硅、氯及其化合物2015

硅、氯及其化合物．硅及其化合物1．硅物理性质晶体硅呈灰黑色，有金属光泽，硬而脆,熔、沸点高，良好半导体结构晶体硅的结构类似于金刚石常温下性质很稳定，但：（l）Si+2F2=SiF4(2)Si+4HF=SiF4f+2H2f化学性质⑶Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2f加热时：（l）Si+O2AsiO2⑵Si+2H2高温,SiH4（不稳定）SiO2+2C高温Si+2COf(SiO2+3C高温SiC+2COf)（粗硅）（金刚砂）工业制法/ITTQ1iCSi+2Cl SiCl SiCl+2H2 4 4 24HCl+Si（粗硅）（高纯硅）用途半导体材料，还可制成太阳能电池和各种硅的合金2．二氧化硅物理性质熔、沸点高，硬度大，水晶为无色透明晶体，不溶于水结构1个硅原子与4个氧原子以4个共价键相结合，1个氧原子与2个硅原子相结合，形成空间网状结构的原子晶体化学性质酸性氧化物的通性：(l)SiO2+CaO高温CaSiO32SiO+2NaOH=NaSiO+HO2 2 3 2高温⑶SiO2+CaCO^ffikCaSiO3+CO2f弱氧化性：SiO2+2C高温Si+2COf 特性：SiO2+4HF=SiF4f+2H2O用途制造光导纤维；制造耐高温的化学仪器、计时器（石英玻璃）制造光学仪器、工艺品、眼镜片（水晶）；制造精密仪器轴承、耐磨器皿、装饰品（玛瑙）关注：高纯硅的制备【例1】晶体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下：①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅②粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl:Si+3HCl高温SiHCl+H③SiHCl与过量H在1000〜1100°C3 3 2 3 2反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：⑴第①步制备粗硅的化学反应方程式为： 。⑵粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl（沸点33.0C）中含有少量SiCl（沸点3457.6C）和HCl（沸点一84.7C）,提纯SiHC|采用的方法为 。⑶用SiHCl与过量H反应制备纯硅的装置如32下图（热源及夹持装置略去）：装置B中的试剂是 ，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是：.

反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ，装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置D中发生反应的化学方程式为—为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂（填写字母代号）是a.碘水 b氯水 c.NaOH溶液 d.KSCN溶液【解析】分离沸点不同的液体方法就是分馏；根据题干“SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃”可知道H2的作用之一就是排尽装置内的空气，防止SiHCl3自燃，而此H2必须是干燥的可知B的作用就是干燥H2/所以选用浓H2SO4。由于通入D中应是稳定的SiHCl3与过量H2的气流。所以C装置要加热，并且是水浴加热。由于D装置应加热到1000〜1100°C,所以必须用石英管。鉴定是否含铁单质，用稀HCl溶解后生成Fe2+,若选用NaOH溶液，则NaOH会与溶解试样的稀盐酸反应，所以考虑转化为Fe3+后再检验，故选b、d。【答案】⑴SiO+2C高温Si+2COf2⑵分馏⑶①浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化②有固体物质生成在此反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3+H2高温Si+3HCl③排尽装置中的空气④bd硅酸与硅酸盐Na2SiO3+2HCl=H2SiO3（胶体）+2NaClH2SiO3高温H2O+SiO2H2SiO3是弱酸，酸性都比H2CO3弱硅酸凝胶经干燥脱水就形成干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水份能力强，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。硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，也是粘土的主要成分。硅酸盐种类繁多，结构复杂，其组成可用二氧化硅和金属氧化物的形式表示，硅酸盐的氧化物表示形式的一般顺序为：a活泼金属氧化物・b不活泼金属氧化物•c二氧化硅•d水。Na2SiO3是实验室最常见的一种硅酸盐，其水溶液呈碱性，俗称水玻璃，为无色粘稠液体，常作粘合剂、防腐剂（为火车轨道上的枕木防腐）、耐火材料等。【例2】在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象在化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程 ［解析］玻璃的主要成分是CaSiO3、Na2SiO3、SiO2，厨房中的CO2和H2O（g）的浓度相对较高，而碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2和H2O（g）的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点。［答案］Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3硅及其化合物之间的相互转化SiF4Na2SiF4Na2SiO3+H?NaOHHF高温CaCQ2 Na2CO3HFNaOHNa?沁SiF4+H2ONa3SiO3+巴0例3】下列单质和化合物均由短周期元素组成，它们之间有如下图所示的转化关系。据此回答下列问题：⑴单质A只可能是 ，这是因为—⑵单质B—定是金属还是非金属. ，这是因为 。⑶各化合物的分子式为：甲 ，乙. ，丙. ，丁［解析］根据题给信息，A为短周期元素的单质，又能与NaOH溶液反应放出H2,故应为硅或铝。但产生的化合物乙与过量盐酸反应生成的化合物丁又能失去化合物丙，从而确定A为Si,并推出化合物丙为H2O,单质B为O2，化合物甲为SiO2，丁为H4SiO4或H2SiO3。［答案］⑴硅，在短周期内能与NaOH溶液反应放出H2的只能是硅或铝，但铝的氢氧化物能溶于过量盐酸，不合题意。⑵非金属，Si只有与O2反应才能生成酸性氧化物SiO2，进而与NaOH反应。⑶SiO2,Na2SiO3,H2O、H4SiO4或H2SiO3。［点拨］掌握特殊的物质或特殊的反应，作为推断题的的突破口。二．氯及其化合物1．氯气的强氧化性⑴与绝大多数金属反应，生成高价金属氯化物。Cu+Cl2点燃CuCl2（剧烈燃烧，生成棕黄色烟，加少量水得绿色溶液，稀释得蓝色溶液）点燃2Fe+3Cl2 2FeCl3（剧烈燃烧，生成棕色烟，加水得棕黄色溶液）⑵与非金属反应，得非金属氯化物。H2+Cl2点燃2HC1（苍白色火焰，产生白雾）H2+Cl2光照2HC1（发生爆炸，产生白雾）点燃 点燃2P+3C12点燃2PC132P+5C12点燃2PC15（产生白色烟雾）⑶与还原性化合物反应Cl2+H2S=S+2HCl（气态时反应生成淡黄色固体硫，溶液中反应出现浑浊）Cl2+2NaBr=Br2+2NaCl（非金属性Cl>Br）Cl2+Na2SO3+H2O=2HCl+Na2SO4（可用Na2SO3除去溶液中的余氯）6FeBr2+3Cl2=2FeCl3+4FeBr3（Cl2量少，先氧化Fe2+）2FeBr2+3Cl2=2FeCl3+2Br2（Cl2足量，将Fe2+、Br—全部氧化）氯气的自身氧化还原反应⑴与水反应，生成盐酸和次氯酸：C12+H2O=HC1+HC1O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与水反应。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较新制氯水久置氯水液氯物质类别混合物混合物纯净物微粒种类HQ、Cl「HC1O、H+、00H2O、H+、Cl—、OH—Cl.

Cl-、CIO-、OH-保存方法棕色瓶、阴凉处低温密闭⑵与碱反应，生成氯化物、次氯酸盐和水Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O以NaClO为有效成分的漂白液2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O将Cl2通入冷的消石灰中即制得Ca（C10）2为有效成分的漂白粉,如果Cl2与Ca（OH）2反应充分，并使Ca（C10）2成为主要成分，则得到漂粉精。漂粉精本身并无漂白性，使用时要将比较稳定的Ca（C10）2转化为不稳定但具有强氧化性、漂白性的HC1O,因此使用漂粉精必须提供酸性环境。如：Ca（C10）2+2HCl=CaCl2+2HC10或Ca（ClO）2+CO2+H2O=CaCO3；+2HC10。保存方法：密封存放于避光干燥处。注意：由于强氧化性，CIO-与s-、I-等在溶液中也不能大量共存。3．氯气的实验室制法：⑴反应原理：MnO2+4HCl（浓）加热MnCl2+Cl2f+2也0⑵反应装置：固体+液体加热〉气体的装置（思考几种气体发生装置类型及其应用）⑶收集方法：封闭式向上排空气法或排饱和食盐水法（探讨可能的气体收集方法）⑷检验方法：湿润的KI淀粉试纸变蓝⑸尾气吸收：NaOH浓溶液等延伸：⑴工业制法：电解饱和食盐水2NaCl+2H2O通直流电2NaOH+H2f+C12f⑵实验室制法：应用较强的氧化剂将一1价的氯转化为0价氯。除了上述方法外，还可以用以下方法：2KMnO4+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2fK2Cr2O7+14HCl（浓）=2KCl+2CrCl3+7H2O+3Cl2fKClO3+6HCl（浓）=KC1+3H2O+3C12fCa（ClO）2+4HCl（浓）=CaCl2+2H2O+2Cl2f4HC1+O2催化剂2H2O+2Cl2f（地康法）⑥2NaCl+MnO2+3H2SO4（浓）△2NaHSO4+MnSO4+Cl2f+2H2O【例4】已知：KC1O3+6HC1（浓）===KC1+3C12f+3H2O。如下图所示，将少量试剂分别放入培养皿中的相应位置，实验时将浓盐酸滴在KClO3晶体上，并用表面皿盖好。下表中由实验现象得出的结论完全正确的是滴有KSCN的Fed?溶液KC1O*晶体滴有KSCN的Fed?溶液KC1O*晶体酚跌的NaOH溶液选项实验现象结论A滴有KSCN的FeCl』割S晒红色口2具有还原性B滴有酹猷的曲0用容液褪色口?具有酸性C石蕊溶液先变为红色后褪色C1,具有漂白性D淀粉KI溶液中变蓝色口，具有氧化性紫色石蕊溶液KI淀粉溶液【解析】A项说明Cl2具有氧化性。B项是Cl2与H2O反应生成了有漂白性的次氯酸。C项是Cl2与H2O反应生成的HCl具有酸性，HC1O具有漂白性。D项的反应为Cl2+2KI=2KC1+I2,说明Cl2具有氧化性。【答案】D4•次氯酸（4•次氯酸（HClO）电子式为:HC10是一元弱酸，酸性：H2CO3>HC1O>HCO3-，请注意以下反应：少量二氧化碳通入NaClO溶液中：NaClO+CO2+H2O=NaHCO3+HClO氯气通入碳酸氢钠溶液中：Cl2+NaHCO3=NaCl+CO2f+HC1OHClO不稳定：2HC1O光2HCl+O2f。⑶HClO有强氧化性。⑷HC1O有杀菌、漂白性：能使染料和有机色质等褪色,Cl2能用作自来水的消毒剂(HC1O有强氧化性)【例5】下图是一种试验某气体化学性质的实验装置，图中B为活塞。如先打开B,在A处通入干燥氯气，C中红色布条颜色无变化；当关闭B时，C处红色布条颜色褪去。则D瓶中盛有的溶液是浓HSOB.饱和NaCl溶液C.浓NaOH溶液D.浓NaBr溶液24【例6】已知氯气与水的反应Cl2+H2O吕HCl+HClO是一个可逆反应且反应生成的次氯酸(HClO)是一种酸性比碳酸还要弱的酸。⑴分别写出盐酸、次氯酸的电离方程式：.⑵要使新制氯水里次氯酸的浓度增大，可向其中加入下列的A.NaOH固体B.水C.NaClO固体D.NaHCO3固体E.CaCO3固体⑶若将新制的氯水逐滴滴入含酚酞的NaOH稀溶液中，当滴到最后一滴时，红色突然褪去。有同学认为产生该现象的原因可能是稀溶液中的NaOH恰好与氯水完全反应。请你用实验方法证明该同学的结论是否成立。【导航】氯气与水反应的两个产物中，一个是强酸，另一个是弱酸，且酸性强弱关系为：盐酸>碳酸>次氯酸。氯水中的次氯酸有漂白能力，且颜色不可恢复。【解析】⑴注意前者为强酸而后者为弱酸。⑵要使氯水里次氯酸的浓度增大，就要设法使化学平衡Cl2+H2OHCl+HClO向正反应方向移动，还不能损耗HClO。力口NaOH会损耗HCl和HClO,其用量不易控制；加水虽会使平衡向右移动，但平衡体系内各物质浓度均会降低；加NaClO不但会把盐酸反应掉，使平衡右移，还可以生成HClO,符合题意；由于次氯酸是比碳酸还弱的酸，故加NaHCO3、CaCO3等碳酸的盐，都可以只消耗HCl而不消耗HClO,导致平衡右移，使HClO浓度增大。⑶氯水使NaOH的酚酞溶液褪色，是将NaOH中和了还是使酚酞氧化了？若是前者，再加NaOH溶液应马上恢复红色；若是后者，酚酞被氧化而失去作指示剂的性质，再加NaOH溶液仍会是无色。考虑到了这个区别便找到了思路，找到了简单的实验方案。【答案】(1)HC上H++C卜，HClO1H++ClO-⑵CDE⑶向无色溶液中加入NaOH溶液，若红色再现，说明NaOH被中和了，否则酚酞被氧化了氯及其化合物之间的相互转化Cud，氐点燃｛或光舉)i'CaCCtO)^眄H/)班:■<uyH、CaCCtO)^眄H/)班:■<uyH、【巩固练习】1．2008年北京奥运会上的金牌材料是体现中华传统文化理念的金镶玉材质。玉的主要成分是一些结构特殊的矿物质，如NaAl［SiO］。关于这种金牌的推测正确的是()26不能溶于任何溶剂该金牌中“玉”的主要材料不属于硅酸盐该金牌的材质在固体状态时能导电NaAl［Si0］可以表示为1Na0・茁10•2SiO26222232【解析】A项中金牌中的金能溶于王水；B中玉的主要成分可以看作NaSi0和Al(SiO)，都为硅酸盐；23233C项中，由于硅酸盐为固体时，其中的离子不能自由移动，不能导电。【答案】D2.下图是一些常见元素的单质或化合物之间的转化关系。溶液中的水以及部分反应物或生成物未标出。A、E是空气中的两种主要成分，D是一种单质，C是由两种元素组成的新型材料，且和SiC具有相同的价电子数和原子数，J是一种能引起温室效应的气体，K是两性化合物。反应③、④、⑤用于工业中生产H。回答下列问题：TOC\o"1-5"\h\z⑴写出下列物质的化学式：F ，I ;⑵写出反应③的化学方程式： ；⑶写出反应⑥的离子方程式： ；⑷B和SiC的纳米级复合粉末是新一代大规模集成电路理想的散热材料。反应①是科学家研究开发制备该纳米级复合粉末的最新途径。已知B由Si及另外两种元素组成，且Si与另外两种元素的物质的量之比均为1：4，写出反应①的化学方程式： 。［答案］(1)NH3NaAlO2琏讣吝il⑵4NH+50 4NO+6HO⑶CO2+2A1O2-+3H2O= 2A1(OH)3+CO32-⑷AlSiC+2N⑷吒4AlN+SiC+3C4 4 2由题意知C是由两种元素组成的新型材料，且和SiC具有相同的价电子数和原子数，可考虑C是AlN，由E是空气中的主要成分给合框图特征可确定E是02,则A是N2,AlN和NaOH溶液反应后的产物能被02连续氧化，可确定F是NH3，G是NO,H是HNO3，I是NaAlO2，考虑到D是一种单质，能被02氧化，产物能和NaAlO2反应，可确定D是C,由(4)中的条件可确定B是Al4SiC4。已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现按图进行卤素的性质实验。①④-氢刘化钠溶液③—KI淀粉溶液②f NaBr①④-氢刘化钠溶液③—KI淀粉溶液②f NaBr溶液KC103HC1（浓）黄绿色橙色蓝色白色【导航】砂口（溶液反应-、 的一应一 ：3+6HC1r+Cl=2球中的【解析KClO2NaB黄绿色橙色蓝色白色【导航】砂口（溶液反应-、 的一应一 ：3+6HC1r+Cl=2球中的【解析KClO2NaB2KI+Cl=2K（Cl+2NaOH=］2n本题实【答案：（浓二KC1+3C1亠绿色2橙色氯气拳排出空气白色］沿玻璃管上升，依