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）：⑴物理性质：有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大。

⑵化学性质：①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。

Si＋2F2＝SiF4 Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。

Si＋O2高温SiO2 Si＋2Cl2高温SiCl4⑶用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等。

⑷硅的制备：工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅。

SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑ Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4 SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl2、二氧化硅（SiO2）：⑴ 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。

⑵物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。

⑶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：①与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（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，打不开，应用橡皮塞）。

②与氢氟酸反应[SiO2的特性]：SiO2＋4HF＝SiF4↑+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）。

③高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaO 高温CaSiO3⑷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）：⑴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。

⑵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）Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓ Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）⑶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：Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓（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：KAlSiO3不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2⑴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高温Na2SiO3 + CO2↑,SiO2 + CaCO3高温CaSiO3 + CO2↑（原理：难挥发性酸酸酐制易挥发性酸酸酐）。

主要成分：Na2O·CaO·SiO2。

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。

⑵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。

⑶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Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O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 Cl 2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（Cl 2）：⑴ 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）⑵ 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。

①与金属反应（将金属氧化成最高正价）Na ＋Cl 2===点燃2NaCl Cu ＋Cl 2===点燃CuCl 2 2Fe ＋3Cl 2===点燃2FeCl 3（氯气与金属铁反应只生成FeCl 3，而不生成FeCl 2。

）（思考：怎样制备FeCl 2？Fe ＋2HCl ＝FeCl 2＋H 2↑，铁跟盐酸反应生成FeCl 2，而铁跟氯气反应生成FeCl 3，这说明Cl 2的氧化性强于盐酸，是强氧化剂。

） ②与非金属反应Cl 2＋H 2 ===点燃2HCl （氢气在氯气中燃烧现象：安静地燃烧，发出苍白色火焰） 将H 2和Cl 2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。

③Cl 2与水反应Cl2＋H2O＝HCl＋HClO 离子方程式：Cl2＋H2O＝H＋＋Cl—＋HClO 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。

④Cl2与碱液反应：与NaOH反应：Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O与Ca(OH)2溶液反应：2Cl2＋2Ca(OH)2＝Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O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)2＋CO2＋H2O==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2NaClO＋CO2＋H2O==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Cl2＋H2O＝HCl＋HClO漂白粉久置空气会失效（涉及两个反应）：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO，↑，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。

⑤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 通电2NaOH + H2 ↑+ Cl2↑(2)氯气的实验室制法原理：利用氧化剂氧化浓盐酸中的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的发生装置的比较(二) 氯、溴、碘1．Cl2、Br2、I2的物理性质的比较2．Cl2、Br2、I2在不同溶剂中的颜色比较3．Cl 2、Br 2、I 2的化学性质的比较 ①与金属反应2Na + Cl 22NaCl,Cu + Cl 2 CuCl 2，2Fe + 3Cl 2 2FeCl 3，2Fe + 3Br 22FeBr 3，Fe + I 2 FeI 2。

②与氢气反应③与水的反应：2F 2 + 2H 2O == 4HF + O 2 X 2 + H 2OHX + HXO (X:Cl 、Br 、I)④ Cl 2、Br 2、I 2相互置换：氧化性Cl 2>Br 2>I 2，所以Cl 2可以将Br 2、I 2置换出，Br 2可以将I 2置换出。