硅、氯及其化合物2015-12-23

1、硅、氯及其化合物一硅及其化合物1硅物理性質(zhì)晶體硅呈灰黑色，有金屬光澤，硬而脆，熔、沸點(diǎn)高，良好半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石化學(xué)性質(zhì)常溫下性質(zhì)很穩(wěn)定，但：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4+2H2Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2加熱時：Si+O2SiO2 Si+2H2高溫SiH4（不穩(wěn)定）工業(yè)制法SiO2+2C高溫Si+2CO (SiO2+3C高溫SiC+2CO)(粗硅) （金剛砂）Si+2Cl2加熱SiCl4 SiCl4+2H2高溫4HCl+Si(粗硅) (高純硅)用途半導(dǎo)體材料，還可制成太陽能電池和各種硅的合金2二氧化硅物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)高，硬度大，水晶為無色透

2、明晶體，不溶于水結(jié)構(gòu)1個硅原子與4個氧原子以4個共價鍵相結(jié)合，1個氧原子與2個硅原子相結(jié)合，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體化學(xué)性質(zhì)酸性氧化物的通性：SiO2+CaO高溫CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+ H2OSiO2 + CaCO3高溫CaSiO3+CO2弱氧化性：SiO2+2C高溫Si+2CO 特性：SiO2+4HF=SiF4+2H2O用途制造光導(dǎo)纖維；制造耐高溫的化學(xué)儀器、計時器（石英玻璃）；制造光學(xué)儀器、工藝品、眼鏡片（水晶）；制造精密儀器軸承、耐磨器皿、裝飾品（瑪瑙）關(guān)注：高純硅的制備【例1】晶體硅是一種重要的非金屬材料。制備純硅的主要步驟如下：高溫下用碳還原二氧化硅制得

3、粗硅粗硅與干燥的HCl氣體反應(yīng)制得SiHCl3：Si3HCl高溫SiHCl3H2SiHCl3與過量H2在1 0001 100 反應(yīng)制得純硅。已知SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃。請回答下列問題：第步制備粗硅的化學(xué)反應(yīng)方程式為： 。粗硅與HCl反應(yīng)完全后，經(jīng)冷凝得到的SiHCl3(沸點(diǎn)33.0 )中含有少量SiCl4(沸點(diǎn)57.6 )和HCl(沸點(diǎn)84.7 )，提純SiHCl3采用的方法為 。用SiHCl3與過量H2反應(yīng)制備純硅的裝置如下圖(熱源及夾持裝置略去)：裝置B中的試劑是，裝置C中的燒瓶需要加熱，其目的是： 。反應(yīng)一段時間后，裝置D中觀察到的現(xiàn)象是，裝置D不能采用普通玻璃管

4、的原因是，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。為保證制備純硅實驗的成功，操作的關(guān)鍵是檢查實驗裝置的氣密性，控制好反應(yīng)溫度以及 。為鑒定產(chǎn)品硅中是否含微量鐵單質(zhì)，將試樣用稀鹽酸溶解，取上層清液后需再加入的試劑(填寫字母代號)是。a碘水 b氯水 cNaOH溶液 dKSCN溶液【解析】分離沸點(diǎn)不同的液體方法就是分餾；根據(jù)題干“SiHCl3能與H2O強(qiáng)烈反應(yīng)，在空氣中易自燃”可知道H2的作用之一就是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止SiHCl3自燃，而此H2必須是干燥的可知B的作用就是干燥H2，所以選用濃H2SO4。由于通入D中應(yīng)是穩(wěn)定的SiHCl3與過量H2的氣流。所以C裝置要加熱，并且是水浴加熱。由于D裝置應(yīng)加

5、熱到10001100 ，所以必須用石英管。鑒定是否含鐵單質(zhì)，用稀HCl溶解后生成Fe2，若選用NaOH溶液，則NaOH會與溶解試樣的稀鹽酸反應(yīng)，所以考慮轉(zhuǎn)化為Fe3后再檢驗，故選b、d。【答案】SiO22C高溫Si2CO分餾濃硫酸使滴入燒瓶中的SiHCl3汽化有固體物質(zhì)生成在此反應(yīng)溫度下，普通玻璃會軟化SiHCl3H2高溫Si3HCl排盡裝置中的空氣bd3硅酸與硅酸鹽Na2SiO3+2HCl =H2SiO3(膠體)+2NaCl H2SiO3高溫H2O + SiO2 H2SiO3 是弱酸，酸性都比H2CO3弱硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水份能力強(qiáng)，常用作實驗室和袋裝

6、食品，瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，也是粘土的主要成分。硅酸鹽種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其組成可用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示，硅酸鹽的氧化物表示形式的一般順序為：a活潑金屬氧化物·b不活潑金屬氧化物·c二氧化硅·d水。Na2SiO3是實驗室最常見的一種硅酸鹽，其水溶液呈堿性，俗稱水玻璃，為無色粘稠液體，常作粘合劑、防腐劑（為火車軌道上的枕木防腐）、耐火材料等。【例2】在多年使用的廚房里，久未更換的玻璃往往失去光澤，嚴(yán)重的還會形成白色斑點(diǎn)，這種現(xiàn)象在化學(xué)上叫做“堿析”，產(chǎn)生堿析的化學(xué)方程式 。解析玻璃的主要成分是CaSiO

7、3、Na2SiO3、SiO2，廚房中的CO2和H2O（g）的濃度相對較高，而碳酸酸性強(qiáng)于硅酸，時間長了玻璃中的Na2SiO3將會在CO2和H2O（g）的持續(xù)作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光澤，嚴(yán)重的還會形成白色斑點(diǎn)。答案Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO34硅及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化【例3】下列單質(zhì)和化合物均由短周期元素組成，它們之間有如下圖所示的轉(zhuǎn)化關(guān)系。據(jù)此回答下列問題： 單質(zhì)A只可能是 ，這是因為 。單質(zhì)B一定是金屬還是非金屬 ，這是因為 。各化合物的分子式為：甲 ，乙 ，丙 ，丁 。解析根據(jù)題給信息，A為短周期元素的單質(zhì)，又能與NaOH溶液反應(yīng)放出H2，

8、故應(yīng)為硅或鋁。但產(chǎn)生的化合物乙與過量鹽酸反應(yīng)生成的化合物丁又能失去化合物丙，從而確定A為Si，并推出化合物丙為H2O，單質(zhì)B為O2，化合物甲為SiO2，丁為H4SiO4或H2SiO3。 答案硅，在短周期內(nèi)能與NaOH溶液反應(yīng)放出 H2的只能是硅或鋁，但鋁的氫氧化物能溶于過量鹽酸，不合題意。非金屬，Si只有與O2反應(yīng)才能生成酸性氧化物SiO2，進(jìn)而與NaOH反應(yīng)。 SiO2，Na2SiO3，H2O、H4SiO4或H2SiO3。點(diǎn)撥掌握特殊的物質(zhì)或特殊的反應(yīng)，作為推斷題的的突破口。二氯及其化合物1氯氣的強(qiáng)氧化性與絕大多數(shù)金屬反應(yīng)，生成高價金屬氯化物。Cu+Cl2點(diǎn)燃CuCl2（劇烈燃燒，生成棕黃色

9、煙，加少量水得綠色溶液，稀釋得藍(lán)色溶液）2Fe+3Cl2點(diǎn)燃2FeCl3（劇烈燃燒，生成棕色煙，加水得棕黃色溶液）與非金屬反應(yīng)，得非金屬氯化物。H2+Cl2點(diǎn)燃2HCl （蒼白色火焰，產(chǎn)生白霧）H2+Cl2光照2HCl （發(fā)生爆炸，產(chǎn)生白霧）2P+3Cl2點(diǎn)燃2PCl3 2P+5Cl2點(diǎn)燃2PCl5（產(chǎn)生白色煙霧）與還原性化合物反應(yīng)Cl2+H2S=S+2HCl（氣態(tài)時反應(yīng)生成淡黃色固體硫，溶液中反應(yīng)出現(xiàn)渾濁）Cl2+2NaBr=Br2+2NaCl（非金屬性ClBr）Cl2+Na2SO3+H2O=2HCl+Na2SO4（可用Na2SO3除去溶液中的余氯）6FeBr2+3Cl2=2FeCl3+4F

10、eBr3（Cl2量少，先氧化Fe2+）2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2（Cl2足量，將Fe2+、Br全部氧化）2氯氣的自身氧化還原反應(yīng)與水反應(yīng)，生成鹽酸和次氯酸：Cl2+H2OHCl+HClO氯水的形成：Cl2通入水中，得到氯水。一部分Cl2溶于水，一部分Cl2與水反應(yīng)。氯水的成分：H2O、Cl2、HClO、H+、Cl、ClO、OH。新制氯水、久置氯水和液氯的比較新制氯水久置氯水液氯物質(zhì)類別混合物混合物純凈物微粒種類H2O、Cl2、HClO、H+、Cl、ClO、OHH2O、H+、Cl、OHCl2保存方法棕色瓶、陰涼處低溫密閉與堿反應(yīng)，生成氯化物、次氯酸鹽和水Cl2+2NaOH=N

11、aCl+NaClO+H2O 以NaClO為有效成分的漂白液2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 將Cl2通入冷的消石灰中即制得Ca(ClO)2為有效成分的漂白粉，如果Cl2與Ca(OH)2反應(yīng)充分，并使Ca(ClO)2成為主要成分，則得到漂粉精。漂粉精本身并無漂白性，使用時要將比較穩(wěn)定的Ca(ClO)2轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定但具有強(qiáng)氧化性、漂白性的HClO，因此使用漂粉精必須提供酸性環(huán)境。如：Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO 或 Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO。保存方法：密封存放于避光干燥處。注意：由于強(qiáng)氧化性，ClO與S、I等在

12、溶液中也不能大量共存。3氯氣的實驗室制法：反應(yīng)原理：MnO2+4HCl(濃)加熱MnCl2+Cl2+2H2O反應(yīng)裝置：固體+液體氣體的裝置（思考幾種氣體發(fā)生裝置類型及其應(yīng)用）收集方法：封閉式向上排空氣法或排飽和食鹽水法（探討可能的氣體收集方法）檢驗方法：濕潤的KI淀粉試紙變藍(lán)尾氣吸收：NaOH濃溶液等延伸：工業(yè)制法：電解飽和食鹽水2NaCl+2H2O通直流電2NaOH+H2+Cl2實驗室制法：應(yīng)用較強(qiáng)的氧化劑將1價的氯轉(zhuǎn)化為0價氯。除了上述方法外，還可以用以下方法：2KMnO4+16HCl(濃)=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2K2Cr2O7+14HCl(濃)=2KCl+2CrCl3

13、+7H2O+3Cl2KClO3+6HCl(濃)=KCl+3H2O+3Cl2Ca(ClO)2+4HCl(濃)=CaCl2+2H2O+2Cl24HCl+O2催化劑2H2O+2Cl2(地康法)2NaCl+MnO2+3H2SO4(濃)2NaHSO4+MnSO4+ Cl2+2H2O【例4】已知：KClO36HCl(濃)=KCl3Cl23H2O。如下圖所示，將少量試劑分別放入培養(yǎng)皿中的相應(yīng)位置，實驗時將濃鹽酸滴在KClO3晶體上，并用表面皿蓋好。下表中由實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論完全正確的是【解析】A項說明Cl2具有氧化性。B項是Cl2與H2O反應(yīng)生成了有漂白性的次氯酸。C項是Cl2與H2O反應(yīng)生成的HCl具有酸

14、性，HClO具有漂白性。D項的反應(yīng)為Cl22KI=2KClI2，說明Cl2具有氧化性?！敬鸢浮緿4次氯酸（HClO）電子式為：HClO是一元弱酸，酸性：H2CO3>HClO>HCO3-，請注意以下反應(yīng)：少量二氧化碳通入NaClO溶液中：NaClO + CO2+H2O=NaHCO3+HClO氯氣通入碳酸氫鈉溶液中： Cl2+NaHCO3=NaCl+CO2+HClOHClO不穩(wěn)定：2HClO光2HCl+O2。HClO有強(qiáng)氧化性。HClO有殺菌、漂白性：能使染料和有機(jī)色質(zhì)等褪色，Cl2能用作自來水的消毒劑（HClO有強(qiáng)氧化性）【例5】下圖是一種試驗?zāi)硽怏w化學(xué)性質(zhì)的實驗裝置，圖中B為活塞。

15、如先打開B，在A處通入干燥氯氣，C中紅色布條顏色無變化；當(dāng)關(guān)閉B時，C處紅色布條顏色褪去。則D瓶中盛有的溶液是A濃H2SO4 B飽和NaCl溶液 C濃NaOH溶液 D濃NaBr溶液【例6】已知氯氣與水的反應(yīng)Cl2H2OHClHClO是一個可逆反應(yīng)且反應(yīng)生成的次氯酸(HClO)是一種酸性比碳酸還要弱的酸。分別寫出鹽酸、次氯酸的電離方程式： 。要使新制氯水里次氯酸的濃度增大，可向其中加入下列的 。ANaOH固體B水 CNaClO固體 DNaHCO3固體 ECaCO3固體若將新制的氯水逐滴滴入含酚酞的NaOH稀溶液中，當(dāng)?shù)蔚阶詈笠坏螘r，紅色突然褪去。有同學(xué)認(rèn)為產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是稀溶液中的NaOH

16、恰好與氯水完全反應(yīng)。請你用實驗方法證明該同學(xué)的結(jié)論是否成立?！緦?dǎo)航】氯氣與水反應(yīng)的兩個產(chǎn)物中，一個是強(qiáng)酸，另一個是弱酸，且酸性強(qiáng)弱關(guān)系為：鹽酸>碳酸>次氯酸。氯水中的次氯酸有漂白能力，且顏色不可恢復(fù)?！窘馕觥孔⒁馇罢邽閺?qiáng)酸而后者為弱酸。要使氯水里次氯酸的濃度增大，就要設(shè)法使化學(xué)平衡Cl2H2OHClHClO向正反應(yīng)方向移動，還不能損耗HClO。加NaOH會損耗HCl和HClO，其用量不易控制；加水雖會使平衡向右移動，但平衡體系內(nèi)各物質(zhì)濃度均會降低；加NaClO不但會把鹽酸反應(yīng)掉，使平衡右移，還可以生成HClO，符合題意；由于次氯酸是比碳酸還弱的酸，故加NaHCO3、CaCO3等碳酸

17、的鹽，都可以只消耗HCl而不消耗HClO，導(dǎo)致平衡右移，使HClO濃度增大。氯水使NaOH的酚酞溶液褪色，是將NaOH中和了還是使酚酞氧化了？若是前者，再加NaOH溶液應(yīng)馬上恢復(fù)紅色；若是后者，酚酞被氧化而失去作指示劑的性質(zhì)，再加NaOH溶液仍會是無色。考慮到了這個區(qū)別便找到了思路，找到了簡單的實驗方案?！敬鸢浮縃Cl=HCl，HClOHClOCDE 向無色溶液中加入NaOH溶液，若紅色再現(xiàn)，說明NaOH被中和了，否則酚酞被氧化了5氯及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化【鞏固練習(xí)】12008年北京奧運(yùn)會上的金牌材料是體現(xiàn)中華傳統(tǒng)文化理念的金鑲玉材質(zhì)。玉的主要成分是一些結(jié)構(gòu)特殊的礦物質(zhì)，如NaAlSi2O6

18、。關(guān)于這種金牌的推測正確的是()A不能溶于任何溶劑B該金牌中“玉”的主要材料不屬于硅酸鹽C該金牌的材質(zhì)在固體狀態(tài)時能導(dǎo)電DNaAlSi2O6可以表示為Na2O·Al2O3·2SiO2【解析】A項中金牌中的金能溶于王水；B中玉的主要成分可以看作Na2SiO3和Al2(SiO3)3，都為硅酸鹽；C項中，由于硅酸鹽為固體時，其中的離子不能自由移動，不能導(dǎo)電。【答案】D2下圖是一些常見元素的單質(zhì)或化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。溶液中的水以及部分反應(yīng)物或生成物未標(biāo)出。A、E是空氣中的兩種主要成分，D是一種單質(zhì)，C是由兩種元素組成的新型材料，且和SiC具有相同的價電子數(shù)和原子數(shù)，J是一種能引起

19、溫室效應(yīng)的氣體，K是兩性化合物。反應(yīng)、用于工業(yè)中生產(chǎn)H。ENaOHaqJ 常見的鈉鹽KIB1500CSiCDAEEGFH回答下列問題：寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：F_，I_；寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_；寫出反應(yīng)的離子方程式：_；B和SiC的納米級復(fù)合粉末是新一代大規(guī)模集成電路理想的散熱材料。反應(yīng)是科學(xué)家研究開發(fā)制備該納米級復(fù)合粉末的最新途徑。已知B由Si及另外兩種元素組成，且Si與另外兩種元素的物質(zhì)的量之比均為14，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。答案NH3 NaAlO2 4NH35O2 4NO6H2O CO22AlO23H2O2Al(OH)3CO32 Al4SiC42N24AlNSiC3C由題意知C是由兩

20、種元素組成的新型材料，且和SiC具有相同的價電子數(shù)和原子數(shù)，可考慮C是AlN，由E是空氣中的主要成分給合框圖特征可確定E是O2，則A是N2，AlN和NaOH溶液反應(yīng)后的產(chǎn)物能被O2連續(xù)氧化，可確定F是NH3，G是NO，H是HNO3，I是NaAlO2，考慮到D是一種單質(zhì)，能被O2氧化，產(chǎn)物能和NaAlO2反應(yīng)，可確定D是C，由(4)中的條件可確定B是Al4SiC4。3已知常溫下氯酸鉀與濃鹽酸反應(yīng)放出氯氣，現(xiàn)按圖進(jìn)行鹵素的性質(zhì)實驗。玻璃管內(nèi)裝有分別滴有不同溶液的白色棉球，反應(yīng)一段時間后，對圖中指定部分顏色描述正確的是()【導(dǎo)航】KClO3與濃鹽酸反應(yīng)后，生成氯氣，排出空氣后，氯氣沿玻璃管上升，依次從下而上與三個棉球中的溶液反應(yīng)?！窘馕觥扛魈幇l(fā)生的反應(yīng)及現(xiàn)象分別為：KClO36HCl(濃)=KCl3Cl23H2O，產(chǎn)生黃綠色的氣體。2NaBrCl2=2NaClBr2，Br2溶于水顯橙(黃)色。2KICl2=2KClI2，I2遇淀粉變藍(lán)