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楼主 2020-05-22 16:12:53
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第四章  非金属及其化合物

第一节  无机非金属的主角


硅元素的性质有哪些?

无机非金属材料中的主角,在地壳中含量26.3%,次于氧。是一种亲氧元素,以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在于岩石、沙子和土壤中,占地壳质量90%以上。位于第3周期,第A族碳的下方。

 

 

Si             对比    C           

最外层有4个电子,主要形成四价的化合物。


二、二氧化硅(SiO2)的性质有哪些?

(1)存在形式:天然存在的二氧化硅称为硅石,包括结晶形和无定形。石英是常见的结晶形二氧化硅,其中无色透明的就是水晶,具有彩色环带状或层状的是玛瑙。二氧化硅晶体为立体网状结构,基本单元是[SiO4],因此有良好的物理和化学性质被广泛应用。(玛瑙饰物,石英坩埚,光导纤维)

(2)物理性质:熔点高、硬度大、不溶于水、洁净的SiO2无色透光性好。

(3)化学性质:化学稳定性好HF外一般不与其他酸反应,可以与强碱(NaOH)反应,属于酸性氧化物,在一定的条件下能与碱性氧化物反应。

常温与氢氟酸(HF)反应(SiO2很不活泼,HF是唯一能跟其反应的酸)

SiO24HF == SiF2H2O    

酸性氧化物:不溶于水,也不与水反应。

与强碱反应:SiO22NaOH == Na2SiO3H2O

与碱性氧化物反应:SiO2CaO ===高温 CaSiO3     

所以不能用玻璃瓶装HF,装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞。

注:

a、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞?

NaOH溶液能与玻璃中的SiO2反应生成 Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”,是一种黏合剂,使瓶塞部分粘结而无法打开。因此盛装NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞而要用橡胶塞或木塞。

b、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸?

HF能腐蚀玻璃,因此,盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。                                        

c、某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应推断SiO2为两性氧化物,是否正确?

不正确。因为二氧化硅只跟氢氟酸反应,不跟其它酸反应,而是属于酸性氧化物。

在高温下与碳酸盐的反应

SiO+ Na2CO3 ===高温 CO2↑ + Na2SiO3

SiO2 + CaCO3 ===高温 CO2↑ + CaSiO3

弱氧化性

SiO2 +2C ===高温  Si + 2CO

4用途

主要用作装饰、石英坩埚、光导纤维。


三、硅酸(H2SiO3)的性质有哪些?

1)物理性质:硅酸是一种白色固体,溶解度很小,而且是一种弱酸,酸性比H2CO3还弱。

2)制备(强酸制弱酸):由于SiO2不溶于水,硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。

Na2SiO32HCl == H2SiO32NaCl       SiO32- + 2H+ == H2SiO3

Na2SiO3 + H2O + CO2==H2SiO3↓+ Na2CO3    SiO32- + H2O + CO2==H2SiO3↓+ CO32-

硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶,称为硅胶

H2SiO3  H2O + SiO2

3)用途

硅胶多孔,吸附水分能力强,常用作实验室和袋装食品,瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。


四、硅酸盐的定义、性质、用途以及表示方法是什么?

1)定义:硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。

2)性质:分布广,结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水(Na2SiO3 K2SiO3除外)。

3)用途:最典型的代表是硅酸钠Na2SiO:可溶,其水溶液称作水玻璃和泡花碱,可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。因为发生下列反应:

Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3

 常用硅酸盐产品:玻璃、陶瓷、水泥。

4)表示方法:

化学式法:

适用于简单的硅酸盐如:Na2SiO3K2SiO3CaSiO3等。

氧化物法:

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数守恒原则配置系数。

硅酸钠:Na2SiO3           Na2O·SiO2                    

硅酸钙:CaSiO3           CaO·SiO2

高岭石:Al2(Si2O5)(OH)4    Al2O3·2SiO2·2H2O  

正长石:KAlSi3O8         K2O·Al2O3·6SiO2

5)硅酸盐产品简介:

产品

主要原料

主要设备

反应条件

主要反应或主要成分

水泥

 

粘土、石灰石、(石膏)适量

 

水泥回转窑

 

高温

 

硅酸三钙:3CaO·SiO2

硅酸二钙:2CaO·SiO2

铝酸三钙:3CaO·Al2O3

玻璃

 

纯碱、石灰石

石英 

玻璃窑

 

高温

 

Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

成分:Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

陶瓷

黏土

陶瓷窑

高温



五、硅单质的物理性质有哪些?

(1)物理性质:与碳相似,有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石,有金属光泽的灰黑色固体,熔点高(1410),硬度大,较脆,常温下化学性质不活泼是良好的半导体

(2)化学性质:常温下,硅的化学性质不活泼,除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质如:氧气、氯气、硫酸等起反应,但在加热情况下,硅也能跟一些非金属反应。

Si2NaOHH2O == Na2SiO32H2 

3)制备:SiO2 +2C ===高温  Si + 2CO↑(得到的只是粗硅,还要进一步提纯)

(4)应用:半导体晶体管及芯片、光电池。


第二节  富集在海水中的元素


一、氯元素在元素周期表中的位置?

位于第三周期第A族,原子结构:容易得到一个电子形成氯离子Cl,为典型的非金属元素,在自然界中以化合态存在。   

                 

二、氯气

1.物理性质物理性质有哪些?

黄绿色气体,有刺激性气味的有毒气体,

可溶于水(1体积水大约溶解2体积的氯气),易液化,

加压和降温条件下可变为液态(液氯)和固态。


2.化学性质有哪些?

1)与金属反应

钠与氯气反应

现象:金属钠在氯气中剧烈燃烧,黄色火焰,产生大量的白烟,生成白色固体

2Na+Cl2  2NaCl

铁与氯气反应

现象:红热的铁丝在氯气中剧烈燃烧,产生棕黄色的烟; 溶于水后溶液呈黄色。           

2Fe+3Cl2  2FeCl3

规律:氯气与变价金属(如FeCu)发生反应,把变价金属氧化成高价的金属氯化物。

铜与氯气反应

现象:金属铜在氯气中燃烧,产生大量的棕黄色的烟,加水溶解得蓝绿色溶液。

Cu + Cl2  CuCl2

2)与非金属反应

现象:氢气在氯气中安静燃烧,发出苍白色火焰,瓶口呈白雾状。

生成的HCl极易溶于水,与空气中的水蒸气结合形成的盐酸(氢氯酸)小液滴。

H2 + Cl2  2HCl

在点燃(或光照)下氯气均能与氢气反应

实验证明,在一定条件下,Cl2还能与PSC等非金属直接化合。

2P + 3Cl2  2PCl       2P + 5Cl2  2PCl5

燃烧:燃烧不一定有氧气参加,物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是剧烈的氧化还原反应,所有发光放热的剧烈化学反应都称为燃烧。

3)氯气与水的反应

Cl2H2O == HClHClO    

在该反应中,Cl2既是氧化剂于是还原剂,转移的电子数为e-

1体积的水溶解2体积的氯气形成的溶液为氯水,为浅黄绿色。其中次氯酸HClO有强氧化性和漂泊性,起主要的消毒漂白作用。次氯酸有弱酸性(酸性比碳酸还弱),

不稳定,光照或加热分解,因此久置氯水会失效。2HClO ===光照 2HClO

新制氯水和久置氯水的区别?

新制氯水:3分子:Cl2 HClOH2O   4离子:H+OH-ClClO

久置氯水:分子:H2O    离子:H+Cl

4)氯气与碱的反应

漂白液的制取:2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O

漂白液的主要成分是NaClO+NaCl,有效成分是NaClO

漂白粉和漂粉精的制取:2 Ca(OH)2 + 2Cl2==Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O

漂白粉和漂粉精的主要成分是Ca(ClO)2+CaCl2,有效成分是Ca(ClO)2

漂白粉的漂白原理

Ca(ClO)2 + CO2+H2O==CaCO3↓+ 2HClO

漂白粉失效原理

2HClO 2HCl + O2

5)氯气的实验室制法

MnO24HCl (===MnCl22H2OCl2  (氯气在饱和食盐水里的溶解度非常小)

 

制取氯气    吸收氯气   收集氯气  干燥氯气     除去氯化氢

仪器连接顺序:E→C→D→A→B→H→G→F


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