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1、第四章 非金属及其化合物一、硅及其化合物硅元素在地壳中的含量排第二，在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅，常见的是二氧化硅、硅酸盐等。硅原子最外层有4个电子，既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的化合物。1、单质硅（Si）： 物理性质：有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大。 化学性质：常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。Si2F2SiF4 Si4HFSiF42H2 Si2NaOHH2ONa2SiO32H2在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。SiO2SiO2 Si2Cl2SiCl4 用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等。 硅的制备
2、：工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅。SiO22CSi(粗)2CO Si(粗)2Cl2SiCl4 SiCl42H2Si(纯)4HCl2、二氧化硅（SiO2）： SiO2的空间结构：立体网状结构，SiO2直接由原子构成，不存在单个SiO2分子。 物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。 化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应： 与强碱反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，
3、打不开，应用橡皮塞）。与氢氟酸反应SiO2的特性：SiO24HFSiF4+2H2O（利用此反应，氢氟酸能雕刻玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。高温下与碱性氧化物反应：SiO2CaOCaSiO3 用途：光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、水晶镜片、石英钟、仪器轴承、玻璃和建筑材料等。3、硅酸（H2SiO3）： 物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸附水分能力强。 化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，其酸酐为SiO2，但SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：（强酸制弱酸原理）Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3 Na
4、2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3H2CO3） 用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。4、硅酸盐硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，可以作黏胶剂和木材防火剂。硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质：Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3（有白色沉淀生成）硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物的形式表示：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外其他元素按配置前后原子个
5、数守恒原则配置系数。硅酸钠：Na2SiO3 Na2OSiO2 硅酸钙：CaSiO3 CaOSiO2高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O32SiO22H2O 正长石：KAlSiO3不能写成 K2O Al2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2 传统硅酸盐工业三大产品有：玻璃、陶瓷、水泥。普通玻璃：原料：碳酸钠、石灰石和石英。主要反应：SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2,SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2（原理：难挥发性酸酸酐制易挥发性酸酸酐）。主要成分：Na2OCaOSiO2。工业生产中根据需要制成各种特制玻璃。如钢化玻璃、有色玻璃、光学
6、玻璃、防弹玻璃等。水泥：原料：黏土，石灰石。普通硅酸盐水泥的主要成分：2CaO SiO2,3CaO SiO2 ,3CaO Al2O3。 信息材料光导纤维：它的主要成分是SiO2，是目前应用最广的信息材料，它有信息传输大，信号准确，便于铺设，耐磨耐腐蚀，试用寿命长等优点。一条通常的光缆可以同时传输十亿门电话的信号。分子筛：许多硅酸盐具有多孔的结构,孔的大小与一般分子的大小相当,而且组成不同的硅酸盐的孔径不同.因此这些硅酸盐具有筛分分子的作用,人们把它们称为分子筛(molecular sieve).如组成为Na2OAl2O32SiO2nH2O的铝硅酸盐,其中有许多笼状空穴和通道.这种结构使它很容易
7、可逆地吸收或失去水及其他小分子,如二氧化碳、氨、甲醇、乙醇等，但它不能吸收那些大得不能进入空穴地分子。因此它可用于吸水、分离气体、吸附有毒气体等作用。分子筛常用于分离、提纯气体或液体混合物。作干燥剂、离子交换剂、催化剂、催化剂载体、净化水、净化空气、防毒器械、食品保鲜、电子产品处理、石油化工等方面。二、氯及其化合物（一）氯气 Cl2氯原子结构示意图为 ，氯原子最外电子层上有7个电子，在化学反应中很容易得到1个电子形成Cl，化学性质活泼，在自然界中没游离态的氯，氯只以化合态存在（主要以氯化物和氯酸盐）。1、氯气（Cl2）： 物理性质：黄绿色有刺激性气味有毒的气体，密度比空气大，易液化成液氯，易溶
8、于水。（氯气收集方法向上排空气法或者排饱和食盐水；液氯为纯净物） 化学性质：氯气化学性质非常活泼，很容易得到电子，作强氧化剂，能与金属、非金属、水以及碱反应。与金属反应（将金属氧化成最高正价）NaCl2=)(点燃),)2NaCl CuCl2=)(点燃),)CuCl2 2Fe3Cl2=)(点燃),)2FeCl3（氯气与金属铁反应只生成FeCl3，而不生成FeCl2。）（思考：怎样制备FeCl2？Fe2HClFeCl2H2，铁跟盐酸反应生成FeCl2，而铁跟氯气反应生成FeCl3，这说明Cl2的氧化性强于盐酸，是强氧化剂。）与非金属反应Cl2H2 =)(点燃),) 2HCl（氢气在氯气中燃烧现象：
9、安静地燃烧，发出苍白色火焰）将H2和Cl2混合后在点燃或光照条件下发生爆炸。燃烧定义：所有发光发热的剧烈化学反应都叫做燃烧，不一定要有氧气参加。Cl2与水反应Cl2H2OHClHClO 离子方程式：Cl2H2OHClHClO将氯气溶于水得到氯水（浅黄绿色），氯水含多种微粒，其中有H2O、Cl2、HClO、Cl、H+、OH(极少量，水微弱电离出来的)。氯水的性质取决于其组成的微粒：1）强氧化性：Cl2是新制氯水的主要成分，实验室常用氯水代替氯气，如氯水中的氯气能与KI，KBr、FeCl2、SO2、Na2SO3等物质反应。2）漂白、消毒性：氯水中的Cl2和HClO均有强氧化性，一般在应用其漂白和消
10、毒时，应考虑HClO，HClO的强氧化性将有色物质氧化成无色物质，不可逆。3）酸性：氯水中含有HCl和HClO，故可被NaOH中和，盐酸还可与NaHCO3，CaCO3等反应。4）不稳定性：HClO不稳定光照易分解。，因此久置氯水(浅黄绿色)会变成稀盐酸(无色)失去漂白性。5）沉淀反应：加入AgNO3溶液有白色沉淀生成（氯水中有Cl）。自来水也用氯水杀菌消毒，所以用自来水配制以下溶液如KI、 KBr、FeCl2、Na2SO3、Na2CO3、NaHCO3、AgNO3、NaOH等溶液会变质。Cl2与碱液反应：与NaOH反应：Cl22NaOHNaClNaClOH2O Cl22OHClClOH2O与Ca
11、(OH)2溶液反应：2Cl22Ca(OH)2Ca(ClO)2CaCl22H2O此反应用来制漂白粉，漂白粉的主要成分为Ca(ClO)2和CaCl2，有效成分为Ca(ClO)2。漂白粉之所以具有漂白性，原因是：Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO3+2HClO生成的HClO具有漂白性；同样，氯水也具有漂白性，因为氯水含HClO；NaClO同样具有漂白性，发生反应2NaClOCO2H2O=Na2CO3+2HClO；干燥的氯气不能使红纸褪色，因为不能生成HClO，湿的氯气能使红纸褪色，因为氯气发生下列反应Cl2H2OHClHClO漂白粉久置空气会失效（涉及两个反应）：Ca(ClO)2CO2H2OCa
12、CO32HClO， ，漂白粉变质会有CaCO3存在，外观上会结块，久置空气中的漂白粉加入浓盐酸会有CO2气体生成，含CO2和HCl杂质气体。氯气的用途：制漂白粉、自来水杀菌消毒、农药和某些有机物的原料等。2、Cl的检验：原理：根据Cl与Ag反应生成不溶于酸的AgCl沉淀来检验Cl存在。方法：先加稀硝酸酸化溶液（排除CO32干扰）再滴加AgNO3溶液，如有白色沉淀生成，则说明有Cl存在。3、氯气的制法（1）氯气的工业制法：原料：氯化钠、水。原理：电解饱和食盐水。 装置：阳离子隔膜电解槽。反应式：2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2(2)氯气的实验室制法原理：利用氧化剂氧化浓
13、盐酸中的Cl-。常用的氧化剂有：MnO2、KMnO4、KClO3等。反应式：MnO2 + 4HCl(浓) MnCl2 + Cl2+ 2H2O2KMnO4 + 16HCl(浓) 2KCl + 2MnCl2 + 10Cl2+ 8H2OKClO3 + 6HCl（浓） = KCl + 3Cl2+ 3H2O装置：发生装置由圆底烧瓶、分液漏斗、双孔塞、导管、铁架台、石棉网、酒精灯等组成。收集：用向上排空气法或用排饱和食盐水或排饱和氯水的方法。验满：看颜色或用湿润的淀粉碘化钾试纸。尾气吸收：用氢氧化钠溶液吸收。除杂：用饱和食盐水除去HCl 杂质； 干燥：用浓H2SO4 。（3）中学实验室制H2、O2、Cl2
14、的发生装置的比较气体反应物的状态反应条件装置或主要仪器可适用的气体H2固体和液体反应不加热启普发生器或简易装置H2S、CO2、SO2等O2固体或固体混合物加热大试管、铁架台、导管等NH3、CH4等Cl2固体和液体或液体和液体加热圆底烧瓶、分液漏斗、双孔塞、导管、铁架台、石棉网、酒精灯HCl、HBr、HI等(二) 氯、溴、碘1Cl2、Br2、I2的物理性质的比较气体物理性质Cl2黄绿色有刺激性气味的有毒气体，能溶于水（1:2），易液化，密度比空气大。Br2深红棕色液体，易挥发，有刺激性气味，有毒，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大，储存时要加水，水封，以防止挥发。I2紫黑色固体，有光泽，易升华，在水中溶解度不大，但在有机溶剂中溶解度较大。2Cl2、Br2、I2在不同溶剂中的颜色比较水酒精苯汽油四氯化碳Cl2黄绿色（新制）黄绿色黄绿色黄绿色黄绿色Br2黄橙橙橙红橙橙红橙橙红橙橙红I2深黄褐色棕深棕浅紫紫紫深紫浅紫红紫红3Cl2、Br2、I2的化学性质的比较与金属反应2Na + Cl2 2NaCl,Cu + Cl2 CuCl2，2Fe + 3Cl2 2FeCl3，2Fe + 3Br2 2FeBr3，
