硅酸盐与氯气反应的复杂的物理化学变化

Answer 1

一、二氧化硅和硅酸

二、硅酸盐
（1）性质特征：性质稳定，熔点较高，大都难溶于水。
（2）主要原料：黏土（Al2O3•2SiO2•2H2O）、石英（SiO2）和长石（钾长石K2O•Al2O3•6SiO2或钠长石Na2O•Al2O3•6SiO2）。
（3）主要制品：玻璃、水泥、陶瓷、砖瓦、水玻璃（Na2SiO3的水溶液）等。
（4）水泥和玻璃的生产：
水泥 玻璃（普通）
原料 石灰石、粘土 纯碱、石灰石、石英
设备 水泥回转窑 玻璃熔炉
反应 复杂的物理化学变化 Na¬2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑

主要成分 3CaO•SiO2
2CaO• SiO2
3CaO•Al2O3
Na2O•CaO• 6SiO2
特性 水硬性
（加石膏调节硬化速度） 玻璃态物质（在一定温度范围内软化）
非晶体
三、硅单质
（1）物理性质：
a.硅的存在和形态：自然界中没有游离态的硅，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。
b.晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。
c.导电性：介于导体和绝缘体之间（硅和锗是重要的半导体材料）。
（2）化学性质（和碳相似）——形成共价化合物，化学性质不活泼。
①常温下，不能强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸（HF）和烧碱等物质反应。
Si + 2F2 == SiF4 Si +4HF==SiF4 +H2↑
Si + 2NaOH+ H2O==Na2SiO3+2H2↑
②加热条件下，能跟一些非金属单质起反应。
Si + O2 SiO2
Si + 2H2 SiH4
（3）工业制法：
SiO2 + 2C Si + 2CO↑（焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅）
粗硅提纯后，可以得到可用作半导体材料的高纯硅。
（3）用途：
①作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等；
②制合金：含硅4%的钢具有良好的导磁性——变压器铁芯；
含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性——耐酸设备等。

注意：SiO2与CO2的比较
CO2 SiO2
与碱性氧化物反应 CaO+CO2 CaCO3
CaO+SiO2 CaSiO3

与碱液反应 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H¬2O
与盐反应 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3 2Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑

与碳反应 C+CO2 2CO
2C+SiO2 Si+2CO↑

与H2O作用 CO2+H2O H2CO3
不与水化合
与酸反应 不反应 只与HF反应
SiO2+4HF=SiF4↑+H2O
一、活泼的黄绿色气体——氯气
1．氯气的物理性质
（1）氯气是黄绿色的气体。氯气的密度比空气大。能溶于水。
（2）有刺激性气味的气体。氯气有毒。
（闻气体方法：用手轻轻在瓶口扇动，使极少量的氯气飘进鼻孔。）
2．预测氯气的化学性质并用实验证实之。
氧气、氢气等都是非金属单质，由此推测：非金属一般都能跟金属反应生成盐，非金属单质间也能发生化学反应。
（1）氯气与金属的反应
2Fe+3Cl2 2FeCl3（Fe丝在氯气中燃烧，产生棕黄色烟）
Cu+Cl2 CuCl2（Cu丝在氯气中燃烧，产生棕色烟，溶于水后，溶液呈蓝绿色）
2Na+Cl2 2NaCl（产生大量白烟）
（2）氯气与非金属的反应
H2+Cl2 2HCl（H2在Cl2中能安静地燃烧，发出苍白色火焰，瓶口有白雾）
2P+3Cl2 2PCl3（在空气中形成白雾）；2P+5Cl2 2PCl5（在空气中形成白烟）
（3）氯气与水的反应
Cl2+H2O==HCl+HClO（次氯酸）
氯气溶于水，在该溶液中：
①滴加酚酞溶液呈红色，说明生成了酸（H+）；
②加入镁条，可观察到镁条表面有少量气泡产生，说明产生了酸（H+）；
③放入红纸条，红色褪去，说明产生了一种具有漂白性的物质（HClO）。
④滴加AgNO3溶液，产生白色沉淀，说明溶液中产生了Cl-。
次氯酸不稳定，见光易分解：2HClO 2HCl+O2↑
（4）氯气与碱的反应
工业上制漂粉精：Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O
工业上制漂白粉：2Cl2+2Ca(OH)2==CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
（漂白粉的主要成分为：CaCl2、Ca(ClO)2，其有效成分为：Ca(ClO)2）
次氯酸盐跟稀酸或空气里的二氧化碳和水反应，生成次氯酸，起到漂白和消毒的作用。
NaClO+HCl==NaCl+HClO或NaClO+CO2+H2O==NaHCO3+HClO
Ca(ClO)2+2HCl==CaCl2+2HClO或Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
二、氯离子（Cl-）的检验
(1)常见阴离子的特性及检验
离子 检验试剂 主要实验现象 离子方程式及说明
Cl－ AgNO3溶液，稀硝酸 生成的白色沉淀不溶于稀HNO3 Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色)
SO
可溶性钡盐溶液，稀盐酸 生成不溶于稀HCl的白色沉淀 Ba2＋＋SO ===BaSO4↓(白色)

CO
①BaCl2溶液、稀盐酸
②盐酸、石灰水 ①生成的白色沉淀能溶于稀HCl
②生成能使石灰水变浑浊的无色气体 ①Ba2＋＋CO ===BaCO3↓(白色)
BaCO3＋2H＋===Ba2＋＋CO2↑＋H2O
②CO ＋2H＋===CO2↑＋H2O
Ca(OH)2＋CO2===H2O＋CaCO3↓(白色)
OH－ ①无色酚酞试液
②紫色石蕊溶液
③甲基橙溶液
④pH试纸 ①变红色
②变蓝色
③变黄色
④显蓝至深蓝色 OH－表现碱性
(2)常见阳离子的特性及检验
离子 检验试剂 主要实验现象 离子方程式及说明
Ba2＋ 硫酸或硫酸盐溶液，稀硝酸 加SO 生成白色沉淀，再加稀HNO3沉淀不溶解 Ba2＋＋SO ===BaSO4↓(白色)

Mg2＋ NaOH溶液 生成白色沉淀，当NaOH过量时沉淀不溶解 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(白色)
Al3＋ NaOH溶液
氨水 加氨水或适量NaOH溶液，有絮状白色沉淀生成，沉淀能溶于NaOH溶液，不溶于氨水 Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓(白色)
Al(OH)3＋OH－===AlO ＋2H2O

Fe3＋(黄色) ①NaOH溶液
②KSCN溶液 ①生成红褐色沉淀
②溶液呈血红色 ①Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(红褐色)
②Fe3＋＋SCN－===〔Fe(SCN)〕2＋(血红色)
Fe2＋(淡绿色) ①NaOH溶液
②KSCN溶液，
氯水 ①生成白色沉淀，在空气中迅速变灰绿色，最后变成红褐色
②无明显现象，加氯水呈血红色 ①Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)3↓
(红褐色)
②2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－
Fe3＋＋SCN－===〔Fe(SCN)〕2＋
H＋ ①紫色石蕊溶液
②橙色甲基橙溶液
③锌片
④pH试纸 ①变红色
②变红色
③生成无色气体
④变红色 H＋表现酸性
③Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
Ag＋ ①盐酸或氯化物溶液，稀硝酸
②NaOH溶液 ①生成白色沉淀，此沉淀不溶于稀硝酸，溶于氨水
②生成白色沉淀，迅速转变成棕色，此沉淀溶于氨水，形成无色溶液 ①Ag＋＋Cl－===AgCl↓(白色)
AgCl＋2NH3•H2O==〔Ag(NH3)2〕＋＋Cl－＋2H2O
②Ag＋＋OH－===AgOH↓(白色)
2AgOH===H2O＋Ag2O(棕色)
AgOH＋2NH3•H2O=〔Ag(NH3)2〕＋＋OH－＋2H2O

注意：（1）辨清液氯和氯水的区别：
液氯：氯气在加压或冷却时变成液氯，液氯是纯净物，由Cl2分子组成，具有Cl2的化学性质；
氯水：即氯气的水溶液，属于混合物。氯气不但能溶于水，还能与水反应，氯水中的溶质有Cl2、HCl和HClO，因此氯水兼有Cl2、HCl、HClO的性质。氯水中含有的粒子包括：分子：Cl2（未反应）、H2O、HClO；离子：H+、Cl-、ClO-（HClO为弱电解质，要发生部分电离）、OH-（水电离产生的，极少量）。久置的氯水，因为HClO分解，可视为稀盐酸。
（2）干燥的氯气没有漂白性，潮湿的氯气有漂白性，这是因为Cl2与H2O反应生成的次氯酸（HClO）具有漂白性。事实上，次氯酸盐也都具有漂白性。
一、二氧化硫
（1）物理性质：无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易液化，易溶于水(1：40)，是大气的主要污染物，来源于含硫燃料(如煤)的燃烧。
（2）化学性质
①酸性氧化物通性：
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
SO2+H2O=H2SO3(可逆反应，H2SO3为中强酸)
SO2+CaO=CaSO3(煤中加生石灰防大气污染)
SO2+CaSO3+H2O=Ca(HSO3)2
②氧化性：SO2+2H2S=3S↓+2H2O
③还原性：2SO2+O2=2SO3(工业制H2SO4)
SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX (X2包括Cl2、Br2、I2)
2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
SO2使KMnO4(H+)、Br2水，褪色也是SO2还原性表现，不是漂白性。
④SO2的漂白性→SO2与某些有色物质(如品红)结合生成不稳定的无色化合物。加热又恢复原来的颜色。
二、二氧化氮和一氧化氮
放电化合：N2 +O2 2NO（无色，有毒，与血红蛋白结合）
NO易被氧化：2 NO + O2 == 2 NO2（红棕色，有毒，刺激呼吸器官）
NO2易溶于水：3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO（NO2不是HNO3的酸酐）
NO、NO2是大气污染物，NO2能造成光化学烟雾。
三、SO2和NO2对大气的污染
酸雨及其防治：
（1）成因：含硫化石燃料的燃烧以及化工厂排放出的尾气中含有二氧化硫，在氧气和水蒸气的共同作用下，形成酸雾，随雨水降落就成为酸雨。
（2）危害：使湖泊的水质变酸，导致水生生物死亡；酸雨浸渍土壤、会使土壤变得贫瘠；长期的酸雨侵蚀会造成森林大面积死亡；酸雨危害人体健康。
（3）防止方法：①从实际情况出发，对酸性物质的排放加以控制；②改变能源结构，开发利用新能源，从根本上解决问题。

注意：SO2也有漂白性，注意与氯水的漂白性的区别
SO2 氯水（Cl2通入水溶液中）
漂白原因 SO2能与某些有色物结合成不稳定无色物 Cl2与H2O反应生成HClO具有强氧化性，将有色物氧化成无色物
漂白效果 不稳定，加热能复原 稳定
漂白范围 某些有机色质 绝大多数有机色质
与有机色质
作用实例
品红 褪色 红色

紫色石蕊 红色
品红 褪色 不显红色

紫色石蕊 先变红随即褪色
混合作用 SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl 漂白作用大大减弱
要点精讲
一、硫酸和硝酸的氧化性
（一）硫酸
1.硫酸的物理性质：
纯硫酸是无色油状液体，难挥发，易吸水，能与水任意比互溶，溶于水放出大量热。
2.硫酸的化学性质：
1）稀硫酸具有酸的通性。 ①能与活泼金属反应生成盐和氢气；
②能与金属氧化物反应生成盐和水；
③能和碱反应生成盐和水；
④能使酸碱指示剂变色；
⑤能和某些盐反应。
2）浓硫酸的特性： ①吸水性：将物质中含有的水分子夺去。
如：使蓝色的胆矾晶体变为白色固体。
②脱水性：将别的物质中的H、O按原子个数比2:1脱出生成水。
如：
HCOOH CO + H2O
C12H22O11 12C + 11H2O
③强氧化性： a) 活泼性在H以后的金属反应：（条件：Δ）
Cu + 2H2SO4(浓）== CuSO4¬ + SO2 ↑ +2H2¬O
b) 与非金属反应：（条件：Δ）
C + 2H2SO4(浓）== CO2 ↑+ 2SO2↑ + 2H2O
c) 冷的浓H2SO4使Fe、Cr、Al等金属表面生成
一层致密的氧化物薄膜而发生“钝化”；
d) 与其他还原性物质反应：
2HBr + H2SO4(浓）== Br2 + SO2↑ + 2H2O
H2S + H2SO4(浓）== S + SO2↑ + 2H2O
“黑面包实验”中，硫酸体现出的性质：脱水性（使蔗糖炭化）、强氧化性（有刺激性气味气体产生）。
（二）硝酸
1．物理性质：无色、易挥发、有刺激性气味的液体。
2．化学性质——特性
（1）不稳定性——保存硝酸装在棕色瓶，放在冷暗处。
4HNO3 2H2O + 4NO2 + O2
（2）强氧化性
①与金属（除Au、Pt）反应：
Cu +4HNO3（浓）==Cu(NO3)2 +2NO2 +2H2O
3Cu+8HNO3(稀)==3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
常温下，浓硝酸、浓硫酸可使铁、铝表面形成致密的氧化膜而钝化，保护内部的金属不再跟硝酸反应，所以可以用铝质或铁质容器盛浓硝酸。
②与非金属反应——非金属主要生成高价的含氧酸
4HNO3 +C 2H2O + 4NO2 + CO2
6HNO3 + S H2SO4 + 6NO2 +2H2O
二、氨
1．氨
（1）物理性质：无色、有刺激性气味气体；易液化，液氨作致冷剂；极易溶于水（1:700）。
（2）化学性质：
①与水的反应：
NH3 +H2O NH3•H2O NH4+ + OH-（一水合氨的水溶液即氨水，显弱碱性）
NH3•H2O NH3 + H2O（一水合氨不稳定）
②与酸的反应：
NH3 + HCl ==NH4Cl；2NH3 + H2SO4 == (NH4)2SO4
③与O2的反应——氨的催化氧化（接触氧化）
4NH3 + 5O2 4NO +6 H2O
2．铵态氮肥——铵盐
（1）物理性质：铵盐都是晶体，都易溶于水。
（2）化学性质：
①受热分解：
NH4Cl NH3 + HCl；
NH4HCO3 NH3 + H2O + CO2
②与碱的反应：制NH3和检验NH4+
(NH4)2SO4+2NaOH Na2SO4+2NH3+2H2O
NH4NO3 + NaOH NaNO3+ NH3+H2O
2NH4Cl+Ca(OH)2 NH3↑+CaCl2+2H2O（实验室制取氨气的反应原理）
③NH4+的检验方法：加浓碱液，加热，放出可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。
NH4++OH- NH3↑+H2O
注意： （1）①硝酸与任何金属反应无H2生成；②常温下，Fe、Al遇浓硝酸钝化，但在加热条件下，Fe、Al能溶解在硝酸中；③除Au、Pt外，硝酸能溶解大部分金属。
（2）比较浓H2SO4与硝酸的氧化性，例如：与Cu反应的条件，浓度对氧化性的影响(稀HNO3能与Cu反应而稀H2SO4不能)。同时指出，尽管HNO3浓度越稀，被还原程度愈大，但浓HNO3的氧化性比稀HNO3的要强，因为氧化性强弱是指氧化其他物质的能力，而不是指本身被还原的程度，即不能以还原产物中氮的价态作衡量氧化性强弱的标准。