化学-4非金属及其化合物.doc

第四章非金属及其化合物 第一节无机非金属材料的主角——硅 硅Si在地壳中的含量为26.3%，公次于氧，约占地壳质量的90%以上。 硅在元素周期表中处于金属与非金属的过渡位置，是一种亲氧元素。 硅Si的原子结构示意图 碳C的原子结构示意图 结构相似均属于IVA族非金属元素，既不易失去电子也不易得到电子，主要形成四价化合物。 一、硅单质 单质硅有晶体和无定形两种。 晶体硅的结构与金刚石类似，带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，常温下不活泼。 晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料，是信息技术的关键材料，是将太阳能转换为电能的常用材料。 制取： SiO2+2C高温Si+2CO↑?Si(粗)+2Cl2加热SiCl4?SiCl4+2H2加热Si(纯)+4HCl 石英砂 焦炭 电炉 粗硅 二、硅的氧化物（二氧化硅SiO2） SiO2晶体是由Si和O按1：2的比例组成的立体网状结构的晶体。[SiO4]四面体不仅存在于SiO2晶体中，而且存在于所有的硅酸盐矿石中。 二氧化硅SiO2： 二氧化硅占地壳质量的12%，有结晶形和元定形两大类，统称硅石。以SiO2为主要成份的沙子（含小粒的石英晶体）是基本的建筑材料，纯净的SiO2是现代光学和光纤制品的基本材料，如石英坩埚、石英光导纤维。 石英晶体是结晶的SiO2 水晶 无色透明的石英晶体 玛瑙 具有彩色带状或层次的石英晶体 二氧化硅SiO2不溶于水，很不活泼，唯一与氢氟酸（HF）反应。 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 二氧化硅SiO2是酸性氧化物。 与碱性氧化物反应 SiO2+CaO高温CaSiO3 与强碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 三、硅酸H2 SiO3 硅酸H2 SiO3是一种很弱的酸，比碳酸的酸性还弱，溶解度很小。 硅酸是通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制取。 H2 SiO3聚集形成胶体溶液――硅酸溶液，提高浓度则形成透明的胶冻状的硅酸凝胶，经干燥脱水后形成干凝胶――硅胶。 硅胶多孔，吸附水分能力强，可作干燥剂和作催化剂的载体。 Na2 SiO3+2HCl=2NaCl+H2 SiO3(胶体) 四、硅酸盐 硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质稳定。 硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成 硅酸钠 Na2O·SiO2 石棉 CaO·3Mg·4SiO2 长石 K2O·Al2O3·6SiO2 普通玻璃的大致组成 Na2O·CaO·6SiO2 水泥的主要成分 3CaO·SiO2,2CaO·SiO2,2CaO·Al2O3 黏土的主要成分 Al2O3·2SiO2·2H2O Na2 SiO3是最简单的硅酸盐，可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂的原料。 硅酸盐应用 主要成分 硅酸盐陶瓷 黏土 玻璃 纯碱、石灰石和石英 水泥 黏土和石灰石 新型陶瓷，具有特殊功能的陶瓷产品。如高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷和超导陶瓷等。 合成 主要成分 物理性质 应用 金刚砂 碳与硅的化合物 具有金刚石结构，硬度大 砂纸、砂轮 硅刚 含4%硅的钢 具有很高的导磁性 变压器铁芯 硅橡胶 耐高温又耐低温 分子筛 铝硅酸盐 具有均匀微孔结构 吸附剂和催化剂 第二节富集在海水中的元素――氯 成盐元素――卤素 在元素周期表中与氯元素处于同一纵行――第ⅦA族，最外层电子都有7个电子，是典型的非金属，都有能与Na、K、Ca、Mg等金属化合生成盐。 卤族元素F、Cl、Br、I、At（人工合成元素）化学性质相似，单质F2、Cl2、Br2、I2都具有氧化性，并随着原子核电荷数的增大而逐渐减弱。氧化性：F2﹥Cl2﹥Br2﹥I2 氯元素在自然界中以化合态存在，主要以NaCl的形式存在于海水和陆地的盐矿中。 溴主要存在于海水和陆地的盐矿中。 碘主要存在于海草（如海带）、海水和盐矿中。 一、活泼的黄绿色气体――氯气 氯气在通常情况下呈黄绿色，是一种有强烈刺激性气味的有毒气体，损伤人的喉黏膜和肺。 氯气是很活泼，具有很强的氧化性。 与金属反应 2Na+Cl2点燃2NaCl Cu+Cl2点燃CuCl2 与非金属反应 H2+Cl2点燃2HCl（溶于水成盐酸） 与水反应 H2O+Cl2点燃HCl+HClO 与有机物反应 Si(粗)+2Cl2加热SiCl4 如SiCl4、GeCl4、TiCl4 次氯酸HClO 次氯酸HClO不稳定，只存在于水溶液中，光照下易分解，是很弱的酸，具有很强氧化性和漂白作用。 2HClO光照2HCl+O2 漂白液 2NaOH +Cl2=NaCl+NaClO+H2O 漂白粉 2Ca(O