非金屬及其化合物制備流程與實(shí)驗(yàn)探究（Si、N、P、As）-2024-2025學(xué)年浙江高考化學(xué)專項(xiàng)復(fù)習(xí)（原卷版）

第29講非金屬及其化合物制備流程與實(shí)驗(yàn)探究

（SixN、P、As）

01考情分析02真題精研03規(guī)律?方法?技巧04經(jīng)典變式練

05核心知識(shí)精煉06基礎(chǔ)測評(píng)07能力提升

考情分析

近年高考對(duì)非金屬及其化合物制備和性質(zhì)的考查有以下三方面：

1.結(jié)合環(huán)境問題考直硅，氮、磷、碑及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)換關(guān)系。

2.以新材料、新技術(shù)為背景考直硅、氮、磷、碑及其化合物性質(zhì)及應(yīng)用。

3.在考查以硅、氨、磷、碎及其化合物的新材料為題材，結(jié)合氧化還原反應(yīng)、離子方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)

原理、溶液的離子平衡等，通常以選擇題、非選擇題的形式考查。

真題精研

1.（2024?湖北?高考真題）堿金屬的液氨溶液含有的藍(lán)色溶劑化電子[e（NH3）nJ是強(qiáng)還原劑。鋰與液氨反應(yīng)

的裝置如圖（夾持裝置略）。下列說法錯(cuò)誤的是

A.堿石灰有利于NH3逸出

B.鋰片必須打磨出新鮮表面

C.干燥管中均可選用P2O5

D.雙口燒瓶中發(fā)生的變化是Li+nNHs=Li++[e（NH3）J

2.（2023?湖北?高考真題）工業(yè)制備高純硅的主要過程如下:

石英砂溫E粗硅T^SiHCk高純硅

下列說法錯(cuò)誤的是

高溫

A.制備粗硅的反應(yīng)方程式為SQ+2C-Si+2cOAT

B.ImolSi含Si-Si鍵的數(shù)目約為4x6.02x1023

C.原料氣HC1和H?應(yīng)充分去除水和氧氣

D.生成SiHCh的反應(yīng)為嫡減過程

規(guī)律?方法?技巧

一、硅及其化合物

1.牢記幾種物質(zhì)的重要用途：

Si——半導(dǎo)體材料、太陽能電池板。

Si。2------光導(dǎo)纖維。

H2SiO3一一硅膠可用作干燥劑。

NazSiO3(水玻璃)一一黏合劑、耐火阻燃材料。

2.熟記7個(gè)主要反應(yīng)：

?Si+2OH+H2O-SiOi+ZHzl'；

@SiO2+2OH―=SiOi+H2O;

o高溫人

③SiC)2+2C-Si+2co個(gè)；

s

@SiO2+4HF=~SiF41+2H2O;

@SiOl-+2CO2(^>)+2H2O-H2SiO3xb+2HCO3；

o高溫人

/

@Na2CO3+SiO2^Na2SiO3+CO2b;

高溫7

⑦CaCC)3+SiC)2^=CaSiO3+CC)2個(gè)K。國

二、工業(yè)生產(chǎn)單質(zhì)硅過程中應(yīng)注意的問題

①用焦炭還原SiC)2，產(chǎn)物是co而不是CO2。

②粗硅中含碳等雜質(zhì)，與CI2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCI4等雜質(zhì)，經(jīng)過分儲(chǔ)提純SiCL后，再用力還原，得

到高純度硅。

經(jīng)典變式練

1.（2024?湖南?高考真題）某學(xué)生按圖示方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察到以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

0

銅絲

目—稀HN03

①銅絲表面緩慢放出氣泡，錐形瓶內(nèi)氣體呈紅棕色；

②銅絲表面氣泡釋放速度逐漸加快，氣體顏色逐漸變深；

③一段時(shí)間后氣體顏色逐漸變淺，至幾乎無色；

④錐形瓶中液面下降，長頸漏斗中液面上升，最終銅絲與液面脫離接觸，反應(yīng)停止。

下列說法正確的是

A.開始階段銅絲表面氣泡釋放速度緩慢，原因是銅絲在稀HNO3中表面鈍化

B.錐形瓶內(nèi)出現(xiàn)了紅棕色氣體，表明銅和稀HNO3反應(yīng)生成了NO?

C.紅棕色逐漸變淺的主要原因是3NO2+H2O2HNO3+NO

D.銅絲與液面脫離接觸，反應(yīng)停止，原因是硝酸消耗完全

2.（2023?湖北?高考真題）利用如圖所示的裝置（夾持及加熱裝置略）制備高純白磷的流程如下:

△凝華

紅磷（S）—＞無色液體與P，g）士*白磷（S）

下列操作錯(cuò)誤的是

B.將紅磷轉(zhuǎn)入裝置，抽真空后加熱外管以去除水和氧氣

C.從a口通入冷凝水，升溫使紅磷轉(zhuǎn)化

D.冷凝管外壁出現(xiàn)白磷，冷卻后在氮?dú)夥諊率占?/p>

核心知識(shí)精煉

一、硅的工業(yè)制法及提純

?什％”①焦炭②氯氣③氫氣一行丁+1

I石央砂I-^3j=r>IIOt|9詞Q&CI4I純硅I

fnJinil刀口疥回后1

涉及的化學(xué)方程式：

①SQ2+2C皇型Si+2co個(gè)。

△

②Si+2cl2====SiCl4。

日

@SiCI4+2H2====Si+4HCIo

目前處于世界主流的傳統(tǒng)提純工藝主要有兩種：改良西門子法和硅烷法，它們統(tǒng)治了世界上絕大部分的多

晶硅生產(chǎn)線，是多晶硅生產(chǎn)規(guī)?；闹匾?jí)數(shù)。在此主要介紹改良西門子法。改良西門子法是以HCI(或

H2,CI2)和冶金級(jí)工業(yè)硅為原料，在高溫下合成為SiHCb，然后通過精儲(chǔ)工藝，提純得到高純SiHCb，最后

用超高純的氫氣對(duì)SiHCb進(jìn)行還原，得到高純多晶硅棒。主要工藝流程如圖下圖所示。

丁粉(HCI(

工藝主要包括：SiHCb的合成、SiHCb的提純及SiHCb還原制備高純硅。

二、硝酸工業(yè)制法的反應(yīng)原理

(1)NH3在催化劑作用下與。2反應(yīng)生成N0

,催化劑,

4NH3+5O2=云=4N0+6H2。。

(2)N0進(jìn)一步氧化生成N02

2N0+02==2N02O

⑶用水吸收N02生成HNO3

3N02+H20==2HN03+N0O

三、磷及其化合物

1.五氧化二磷

五氧化二磷單斜晶系，白色粉末狀，在300℃時(shí)升華，有很強(qiáng)的吸水性，在空氣中易潮解，有腐蝕性。五氧

化二磷可從很多物質(zhì)中奪取化合態(tài)的水，使其脫水；與有機(jī)物接觸，會(huì)發(fā)生燃燒。

P4O10+6H2so4=6SO3+4H3PO4

P4O10+12HNO3=6N2O5+4H3PO4

2.磷的含氧酸

磷有多種含氧酸，常見的有如下幾種。

名稱正磷酸焦磷酸三磷酸偏磷酸3

化學(xué)式此叫H4P2。7H5P3%(HTOPn

P的氧化數(shù)?5?5+5?5

(1)正磷酸

正磷酸經(jīng)強(qiáng)熱會(huì)發(fā)生脫水作用時(shí)，可以生成焦磷酸、三磷酸、偏磷酸或者四偏磷酸。

焦磷酸

00

00

H0-P-i0H"H4-0-P-0HIIII

HO-P-O-P-OH

：OH：-4H2°

HTO

H0-P-0甫”麗：P-0HHO-P-O-P-OH

11-------II

四偏磷酸

多磷酸是磷酸的縮合酸，可以是鏈狀的，也可以環(huán)狀的。

(2)偏磷酸

偏磷酸的化學(xué)式為HP03,透明的玻璃狀物質(zhì)，易溶于水，在水溶液中逐漸轉(zhuǎn)為磷酸。

HPO3+H2O=H3PO40=P=0

常見的偏磷酸有三聚偏磷酸(HPO3)3和四聚偏磷酸(HPC)3)4，(H

可磷酸高溫脫水制得；也可由五氧化二磷與適量冷水制得。

(3)亞磷酸j

亞磷酸是無色固體，易溶于水，其濃溶液受強(qiáng)熱時(shí)會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)。/PH

HO

4H3Po4^^3H3PO4+PH3

亞磷酸是一個(gè)中強(qiáng)二元酸，亞磷酸及其鹽在水溶液中都是強(qiáng)還原劑，很容易將Ag+還原為金屬銀；也能將熱

濃硫酸還原為二氧化硫。

(4)次磷酸0

II

在次磷酸領(lǐng)溶液中加入硫酸，可得到次磷酸。H0-PH

I

Ba(H2PO2)2+H2SO4=2H3PO2+BaSO4H

次磷酸是一個(gè)中強(qiáng)一元酸，分子中的磷原子直接與兩個(gè)氫原子鍵合。

2

郵。2'、-H++H2P。2，Ka=1.0xl0-

次磷酸及其鹽都是還原劑。

(5)磷化氫

磷化氫可由金屬磷化物與水作用制得；也可由白磷與堿溶液制得。

Ca3P2+6H2O=3Ca(OH)2+2PH3個(gè)

/

4P+3NaOH+3H2O=PH3r+3NaH2PO2

磷化氫是一種較強(qiáng)的還原劑，能將銅、銀、金等金屬從其鹽中還原出來。

4C11SO4+PH3+4H2OH3Po4+2H2so4+8CU

6AgNO3+PH3+3H2O=H3PO3+6HNO3+6Ag

四、碑及其化合物

以白碑(三氧化二碑，俗稱砒霜)為原料制取高純碑

1.原料為含三氧化二碑99%以上的粗白神。生產(chǎn)流程由升華提純、鹽酸溶解、三氯化碑精儲(chǔ)和水解后用高

純氫還原等過程組成。

2.神化氫是無色有毒氣體，不穩(wěn)定，可發(fā)生可逆反應(yīng)

2AsH3===2As+3H2

3.神化氫是強(qiáng)還原劑，很容易被氧化與氧氣反應(yīng)（自燃）

2ASH3+3C）2===AS2O3+3H2O

4.神化氫與氨氣不同，一般不顯堿性，AsH3可以用于半導(dǎo)體材料碑化線在700-900攝氏度，化學(xué)氣相沉積

AsH3+Ga（CH3）3====GaAs+3CH4

5.三氧化二碑是毒性很強(qiáng)的物質(zhì)，砒霜的主要成分，可用于治療癌癥，是兩性氧化物

As2O3+6NaOH===2Na3AsO3+3H2O

As2O3+6HCh==2AsCI3+3H2O

基礎(chǔ)測評(píng)

1.（2024高三?全國?專題練習(xí)）汽車尾氣中的氮氧化合物NO*與大氣中的NH3發(fā)生如下作用，形成一種霧

貍。

[Q]H2

NO,>N2O50>HNO3N%煙（一種霧霾）

反應(yīng)①反應(yīng)②3反應(yīng)③<）

有關(guān)該霧霾的敘述正確的是

A.NO*為酸性氧化物，可形成酸雨B.反應(yīng)②是氧化還原反應(yīng)

C.NH3是形成該霧霾的催化劑D.NH3可能來自過度施用氮肥

2.（2024高三上?全國?專題練習(xí)）|下列裝置用于實(shí)驗(yàn)室探究NH3的性質(zhì)，其中能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?/p>

3.（2024高三上?全國?專題練習(xí)）在通風(fēng)櫥中進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn):

步驟

1'?稀硝酸1冬硝酸

In

現(xiàn)象Fe表面產(chǎn)生大量無色氣泡，液面上方變?yōu)榧t棕色Fe表面產(chǎn)生少量紅棕色氣泡后，迅速停止

下列說法中不正確的是

A.I中氣體由無色變紅棕色的化學(xué)方程式為2NO+O2=2NC）2

B.n中的現(xiàn)象說明常溫下鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化

c.過量鐵與稀硝酸反應(yīng)生成亞鐵鹽

D.對(duì)比I、n中現(xiàn)象，說明稀HNC）3的氧化性強(qiáng)于濃HNC）3

4.（23-24高三下?江蘇無錫?階段練習(xí)）PH,氣體微溶于水，有強(qiáng)還原性，可由反應(yīng)

P4+3KOH+3H2O=PH3T+3KH『C）2制得。實(shí)驗(yàn)室制取少量PH3的原理及裝置均正確的是

5.(2024?黑龍江哈爾濱?模擬預(yù)測)[零價(jià)鐵活化過硫酸鈉(Na2s,Og，S為+6價(jià))去除廢水中的正五價(jià)碑

：As(V)],其反應(yīng)機(jī)理如圖所示。下列敘述正確的是

A.零價(jià)鐵最終被昆。:氧化為Fe?+

B.Na2s中氧元素的化合價(jià)均為-2

C.As(V)在反應(yīng)過程中化合價(jià)沒變，是反應(yīng)的催化劑

D.在堿性條件下硫酸根自由基發(fā)生的反應(yīng)為SO:+OIT=SO=+QH

6.(2024?江蘇鹽城?模擬預(yù)測)檢驗(yàn)微量碑的原理為2人$兄+12人81<)3+31120=人5203』+121^03+12人8上

AsE常溫下為無色氣體。下列說法正確的是

A.As的基態(tài)核外電子排布式為[Ar]4s24P3B.比0的VSEPR空間構(gòu)型為V型

C.固態(tài)AsE屬于共價(jià)晶體D.AgNO3中含有離子鍵和極性鍵

7.(23-24高三上?吉林?階段練習(xí))氮、磷元素的單質(zhì)和它們的化合物用途廣泛，與生產(chǎn)、生活有密切關(guān)系。

請(qǐng)回答下列問題。

(1)下列屬于氮的固定的是0

a.工業(yè)上N2和H2合成NH3b.NH3催化氧化生成NO

c.N2和O2放電條件下生成NOd.NH3與灼熱的氧化銅反應(yīng)生成N2

(2)N2H式聯(lián)氨)可用作噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑、火箭燃料，可由次氯酸鈉與氨反應(yīng)制取，其化學(xué)反應(yīng)方程式

為。

(3)實(shí)驗(yàn)室中向濃氨水中加CaO固體可以快速制備氨氣，請(qǐng)解釋其反應(yīng)原理0

(4)Si3N4是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，它的熔點(diǎn)高硬度大，電絕緣性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但生產(chǎn)成本

較高。根據(jù)以上描述推測蹌岫可能有哪些用途o

a.制作組瑞b.用作建筑陶瓷C.制作耐高溫軸承d.制作切削刀具

(5)磷元素可以形成多種含氧酸。

①已知4.0gNaOH最多可中和lOOmLlmol-LTH3PO2溶液，則NaH2PO2是(填“正鹽”或“酸式鹽”)。

②已知常溫下酸性：H3PO3>CH3COOH>H2PO；,則H3P。3與足量CH3coONa溶液混合的離子反應(yīng)方程式

為。

8.(2024?江蘇南通?二模)研究水質(zhì)除碎技術(shù)對(duì)保護(hù)環(huán)境有重要意義。

已知：As(V)在不同pH條件下的物種分布分?jǐn)?shù)如圖1所示。

7-713

JCal(H2CO3)=4xl0-,￡2(H2co3)=5xl(r%A：al(H2S)=IxlO,^a2(H2S)=IxlO_

L一

轍

_

東

S

.0

_

七

.8

_

東。.6

.5

次4

S

磐

S

2

>

一

)

s

v一

O.

原菌的

酸鹽還

能在硫

CHO

淀。H

)沉

s2s3

黃(A

生成雌

)反應(yīng)

S2-

提供

劑(能

硫化

能與

(III)

：As

化法

(1)硫

O；。

成HC

時(shí)生

S,同

H?

原為

O；-還

下將S

作用

。

mol

的量為

的物質(zhì)

HO

耗HC

需消

論上

I)理

(II

olAs

淀1m

①沉

。

=

常數(shù)K

平衡

應(yīng)的

該反

O

+HC

HS-

HS=

O；+

：HC

反應(yīng)

H2s

能與

CO；

②H

3O

2

2

淀。

鹽沉

酸鈣

種碑

為多

轉(zhuǎn)化

元素

使碑

，可

灰水

加石

中添

廢水

(V)

含神

：向

淀法

灰沉

(2)石

程

離子方

反應(yīng)的

寫出該

淀。

Oj沉

3(As

為Ca

轉(zhuǎn)化

完全

V)

As(

，使

灰水

量石

入適

中加

廢水

中性

①向

O

式：

o