2、铝的化合物
(1)氧化铝(Al2O3)
物理性质:白色难熔固体、不溶于水。
化学性质:Al2O3是典型的两性氧化物,既能与酸反应又能与强碱溶液反应。
与强酸:Al2O3 6H =2Al3 3H2O
与强碱:Al2O3 2OH-=2AlO2- H2O
用途:耐火材料、制取铝的原料
(2)氢氧化铝[Al(OH)3]
物理性质:
Al(OH)3是不溶于水的白色胶状沉淀,是典型的两性氢氧化物,能凝聚水中的悬浮物,又有吸附色素的性能。
化学性质:
①Al(OH)3的两性:
H AlO2- H2O⇌Al(OH)3⇌Al3 3OH-
酸式电离 碱式电离
②当与强酸反应:
Al(OH)3 3H =Al3 3H2O
③当与强碱溶液作用:
Al(OH)3 OH-=AlO2- 2H2O
Al(OH)3的制取:
①铝盐与碱反应:
用铝盐与可溶性弱碱氨水反应制Al(OH)3:Al3 3NH3·H2O=Al(OH)3↓ 3NH4
说明:
制取 Al(OH)3也可用铝盐与强碱作用,但应严格控制加入碱的量,因为强碱过量会使制得的 Al(OH)3转化为偏铝酸盐:Al(OH)3 OH-=AlO2- 2H2O。所以,实验室一般不采用这种方法制Al(OH)3
3、铁的化合物
(1)铁的氧化物
物理性质
氧化亚铁(FeO):黑色粉末,难溶于水。
氧化铁(Fe2O3):俗称铁红,红棕色粉末,难溶于水。
四氧化三铁(Fe3O4):黑色固体,黑色晶体,具有磁性。
化学性质
①与酸反应
如 Fe2O3 6H =2Fe3 3H2O
②与还原剂
如 Fe2O3 3CO=(高温)2Fe 3CO2
(2)氢氧化物
物理性质
氢氧化亚铁(Fe(OH)2):白色固体,不溶于水。
氢氧化铁(Fe(OH)3):红褐色固体,不溶于水。
化学性质
①与酸反应
Fe(OH)2 2H = Fe2 2H2O
Fe(OH)3 3H ==Fe3 3H2O
②氢氧化亚铁具有还原性
稳定性4Fe(OH)2 O2 2H2O == 4Fe(OH)3
2Fe(OH)3 =(加热)Fe2O3+3H2O
制法原理:
Fe2 2OH-= Fe(OH)2↓ 现象:白色絮状沉淀。
Fe3 3OH-= Fe(OH)3↓ 现象:红褐色沉淀。
(3)铁盐与亚铁盐
铁盐(Fe3 )亚铁盐(Fe2 )
颜色黄色淡绿色
与碱反应 Fe3 3OH—==Fe(OH)3↓,Fe2 2OH—=Fe(OH)2↓
氧化性、还原性氧化性
2Fe3 Fe=3Fe2 氧化性:Fe2 Zn==Zn2 Fe
还原性:2Fe2 Cl2=2Fe3 2Cl—
(4)Fe2 、Fe3 的检验
鉴别方法:
Fe2
直接观色:淡绿色
与OH-作用:白色↓→灰绿↓→红褐色↓
与氯水和硫氰化钾:先滴加硫氰化钾不变色,再滴加氯水溶液变成血红色。
Fe3
直接观色:黄色
与OH-作用:红褐色沉淀
与KSCN :血红色溶液
第四章 非金属及其化合物
-1-无机非金属材料的主角——硅
1.硅元素:
无机非金属材料中的主角,在地壳中含量26.3%,次于氧。是一种亲氧元素,以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在于岩石、沙子和土壤中,占地壳质量90%以上。位于第3周期,第ⅣA族碳的下方。
2、二氧化硅(SiO2)
天然存在的二氧化硅称为硅石,包括结晶形和无定形。石英是常见的结晶形二氧化硅,其中无色透明的就是水晶,具有彩色环带状或层状的是玛瑙。二氧化硅晶体为立体网状结构,因此有良好的物理和化学性质被广泛应用。用途:玛瑙饰物,石英坩埚,光导纤维等。
物理性质:熔点高、硬度大、不溶于水、洁净的SiO2无色透光性好。
化学性质:稳定性好、除HF外一般不与其他酸反应,可以与强碱(NaOH)反应,是酸性氧化物,在一定的条件下能与碱性氧化物反应。
SiO2+4HF== SiF4↑+2H2O
SiO2+CaO==(高温)CaSiO3
SiO2+2NaOH== Na2SiO3+H2O
不能用玻璃瓶装HF,装碱性溶液的试剂瓶应用木塞或胶塞。
3、硅酸(H2SiO3)
酸性很弱(弱于碳酸)溶解度很小,由于SiO2不溶于水,硅酸应用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。
Na2SiO3+2HCl== H2SiO3↓+2NaCl
硅胶多孔疏松,可作干燥剂,催化剂的载体。
4、硅酸盐
硅酸盐是由硅、氧、金属元素组成的化合物的总称,分布广,结构复杂化学性质稳定。一般不溶于水(Na2SiO3、K2SiO3除外)。最典型的代表是硅酸钠Na2SiO3:可溶,其水溶液称作水玻璃和泡花碱,可作肥皂填料、木材防火剂和黏胶剂。
常用硅酸盐产品:玻璃、陶瓷、水泥。
5、硅单质
与碳相似,有晶体和无定形两种。晶体硅结构类似于金刚石,有金属光泽的灰黑色固体,熔点高(1410℃),硬度大,较脆,是良好的半导体,常温下化学性质不活泼。
用途:半导体晶体管及芯片、光电池。
-2-富集在海水中的元素——氯
1、氯元素
位于第三周期第ⅦA族,容易得到一个电子形成氯离子Cl-,为典型的非金属元素,在自然界中以化合态存在。
2、氯气
物理性质:黄绿色气体,有刺激性气味,可溶于水,加压和降温条件下可变为液态(液氯)和固态。
实验室制法:
MnO2+4HCl(浓)==(加热)MnCl2+2H2O+Cl2↑
化学性质:很活泼,有毒,有氧化性,
能与大多数金属化合生成金属氯化物(盐)。
2Na+Cl2==(点燃)2NaCl
2Fe+3Cl2==(点燃)2FeCl3
Cu+Cl2==(点燃)CuCl2
也能与非金属反应:
Cl2+H2== (点燃)2HCl
现象:发出苍白色火焰,生成大量白雾。
注意:
燃烧不一定有氧气参加,物质并不是只有在氧气中才可以燃烧。燃烧的本质是剧烈的氧化还原反应,所有发光放热的剧烈化学反应都称为燃烧。
Cl2的用途:
①自来水*菌消毒
Cl2+H2O== HCl+HClO 2HClO ==(光照)2HCl+O2↑
1体积的水溶解2体积的氯气形成的溶液为氯水,为浅黄绿色。其中次氯酸HClO有强氧化性和漂泊性,起主要的消毒漂白作用。次氯酸有弱酸性,不稳定,光照或加热分解,因此久置氯水会失效。
②制漂白液、漂白粉和漂粉精
制漂白液 Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,其有效成分NaClO比HClO稳定多,可长期存放;
制漂白粉(有效氯35%)和漂粉精(充分反应有效氯70%)2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
③与有机物反应,是重要的化学工业物质。
④用于提纯Si、Ge、Ti等半导体和钛
⑤有机化工:合成塑料、橡胶、人造纤维、农药、染料和药品
氯离子的检验
使用硝酸银溶液,并用稀硝酸排除干扰离子(CO32-、SO32-)
HCl+AgNO3== AgCl↓+HNO3
NaCl+AgNO3== AgCl↓+NaNO3
Na2CO3+2AgNO3==Ag2CO3↓+2NaNO3
Ag2CO3+2HNO3== 2AgNO3+CO2↑+H2O
Cl-+Ag+== AgCl↓
-3-硫和氮的氧化物
1、二氧化硫
制法(形成):硫黄或含硫的燃料燃烧得到(硫俗称硫磺,是黄色粉末)。
S+O2 ==(点燃)SO2
物理性质:无色、刺激性气味、容易液化,易溶于水(1:40体积比)。
化学性质:有毒;与水反应生成亚硫酸H2SO3,亚硫酸为弱酸;有漂白作用,遇热会变回原来颜色。
注意:
H2SO3不稳定,会分解生成水和SO2方程式为:SO2+H2O==H2SO3(可逆号),因此这个化合和分解的过程可以同时进行,为可逆反应。
可逆反应:在同一条件下,既可以往正反应方向发生,又可以向逆反应方向发生的化学反应称作可逆反应,用可逆箭头符号连接。
2. 一氧化氮和二氧化氮
一氧化氮在自然界形成条件为高温或放电:N2+O2== (高温或放电)2NO。
生成的一氧化氮很不稳定,在常温下遇氧气即化合生成二氧化氮:
2NO+O2== 2NO2
一氧化氮:无色气体,是空气中的污染物,少量NO可以治疗心血管疾病。
二氧化氮:红棕色气体、刺激性气味、有毒、易液化、易溶于水,并与水反应:
3NO2+H2O== 2HNO3+NO(工业制硝酸)
3、大气污染
SO2 、NO2溶于雨水形成酸雨:2SO2+O2=2SO3 SO3+H2O=H2SO4。
防治措施:
①从燃料燃烧入手。
②从立法管理入手。
③从能源利用和开发入手。
④从废气回收利用,化害为利入手。
-4-氨、硝酸、硫酸
1、硫酸
物理性质:无色粘稠油状液体,不挥发,沸点高,密度比水大。
化学性质:具有酸的通性,浓硫酸具有脱水性、吸水性和强氧化性;是强氧化剂。
C12H22O11== (浓H2SO4)12C+11H2O
2H2SO4(浓)+C==(加热)CO2↑+2H2O+SO2↑
还能氧化排在氢后面的金属,但不放出氢气。
2H2SO4(浓)+Cu==(加热)CuSO4+2H2O+SO2↑
稀硫酸:与活泼金属反应放出H2,使酸碱指示剂紫色石蕊变红,与某些盐反应,与碱性氧化物反应,与碱中和。
2、硝酸
物理性质:无色液体,易挥发,沸点较低,密度比水大。
化学性质:具有一般酸的通性,浓硝酸和稀硝酸都是强氧化剂。还能氧化排在氢后面的金属,但不放出氢气。
4HNO3(浓)+Cu== Cu(NO3)2+2NO2↑+4H2O
8HNO3(稀)+3Cu==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
反应条件不同,硝酸被还原得到的产物不同,可以有以下产物:
NO2,HNO2,NO,N2O,N02,NH3。
注意:
①浓硫酸和浓硝酸都能钝化某些金属(如铁和铝)使表面生成一层致密的氧化保护膜,隔绝内层金属与酸,阻止反应进一步发生。因此,铁铝容器可以盛装冷的浓硫酸和浓硝酸。
②硝酸和硫酸都是重要的化工原料和实验室必备的重要试剂。可用于制化肥、农药、炸药、染料、盐类等。硫酸还用于精炼石油、金属加工前的酸洗及制取各种挥发性酸。
3、氨气及铵盐
氨气
物理性质:无色气体,刺激性气味、密度小于空气、极易溶于水(且快)1:700体积比。
化学性质:
①能使水溶液呈碱性:NH3+H2O⇌ NH3·H2O⇌NH4++OH-可作红色喷泉实验。
一水合氨NH3·H2O是一种弱碱,很不稳定,会分解,受热更不稳定:
NH3·H2O==NH3↑+H2O (条件:加热)
②浓氨水易挥发除氨气,有刺激难闻的气味。
③氨气能跟酸反应生成铵盐:NH3+HCl== NH4Cl (晶体)
氨的用途:
氨是重要的化工产品,氮肥工业、有机合成工业及制造硝酸、铵盐和纯碱都离不开它。氨气容易液化为液氨,液氨气化时吸收大量的热,因此还可以用作制冷剂。
铵盐
铵盐的性质:易溶于水(很多化肥都是铵盐),受热易分解,放出氨气:
NH4Cl =(加热)NH3↑+HCl↑
NH4HCO3=(加热)NH3↑+H2O↑+CO2↑
4、实验室制取氨气:(干燥铵盐与和碱固体混合加热)
2NH4Cl+Ca(OH)2=(加热)CaCl2+2H2O+2NH3↑
用向下排空气法收集,红色石蕊试纸检验是否收集满。