第四章 非金属及其化合物
一、硅及其化合物 Si
硅元素在地壳中的含量排第二，在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态存在的硅，常见的是二氧化硅、硅酸盐等。
硅的原子结构示意图为
，
硅元素位于元素周期表第三周期第ⅣA族，硅原子最外层有4个电子，既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的化合物。
1、单质硅（Si）：
（1）物理性质：有金属光泽的灰黑色固体，熔点高，硬度大。
（2）化学性质：
①常温下化学性质不活泼，只能跟F2、HF和NaOH溶液反应。
Si＋2F2＝SiF4
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
②在高温条件下，单质硅能与O2和Cl2等非金属单质反应。
（3）用途：太阳能电池、计算机芯片以及半导体材料等。
（4）硅的制备：工业上，用C在高温下还原SiO2可制得粗硅。
SiO2＋2C＝Si(粗)＋2CO↑
Si(粗)＋2Cl2＝SiCl4
SiCl4＋2H2＝Si(纯)＋4HCl
2、二氧化硅（SiO2）：
（1）SiO2的空间结构：立体网状结构，SiO2直接由原子构成，不存在单个SiO2分子。
（2）物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水。
（3）化学性质：SiO2常温下化学性质很不活泼，不与水、酸反应（氢氟酸除外），能与强碱溶液、氢氟酸反应，高温条件下可以与碱性氧化物反应：
①与强碱反应：SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O（生成的硅酸钠具有粘性，所以不能用带磨口玻璃塞试剂瓶存放NaOH溶液和Na2SiO3溶液，避免Na2SiO3将瓶塞和试剂瓶粘住，打不开，应用橡皮塞）。
②与氢氟酸反应[SiO2的特性]：SiO2＋4HF＝SiF4↑ 2H2O（利用此反应，氢氟酸能雕刻玻璃；氢氟酸不能用玻璃试剂瓶存放，应用塑料瓶）。
③高温下与碱性氧化物反应：SiO2＋CaOCaSiO3
（4）用途：光导纤维、玛瑙饰物、石英坩埚、水晶镜片、石英钟、仪器轴承、玻璃和建筑材料等。
3、硅酸（H2SiO3）：
（1）物理性质：不溶于水的白色胶状物，能形成硅胶，吸附水分能力强。
（2）化学性质：H2SiO3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱，其酸酐为SiO2，但SiO2不溶于水，故不能直接由SiO2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与酸反应制取：（强酸制弱酸原理）
Na2SiO3＋2HCl＝2NaCl＋H2SiO3↓
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝H2SiO3↓＋Na2CO3（此方程式证明酸性：H2SiO3＜H2CO3）
（3）用途：硅胶作干燥剂、催化剂的载体。
4、硅酸盐
硅酸盐：硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称。硅酸盐种类很多，大多数难溶于水，最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3，Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，又称泡花碱，是一种无色粘稠的液体，可以作黏胶剂和木材防火剂。硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质：
Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓（有白色沉淀生成）
传统硅酸盐工业三大产品有：玻璃、陶瓷、水泥。
硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物的形式表示：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。
硅酸钠：Na2SiO3 Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3 CaO·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3·2SiO2·2H2O
正长石：KAlSiO3不能写成 K2O· Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2
二、氯及其化合物
氯原子结构示意图为
，
氯元素位于元素周期表中第三周期第ⅦA族，氯原子最外电子层上有7个电子，在化学反应中很容易得到1个电子形成Cl－，化学性质活泼，在自然界中没游离态的氯，氯只以化合态存在（主要以氯化物和氯酸盐）。
1、氯气（Cl2）：
（1）物理性质：黄绿色有刺激性气味有毒的气体，密度比空气大，易液化成液氯，易溶于水。（氯气收集方法—向上排空气法或者排饱和食盐水；液氯为纯净物）
（2）化学性质：氯气化学性质非常活泼，很容易得到电子，作强氧化剂，能与金属、非金属、水以及碱反应。
①与金属反应（将金属氧化成最高正价）
Na＋Cl2===点燃2NaCl
Cu＋Cl2===点燃CuCl2
2Fe＋3Cl2===点燃2FeCl3
（氯气与金属铁反应只生成FeCl3，而不生成FeCl2。）
（思考：怎样制备FeCl2？Fe＋2HCl＝FeCl2＋H2↑，铁跟盐酸反应生成FeCl2，而铁跟氯气反应生成FeCl3，这说明Cl2的氧化性强于盐酸，是强氧化剂。）
②与非金属反应
Cl2＋H2 ===点燃2HCl（氢气在氯气中燃烧现象：安静地燃烧，发出苍白色火焰）
将H2和Cl2混合后在点燃或光照条件下发生爆炸。
燃烧：所有发光发热的剧烈化学反应都叫做燃烧，不一定要有氧气参加。
③Cl2与水反应
Cl2＋H2O＝HCl＋HClO
离子方程式：Cl2＋H2O＝H＋＋Cl—＋HClO
将氯气溶于水得到氯水（浅黄绿色），氯水含多种微粒，其中有H2O、Cl2、HClO、Cl－、H 、OH－(极少量，水微弱电离出来的)。
氯水的性质取决于其组成的微粒：
（1）强氧化性：Cl2是新制氯水的主要成分，实验室常用氯水代替氯气，如氯水中的氯气能与KI，KBr、FeCl2、SO2、Na2SO3等物质反应。
（2）漂白、消毒性：氯水中的Cl2和HClO均有强氧化性，一般在应用其漂白和消毒时，应考虑HClO，HClO的强氧化性将有色物质氧化成无色物质，不可逆。
（3）酸性：氯水中含有HCl和HClO，故可被NaOH中和，盐酸还可与NaHCO3，CaCO3等反应。
（4）不稳定性：HClO不稳定光照易分解。
