高中化学 重难点讲义+巩固练习题- 第8讲硅和氯目标班(2)

第8讲硅和氯满分晋级
元素化合物9级
氯及其化合物
元素化合物3级
“硅”和海水中的元素“氯”
元素化合物1级
活泼金属——“钠”
新课标剖析
【化学史话一】舍勒是在1774年发现氯气的。

当时他正在研究软锰矿(主要成分是MnO 2)，当他将软锰矿与浓盐酸混合并加热时，产生了一种黄绿色的气体，这种气体强烈的刺激性气味使舍勒感到极为难受，但是当他确信自己制得了一种新气体后，他又感到一种由衷的高兴。

舍勒制备出这种气体后，把它溶解在水里，发现这种气体的水溶液有杀菌消毒的效果，对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用；他还发现这种气体能与金属或金属氧化物发生化学反应。

从1774年舍勒发现这种气体到1810年，许多科学家先后对这种气体的性质进行了研究。

这期间，它一直被当作一种化合物。

直到1810年，戴维经过大量实验研究，才确认这种气体是只由一种元素组成的单质。

他将这种元素命名为Chlorine ，这个名称来自希腊文，有“绿色的”意思。

我国早年的译文将其译作“绿气”，后改为氯气。

【化学史话二】1915年4月22日18时，德军借助有利的风向风速，打开了早已在前沿阵地屯集的装满氯气的钢瓶，将180吨氯气释放。

一人多高的黄绿色烟云被每秒2－3米的微风吹向英法联军阵地。

面对扑面而来刺鼻的怪味，法军惊慌失措，流眼泪，眼睛睁不开，激烈咳嗽，纷纷倒地。

据统计共有15000人中毒，5000人死亡。

有的士兵死了，有的士兵却能幸存下来，这又是为什么呢?
原来，当毒气来临时，这些幸存的士兵用军大衣捂住了头。

这时候，泽林斯基发现，许多动物也相继死亡，只有野猪奇迹般地幸存下来，因为野猪特别喜欢用嘴巴拱地，一旦嗅到强烈的刺激气味时，它就把嘴巴拱进地里，来躲避刺激。

明白了这些，泽林斯基开始进行研究试验，最后制得了具有很好的防毒效果的“活性炭”防毒面具。

由于这想法得益于那头幸存的野猪的启发，所以泽林斯基还专门把一个防毒面具做成猪头形状。

8.1 海水中富集的“氯”
一、氯气
1．氯气的物理性质
知识点睛
课堂引入
在通常情况下，氯气呈黄绿色，是一种有强烈刺激性气味的有毒气
体，密度比空气大，能溶于水。

在低温和加压的条件下可以转化为液态（称为液氯），可储存于钢瓶中，便于运输和使用。

【注意】在实验室闻氯气气味时，尤其要严格遵循在实验室内闻气体气味的原
则，即：用手在瓶口轻轻扇动，使极少量气体进入鼻腔。

氯气的毒性表现在它明显的腐蚀性上，吸入过多氯气，会损伤人的喉黏膜和肺，严重时可窒息致死。

因此，使用氯气要十分注意安全。

2．氯气的化学性质
（1）氯气与金属单质反应
实验一：用坩埚钳夹住一束铜丝，灼热后立刻放入充满氯气的集气瓶里。

然后把少量的水注入集气瓶
里，用玻璃片盖住瓶口并振荡，观察发生的现象。

可以观察到：红热的铜丝在氯气里剧烈燃烧，集气瓶里充满棕黄色的烟；加水后，溶液呈蓝绿色。

2
2Cu+Cl CuCl 点燃
氯气除了能和不活泼的Cu 反应外，还能和很多金属反应：
232Fe+3Cl 2FeCl 点燃
2
2Na+Cl 2NaCl 点燃
（2）氯气与非金属单质反应
实验二：在空气中点燃H 2，然后把导管缓缓伸入盛有Cl 2的集气瓶中，观察发生的现象。

可以观察到：纯净的H 2可以在Cl 2中安静地燃烧，发出苍白色．．．火焰，瓶口有白雾生成。

呈现雾状是因为反应生成的气体是HCl ，它与空气里的水蒸气结合，生成盐酸小液滴。

22
H +Cl 2HCl 点燃
磷也可以在氯气中燃烧：
232P+3Cl 2PCl 点燃
（在空气中形成白雾） 2
52P+5Cl 2PCl 点燃
（在空气中形成白烟）
实验三：若将Cl 2和H 2充分混合后，点燃镁条后，将其置于距瓶约10cm 处，使镁条燃烧所产生的强
光照射到混合气体，观察现象。

可以观察到：瓶中的气体发生爆炸。

22
H +Cl 2HCl 光照
【总结】燃烧不一定要有氧气参加。

任何发光、放热的剧烈的化学反应，都叫做燃烧。

【思考】结合氯元素的原子核外电子排布图，分析氯气为什么这样活泼？
【答案】氯的原子结构示意图： ，从图中可以看出氯原子的最外层有7个电子，在化学反应中很容易得到1个电子。

因此，氯的化学性质非常活泼，是强氧化剂。

【例1】 （双选）下列关于氯的说法不正确的是（ ）
A ．Cl 2具有很强的氧化性，在化学反应中通常作氧化剂
B ．实验室制备Cl 2，可以用排水法收集
C ．氯在自然界中既可以以化合态存在，也可以游离态存在
D ．标准状况下，1.12 LCl 2含有1.7N A 个质子（N A 表示阿伏伽德罗常数）
例题精讲
+17
2 8 7
【例2】 关于氯气的性质，下列叙述正确的是（ ）
A ．液氯的颜色比氯气的颜色深
B ．氯气易溶于饱和食盐水
C ．氯气易液化，密度与空气接近
D ．Cl —
也呈黄绿色，并且有毒
【例3】 下列氯化物中，既能由金属和氯气直接反应制得，又可由金属和盐酸反应制得的是（ ）
A ．CuCl 2
B ．FeCl 2
C ．FeCl 3
D ．AlCl 3
【例4】 两种金属组成的合金65g ，与氯气完全反应，消耗氯气71g ，则合金的组成可能是（ ）
A ．Cu 和Zn
B ．Na 和Hg
C ．Fe 和Ca
D ．Cu 和Ca
【例5】 在2323C1+6KOH KC1O +5KC1+3H O 的反应中，氧化剂与还原剂的质量比是（ ）
A ．2：1
B ．1：2
C ．5：1
D ．1：5
二、氯水
1．氯气与水的反应
25℃时，1体积的水可溶解约2体积的氯气，氯气的水溶液称为氯水。

在常温下，溶于水中的部分氯气与水发生如下反应：
22Cl +H O HCl+HClO
次氯酸
=
【注意】氯气与水反应并不完全，也称之为可逆反应。

2．新制氯水的成分
新制氯水中含有多种分子和离子，可以设计一系列实验来验证：
【注意】①检验Cl 时要用硝酸酸化的硝酸银，而不直接用硝酸银检验，是因为碳酸银也是白色沉淀，
用硝酸酸化后，就可以排除碳酸根的干扰。

②除了上面表格中的成分外，氯水中还存在ClO －、OH －
两种离子，所以我们将氯水的成分通
常总结为三分子(Cl 2、H 2O 和HClO)、四离子(H +、Cl －、ClO －和OH －
)。

3．次氯酸的性质 （1）弱酸性
次氯酸是很弱的酸，酸性比碳酸还弱:
2223Ca(ClO)+CO +H O=CaCO +2HClO ↓
知识点睛
（2）强氧化性和漂白性
次氯酸还具有强氧化性，可以杀死中水的细菌，起消毒作用。

很多自来水厂用氯气来杀菌、消毒，利用的就是氯水中次氯酸的这个性质。

上面实验中，将氯水滴加到蓝色石蕊试纸和红纸上都能观察到会褪色的现象，说明氯水具有漂白的作用，那干燥的氯气能否具有漂白的作用呢？设计一个实验来探究氯水的漂白性：
实验四：按下图连接好装置，a 瓶中盛放的是干燥的有色布条，b 瓶中盛放的是湿润的有色布条，当通
入氯气后，观察现象。

可以观察到：a 瓶的布条不褪色，b 瓶的布条褪色。

实验说明，干燥的氯气不能使布条褪色，而潮湿的氯气却能使布条褪色，其实起漂白作用的是次氯酸。

【注意】①在高中阶段，氯水的强氧化性由氯气分子表现，漂白性由次氯酸表现。

②次氯酸具有漂白性，能使染料等有机色素褪色，所以可以用作棉、麻和纸张等的漂白剂；
（3）不稳定性
次氯酸不稳定，容易分解放出氧气。

当氯水受到日光照射时，次氯酸分解加快：
22HClO
2HCl O +↑ 光照
【思考】若将氯水久置之后，它的主要成分又有什么变化？氯水如何保存？ 【答案】若将氯水久置或光照，HClO 不稳定而发生分解反应：22HClO
2HCl O +↑ 光照。

体系中各成
分的相对含量会发生变化，如Cl 2、HClO 含量会减少，而H +、Cl -含量会增多。

久置氯水因
Cl 2含量的减少由黄绿色变成无色，Cl 2的刺激性气味也随之消失。

氯水久置：由于次氯酸的分解，使得氯气全部反应，最终变成HCl 的水溶液，即稀盐酸，酸性增强，氧化性减弱。

所以在使用氯水时要现用现配，且将氯水置于棕色试剂瓶中密封保存。

三、漂白液和漂白粉
由于氯气在水中的溶解度不大，而且生成的HClO 不稳定，难于保存，使用起来很不方便，效果也不理想。

在Cl 2与水反应原理的基础上，经过改进，才有了今天常用的漂白液和漂白粉。

常温下，将氯气通入NaOH 溶液中，即可得到漂白液，也就是我们平时所说的84消毒液。

漂白液的主要成分是氯化钠和次氯酸钠，但有效成分为次氯酸钠，反应方程式为：
22Cl +2NaOH=NaCl+NaClO+H O
次氯酸钠
如果换用成本更低廉的氢氧化钙（事实上使用的是石灰浆），即可得到漂白粉。

漂白粉的主要成分是氯化钙和次氯酸钙，但有效成分为次氯酸钙。

反应方程式为：
222222Cl +2Ca(OH)=CaCl +Ca(ClO)+2H O
次氯酸钙
漂白粉在潮湿的环境下，与空气中的二氧化碳发生反应，生成次氯酸：
2223Ca(ClO)+CO +H O=CaCO +2HClO ↓
如果体系内有需要漂白的物质，则漂白粉生效；如果体系内没有需要漂白的物质，就会继续
发生次氯酸的分解反应22HClO 2HCl O +↑ 光照
，则漂白粉失效。

【例6】 下列关于氯水的叙述正确的是（ ）
A ．新制氯水中只含有氯分子和水分子
B ．新制氯水能使蓝色石蕊试纸先变红后褪色
C ．光照氯水有气泡逸出，该气体是氯气
D ．氯水放置数天后，氯气挥发出去，氯水变成水
【例7】 判断下列说法正误（用√或×表示）
①红热的铁丝在氯气中燃烧，生成棕色固体FeCl 2（ ） ②有氯气参加的化学反应，必须在溶液中进行（ ） ③钠在氯气中燃烧生成白色固体NaCl （ ） ④氯水的pH 小于7（ ）
⑤任何发光发热的剧烈的化学反应，都可以叫做燃烧（ ） ⑥氯水能使有色布条褪色，所以氯气具有漂白性（ ）
⑦氯水、氯气和盐酸中都含有氯元素，所以它们都呈黄绿色（ ）
【例8】 饱和氯水放置数天后，下列微粒在溶液中数目会增多的是（ ）
A ．O 2
B ．HClO
C ．H +
D ．Cl 2
【例9】 自来水可用氯气消毒，某学生用这种自来水去配制下列物质溶液，会产生明显的药品变质的
是（ ） A ．NaNO 3 B ．FeCl 2 C ．Na 2SO 4 D ．AlCl 3
【例10】 下列实验现象，与新制氯水中的某些成分（括内物质）没有关系的是（ ）
A ．将NaHCO 3固体加入新制氯水，有无色气泡（H +）
B ．使红色布条褪色（HCl ）
C ．向FeCl 2溶液中滴加氯水，再滴加KSCN 溶液，发现呈血红色（Cl 2）
D ．滴加AgNO 3溶液生成白色沉淀（Cl -）
【例11】 将氯水分别加到下列溶液中，观察发生了什么变化。

写出有关的离子反应方程式。

①紫色石蕊试液______________________________________； ②FeCl 2溶液______________________________________； ③Na 2CO 3溶液______________________________________； ④AgNO 3溶液______________________________________。

【答案】①紫色石蕊试液先变红，而后红色褪去，变为无色溶液。

②溶液由浅绿色变为黄色，因为2+3+-22Fe +Cl =2Fe +2Cl ，Fe 2+呈浅绿色，而Fe 3+呈黄色。

③有气泡产生，因为23
22CO 2H CO H O -
++=↑+ ④有白色沉淀生成，因为+-Ag +Cl =AgCl ↓
例题精讲
8.2 硅及其氧化物
一、单质硅
1．存在及结构
硅单质有晶体硅和无定形硅两种，晶体硅的结构跟金刚石相似，都是具有正四面体的立体状结构的晶体(右图)。

但由于硅原子半径比碳原子半径大，所以，其熔沸点要比金刚石低，硬度要比金刚石小。

2．物理性质
晶体硅是带有金属光泽、灰黑色固体，硬而脆，熔点高（1410℃），导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

3．化学性质
（1）常温下，硅的化学性质不活泼，不易与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸等物质发生反应。

在加热或高温条件下，硅能与某些非金属单质发生反应
2
2Si +O SiO 高温
2
4Si +2Cl SiCl
42Si +4HF SiF 2H =↑+↑
（2）硅还可以与NaOH 溶液反应，该反应中，Si 表现出与Al 相似的性质，都生成H 2。

2232Si +2NaOH +H O Na SiO 2H =+↑
4．用途
①晶体硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件；
②制造光电池，将光能（如太阳光能）直接转换为电能，可以用作计算器、人造卫星、登月车、火星探测器、太阳能电动汽车等的动力； ③硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心； ④制造铝合金、铁合金等。

例如：含硅4%的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸性设备等。

知识点睛
硅芯片太阳能电池5．制备
自然界中没有游离态的硅，工业上，用焦炭在电炉中高温下还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅，经提纯可以制得高纯硅。

2
SiO+2C Si()2CO
高温粗+
24
Si()+2Cl SiCl
粗
42
SiCl+2H Si()4HCl
高温纯+
二、二氧化硅
1．存在
硅是一种亲氧元素，自然界中它总是与氧相互化合的。

所以在氧气气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

地球上存在的天然SiO2约占地壳质量的12%，其存在形态有晶体形和无定形两种，统称为硅石。

晶体形式存在的
SiO2主要有水晶和玛瑙，石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。

【注意】晶体——有规则几何外形的固体，晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性排列。

无定形——原子或分子无规则排列，无周期性，无对称性的固
体叫无定形。

2．空间结构
SiO 2晶体的基本结构单元为正四面体型，向空间发展的立体状结构。

SiO 2直接由Si 、O 原子构成，不存在SiO 2分子。

【注意】在每个Si 周围结合4个O ，Si 在中心，O 在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O 相
连接，每个O 为两个四面体所共有，即每个O 与2个Si 相结合。

实际上，SiO 2晶体是由Si 和O 按1：2的比例所组成的立体状结构的晶体。

3．物理性质
熔点高，硬度大，不溶于水。

4．化学性质
SiO 2的化学性质很不活泼，不与水、酸（氢氟酸除外）发生反应，耐高温、耐腐蚀。

它是酸性氧化物，能与强碱溶液反应。

（1）与碱反应
2232SiO 2NaOH Na SiO H O ++=
【注意】在实验室中，盛放强碱溶液的试剂瓶一般用橡胶塞，而不能用磨口玻璃塞。

在高温条件下还可以与碱性氧化物CaO 、Na 2O 等发生反应：
23SiO +CaO
CaSiO 高温
； 2223SiO +Na O
Na SiO 高温
（2）与酸反应
氢氟酸（HF ）是唯一可以与之发生反应的酸：
242SiO +4HF SiF 2H O =+↑
【注意】可以利用此反应原理刻蚀玻璃。

（3）弱氧化性
2SiO +2C
Si()2CO ↑ 高温
粗+（工业制粗硅）
6．用途
制光导纤维、电子工业中的重要部件等；光学仪器；石英玻璃、石英钟表；高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐磨器皿等；制作装饰品等。

石英烧杯 石英蒸发皿
光导纤维
三、硅酸
1．物理性质
难溶于水的白色固体。

2．化学性质
（1）H 2SiO 3是一种弱酸，酸性比碳酸还要弱(不能使指示剂变色)，只能与强碱发生中和反应。

23232H SiO +2NaOH=Na SiO +2H O
（2）H 2SiO 3受热易分解：23
22H SiO SiO H O
+
3．制备
由于SiO 2不溶于水，故不能直接由SiO 2溶于水制得，而用可溶性硅酸盐与其他酸反应制取。

2323Na SiO +2HCl=H SiO ()+2NaCl 胶体
23222323Na SiO +CO +H O=H SiO ()+Na CO 胶体 (酸性：H 2CO 3>H 2SiO 3)
【注意】①硅酸不溶于水，该反应中生成硅酸呈白色胶状浑浊，所以书写反应方程式时也可以写作沉
淀，标为“↓”。

②硅酸逐渐聚合而形成硅酸凝胶，硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅
胶”。

硅胶吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。

四、硅酸盐
硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。

硅酸盐是一大类结构复杂的固体物质，化学性质稳定，熔点较高，大多数不溶于水，只有钾、钠、铵的硅酸盐可以溶于水。

最常见的可溶性硅酸盐是Na2SiO3。

1．硅酸钠(Na2SiO3)
Na2SiO3俗称泡花碱，其水溶液俗称水玻璃，是一种无色粘稠的液体，不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性强，所以Na2SiO3可以作木材、织物的防火剂，建筑、纸张的黏胶剂，肥皂的填充剂。

硅酸钠水溶液久置在空气中容易变质。

3．硅酸盐的表示
硅酸盐由于组成比较复杂，常用氧化物的形式表示。

顺序为：“活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→ 二氧化硅→ 水”。

例如：
硅酸钠：Na2SiO3Na2O·SiO2
硅酸钙：CaSiO3CaO·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3·2SiO2·2H2O
例题精讲
【例12】开发新材料是现代科技发展的方向之一。

下列有关材料的说法正确的是( )
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素；
②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品；
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维；
④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料；
⑤氮化硅陶瓷是新型无机非金属材料，可应用于制造发动机；
⑥信息技术的硬件核心是芯片，其主要成分是二氧化硅。

A．①②⑥B．②③⑥C．①④⑤D．①③④
【例13】（双选）被誉为“光纤之父”的华人科学家高锟荣获2009年诺贝尔化学奖。

下列叙述不正确的是（）
A．SiO2是生产光导纤维和粗硅的主要原料，而CO2用作人工降雨
B．SiO2与CO2都属于酸性氧化物，都不能与酸反应
C．SiO2与CO2（干冰）的结构不同
D．SiO2与CO2都能溶于水且与水反应生成相应的酸
【例14】 （双选）下列离子方程式不正确的是（ ）
A ．石英与烧碱反应：223
2SiO +2OH =SiO +H O ——
B ．往烧碱溶液中通入少量CO 2：23CO OH HCO ——+=
C ．往水玻璃中加入盐酸：+23
232H +SiO H SiO —
=↓ D ．向小苏打溶液中加入过量石灰水：2+233232HCO +Ca +2OH =CaCO +2H O +CO ———
↓
【例15】 从石英砂制取并获得高纯硅的主要化学反应如下：
①2SiO +2C
Si()2CO ↑ 高温
粗+；② 2
4Si()+2Cl SiCl
粗；③42
SiCl +2H Si()4HCl 高温
纯+
关于上述反应的分析不正确的是（ ）
A ．①、③是置换反应，②是化合反应
B ．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C ．任一反应中，每消耗或生成28 g 硅，均转移4 mol 电子
D ．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
【答案】D
【例16】
月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5 cm 厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主
要矿物有辉石26[CaMgSi O ]、斜长石38[KAlSi O ] 和橄榄石24[Mg SiO 或24Fe SiO ]等，下列说法或分析不正确的是 ( )
A ．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿
B ．斜长石的氧化物形式可表示为:2232K O Al O 3SiO ⋅⋅
C ．橄榄石中铁为+2价
D ．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气
【答案】B
【例17】 证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（ ）
A ．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出
B ．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解
C ．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成
D ．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解
【答案】D
【例18】 氮化硅（Si 3N 4）是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反
应制得：2234SiO C N Si N CO ＋＋＋→，回答下列问题： （1）该反应的氧化剂是 ，其还原产物是 ；
（2）1molN 2在反应中 （填得或失）电子的物质的量是 。

【答案】（1）N 2 ； Si 3N 4 ；（2）得；6mol。