硅及其化合物
一、硅
1．硅的存在和物理性质
⑴ 存在：只以化合态存在，主要以SiO2和硅酸盐的形式存在于地壳岩层里，在地壳中含量居第二位。
⑵ 物理性质：晶体硅是一种灰黑色固体，具有金属光泽，硬而脆的固体，熔沸点较高，能导电，是良好的半导体材料 。
2. 硅的化学性质
⑴ 与单质（O2、F2）反应
⑵ 与酸（HF）反应 Si+4HF = SiF4↑+2H2↑
⑶ 与强碱（如NaOH）溶液反应Si+2NaOH +H2O == Na2SiO3+2H2↑
3．用途：制造半导体、计算机芯片、太阳能电池。
二、CO2和SiO2的比较
三、硅酸及硅酸盐
1. 硅酸
⑴ 物理性质：与一般的无机含氧酸不同，硅酸难溶于水。
⑵ 化学性质：
①. 弱酸性：是二元弱酸，酸性比碳酸弱，与NaOH溶液反应的化学方程式为：
H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O。
②. 不稳定性：受热易分解，化学方程式为：H2SiO3 H2O+ SiO2。
⑶ 制备：通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，如Na2SiO3溶液与盐酸反应：
Na2SiO3+2HCl== H2SiO3↓+2NaCl
⑷ 用途：硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。
2. 硅酸盐
定义：硅酸盐是由硅、氧、金属所组成的化合物的总称。
⑴硅酸盐结构复杂，一般不溶于水，性质很稳定。通常用氧化物的形式来表示其组成。
例如：硅酸钠Na2SiO3（Na2O·SiO2），高岭石Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。
书写顺序为：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
注意事项：
① 氧化物之间以“· ”隔开；
②计量数配置出现分数应化为整数。
例如：钾长石KAlSi3O8不能写成
K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。
⑵硅酸钠：Na2SiO3，其水溶液俗名水玻璃，是一种无色粘稠液体，是一种矿物胶，用作黏合剂和木材防火剂。
四、常见无极非金属材料及其主要用途
传统的无极非金属材料
【总结提升】
1．硅
(1) 硅的非金属性弱于碳，但碳在自然界中既有游离态又有化合态，而硅却只有化合态。
(2) 硅的还原性强于碳，但碳能还原SiO2：SiO2+2C 
2CO↑+Si 。
(3) 非金属单质跟碱溶液作用一般无H2产生，但Si能跟碱溶液作用放出H2：Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。
(4) 非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但硅能跟氢氟酸反应。
(5) 非金属单质一般为非导体，但硅为半导体。
2. 二氧化硅
(1) 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔点却很高。
(2) 酸性氧化物一般不跟酸反应，但SiO2能跟氢氟酸反应。
3. 硅酸
(1) 无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。
(2) H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3+CO2+H2O==== H2SiO3↓+Na2CO3，但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑能发生是因为生成的CO2容易挥发。
氯及其化合物
一、氯气Cl2
1．物理性质：
常温、常压下，氯气是是黄绿色、有刺激性气味的气体；有毒，密度比空气大；常温、常压下的溶解度为1:2，易液化。
2．化学性质：
（1）与金属单质反应：
a．与Na反应：
现象：产生白烟。
现象：产生棕黄色的烟。
现象：产生棕色的烟。
注：常温下干燥的氯气或液氯不与铁反应，所以液氯通常储存在钢瓶中
（2）与非金属单质反应：
a .与氢气反应：
现象：发出苍白色火焰，瓶口有白雾生成。
注：H2＋Cl22HCl（会发生爆炸）——不可用于工业制盐酸
（3）与水反应
溶于水的氯气部分与水反应Cl2+H2O ⇌HCl+HClO
（Cl2＋H2O ⇌ H++ Cl- ＋HClO）
（4）与碱反应：
a. 与氢氧化钠反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
(Cl2+2OH–=Cl–+ClO–+H2O)
b. 与氢氧化钙反应：2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
(Cl2+2OH–=Cl–+ClO–+H2O)
漂白粉的成分是：CaCl2和Ca(ClO)2。有效成分是：Ca(ClO)2。
漂白原理：Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO；
漂白粉失效：2HClO=2HCl+O2↑ （见光易分解）。
（5）氯气与还原性物质反应：
① 与NaBr：Cl2 + 2NaBr = 2NaCl + Br2
② 与FeBr2：(少量)：3Cl2 + 2FeBr2 = 2FeCl3 + 2Br2
③ 与SO2混合通入水中：Cl2+SO2+2H2O = H2SO4+2HCl
（Cl2+SO2+2H2O=4H++SO42–+2Cl–）
与Na2SO3反应：Cl2＋SO32－＋H2O=SO42-－＋2Cl－＋2H+
【拓展提升】
氯水成分的复杂性和多样性
1．反应原理及成分（三分四离：三种分子和四种离子）
Cl2+H2O⇌HCl+HClO
HCl=H++Cl-
HClO ⇌ H++ClO-
2HClO2HCl+O2↑
H2O ⇌ H++OH-
新制氯水中，主要存在的分子有三种：Cl2、H2O、HClO；离子有四种：H+、Cl-、
ClO-、OH-。
2．氯水的性质
氯水在与不同物质发生反应时，表现出成分的复杂性和氯水性质的多样性。
提示：
（1）氯水通常密封保存于棕色试剂瓶中（见光或受热易分解的物质均保存在棕色试剂瓶中）；
（2）Cl2使湿润的蓝色石蕊试纸先变红，后褪为白色。
3．影响Cl2+H2O⇌HCl+HClO平衡移动的因素
（1）当加入可溶性氯化物时，c（Cl-）增大，平衡左移，因此可用排饱和食盐水法——降低Cl2的溶解度来收集Cl2，也可用饱和食盐水除去Cl2中的杂质HCl。
（2）当加浓盐酸时，c（H+）和c（Cl-）都增大，平衡左移，因此可用次氯酸盐和浓盐酸作用来制取Cl2或测漂白粉中的“有效氯”；当加入CaCO3和Na2CO3时，c（H+）减少，平衡右移，可使氯水中c（HClO）增大，增强漂白的作用。
（3）当加入碱时，c（H+）和c（HClO）都减少，平衡右移，实验室经常用浓强碱吸收未反应完的Cl2，用于工业制漂白粉和漂白液。
（4）氯水光照后，因HClO分解，平衡右移，故氯水须避光贮存，最好现用现制，否则久置的氯水就会成为盐酸。
4．漂白剂漂白原理比较：
5．氯气的制备
⑴ 实验室制法：
① 原理：
MnO2 + 4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O
2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ↑+ 8H2O
② 主要装置：固+液气
③ 收集方法：向上排空气法或排饱和食盐水的方法。
④ 除杂方法：用饱和食盐水除去HCl。
⑤ 干燥：浓H2SO4。
⑥ 验满：湿润的淀粉碘化钾试纸放到集气瓶口，变蓝。
⑦ 检验：使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
⑧ 尾气处理：用NaOH溶液吸收尾气。
⑵ 工业制法：
原理：2NaCl + 2H2O2NaOH + H2 ↑+ Cl2↑
6．用途：制盐酸、漂白粉、消毒杀菌、农药等。
二、卤族元素
包括氟(F)、氯(C1)、溴(Br)、碘(I)和放射性元素砹(At)。在自然界中卤素无游离态，都是以化合态形式存在。
1. 卤族元素的原子结构和性质递变
2. 卤素单质的物理性质：
3. 卤素单质的化学性质：
(1) 卤素单质与H2的反应
(2) 卤素单质与水的反应．
① 2F2 + 2H2O ＝4HF + O2(置换反应)
将F2通入某物质的水溶液中，F2先跟H2O反应．如将F2通入NaCl的水溶液中，同样发生上述反应，等。
② X2 + H2O = HX + HXO (X＝C1、Br、I)．
(3) 卤素单质间的置换反应．2NaBr + C12(新制、饱和) = 2NaCl + Br2
2Br- + C12 = 2C1- + Br2
4. 卤素离子的检验方法
(1)AgNO3溶沉淀法
未知溶液，加AgNO3溶液和稀HNO3，生成白色沉淀原溶液中含有C1-；产生浅黄色沉淀原溶液中含有Br-；产生黄色沉淀，原溶液中含有I-。
(2) 置换—萃取法
未知溶液，加适量新制饱和氯水，振荡，再加入CCl4振荡，下层呈红棕色说明原溶液中含有Br-；下层呈紫色，说明原溶液中含有I-。
【拓展提升】
卤素及其化合物的特性和用途
(1) 氟
① 无正价和含氧酸、非金属性最强，F－的还原性最弱。
② 与H2反应在暗处即爆炸。
③ 2F2＋2H2O = 4HF＋O2。
④ HF是弱酸，能腐蚀玻璃，保存在铝制器皿或塑料瓶中；有毒，在HX中沸点最高。
(2) 溴
① Br2是深红棕色液体，易挥发
② Br2易溶于有机溶剂。
③ 盛溴的试剂瓶中加水，进行水封，保存液溴不能用橡胶塞。
(3) 碘
① I2遇淀粉变蓝色。
② I2加热时易升华。
③ I2易溶于有机溶剂。
④ 食用盐中加入KIO3可防治甲状腺肿大。⑤I2与Fe反应产生Fe I2，其他卤素单质生成FeX2。
(4) 卤化银
① AgF易溶于水，AgCl白色不溶于水，AgBr淡黄色不溶于水，AgI黄色不溶于水。AgCl、AgBr、AgI也不溶于稀硝酸。
② 除AgF外，均有感光性，其中AgBr作感光材料，可用于照相。
③ AgI可用于人工降雨。
硫及其化合物
一、硫
1. 硫在自然界的存在：
（1）游离态：硫单质俗称硫磺，主要存在于火山喷口附近或地壳的岩层里。
（2）化合态：主要以硫化物和硫酸盐的形式存在。有关的化学式为：硫铁矿FeS2、黄铜矿CuFeS2、生石膏CaSO4·2H2O、芒硝Na2SO4·10H2O 。
2. 物理性质：
淡黄色固体，不于水，可溶于酒精，易溶于CS2（用于洗涤沾有硫的容器） ，熔沸点都很低。
3. 硫的化学性质
① 氧化性：
与绝大多数金属反应：
② 还原性：
与氧气发生反应
S＋O2SO2
与强氧化剂反应浓HNO3反应
③ 自身氧化还原反应 3S+6NaOH===2Na2S+Na2SO3 +3H2O
二、二氧化硫和三氧化硫
1. 二氧化硫
（1）物理性质
（2）化学性质
① 酸性氧化物---亚硫酐
a．二氧化硫与水反应 ：
使紫色石蕊试液变红.
b．二氧化硫与碱的反应
SO2少量：SO2 + 2 NaOH == Na2SO3 + H2O ；SO2过量：SO2 + NaOH == NaHSO3
[SO2 + 2 NaOH == Na2SO3 + H2O；Na2SO3 + H2O + SO2 == 2NaHSO3 ]
c．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
b．与卤素单质反应：
SO2 + Br2 + 2 H2 O = H2 SO4 + 2HBr
SO2 + Cl2 + 2 H2 O = H2 SO4 + 2HCl
c．与某些强氧化剂的反应：
2KMnO4 + 2H2O+ 5SO2 === K2SO4 +2MnSO4 + 2H2SO4
④ 漂白性 品红溶液中通入SO2， 再回热变为红色。
⑤ 用途：制H2SO4 ；作漂白剂；杀菌，消毒。
2. 三氧化硫
（1）物理性质：又名硫酸酐，是一种无色易挥发的晶体，溶点16.80C，沸点44.80C，标况下为固体。
（2）化学性质：具有酸的氧化物的通性，与水反应放出大量的热，具有较强的氧化性。
3. 硫的氧化物对大气的污染;
酸雨的pH小于5.6。
三、硫酸
1. 物理性质：难挥发；与水以任意比例互溶，溶解时可放出大量热。
稀释浓硫酸的方法是：把浓硫酸沿器壁慢慢注入水里，并边加加搅拌。
2. 浓硫酸的特性：
吸水性：常用作干燥剂，但不能干燥NH3、H2S、HBr、HI。
脱水性：将有机物中的氢氧原子以2：1比例脱去，如使蔗糖碳化。
强氧化性;铁、铝遇浓硫酸钝化。
与铜反应：
Cu +2H2SO4CuSO4 + SO2 ↑+2H2O
与碳反应：
3. SO42-的检验（干扰离子可能有：CO32-、SO32-、SiO32-、Ag＋、PO43－等）：
待测液 ，加过量盐酸酸化，变为澄清液，再加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，说明待测液中含有SO42-离子。
四、氧族元素：
1．氧族元素比较：
原子半径 O＜S＜Se＜Te
单质氧化性 O2＞S＞Se＞Te
单质颜色 无色 淡黄色 灰色 银白色
单质状态 气体 固体 固体 固体
氢化物稳定性 H2O＞H2S＞H2Se＞H2Te
最高价含氧酸酸性 H2SO4＞H2SeSO4＞H2TeO4
2．O2和O3比较：
3．比较H2O和H2O2
氮及其化合物
一、氮气
1. 氮气的分子结构
N2电子式：，结构式为N≡N。
由于N2分子中的N≡N键很牢固，所以通常情况下，氮气的化学性质稳定、不活泼。
2. 物理性质：是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。
3. 氮气的化学性质：常温下氮气很稳定，很难与其它物质发生反应，但这种稳定是相对的，在一定条件下（如高温、放电等），也能跟某些物质（如氧气、氢气等）发生反应。
⑴ N2的氧化性：
与H2化合生成NH3 该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理。
② 镁条能在N2中燃烧 N2 + 3Mg ==== Mg3N2（金属镁、锂均能与氮气反应）
Mg3N2易与水反应：Mg3N2 + 6H2O === 3Mg(OH)2 + 2NH3↑
镁条在空气中点燃发生的反应有：
⑵ N2与O2化合生成NO：
N2 + O22NO
在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应。
4．氮气的用途：
⑴ 合成氨，制硝酸；
⑵ 代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化；
⑶ 在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；
⑷ 保存粮食、水果等食品，以防止腐烂；
⑸ 医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术；
⑹ 利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能。
5．制法：
⑴ 实验室制法：加热NH4Cl饱和溶液和NaNO2晶体的混合物。
NaNO2 + NH4Cl === NaCl + N2↑+ 2H2O
⑵ 工业制法：
6．氮的固定：游离态氮转变为化合态氮的方法。
自然固氮 → 闪电时，N2 转化为NO
生物固氮 → 豆科作物根瘤菌将N2 转化为化合态氮
工业固氮 → 工业上用N2 和H2合成氨气
二、氮的氧化物
各种价态氮氧化物：（N2O）、（NO）、（N2O3）、（NO2、N2O4）、（N2O5），其中N2O3和N2O5分别是HNO2和HNO3的酸酐。气态的氮氧化物几乎都是剧毒性物质，在太阳辐射下还会与碳氢化物反应形成光化学烟雾。
1．NO、NO2性质：
2．NO、NO2的制取：
⑴ 实验室NO可用Cu与稀HNO3反应制取：
3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，由于NO极易与空气中的氧气作用，故只能用排水法收集。
⑵ 实验室NO2可用Cu与浓HNO3反应制取：
Cu＋4HNO3（浓）＝Cu（NO3）2＋2NO2↑＋2H2O，由于NO2可与水反应，故只能用排空气法收集。
3．2NO2⇌N2O4 △H<0 的应用
4．有关NO、NO2、O2的混合气体和水反应的计算
基本反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO
2NO+O2=2NO2
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
