硅.氯及其化合物2015-12-23

硅、氯及其化合物

一．硅及其化合物

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 3：Si ＋3＋H 2③SiHCl 3与过量H 2在1 000～1 100 ℃反应制得纯硅。已知SiHCl 3能与H 2O 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 3(沸点33.0 ℃) 中含有少量SiCl 4(沸点

57.6 ℃) 和HCl(沸点－84.7 ℃) ，提纯SiHCl 3采

用的方法为 。

⑶用SiHCl 3与过量H 2反应制备纯硅的装置如

下图(热源及夹持装置略去) ：

①装置B 中的试剂是 ，装置C 中的

烧瓶需要加热，其目的是： 。

②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 。

③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 。 ④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“SiHCl 3能与H 2O 强烈反应，在空气中易自燃”可知道H 2的作用之一就是排尽装置内的空气，防止SiHCl 3自燃，而此H 2必须是干燥的可知B 的作用就是干燥H 2，所以选用浓H 2SO 4。由于通入D 中应是稳定的SiHCl 3与过量H 2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 ℃，所以必须用石英管。鉴定是否含铁单质，用稀HCl 溶

2＋3＋解后生成Fe ，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Fe 后再检验，

故选b 、d 。

【答案】⑴SiO 2＋2C ＋2CO ↑

⑵分馏

⑶①浓硫酸 使滴入烧瓶中的SiHCl 3汽化

②有固体物质生成 在此反应温度下，普通玻璃会软化 SiHCl 3＋H ③排尽装置中的空气 ④bd

3．硅酸与硅酸盐

Na 2SiO 3+2HCl =H2SiO 3(胶体)+2NaCl H 2SiO 2O + SiO2 H 2SiO 3 是弱酸，酸性都比H 2CO 3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。

Na 2SiO 3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式 。

[解析]玻璃的主要成分是CaSiO 3、Na 2SiO 3、SiO 2，厨房中的CO 2和H 2O （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Na 2SiO 3将会在CO 2和H 2O （g ）的持续作用下析出白色H 2SiO 3，所以往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点。

[答案]Na 2SiO 3+CO2+H2O=Na2CO 3+H2SiO 3

4

．硅及其化合物之间的相互转化 ＋3HCl

【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 一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H 2，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H 2O ，单质B 为O 2，化合物甲为SiO 2，丁为H 4SiO 4或H 2SiO 3。

[答案]⑴硅，在短周期内能与NaOH 溶液反应放出 H 2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O 2反应才能生成酸性氧化物SiO 2，进而与NaOH 反应。 ⑶SiO 2，Na 2SiO 3，H 2O 、H 4SiO 4或H 2SiO 3。

[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（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）

2Fe+3Cl3（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。

H 2+Cl（苍白色火焰，产生白雾）

H 2+Cl（发生爆炸，产生白雾）

2P+3Cl3 2P+5Cl5（产生白色烟雾）

⑶与还原性化合物反应

Cl 2+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）

Cl 2+2NaBr=Br2+2NaCl（非金属性Cl ＞Br ）

Cl 2+Na2SO 3+H2O=2HCl+Na2SO 4（可用Na 2SO 3除去溶液中的余氯）

6FeBr 2+3Cl2=2FeCl3+4FeBr3（Cl 2量少，先氧化Fe 2+）

2FeBr 2+3Cl2=2FeCl3+2Br2（Cl 2足量，将Fe 2+、Br —全部氧化）

2．氯气的自身氧化还原反应

⑴与水反应，生成盐酸和次氯酸：Cl 2+H2O HCl+HClO

①氯水的形成：Cl 2通入水中，得到氯水。一部分Cl 2溶于水，一部分Cl 2与水反应。

———②氯水的成分：H 2O 、Cl 2、HClO 、H +、Cl 、ClO 、OH 。

⑵与碱反应，生成氯化物、次氯酸盐和水

Cl 2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O 以NaClO 为有效成分的漂白液

2Cl 2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 将Cl 2通入冷的消石灰中即制得Ca(ClO)2为有效成分的漂白粉，如果Cl 2与Ca(OH)2反应充分，并使Ca(ClO)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(ClO)2转化为不稳定但具有强氧化性、漂白性的HClO ，因此使用漂粉精必须提供酸性环境。如：Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO 或 Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO。保存方法：密封存放于避光干燥处。

———注意：由于强氧化性，ClO 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：MnO 2+4HCl(浓2+Cl2↑+2H2O

⑵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+2H22↑+Cl2↑

⑵实验室制法：应用较强的氧化剂将—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：

①2KMnO 4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑

②K 2Cr 2O 7+14HCl(浓)=2KCl+2CrCl3+7H2O+3Cl2↑

③KClO 3+6HCl(浓)=KCl+3H2O+3Cl2↑

④Ca(ClO)2+4HCl(浓)=CaCl2+2H2O+2Cl2↑

⑤4HCl+O

2O+2Cl2↑(地康法)

⑥2NaCl+MnO2+3H2SO 4(浓4+MnSO4+ Cl2↑+2H2O

【例4】已知：KClO 3＋6HCl(浓)===KCl＋3Cl 2↑＋3H 2O 。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KClO 3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

【解析】 A 项说明Cl 2具有氧化性。B 项是Cl 2与H 2O 反应生成了有漂白性的次氯酸。C 项是Cl 2与H 2O 反应生成的HCl 具有酸性，HClO 具有漂白性。D 项的反应为Cl 2＋2KI=2KCl＋I 2，说明Cl 2具有氧化性。

【答案】 D

4．次氯酸（HClO ）电子式为：

⑴HClO 是一元弱酸，酸性：H 2CO 3>HClO>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： Cl 2+NaHCO3=NaCl+CO2↑+HClO

⑵HClO 不稳定：2HClO 2↑。

⑶HClO 有强氧化性。

⑷HClO 有杀菌、漂白性：能使染料和有机色质等褪色，Cl 2能用作自来水的消毒剂（HClO 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

A ．浓H 2SO 4 B ．饱和NaCl 溶液 C．浓NaOH 溶液 D．浓NaBr 溶液

【例6】已知氯气与水的反应Cl 2＋H 2O 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 ．NaHCO 3固体 E ．CaCO 3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Cl 2＋H 2O HCl ＋HClO 向正反应方向移动，还不能损耗HClO 。加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NaHCO 3、CaCO 3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】⑴HCl=H＋Cl ，HClO H ＋ClO ⑵CDE ⑶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

5．氯及其化合物之间的相互转化

【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[Si2O 6]。关于这种金牌的推测正确的是( )

A ．不能溶于任何溶剂

B ．该金牌中“玉”的主要材料不属于硅酸盐

C ．该金牌的材质在固体状态时能导电

11D ．NaAl[Si2O 6]2O·Al 2O 3·2SiO2 22

【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Na 2SiO 3和Al 2(SiO3) 3，都为硅酸盐；C 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】 D

2．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：

⑴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]⑴NH 3 NaAlO 2

⑵ －－⑶ CO 2＋2AlO 2＋3H 2O ＝2Al(OH)3↓＋CO 32

⑷ Al 4SiC 4＋2N 24AlN ＋SiC ＋3C

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O 2，则A 是N 2，AlN 和NaOH 溶液反应后的产物能被O 2连续氧化，可确定F 是NH 3，G 是NO ，H 是HNO 3，I 是NaAlO 2，考虑到D 是一种单质，能被O 2氧化，产物能和NaAlO 2反应，可确定D 是C ，由(4)中的条件可确定B 是Al 4SiC 4。

3．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。

玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉球，反应一段时间后，对图中指定部

分颜色描述正确的是( )

【导航】 KClO 3与浓盐酸反应后，生成氯气，排出空气后，氯气沿玻璃管上升，依次从下而上与三个棉球中的溶液反应。

【解析】 各处发生的反应及现象分别为：

①KClO3＋6HCl(浓)=KCl＋3Cl 2↑＋3H 2O ，产生黄绿色的气体。

②2NaBr ＋Cl 2=2NaCl＋Br 2，Br 2溶于水显橙(黄) 色。

③2KI ＋Cl 2=2KCl＋I 2，I 2遇淀粉变蓝色。

④Cl 2＋2NaOH=NaCl＋NaClO ＋H 2O 。两种盐的水溶液都无颜色，故棉球显白色。

本题实质上是对Cl 2性质的考查，熟练掌握Cl 2的性质是关键。

【答案】 A

4．北京市场销售的某种食用精制盐包装袋上有如下说明：⑴碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生如下反应，

配平化学方程式（将化学计量数填于空白处）

3＋ KI ＋ H 2SO 4＝ K 2SO 4＋ I 2＋ H 2O

⑵上述反应生成的I 2可用四氯化碳检验。向碘的四氯化碳溶液中加入

Na 2SO 3稀溶液，将I 2还原，以回收四氯化碳。

①Na 2SO 3稀溶液与I 2反应的离子方程式是 。

②某学生设计回收四氯化碳的操作步骤为：

a. 将碘的四氯化碳溶液置于分液漏斗中；

b. 加入适量Na 2SO 3稀溶液；

c. 分离出下层液体。

以上设计中遗漏的操作及在上述步骤中的位置是 。

⑶已知：I 2＋2S 2O 32＝2I ＋S 4O 62。某学生测定食用精制盐的碘含量，其步骤为： －－－

a. 准确称取w g 食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；

b. 用稀硫酸酸化所得溶液，加入足量KI 溶液，使KIO 3与KI 反应完全；

c. 以淀粉为指示剂，逐滴加入物质的量浓度为2.0×103mol·L －－1的Na 2S 2O 3溶液10.0mL ，恰好反应完全。

①判断c 中反应恰好完全依据的现象是 。

②b 中反应所产生的I 2的物质的量是 mol 。

③根据以上实验和包装袋说明，所测精制盐的碘含量是（以含w 的代数式表示） mg/kg。

[答案]⑴1、5、3、3、3、3

⑵①I 2＋SO 32＋H 2O 错误！未找到引用源。2I ＋SO 42＋2H －－－＋ ②在步骤b 后，增加操作：将分液漏斗充分振荡后静置 ⑶①溶液由蓝色恰好变为无色②1.0×105③4.2 ×102/w －