第四章 第一节 无机非金属材料的主角.doc

第四章 第一节 无机非金属材料的主角-硅一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 ) (1) 存在: Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在,没有游离态的硅。(2) 用途:、制光导纤维 、石英玻璃制化学仪器、石英表、石英钟 、水晶制光学仪器和工艺品 、玛瑙制精密轴承和装饰品(3) 物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯净的SiO2 晶体无色透明(4) 结构：空间网状结构(5) 化学性质：稳定，不活泼1)具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反应)与强碱反应 ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 与碱性氧化物反应：SiO2+CaOCaSiO32) 与HF的反应：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反应3) 弱氧化性：SiO2+2CSi +2CO (工业上制粗硅)4) 与某些盐反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 (工业上制玻璃的主要反应)1、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。2、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Na2SiO3 ，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。2、硅酸(H2SiO3)硅酸是一种比碳酸还要弱的弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。（1）硅酸的制备原理：强酸制弱酸Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。（2）不稳定性H2SiO3 H2O +SiO2二、硅酸盐 (silicate)1、定义：硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。2、硅酸钠(1) 物理性质：白色易溶于水固体，水溶液俗称水玻璃或泡花碱，是一种泡花碱(2) 化学性质：相对稳定，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强，是制备硅胶和木材防火剂的重要原料。3、表示方法：原则：金属氧化物（较活泼-较不活泼 ）方法：1 找组成元素 2 写成氧化物的形式 3 原子个数比不变 4 检查有无遗漏三、硅( silicon) 单质1、存在形态：有晶体硅和无定形硅两种同素异形体2、晶体结构：正四面体形3、物理性质：灰黑色具有金属光泽的固体、熔点高、硬度大、质脆、导电性介于导体和绝缘体之间，是好的半导体材料。4、化学性质(1) 常温下的反应：Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2(2) 高温下的反应：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl45、硅的制备(1) 工业上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 电炉中 粗硅(2) 由粗硅制纯硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl6、用途：信息技术的关健材料集成电路、半导体、晶体管、芯片。半导体性能将太阳能转换为光能的重要材料光电池 硅合金第二节 富集在海水中的元素氯 氯气的实验室制法：MnO2 +4HClMnCl2 +Cl2 +2H2O 容易获得一个电子，是典型的非金属，显非金属性（强），在自然界以化合物形式存在（NaCl、MgCl2 等，海水中，盐矿里）。从化合价的角度分析：Cl2中显零价，还有-1，+1，+3，+5，+7等价。Cl2 处于中间价，既有氧化性，又有还原性，但以氧化性为主。一、活泼的黄绿色气体-氯气 +172871、物理性质：通常情况下，黄绿色、气体、有剧烈的刺激性气味、能溶于水、有毒、密度比空气大；易液化。干燥的氯气在常温下不与铁反应，且氯易液化，因此大量的氯气要加压液化后贮存于钢瓶中。氯气能溶于水，但1体积水溶2体积的氯气，故不能用排水法收集，但可以用排饱和食盐水收集。另外，氯气的密度比空气大，因此要用向上排空气法收集。氯气有毒，因此要有尾气吸收装置。2、化学性质（1）与金属反应： 2NaCl22NaCl (产生大量白烟) CuCl2CuCl2 2Fe3Cl22FeCl3（2）与某些非金属反应 H2Cl22HCl H2Cl22HCl2P+3Cl2 2PCl3 (在空气中形成白雾)2P+5Cl2 2PCl5 (在空气中形成白烟)（3）氯气与水反应：Cl2H2O = HClOHCl（HClO：次氯酸） (4)与碱液反应：Cl22NaOH = NaClNaClOH2O 2Cl22Ca(OH)2 = Ca(ClO)2CaCl22H2O氯气与碱反应的规律：氯气+碱=次氯酸盐+氯化物+水问：漂白液、漂白粉、漂白精有何区别？ 漂白液（有效成分：NaClO）、漂白粉(主要成分：Ca(ClO)2、CaCl2，有效成分Ca(ClO)2)）。漂粉精(主要成分和有效成分都是Ca(ClO)2 )。漂白粉漂白原理：Ca(ClO)2CO2H2O = CaCO32HClO（强酸制弱酸）次氯酸盐与强酸反应的离子方程式：ClO +H =HClO 漂白粉失效的原理：Ca(ClO)2CO2H2O = CaCO32HClO (5) 与盐溶液反应：2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl (溶液由浅绿色变成棕黄色)2Br +Cl2=2Cl+Br2 2I+Cl2=I2 +2Cl (可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝)3、氯气的用途：杀菌消毒 制漂白粉（液）作制高纯硅、锗和钛的中间物质 合成塑料、橡胶、农药、药品注意：新制氯水与液氯及久置氯水的区别液氯新制的氯水久置的氯水分类纯净物混合物混合物成份只有Cl2 分子分子：Cl2 、H2O 、HClO 离子：H、Cl、ClO、极少量的OH 分子：H2O 离子：H 、Cl 性质有氧化性，无酸性和漂白性有酸性、强氧化性，能漂白、杀毒、光照时HClO分解只有酸性，相当于盐酸溶液二、氯离子（Cl-）的检验（1）在被检验的溶液中加入稀硝酸酸化，再滴入AgNO3溶液，若产生白色沉淀，则被检液中含有Cl。（2）在被检验的溶液中滴入AgNO3溶液，若产生白色沉淀，再加入稀硝酸，沉淀不溶，则被检液中含有Cl。Ag+ Cl- = AgCl 2Ag+ CO32- = Ag2CO3 Ag2CO32H+ = 2Ag+CO2H2O三、成盐元素卤素：氟单质是淡黄绿色气体，氯气是黄绿色气体，溴是深红棕色液体，易挥发，用水封，溴水是橙红色。碘是紫黑色固体，易升华，碘水是棕黄色，碘遇淀粉变蓝色。1.与金属反应：3Br2+2Fe=2FeBr3I2+Fe=FeI22、卤素单质与非金属的反应（1）卤素单质与H2化合的难易关系：F2 Cl2Br2I2H2+F2=2HF（黑暗、低温、剧烈反应发生爆炸）H2+CI2=2HCI（光照）H2+Br2=2HBr(加热500缓慢反应)H2+I2 2HI（不断加热，缓慢进行，同时分解）(2)卤化氢的稳定性关系：HF HCl HBr HI 3、卤素与水的反应2F22H2O=4HFO2 （特例） Cl2+H2O=HCl+HClOBr2+H2O=HBr+HBrO I2+H2O=HI+HIO通式：X2H2O=HXHXO（X:Cl、Br、I）4、卤素单质间的置换反应 氧化性：Cl2Br2I2 还原性：四、氯气及氯化氢的实验室制法1、实验原理：4HCl(浓)MnO2MnCl22H2OCl2五、氯化氢1、物理性质：HCl是一种无色,有刺激性气味的气体,密度大于同条件下的空气,熔沸点较低,极易溶于水2、HCl制备原理：H2SO4+NaClNaHSO4+HClH2SO4+2NaCl Na2SO4+2HCl第三节 硫和氮的氧化物一、二氧化硫和三氧化硫(一)、硫俗称硫磺。1、硫的物理性质：淡黄色固体，难溶于水，可溶于酒精，易溶于CS2 ，熔沸点都很低。2、 硫的化学性质 氧化性：与绝大多数金属反应与非金属反应：H2+SH2S 还原性：与氧气发生反应 自身氧化还原反应 3S+6NaOH=2Na2S+Na2SO3 +3H2O (二) 二氧化硫1、物理性质：二氧化硫是一种无色、有刺激性气味、有毒、比空气重、容易液化、易溶于水的气体。2、化学性质可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫可逆反应。(1) 酸性氧化物-亚硫酐 二氧化硫与水反应 ：SO2 + H2O H2SO3 (亚硫酸) 二氧化硫与碱的反应SO2 + 2 NaOH = Na2SO3 + H2O； SO2 + NaOH = NaHSO3 SO2 + 2 NaOH = Na2SO3 + H2O； Na2SO3 + H2O + SO2 = 2NaHSO3 与碱性氧化物反应 SO2+CaO=CaSO3 (2) 二氧化硫的氧化性：SO2+2H2S = 3S + 2H2O(3) 二氧化硫的还原性 与卤素单质反应：SO2 + Br2 + 2 H2O = H2SO4 + 2HBrSO2 + Cl2 + 2 H2O = H2SO4 + 2HCl 与某些强氧化剂的反应：2KMnO4 + 2H2O+ 5SO2 = K2SO4 +2MnSO4 + 2H2SO4 SO2的催化氧化 2SO2+O2 2SO3 (4) 漂白性 ：能使品红溶液褪色，再加热，颜色又复原。 常见漂白剂及其原理比较漂白剂HClO、Na2O2、O3、H2O2SO2活性炭原理具有强氧化性，将有色物质氧化成无色与某些有色物质化合成不稳定的无色物质吸附有色物质特点不可逆，褪色后颜色不再复原可逆，受热或放置一段时间可复原-变化化学化学物理 (5) 用途：制H2SO4 ；作漂白剂；杀菌，消毒(6) SO2的实验室制法 反应原理：Na2SO3 + H2SO4= Na2SO4 +SO2+H2O 制备装置：固体和液体不加热制备气体的装置 净化干燥装置：盛放浓硫酸的洗气瓶 收集方法：向上排空气法或排饱和NaHSO3溶液 检验：湿润的蓝色石蕊试纸-变红 湿润的品红试纸-褪色 尾气处理：用NaOH溶液和倒扣漏斗装置防倒吸(7) SO2的污染 酸雨：空气中SOX和NOX随雨水下降成为酸雨，pHBr2 I2S 离子还原性：ClBrI 稀硝酸（均比浓硫酸强） 一般情况下：浓硝酸被还原为NO2 ，稀硝酸被还原为NO(2) 与非金属单质反应：C + 4HNO3 (浓) 2H2O +4NO2 +CO2 (3) 与还原性化合物的反应6HI+2HNO3 (稀) = 3I2 +2NO+4H2O 2Na2SO3 +2HNO3(稀) = 2Na2SO4+ 2NO+H2O 4、王水：浓硝酸和浓盐酸以体积之比为1:3混合而成(三) 硝酸的用途：用于制炸药、染料、塑料、硝酸盐(四) 硝酸盐的性质：1、硝酸盐均为易溶于水的离子化合物，多数硝酸盐为无色晶体。 2、由于硝酸盐在高温时受热易分解出O2，故硝酸盐在高温时是强氧化剂。 3、酸性条件下，硝酸盐有强氧化性。