1第八讲 硅、硫元素及其化合物的性质与应用适用学科 化学 适用年级 高三适用区域 全国 本讲时长 90min知识点 非金属硅、硫的性质硅、硫的化合物的性质及用途学习目标1.识记有关的化学方程式；2.了解硅及其硅酸盐的用途；3.掌握非金属硅、硫及其化合物之间的转化关系。学习重难点 重点：非金属硅、硫及其化合物之间的转化关系难点：构建元素化合物之间的关系学习过程一、复习预习1、复习金属及其化合物的相关性质及其方程式；2、复习元素周期表及元素周期律的相关知识。二、知识讲解考点 1、硅单质存在与性质1存在：硅是一种亲氧元素，自然界中无游离态的硅，主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。2单质硅：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬而脆、熔沸点高。导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。化学性质：常温 Si+2F2 SiF4；Si+4HF SiF4+2H2；Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2加热： Si+O2 SiO2；Si+2Cl 2 SiCl4。3制备单质硅：工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅制取粗硅：SiO 2+2C 高 温 Si+2CO粗硅提纯：Si+2Cl 2 高 温 SiCl4 SiCl4+2H2 高 温 Si+4HCl4用途：半导体材料、太阳能电池、电脑芯片2考点 2、二氧化硅与二氧化碳的对比物质 二氧化硅 二氧化碳物理性质 硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水 熔沸点低，常温下为气体，可溶于水与水反应 不反应 CO2+H2O H2CO3与酸反应SiO2+4HF SiF4+2H2O可用氢氟酸刻蚀玻璃 不反应与碱反应SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2（少）+2NaOH Na2CO3+H2O或 CO2(过)+NaOH NaHCO3与盐反应SiO2+Na2CO3 高 温 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 高 温 CaSiO3+CO2Ca(ClO)2+CO2+H2O CaCO3+2HClOCO2+Na2CO3+H2O 2NaHCO3化学性质与碱性氧化物反应SiO2+CaO 高 温 CaSiO3 CO2+Na2O Na2CO3用途 光导纤维、光学仪器、电子部件 制饮料、碳酸盐等考点 3、硅酸、硅酸盐（1）硅酸(H 2SiO3)H2SiO3 是一种比 H2CO3 还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。硅酸制备：（强酸制弱酸）Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3Na2SiO3+H2SO4 Na2SO4+H2SiO3所生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。如果对硅酸加热，其可以分解生成 SiO2：H 2SiO3 H2O +SiO2 （2）硅酸盐硅酸钠 ：溶于水 ，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。能与酸性较强的酸反应：Na2SiO3+2HCl H2SiO3(白)+2NaCl；Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3+Na2CO3硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下：3硅酸盐产品 水泥 玻璃原料 石灰石、黏土 纯碱、石灰石、石英反应原理 发生复杂的物理化学变化（不作要求） SiO2+Na2CO3 高 温 Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3 高 温 CaSiO3+CO2主要设备 水泥回转窑 玻璃窑主要成分 3CaOSiO2、2CaOSiO 2、3CaOAl 2O3Na2SiO3、CaSiO 3、SiO 2反应条件 高温 高温陶瓷生产的一般过程：混合成型干燥烧结冷却陶瓷，随着现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。考点 4、硫的性质1存在硫元素广泛存在于自然界中，游离态硫存在于火山喷口附近和地壳的岩层中，化合态的硫主要以硫化物和硫酸盐的形式存在。2物理性质硫通常情况下是一种淡黄色的固体，俗名硫黄，不溶于水，易溶于 CS2（因此性质常用 CS2 来洗涤附有硫的试管） 。3化学性质由硫所处的化合价可知，硫既有氧化性又有还原性。硫的氧化性H2 + S 点 燃 H2S Na + S Na 2S Fe + S FeS 2Cu + S Cu2S 还原性S + O2 点 燃 SO2（强调只能生成二氧化硫）S + 2H2SO4（浓） 3SO2 + 2H2O S + 6HNO3（浓） H2SO4 + 6NO2+ 2H2O既体现氧化性又体现还原性3S + 6KOH 2K2S + K2SO3 +3H2O考点 5、硫的氧化物1SO 2 物理性质是一种无色、有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，容易液化，易溶于水（1:40） ，易液化的气体有：Cl 2、NH 3、SO 2。2SO 2 的化学性质（1）酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性SO2 + H2O H2SO3SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2OSO2 + Na2O Na2SO3（2）二氧化硫有氧化性42H2S + SO2=3S + 2H2O（3）二氧化硫有还原性二氧化硫能被许多氧化剂氧化，如：O 2、KMnO 4、X 2、Fe 3+、HNO 3 等。2SO2O 22SO32MnO4 5SO 22H 2O 2Mn2 5SO 42 4H X2SO 22H 2O SO42 2X 4H 2Fe3 SO 2+2H2O SO42 2Fe 2 +4H（4）二氧化硫有漂白性漂白原理：与有色物质结合成不稳定的无色化合物。加热后，不稳定物质要分解，又恢复成原来的颜色。它的漂白原理与前面的新制氯水、过氧化钠、过氧化氢等的漂白不同。氯水 二氧化硫原理 氯水中的 HClO 将有色物质氧化成无色物质 SO2 溶于水产生的 H2SO3 与有色物质结合生成不稳定无色物质实质 氧化还原反应 非氧化还原反应效果 永久性 暂时性范围 可漂白大多数有色物质，能使紫色石蕊试液褪色 漂白某些有色物质，不能使紫色石蕊试液褪色3SO 2 与 CO2 的鉴别方法可以用品红溶液，或 KMnO4 溶液，或溴水做试剂来鉴别 SO2 和 CO2。4实验室制取 SO2 的方法在实验室常用亚硫酸钠的晶体与较浓的硫酸反应来制取 SO2：Na2SO3(固) + H 2SO4(较浓) Na2SO4 + H2O + SO2因 SO2 的溶解度较大，故应当用较浓的硫酸（常用 11 或 70%左右的 H2SO4） 。其装置与制取Cl2、HCl 的装置相同。反应开始时不需要加热，随反应的进行硫酸被冲稀，反应速率减慢时，可稍微加热以加快反应速率。5SO 2 对大气的污染与防治危害：SO 2 气体的排放会造成大气污染，形成酸雨。治理方法：开发新能源；燃煤进行脱硫处理；处理工业废气。6SO 3 的性质标况下为无色固体，能与水剧烈反应生成硫酸（放出大量的热） ，SO 3 具有酸性氧化物的通性，能与碱性氧化物或碱反应生成硫酸盐。SO 3 能够溶解在浓硫酸中, 形成发烟硫酸。考点 6、硫酸1稀硫酸的性质 H2SO4 2H + SO42 （稀硫酸具有酸的通性） 。2浓硫酸（1）浓硫酸的物理性质纯硫酸是一种无色粘稠的油状液体，可用此鉴别浓硫酸和稀硫酸，常用浓硫酸的质量分数为 98.3%的浓硫酸的沸点为 338，其密度为 1.84g/cm3，其物质的量浓度为 18.4mol/L。它的浓度越大，溶液的密度5越大。（2）浓硫酸的特性吸水性：可做干燥剂，但不能干燥碱性气体（NH 3）和强还原性气体（如 H2S、HBr 、HI 等）脱水性吸水性是指吸收物质中本来就有的湿存水或水蒸气，而脱水是指将化合物（主要是指有机化合物）中的氢、氧两种元素按原子个数比为 2：1 脱去。强氧化性A与金属的反应 2H2SO4（浓）+ Cu CuSO4 + SO2+ 2H2O 钝化：由于浓硫酸有强氧化性，在常温下，可使某些金属如 Fe、Al 等表面因氧化生成一层致密的氧化膜，阻止内部金属继续与浓硫酸反应，这种现象称为钝化。但加热条件下反应。B与非金属反应如木炭、硫、磷等非金属在加热条件下能与浓硫酸反应。C + 2H2SO4(浓) CO2+ 2SO2 + 2H2O（只体现了浓硫酸的氧化性）S + 2H2SO4(浓) 3SO2 + 2H2OC浓硫酸还能与一些具有还原性的化合物发生氧化还反应H2S + H2SO4(浓) S + SO2+ 2H2O2HBr + H2SO4(浓) Br2 + SO2 + 2H2O难挥发性用难挥发性酸制备挥发性酸：H 2SO42NaCl Na2SO42HCl3检验 SO42 的方法在实验室中，常常先用盐酸把溶液酸化，以排除 Ag+、CO 32 、SO 32 、PO 43 等离子的干扰，再加入BaCl2 溶液，如有白色沉淀出现，则说明原溶液中一定有 SO42 存在。考点 7、硫酸的工业制法接触法三阶段 SO2 制取和净化 SO2 转化为 SO3 SO3 吸收和 H2SO4 的生成三方程 4FeS211O 22Fe2O38SO 22SO2O 2 催 化 剂 2SO3 SO3H 2O=H2SO4三设备 沸腾炉 接触室 吸收塔有关原理矿石粉碎,以增大矿石与空气的接触面，加快反应速率逆流原理(热交换器)目的：冷热气体流向相反，冷的SO2、O 2、N 2 被预热，而热的 SO3、SO 2、O 2、N 2 被冷却。逆流原理(98.3%的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更完全)设备中排出的气体炉气：SO 2、N 2、O 2、 矿尘(除尘) 、砷硒化合物(洗涤)、H 2O 气( 干燥)净化气：SO 2、N 2、O 2SO2、O 2、N 2、SO 3 尾气：SO 2 及 N2、O 2 不能直接排入大气中6说 明矿尘杂质：易使催化剂“中毒”H2O 气：腐蚀设备、影响生产反应条件理论需要：低温、高压、催化剂；实际应用：400500 、常压、催化剂实际用 98.3%的浓硫酸吸收SO3，以免形成酸雾不利于气体三氧化硫被进一步吸收三、例题精析【例题 1】【题干】下列表述正确的是（ ）人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅；化学家采用玛瑙研钵磨擦固体反应物进行无熔剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐；提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料；夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃璃制作的变色眼镜来保护眼睛；太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能。A B C D【答案】D【解析】 人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是三氧化二铝，故错误； 玛瑙的主要成分是二氧化硅，故错误； 水泥的成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙，是硅酸盐，故 正确；变色眼镜由添加氧化亚铜的普通玻璃璃制作，故 错误； 晶体硅可以制太阳能电池，利于环保、节能，故 正确；故选 D。