第一節(jié)  非金屬元素的主角——硅

一、硅及其化合物

硅元素在地殼中的含量排第二，在自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，只有以化合態(tài)存在的硅，常見(jiàn)的是二氧化硅、硅酸鹽等。

1、單質(zhì)硅（Si）

（1）物理性質(zhì)：有金屬光澤的灰黑色固體，熔點(diǎn)高，硬度大。

（2）化學(xué)性質(zhì)：——比較穩(wěn)定

（3）用途：太陽(yáng)能電池、計(jì)算機(jī)芯片以及半導(dǎo)體材料等。

（4）硅的制備：工業(yè)上，用C在高溫下還原SiO2可制得粗硅。

SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑    Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4  SiCl4＋2H2＝Si(純)＋4HCl

2、二氧化硅（SiO2）

（1）SiO2的空間結(jié)構(gòu)：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

（2）物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水。

（3）化學(xué)性質(zhì)：SiO2常溫下化學(xué)性質(zhì)很不活潑，不與水、酸反應(yīng)（氫氟酸除外），能與強(qiáng)堿溶液、氫氟酸反應(yīng)，高溫條件下可以與堿性氧化物反應(yīng)：

①與強(qiáng)堿反應(yīng)：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（生成的硅酸鈉具有粘性，所以不能用帶磨口玻璃塞試劑瓶存放NaOH溶液、Na2SiO3溶液碳酸鈉溶液等，避免Na2SiO3將瓶塞和試劑瓶粘住，打不開(kāi)，應(yīng)用橡皮塞）。

②與氫氟酸反應(yīng)[SiO2的特性]：SiO2＋4HF＝SiF4↑+2H2O（利用此反應(yīng)，氫氟酸能雕刻玻璃；氫氟酸不能用玻璃試劑瓶存放，應(yīng)用塑料瓶）。

③高溫下與堿性氧化物反應(yīng)：SiO2＋CaO == CaSiO3

（4）用途：光導(dǎo)纖維、瑪瑙飾物、石英坩堝、水晶鏡片、石英鐘、儀器軸承、玻璃和建筑材料等。

3、硅酸（H2SiO3）

（1）物理性質(zhì)：不溶于水的白色膠狀物，能形成硅膠，吸附水分能力強(qiáng)。

（2）化學(xué)性質(zhì)：H2SiO3是一種弱酸，酸性比碳酸還要弱， SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取：（強(qiáng)酸制弱酸原理）

Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓ 

Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式證明酸性：H2SiO3＜H2CO3）

（3）用途：硅膠作干燥劑、催化劑的載體。

4、硅酸鹽

硅酸鹽：硅酸鹽是由硅、氧、金屬元素組成的化合物的總稱(chēng)。硅酸鹽種類(lèi)很多，大多數(shù)難溶于水，最常見(jiàn)的可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗稱(chēng)水玻璃，又稱(chēng)泡花堿，是一種無(wú)色粘稠的液體，可以作黏膠劑和木材防火劑。硅酸鈉水溶液久置在空氣中容易變質(zhì)：

Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓（有白色沉淀生成）

傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)三大產(chǎn)品有：玻璃、陶瓷、水泥。

硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，常用氧化物的形式表示： 

硅酸鈉：Na2SiO3  Na2O·SiO2    硅酸鈣：CaSiO3  CaO·SiO2

高嶺石：Al2(Si2O5)(OH)4  Al2O3·2SiO2·2H2O  

正長(zhǎng)石：KAlSi3O3不能寫(xiě)成  K2O·  Al2O3·3SiO2，

應(yīng)寫(xiě)成K2O·Al2O3·6SiO2

第二節(jié)  富集在海水中的元素——氯

氯原子最外電子層上有7個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中很容易得到1個(gè)電子形成Cl－，化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然界中沒(méi)游離態(tài)的氯，氯只以化合態(tài)存在（主要以氯化物和氯酸鹽）。

1、氯氣（Cl2）

（1）物理性質(zhì)：黃綠色有刺激性氣味有毒的氣體，密度比空氣大，易液化成液氯，易溶于水。（氯氣收集方法—向上排空氣法或者排飽和食鹽水；液氯為純凈物）

（2）化學(xué)性質(zhì)：氯氣化學(xué)性質(zhì)非常活潑，很容易得到電子，作強(qiáng)氧化劑，能與金屬、非金屬、水以及堿反應(yīng)。

①與金屬反應(yīng)（將金屬氧化成最高正價(jià)）

Na＋Cl2===點(diǎn)燃2NaCl     Cu＋Cl2===點(diǎn)燃CuCl2

2Fe＋3Cl2===點(diǎn)燃2FeCl3（氯氣與金屬鐵反應(yīng)只生成FeCl3，而不生成FeCl2。）

（思考：怎樣制備FeCl2？Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑，鐵跟鹽酸反應(yīng)生成FeCl2，而鐵跟氯氣反應(yīng)生成FeCl3，這說(shuō)明Cl2的氧化性強(qiáng)于鹽酸，是強(qiáng)氧化劑。）

②與非金屬反應(yīng)

Cl2＋H2 ===點(diǎn)燃 2HCl（氫氣在氯氣中燃燒現(xiàn)象：安靜地燃燒，發(fā)出蒼白色火焰）

將H2和Cl2混合后在點(diǎn)燃或光照條件下發(fā)生爆炸。

燃燒定義：所有發(fā)光發(fā)熱的劇烈化學(xué)反應(yīng)都叫做燃燒，不一定要有氧氣參加。

③Cl2與水反應(yīng)

Cl2＋H2O≒HCl＋HClO   離子方程式：Cl2＋H2O＝H＋＋Cl—＋HClO

將氯氣溶于水得到氯水（淺黃綠色），

氯水含多種微粒，其中有H2O、Cl2、HClO、Cl－、H+、OH－(極少量，水微弱電離出來(lái)的)。

氯水的性質(zhì)取決于其組成的微粒：

1）強(qiáng)氧化性：Cl2是新制氯水的主要成分，實(shí)驗(yàn)室常用氯水代替氯氣，如氯水中的氯氣能與KI，KBr、FeCl2、SO2、Na2SO3等物質(zhì)反應(yīng)。

2）漂白、消毒性：氯水中含有HClO，所以有漂白性；干燥的氯氣不能使紅紙褪色，因?yàn)椴荒苌蒆ClO

3）酸性：氯水中含有HCl和HClO，故可被NaOH中和，鹽酸還可與NaHCO3，CaCO3等反應(yīng)。

4）不穩(wěn)定性：HClO不穩(wěn)定光照易分解。 因此久置氯水(淺黃綠色)會(huì)變成稀鹽酸(無(wú)色)失去漂白性。

5）沉淀反應(yīng)：加入AgNO3溶液有白色沉淀生成（氯水中有Cl－）。

自來(lái)水也用氯水殺菌消毒，所以用自來(lái)水配制以下溶液如KI、 KBr、FeCl2、Na2SO3、Na2CO3、NaHCO3、AgNO3、NaOH等溶液會(huì)變質(zhì)。

④Cl2與堿液反應(yīng)：

與NaOH反應(yīng)：Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O   Cl2＋2OH－＝Cl－＋ClO－＋H2O

與Ca(OH)2溶液反應(yīng)：  2Cl2＋2Ca(OH)2＝Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O

此反應(yīng)用來(lái)制漂白粉，漂白粉的主要成分為Ca(ClO)2和CaCl2，有效成分為Ca(ClO)2。

漂白粉之所以具有漂白性，原因是：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O==CaCO3↓+2HClO生成的HClO具有漂白性；

漂白粉久置空氣會(huì)失效（涉及兩個(gè)反應(yīng)）：

Ca(ClO)2＋CO2＋H2O＝CaCO3↓＋2HClO，2HClO==2HCl+O2↑漂白粉變質(zhì)會(huì)有CaCO3存在，外觀上會(huì)結(jié)塊。

【氯氣的制備】原理與條件

⑤氯氣的用途：制漂白粉、自來(lái)水殺菌消毒、農(nóng)藥和某些有機(jī)物的原料等。

第三節(jié)  硫及其化合物

1、硫元素的存在：硫元素最外層電子數(shù)為6個(gè)，化學(xué)性質(zhì)較活潑，容易得到2個(gè)電子呈－2價(jià)或者與其他非金屬元素結(jié)合成呈＋4價(jià)、＋6價(jià)化合物。硫元素在自然界中既有游離態(tài)又有化合態(tài)。（如火山口中的硫就以單質(zhì)存在）

2、硫單質(zhì)

①物質(zhì)性質(zhì)：俗稱(chēng)硫磺，淡黃色固體，不溶于水，熔點(diǎn)低。

②化學(xué)性質(zhì)：S+O2  ===點(diǎn)燃 SO2（空氣中點(diǎn)燃淡藍(lán)色火焰，純氧中藍(lán)紫色）

3、二氧化硫（SO2）

（1）物理性質(zhì)：無(wú)色、有刺激性氣味有毒的氣體，易溶于水，密度比空氣大，易液化。

（2）SO2的制備：S+O2  ===點(diǎn)燃 SO2或Na2SO3＋H2SO4＝Na2SO4＋SO2↑＋H2O

（3）化學(xué)性質(zhì)

①SO2能與水反應(yīng)SO2+H2O≒H2SO3（亞硫酸，弱酸，但酸性強(qiáng)于碳酸）此反應(yīng)為可逆反應(yīng)。

②SO2為酸性氧化物，可與堿反應(yīng)生成鹽和水。

a、  與NaOH溶液反應(yīng)：SO2(少量)＋2NaOH＝Na2SO3＋H2O 

SO2＋2OH－＝SO32－＋H2O

SO2(過(guò)量)＋NaOH＝NaHSO3          SO2＋OH－＝HSO3－

b、與Ca(OH)2溶液反應(yīng)：SO2(少量)＋Ca(OH)2＝CaSO3↓(白色)＋H2O 

2SO2(過(guò)量)＋Ca(OH)2＝Ca(HSO3) 2 (可溶) 

對(duì)比CO2與堿反應(yīng)：CO2(少量)＋Ca(OH)2＝CaCO3↓(白色)+H2O  

2CO2(過(guò)量)＋Ca(OH)2＝Ca(HCO3) 2 (可溶)

不能用石灰水來(lái)鑒別SO2和CO2。能使石灰水變渾濁的無(wú)色無(wú)味的氣體一定是二氧化碳，這說(shuō)法是對(duì)的，因?yàn)镾O2是有刺激性氣味的氣體。

③SO2具有強(qiáng)還原性，能與強(qiáng)氧化劑（如酸性高錳酸鉀溶液、氯氣、氧氣等）反應(yīng)。SO2能使酸性KMnO4溶液、新制氯水褪色，顯示了SO2的強(qiáng)還原性（不是SO2的漂白性）。

SO2＋Cl2＋2H2O＝H2SO4＋2HCl

（將SO2氣體和Cl2氣體等體積混合后作用于有色溶液，漂白效果將會(huì)消失，溶液酸性增強(qiáng)。）

④SO2的弱氧化性：如2H2S＋SO2＝3S↓＋2H2O（有黃色沉淀生成） 

⑤SO2的漂白性：SO2能使品紅溶液褪色，加熱會(huì)恢復(fù)原來(lái)的顏色。用此可以檢驗(yàn)SO2的存在。

⑥SO2的用途：漂白劑、殺菌消毒、生產(chǎn)硫酸等。

4、硫酸（H2SO4）

（1）濃硫酸的物理性質(zhì)：純的硫酸為無(wú)色油狀粘稠液體，能與水以任意比互溶（稀釋濃硫酸要規(guī)范操作：注酸入水且不斷攪拌）。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%（或18.4mol/l）的硫酸為濃硫酸。不揮發(fā)，沸點(diǎn)高，密度比水大。

（2）濃硫酸三大性質(zhì)：吸水性、脫水性、強(qiáng)氧化性。

①吸水性：濃硫酸可吸收結(jié)晶水、濕存水和氣體中的水蒸氣，可作干燥劑，可干燥H2、O2、SO2、CO2等氣體，但不可以用來(lái)干燥NH3、H2S、HI氣體。

②脫水性：能將有機(jī)物（蔗糖、棉花等）以水分子中H和O原子個(gè)數(shù)比2︰1脫水，炭化變黑。

③強(qiáng)氧化性：濃硫酸在加熱條件下顯示強(qiáng)氧化性（＋6價(jià)硫體現(xiàn)了強(qiáng)氧化性），能與大多數(shù)金屬反應(yīng)，也能與非金屬反應(yīng)。

◎與大多數(shù)金屬反應(yīng)（如銅）：2H2SO4 (濃)＋Cu===△CuSO4＋2H2O＋SO2 ↑

（此反應(yīng)濃硫酸表現(xiàn)出酸性和強(qiáng)氧化性 ）

◎與非金屬反應(yīng)（如C反應(yīng)）：2H2SO4(濃)＋C===△CO2 ↑＋2H2O＋SO2 ↑

（此反應(yīng)濃硫酸表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性，如何對(duì)三種產(chǎn)物進(jìn)行一一鑒別呢？ ）

注意：常溫下，Fe、Al遇冷濃H2SO4或冷濃HNO3發(fā)生鈍化。

濃硫酸的強(qiáng)氧化性使許多金屬能與它反應(yīng)，但在常溫下，鋁和鐵遇濃硫酸時(shí)，因表面被濃硫酸氧化成一層致密氧化膜，這層氧化膜阻止了酸與內(nèi)層金屬的進(jìn)一步反應(yīng)。這種現(xiàn)象叫金屬的鈍化。鋁和鐵也能被濃硝酸鈍化，所以，常溫下可以用鐵制或鋁制容器盛放濃硫酸和濃硝酸。

5、硫酸的用途：干燥劑、化肥、炸藥、蓄電池、農(nóng)藥、醫(yī)藥等。

第四節(jié)  氮及其化合物

1、氮的氧化物：NO2和NO

N2＋O2 ========高溫或放電 2NO，生成的一氧化氮很不穩(wěn)定： 2NO＋O2 == 2NO2

一氧化氮：無(wú)色氣體，有毒，能與人血液中的血紅蛋白結(jié)合而使人中毒（與CO中毒原理相同），不溶于水。是空氣中的污染物。

二氧化氮：紅棕色氣體（與溴蒸氣顏色相同）、有刺激性氣味、有毒、易液化、易溶于水，并與水反應(yīng)：

3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO，此反應(yīng)中NO2既是氧化劑又是還原劑。

以上三個(gè)反應(yīng)是“雷雨固氮”、“雷雨發(fā)莊稼”的反應(yīng)。

2、硝酸（HNO3）：

（1）硝酸物理性質(zhì)：純硝酸是無(wú)色、有刺激性氣味的油狀液體。低沸點(diǎn)（83℃）、易揮發(fā)，在空氣中遇水蒸氣呈白霧狀。

（2）硝酸的化學(xué)性質(zhì)：具有一般酸的通性，稀硝酸遇紫色石蕊試液變紅色，濃硝酸遇紫色石蕊試液先變紅（H＋作用）后褪色（濃硝酸的強(qiáng)氧化性，具有漂白作用）。用此實(shí)驗(yàn)可證明濃硝酸的氧化性比稀硝酸強(qiáng)。濃硝酸和稀硝酸都是強(qiáng)氧化劑，能氧化大多數(shù)金屬，但不放出氫氣，通常濃硝酸產(chǎn)生NO2，稀硝酸產(chǎn)生NO，如：

①Cu＋4HNO3(濃)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O

②3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

反應(yīng)①還原劑與氧化劑物質(zhì)的量之比為1︰2；反應(yīng)②還原劑與氧化劑物質(zhì)的量之比為3︰2。

常溫下，F(xiàn)e、Al遇濃H2SO4或濃HNO3發(fā)生鈍化，（說(shuō)成不反應(yīng)是不妥的），

加熱時(shí)能發(fā)生反應(yīng)：Fe＋6HNO3(濃)= Fe(NO3)3＋3NO2↑＋3H2O

當(dāng)溶液中有H＋和NO3－時(shí)，相當(dāng)于溶液中含HNO3，此時(shí)，因?yàn)橄跛峋哂袕?qiáng)氧化性，使得在酸性條件下NO3－與具有強(qiáng)還原性的離子如S2－、Fe2＋、SO32－、I－（通常是這幾種）因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存。）

3、氨氣（NH3）

（1）氨氣的物理性質(zhì)：無(wú)色氣體，有刺激性氣味、比空氣輕，易液化，極易溶于水，1體積水可以溶解700體積的氨氣（可做紅色噴泉實(shí)驗(yàn)）。濃氨水易揮發(fā)出氨氣。

（2）氨氣的化學(xué)性質(zhì)：

a.溶于水溶液呈弱堿性：NH3＋H2O≒NH3·H2O≒NH4＋＋OH－

生成的一水合氨NH3·H2O是一種弱堿，很不穩(wěn)定，受熱會(huì)分解：

NH3·H2O≒NH3 ↑＋H2O

氨氣或液氨溶于水得氨水，氨水的密度比水小，并且氨水濃度越大密度越小，計(jì)算氨水濃度時(shí)，溶質(zhì)是NH3，而不是NH3·H2O。

氨水中的微粒：H2O、NH3、NH3·H2O、NH4＋、OH—、H＋(極少量，水微弱電離出來(lái))。

噴泉實(shí)驗(yàn)的原理：是利用氣體極易被一種液體吸收而形成壓強(qiáng)差，使氣體容器內(nèi)壓強(qiáng)降低，外界大氣壓把液體壓入氣體容器內(nèi)，在玻璃導(dǎo)管尖嘴處形成美麗的“噴泉”。

噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵：（1）氣體在吸收液中被吸收得既快又多，如NH3、HCl、NO2用水吸收，CO2、SO2，Cl2、H2S等用NaOH溶液吸收等。（2）裝置的氣密性要好。（3）燒瓶?jī)?nèi)的氣體純度要大。

b.氨氣可以與酸反應(yīng)生成鹽：

①NH3＋HCl＝NH4Cl   ②NH3＋HNO3＝NH4NO3   ③ 2NH3＋H2SO4＝(NH4)2SO4

因NH3溶于水呈堿性，所以可以用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)氨氣的存在，因濃鹽酸有揮發(fā)性，所以也可以用蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近集氣瓶口，如果有大量白煙生成，可以證明有NH3存在。

（3）氨氣的實(shí)驗(yàn)室制法：

1）原理：銨鹽與堿共熱產(chǎn)生氨氣：通常用氯化銨和Ca(OH)2來(lái)制備氨氣

2）裝置特點(diǎn)：固＋固 生成氣體，與制O2相同。

3）收集：向下排空氣法。

4）驗(yàn)滿(mǎn)：a.濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙（NH3是唯一能使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體）

b.蘸濃鹽酸的玻璃棒(產(chǎn)生白煙)

5) 干燥：用堿石灰（NaOH與CaO的混合物）或生石灰在干燥管或U型管中干燥。不能用CaCl2、濃硫酸作干燥劑，因?yàn)镹H3能與CaCl2反應(yīng)生成CaCl2·8NH3。濃硫酸均能與NH3反應(yīng)，生成相應(yīng)的鹽。所以NH3通常用堿石灰干燥。

6) 吸收：在試管口塞有一團(tuán)濕的棉花其作用有兩個(gè)：一是減小氨氣與空氣的對(duì)流，方便收集氨氣；二是吸收多余的氨氣，防止污染空氣。

（4）氨氣的用途： 

4、銨鹽

銨鹽均易溶于水，且都為白色晶體（很多化肥都是銨鹽）。

(1)受熱易分解放出氨氣：NH4Cl==NH3↑＋HCl↑  NH4HCO3==NH3↑＋H2O↑＋CO2↑硝酸銨、硫酸銨固體受熱分解產(chǎn)物復(fù)雜，不要求掌握

(2)干燥的銨鹽能與堿固體混合加熱反應(yīng)生成氨氣，利用這個(gè)性質(zhì)可以制備氨氣：

 2NH4Cl＋Ca(OH)2 ==2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

(3)NH4＋的檢驗(yàn)：樣品加濃堿液混合加熱，放出的氣體能使?jié)竦募t色石蕊試紙變藍(lán)，則證明該物質(zhì)會(huì)有NH4＋