《高一必修二第五章化工生产中的重要非金属元素思维导图》

中心主题：化工生产中的重要非金属元素

I. 硫及其化合物

• A. 硫元素的存在与性质

  • 1. 存在形式：
    • 化合态： 硫化物、硫酸盐（如FeS2，石膏CaSO4·2H2O）
    • 游离态： 火山喷口附近，地下硫矿
  • 2. 物理性质：
    • 颜色： 淡黄色固体
    • 状态： 易溶于二硫化碳，不溶于水
    • 特殊现象： 硫蒸气冷却得不到液态硫，易转化为固态硫。
  • 3. 化学性质：
    • 氧化性： 与金属反应 (Fe + S → FeS)，与氢气反应(H2 + S → H2S)
    • 还原性： 与氧气反应 (S + O2 → SO2)
    • 特殊性： S可以既做氧化剂又做还原剂。

• B. 二氧化硫(SO2)

  • 1. 物理性质：
    • 颜色： 无色有刺激性气味
    • 密度： 比空气大
    • 溶解性： 易溶于水(1体积水溶解约40体积SO2)
  • 2. 化学性质：
    • 酸性氧化物： 与水反应 (SO2 + H2O ⇌ H2SO3, 亚硫酸)；与碱反应 (SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O)
    • 还原性： 与氧化剂反应 (SO2 + Cl2 + 2H2O = H2SO4 + 2HCl)
    • 漂白性： 使品红溶液褪色 (暂时性)，加热恢复颜色
    • 氧化性： 与强还原剂反应 (SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O)
    • 应用： 漂白纸浆，杀菌消毒。
  • 3. 环境影响：
    • 酸雨成因之一： SO2在大气中转化为H2SO4。
    • 空气污染物： 刺激呼吸道，引发疾病。

• C. 三氧化硫(SO3)与硫酸(H2SO4)

  • 1. 三氧化硫：
    • 性质： 无色固体，易潮解，与水反应放出大量热 (SO3 + H2O = H2SO4)
  • 2. 硫酸：
    • 浓硫酸的特性：
      • 吸水性： 可做干燥剂 (不能干燥氨气)
      • 脱水性： 使有机物碳化 (如蔗糖变黑)
      • 强氧化性： 与金属反应 (Cu + 2H2SO4(浓) = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O)；与非金属反应 (C + 2H2SO4(浓) = CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O)
    • 稀硫酸的性质： 具有酸的通性，与金属、碱、盐反应。
    • 硫酸的用途： 重要工业原料，广泛应用于化肥、农药、炸药、染料等工业。

• D. 硫的循环与环境保护

  • 硫的来源： 化石燃料燃烧、火山爆发、工业生产排放。
  • 控制SO2排放： 采用低硫燃料、烟气脱硫技术 (如石灰石脱硫)。

II. 氮及其化合物

• A. 氮元素的存在与性质

  • 1. 存在形式：
    • 游离态： 空气中的主要成分 (N2)
    • 化合态： 蛋白质、硝酸盐
  • 2. 物理性质：
    • 颜色、状态： 无色无味气体
    • 溶解性： 难溶于水
  • 3. 化学性质：
    • 惰性： N≡N键能高，常温下性质稳定
    • 氧化性： 与活泼金属反应 (Mg + N2 → Mg3N2)
    • 放电条件下与氧气反应： N2 + O2 → 2NO

• B. 氮氧化物(NOx)

  • 1. 一氧化氮(NO)：
    • 无色气体，有毒，在空气中易被氧化 (2NO + O2 = 2NO2)
  • 2. 二氧化氮(NO2)：
    • 红棕色气体，有毒，易溶于水 (3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO)
  • 3. NOx的危害：
    • 空气污染： 光化学烟雾、酸雨
    • 环境危害： 破坏臭氧层

• C. 氨气(NH3)

  • 1. 物理性质：
    • 颜色、气味： 无色有刺激性气味气体
    • 密度： 比空气小
    • 溶解性： 极易溶于水 (1体积水溶解约700体积NH3)
  • 2. 化学性质：
    • 与水反应： NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- (形成弱碱性溶液)
    • 与酸反应： NH3 + HCl = NH4Cl (形成铵盐)
    • 催化氧化： 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (工业制硝酸的基础)
    • 还原性： 与某些金属氧化物反应 (如与CuO反应)
  • 3. 氨水的性质：
    • 弱碱性： 具有碱的通性
    • 易挥发： NH3·H2O ⇌ NH3↑ + H2O
    • 不稳定： 受热易分解

• D. 硝酸(HNO3)

  • 1. 物理性质：
    • 无色液体，有刺激性气味，易挥发
  • 2. 化学性质：
    • 强酸性： 具有酸的通性
    • 强氧化性：
      • 与金属反应：
        • 浓硝酸： 常温下使Fe、Al钝化
        • 稀硝酸： 3Cu + 8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
      • 与非金属反应： C + 4HNO3(浓) = CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O
  • 3. 硝酸盐：
    • 均易溶于水

• E. 氮的固定与氮肥

  • 1. 氮的固定：
    • 自然固氮： 豆科植物根瘤菌固氮，闪电固氮
    • 工业固氮： 合成氨 (N2 + 3H2 ⇌ 2NH3)
  • 2. 氮肥：
    • 常见种类： 硝酸铵 (NH4NO3)、尿素 (CO(NH2)2)、氯化铵 (NH4Cl)
    • 铵盐的检验： 加热铵盐与强碱，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体 (NH3)

III. 氯及其化合物

• A. 氯元素的存在与性质

  • 1. 存在形式：
    • 化合态： NaCl (海水中含量丰富), KCl
  • 2. 物理性质：
    • 颜色、状态： 黄绿色气体，有刺激性气味，有毒
    • 溶解性： 可溶于水 (溶解度不高)
  • 3. 化学性质：
    • 强氧化性：
      • 与金属反应： 2Na + Cl2 → 2NaCl; Cu + Cl2 → CuCl2
      • 与非金属反应： H2 + Cl2 → 2HCl
      • 与水反应： Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO (次氯酸)

• B. 氯水

  • 1. 成分：
    • Cl2, H2O, HCl, HClO, H+, Cl-, OH-
  • 2. 性质：
    • 黄绿色： Cl2的颜色
    • 漂白性： HClO的强氧化性
    • 酸性： HCl的存在

• C. 次氯酸(HClO)

  • 1. 不稳定：
    • 易分解： 2HClO → 2HCl + O2
  • 2. 强氧化性：
    • 漂白、消毒

• D. 氯离子(Cl-)的检验

  • 加入硝酸酸化的硝酸银溶液，观察是否有白色沉淀生成 (AgCl)

• E. 氯气的用途

  • 自来水消毒
  • 生产盐酸、漂白粉
  • 有机合成

IV. 海水资源的综合利用

• A. 海水提溴
  • 原理： 氧化反应，用氯气将溴离子氧化为溴单质
  • 流程：
    • 氧化： Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2
    • 吹出： 用热空气或水蒸气吹出溴单质
    • 吸收： 用SO2吸收溴单质：Br2 + SO2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
    • 富集： 再用氯气氧化溴化氢，得到浓度较高的溴单质
• B. 海水提镁
  • 原理： 沉淀反应，利用氢氧化镁的溶解度较小
  • 流程：
    • 沉淀： 向海水中加入石灰乳 (Ca(OH)2)
    • 过滤： 分离氢氧化镁沉淀
    • 溶解： 将氢氧化镁溶于盐酸，得到氯化镁溶液
    • 浓缩、结晶： 得到氯化镁晶体
    • 电解： 电解熔融氯化镁得到金属镁 (MgCl2(熔融) → Mg + Cl2↑)

V. 总结

• 掌握硫、氮、氯等重要非金属元素的性质、用途及相关化合物的性质和制备。
• 了解酸雨、光化学烟雾等环境污染问题及其防治措施。
• 理解海水资源的综合利用，提高资源利用率。
• 能运用所学知识解决实际问题。

This outline can be further refined with specific equations and examples as needed.