表位置
        • 第四周期VIII族，常见+2、+3价
      • 物理性质
        • 导热性、延展性好，有导热性，易被磁铁吸引
      • 化学性质
        • 铁与酸
          • 与一般酸
          • 氧化性酸
          • 与冷强氧化性酸（钝化）
        • 铁与氧气
          • 缓慢氧化
          • 点燃
        • 非金属单质
        • 盐溶液
        • 与水蒸气
          • 四氧化三铁与氢气
    • 铁的氧化物
      • 氧化亚铁
        • 黑色粉末、碱性氧化物，不稳定
      • 氧化铁
        • 铁红、红棕色粉末、碱性氧化物，红色颜料
      • 四氧化三铁
        • 磁性氧化铁，黑色晶体，+2、+3价，能被磁铁吸引，做磁性材料
    • 铁的氢氧化物
      • Fe（OH）2
        • 白色固体，难溶于水；在空气中极易被氧化，反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3;现象：白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
      • Fe（OH）3
        • 红褐色固体，难溶于水，受热易分解生成氧化铁和水
    • 铁盐及其检验
      • 检验方法
      • 铁三角转化
  • 镁及其化合物
    • 镁单质
      • 物理性质
        • 银白色、有金属光泽、密度和硬度小，导电性、导热性、延展性好
      • 化学性质
        • 金属的通性
          • 如：与酸的反应
        • 与CO2反应
          • MgO和C
        • 与N2反应
          • 生成Mg3N2
        • 与氧气反应
          • 生成MgO
            • 实验
              • 镁条点燃
                • 放出耀眼的白光
      • 用途
        • 信号弹、白焰火、老式照相机、用于镁合金
    • 氧化镁
      • 白色粉末，熔点高，可做耐火材料，碱性氧化物
    • 氢氧化镁
      • 白色固体，难溶于水，溶解度小于碳酸镁，中强碱
    • 从海水中制取金属镁
      • 流程
        • 1.钙线--利用高温煅烧贝壳（碳酸钙）制取氧化钙，与水反应制取石灰乳
        • 2.镁线--利用石灰乳将镁离子转化为氢氧化镁沉淀后用盐酸对镁离子进行富集，浓缩后转为六水合氯化镁，脱水后得到氯化镁，最后电解熔融氯化镁即可得到金属镁。
      • 注意事项
        • 流程中HCl是可以反复使用的
        • 在脱水时，为防止MgCl2水解，应在HCl气氛中进行
  • 铝及其化合物
    • 铝单质
      • 物理性质
        • 银白色、金属光泽的固体，密度小、硬度较小，导电性、导热性、延展性良好
      • 化学性质
        • 与酸
          • 氧化性酸
            • 铝离子和非金属氧化物
          • 非氧化性酸
            • 铝离子和氢气
        • 与强碱
          • AlO2-和氢气
        • 与氧气
          • 常温
            • 致密氧化膜
          • 加热
            • 氧化铝
        • 铝热反应
          • 制取活动性比Al弱的金属单质，如氧化铁与铝的反应
            • 实验
              • 氧化铁与铝进行铝热反应
                • 将氧化铁和铝粉按照体积比3:2混合均匀制成铝热剂，装入容器
                • 取少量氯酸钾充分研磨，置于铝热剂顶部
                • 取一根10cm左右的镁条，砂纸打磨干净后插入铝热剂顶部
                • 引燃镁条，带好墨镜，以防闪光伤眼
                • 铝热剂下方放置沙土承接红热的铁水
    • 氧化铝
      • 物理性质
        • 白色固体、难溶于水，熔沸点高；可做耐火材料，用于冶炼金属铝
      • 化学性质
        • 两性氧化物
          • 与酸反应
          • 与强碱反应
        • 电解熔融氧化铝
          • 加入冰晶石
    • 氢氧化铝
      • 白色不溶于水固体，絮状沉淀，可用于制药
      • 两性物质
        • 与酸反应
        • 与强碱反应
  • 铜及其化合物
    • 铜的性质
      • 物理性质
        • 紫红色固体，导热性、导电性、延展性良好
      • 化学性质
        • 与部分金属盐溶液反应
          • 铜离子
        • 与酸
          • 氧化性酸
            • 铜离子和非金属氧化物
          • 非氧化性酸
            • 不反应
        • 非金属单质
          • 铜离子或亚铜离子
        • 潮湿空气
          • 碱式碳酸铜（铜绿）
    • 铜化合物的转化
      • 碱式碳酸铜可通过加热转化为氧化铜，可与酸反应生成硫酸铜
      • 氧化铜加热还原可以生成氧化亚铜，也可与酸反应生成硫酸铜
      • 硫酸铜可以与碱反应生成氢氧化铜蓝色絮状沉淀，氢氧化铜可与酸反应生成硫酸铜
      • 无水硫酸铜遇水变蓝生成五水硫酸铜（胆矾），胆矾脱去结晶水也可转为无水硫酸铜
      • 氢氧化铜沉淀可与葡萄糖等醛基化合物反应生成氧化亚铜砖红色沉淀（菲林反应）
      • 氧化亚铜在酸中易发生歧化反应生成铜单质和铜离子
  • 金属冶炼和金属材料
    • 金属冶炼
      • 活动性顺序：K Ca Na Mg Al(电解法) Zn Fe Sn Pb (H) Cu（热还原法） Hg Ag（热分解法） Pt Au（物理方法）
    • 合金
      • 两种或两种以上金属（或金属与非金属）加热熔合生成的具有金属特性的物质
      • 性能
        • 熔点比成分金属低，硬度和强度比成分金属大
      • 常见种类
        • 铁合金
          • 生铁
          • 钢
            • 碳素钢和合金钢
        • 铝合金
          • 质轻、强度高、密度小，耐腐蚀，常用造飞行器
        • 新型合金
          • 如：储氢合金、钛合金、耐热合金等
• 非金属及其化合物
  • 无机非金属材料
    • 传统
      • 陶瓷
        • 成分：硅酸盐；原料：黏土
      • 水泥
        • 成分：硅酸盐；原料：石灰石、黏土、石膏
      • 玻璃
        • 普通玻璃成分：硅酸钠、硅酸钙、二氧化硅，原料：石英砂、纯碱、石灰石
    • 新型
      • 硅
        • 制备
          • SiO2+2C=高温=Si(粗硅)+2CO^,Si+3HCl=高温=SiHCl3+H2,SiHCl3+H2=高温=Si+3HCl
        • 用途
          • 用于半导体;用于太阳能电池;用于芯片
      • 二氧化硅
        • 存在形式
          • 石英、水晶、玛瑙、沙子等
        • 化学性质
          • 酸性氧化物
            • SiO2+2NaOH=Na2SiO+H2O（碱性溶液试剂瓶不能用玻璃塞）
            • Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（s）+2NaCl
          • 与氢氟酸反应
            • SiO2+4HF=SiF4^+2H2O
        • 用途
          • 制作光导纤维、化学仪器、光学仪器、钟表零件
      • 新型陶瓷
        • 高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷等，SiC俗称金刚砂，硬度大、耐高温
      • 碳纳米材料
        • 富勒烯、碳纳米管、石墨烯
  • 卤素与海水
    • 氯气
      • 物理性质
        • 黄绿色、有刺激性气味；密度比空气大；可溶于水，25度时1:2.
      • 化学性质
        • 氧化性
          • 与碘离子反应
          • 与溴离子反应
          • 与亚铁离子反应
        • 与非金属反应
          • 在氢气中点燃，产生苍白色火焰，生成白雾
        • 与金属反应
          • 与钠反应
          • 与铜反应
          • 与铁反应
        • 歧化反应
          • 与强碱
            • 生成氯离子和次氯酸根或氯酸根离子
          • 与水反应
            • 生成氯化氢和次氯酸
      • 实验室制法
        • 原理
          • 1mol二氧化锰与4mol浓盐酸在加热条件下生成1mol氯化锰、1mol氯气和2mol水
          • 使用高锰酸钾、氯酸钾、次氯酸钙等作反应物时无需加热
        • 装置
          • 发生装置
            • 固液加热型
          • 除杂装置
            • 饱和食盐水和浓硫酸
          • 收集装置
            • 向上排空气法
          • 尾气处理
            • NaOH溶液
      • 氯水的成分及其性质
        • 新制氯水与久置氯水成分对比
        • 次氯酸
          • 弱酸性（弱于碳酸）
          • 强氧化性（漂白性）
          • 不稳定性（光照易分解）
        • 次氯酸盐
          • 84消毒液（NaClO）
            • 氯气通入氢氧化钠溶液中
          • 漂白粉（Ca（ClO）2）
            • 氯气通入冷石灰乳中
            • 失效原因：与二氧化碳反应生成碳酸钙和次氯酸，次氯酸易分解
    • 卤素单质的性质
      • 相似性
        • 能与大多数金属反应生成金属卤化物
        • 都能与氢气反应生成卤化氢
        • 与水或碱发生歧化反应（F2除外）
      • 递变性
        • 颜色逐渐加深，熔沸点逐渐提高
        • 单质氧化性逐渐减弱，阴离子还原性逐渐增强
      • 特殊性
        • 氟
          • 无正价，非金属性最强的元素
            • 氟与水反应剧烈，生成物主要为氟化氢和氧气，有少量二氟化氧，过氧化氢和臭氧
        • 溴
          • 常温下唯一呈液态的非金属单质，易挥发有毒，红棕色液体，液封保存
        • 碘
          • 易升华，遇淀粉变蓝；易与硫代硫酸钠反应生成碘离子和连四硫酸钠
    • 卤素离子的检验
      • 沉淀法
        • 氯化银白色沉淀，溴化银浅黄色沉淀，碘化银黄色沉淀
      • 置换-萃取法
        • 加入新制饱和氯水振荡后，加入四氯化碳振荡，有机层显红棕色则有溴，显紫色则有碘
      • 置换-淀粉法
        • 检验碘离子
    • 海水资源开发利用
      • 氯碱工业
        • 核心反应：电解饱和食盐水制取氢氧化钠、氢气和氯气
      • 海水提溴
        • 以提取粗盐后的母液（苦卤）为原料，经硫酸酸化后使用氯气置换；而后用热空气吹出法将含溴的空气吹出，使用二氧化硫进行吸收富集，再使用氯气氧化获得溴水的混合物，后经蒸馏得溴蒸汽，最后冷凝得到液溴。
      • 海带提碘
        • 海带晒干后进行灼烧得到海带灰，经浸泡过滤后得到含碘离子的溶液，通入适量氯气进行氧化，得到含碘水溶液，使用四氯化碳进行萃取分液后即可得碘单质
  • 硫及其化合物
    • 硫单质
      • 物理性质
        • 黄色固体，质脆，难溶于水，微溶于酒精，易溶于CS2
      • 化学性质
        • 在氧气中燃烧，还原性
          • 生成SO2
        • 氧化性
          • 与变价金属反应（加热）
            • 低价硫化物（硫化亚铁、硫化亚铜）
          • 与氢气反应（加热）
            • 硫化氢
    • 硫的氧化物
      • 二氧化硫
        • 物理性质
          • 无色、有刺激性气味的气体，密度比空气大；易溶于水，比例1:40
        • 化学性质
          • 酸性氧化物的通性
          • 氧化性
            • 与硫化氢反应生成硫单质
          • 漂白性
            • 能使品红溶液褪色（加热恢复）
          • 还原性
            • 与氧气在催化剂和加热条件下生成三氧化硫
            • 与溴水反应生成溴化氢和硫酸，溴水褪色
            • 与高锰酸钾反应，生成二价锰和硫酸根，高锰酸钾溶液褪色
        • 用途
          • 漂白剂
            • 漂纸浆、毛、丝
          • 二氧化碳与二氧化硫
          • 杀菌消毒
          • 食品添加剂
            • 用于红酒、干果抗氧化
      • 三氧化硫
        • 物理性质
          • 无色易升华的固体（标况下），常温下是液态
        • 化学性质
          • 硫酸的酸酐
    • 硫酸
      • 物理性质
        • 无色油状液体，密度比水大，沸点高，难挥发
      • 化学性质
        • 稀硫酸
          • 酸的通性
        • 浓硫酸
          • 吸水性
          • 脱水性
          • 强氧化性
            • Cu+2H2SO4（浓）=加热=CuSO4+SO2^+2H2O
            • C+2H2SO4(浓)=加热=2SO2^+CO2^+2H2O
            • 常温下，浓硫酸可使Fe、Al发生钝化
      • 接触法制硫酸
        • 煅烧黄铁矿（FeS2）生成SO2气体（也可以用硫磺），二氧化硫与氧气在催化剂和加热情况下生成SO3，再于吸收塔用水吸收生成硫酸。
      • 硫酸根离子的检验
        • 原理：用钡离子检验
        • 方法：将待测液先用足量的盐酸酸化，取清液滴加氯化钡溶液，出现白色沉淀，则有硫酸根离子
        • 加盐酸的目的：防止碳酸根离子、亚硫酸根离子、银离子的干扰
  • 氮及其化合物
    • 氮气
      • 结构：氮氮三键，各有一个孤电子对
      • 性质：在高温或放电条件下与氧气反应生成一氧化氮
      • 氮的固定
        • 人工：合成氨工业
        • 自然：天然闪电
    • 氮的氧化物
      • NO
        • 无色有毒气体，不溶于水，易与氧气反应生成NO2
      • NO2（N2O4）
        • 红棕色有刺激性气味的的有毒气体，易与水反应生成硝酸和NO
        • NO2与N2O4容易相互转化，因为氮原子有孤电子对，所以实际上1mol NO2的量少于1mol
      • 常见氮氧化物
        • N2O（笑气），NO,N2O3,NO2,N2O4,N2O5等
      • 污染
        • 光化学烟雾和酸雨
    • 硝酸
      • 物理性质
        • 无色、有刺激性气味的液体，易挥发
      • 化学性质
        • 强酸性
        • 不稳定性
          • 加热易分解生成二氧化氮、氧气和水（久置硝酸呈黄色因为溶解有NO2）
        • 强氧化性
          • 浓硝酸
            • 常温下铁铝发生钝化
            • 与铜反应生成二氧化氮、铜离子和水
            • 与C加热生成二氧化碳，二氧化氮和水
          • 稀硝酸
            • 与铜反应生成铜离子，一氧化氮和水（3 8 2 3 2 4）
      • 制法
        • 氨气与氧气在催化剂和加热条件下生成一氧化氮和水
        • 一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮
        • 二氧化氮与水反应生成硝酸
    • 氨及铵盐
      • NH3
        • 结构：分子空间构型为三角锥型
        • 物理性质
          • 无色、有刺激性气味的气体；密度比空气小，易液化，极易溶于水（1:700）
            • 喷泉实验
              • 原理：短时间内烧瓶内外产生较大压强差
              • 常见组合
                • 氯化氢与水或氢氧化钠
                • 氨气与水或者酸溶液
                • 酸性气体和氢氧化钠溶液
                • 二氧化氮和水
        • 化学性质
          • 还原性
            • 与氧气在催化剂加热的情况下生成一氧化氮和水
          • 与水结合
            • 生成一水合氨
              • 电离出铵根离子和氢氧根
          • 碱性
            • 与氯化氢反应生成白烟（氯化铵）
            • 与硝酸反应生成生成白烟（硝酸铵）
          • 检验
            • 高中学段唯一一个能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体
        • 制法
          • 实验室
            • 氯化铵与氢氧化钙在加热条件下生成氨气
              • 氯化铵与氢氧化钙研磨实验
          • 工业
            • 氮气与氢气在高温高压催化剂的条件下生成氨气
      • 铵盐
        • 物理性质
          • 白色易溶于水晶体
        • 化学性质
          • 与碱反应
            • 释放氨气
          • 受热分解
            • 释放氨气
          • 水解反应
            • 水解生成一水合氨
        • 检验
          • 与碱共热，用湿润的红色石蕊试纸，观察是否变蓝
• 焰色反应
  • 电子能级跃迁，是物理反应
  • 实验步骤
    • 洁净的铁丝或铂丝用盐酸洗涤后灼烧，火焰未无色后，用金属丝蘸取待测物再次灼烧，观察火焰颜色（K需要蓝色钴玻璃）。随后再用盐酸洗涤至灼烧呈无色
  • 常见结论
    • 钾紫钠黄锂紫红，铜绿铷紫钙砖红，钡显黄绿锶洋红
• 钠盐对比
• 实验
  • 金属钠的物理和化学性质验证
    • 从石蜡油中取出金属钠，试纸沾干，用小刀切取小块金属钠
      • 观察到切面银白色金属光泽，但很快失去光泽呈现出白色
      • 说明质软、金属光泽、易氧化
    • 用砂纸打磨金属钠，将恢复光泽的金属钠投入酚酞的水溶液
      • 观察到浮、游、熔、响、红
      • 说明金属钠密度比水小、反应放热且有气体产生、熔点低、反应剧烈、生成的物质显碱性