(四)新型无机非金属材料

特性：(1)耐高温，高强度

(2)有电学、光学、生物学特性或功能

(三)硅酸盐工业简介

	水泥	玻璃(普通)
原料	石灰石、粘土	纯碱、石灰石、石英
设备	迴转窑	玻璃熔炉
反应	复杂的物理化学变化	Na­2CO3+SiO2　　　　 Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2　　　 CaSiO3+CO2↑
主要成分	3CaO·SiO2 2CaO· SiO2 3CaO·Al2O3	Na2O·CaO· 6SiO2
特性	水硬性 (加石膏调节硬化速度)	玻璃态物质 (在一定温度范围内软化) 非晶体

陶瓷：

(1)主要原料：粘土

(2)生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶器

(3)陶与瓷的制取区别： ①原料粘土的纯度不同

②烧制温度不同。

(二)典型构质的性质

1．单质碳　　　　　　　　 C原子间结合方式

(1)同素异形体的多样性　

　　　　　　　　　　　　　 分子中所含C原子数不同

　　　 金刚石--原子晶体

　　　　　　　　　　 原子晶体

石墨--混合晶体　　　

　　　　　　　　 　　分子晶体

(2)活性炭的重要性质和作用

　　　 ↓

多孔疏松结构→吸附力强→吸附气体或溶液里的某些有色物质。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ↓实例

①去臭气--吸附水中有臭味物质(净化水)

②漂白--吸附某些食物和工业产品中的色素

③去毒--吸附有毒气体(如NO₂、Cl₂等)(用于防毒面具)

(3)碳的化学性质

　常温：稳定

　加热、高温或点燃：常表现还原性，作还原剂

一般加热时，C → CO₂

高温时，C → CO

如： C+H₂O　 　　CO+H₂

2C+SiO₂　　　 2CO+Si

C+2CuO　　　 2Cu + CO₂

C+4HNO₃₍浓₎ 　　　CO₂↑+4NO₂↑+2H₂O

　 想一想：为什么木炭燃烧时无火焰？

2．碳的氧化物

　 CO、CO₂尽管用为碳的氧化物，但是两者的物理性质，化学性质均有较大区别，可列表比较如下：

	CO	CO2
物理性质	无色无气味气体难溶于水	无色略带酸味气体能溶于水(1 ：1)
毒性	有毒(与血红蛋白结合)	无毒(大量排放会导致温室效应)
化学性质	①可燃性 ②还原性 ③不与碱液反应	①一般不可燃烧，也不支持燃烧但Mg、Li能在CO2中燃烧 ②弱氧化性 2Mg+CO2　　　 C+2MgO C+CO2　　　　　 2CO ③与碱液反应
类别	不成盐氧化物	酸性氧化物
检验	点燃后在火焰 上方罩上干燥的 烧杯和用清石 灰水润洗过的烧杯	能使清石灰水变浊但不能使品红褪色(有别于SO2)
实验室制法	HCOOH　　　　 CO↑+H2O	CaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O
工业制法	水煤气法： C+H2O　　 　CO+H2	煅烧石灰石法： CaCO3　　　　 CaO+CO2↑

思考下列小问题：

①如何除去CO中少量CO₂？

②如何除去CO₂中少量CO？

③如何分离CO和CO₂？

3．比较CO₂和SiO₂

　 CO₂和SiO₂是同主族元素形成的高价氧化物。化学性质有一定的相似性，但物理性质和某些化学性质方面却有很大差异。

	CO2　　　　　　　　　　　　　　 SiO2
与碱性氧化物反应	酸　 性　 氧　 化　 性
CaO+CO2=CaCO3	CaO+SiO2　　　　 CaSiO3
与碱液反应	2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O	SiO2+2NaOH =　 Na2SiO3+H­2O
与盐反应	C6H5Ona+CO2+H2O→　　　　 +NaHO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3 +H2SiO3↓ NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓ +NaHCO3	2Na2CO3+SiO2　　　 Na2SiO3+CO2↑ CaCO3+SiO2　　　　 CaSiO3+CO2↑ (难挥发酸酐→易挥发酸酐)
与碳反应	C+CO2　　　　 2CO	2C+SiO2　　　　 Si+2CO
与H2O作用	CO2+H2O　　　　 H2CO3	不与水化合 　 SiO2　　　　　 H2SiO3 　　　　 -H2O
与酸反应	不反应	只与HF反应 SiO2+4HF=SiF4↑+H2O
晶体类型	分子晶体	原子晶体
熔点	低(易升华)	高

4．Si的非寻常性

(1)硅不活泼、但自然界无游离态，通常以硅酸盐形式存在

(2)硅不与一般的强酸、强氧化性酸反应，但常温却下HF反应，且能置换出其中的H。

　　　　 Si+4HF==SiF₄+2H₂↑

(3)碳不与碱液反应，但硅常温即可与碱液反应并放出H₂，表现出与Al有相似性。

　　　　 Si+2NaOH+2H₂O==Na₂SiO₃+2H₂↑

　　　　 2Al+2NaOH+2H₂O==2NaAlO₂+3H₂↑

其它固体非金属即使与碱液反应，一般也无H₂产生。如

　　 3S+6NaOH==2Na₂S+Na₂SO₃+3H₂O

5．碳酸正盐和酸式盐

　 (1)溶解性：

　　 ①大多正盐难溶于水(除K⁺、Na⁺、NH₄⁺)

　　　 而一般酸式碳酸盐均可溶于水

②同一种阳离子的盐

　 一般：酸式盐＞正盐

　 如 Ca(HCO₃)₂＞CaCO₃

　　　 KHCO₃＞K₂CO₃

　 但　 NaHCO₃＜Na₂CO₃

想一想：为什么在饱和Na₂CO₃溶液中通入足量的CO₂有晶体析出？

提示：Na₂CO₃+CO₂+H₂O==2NaHCO₃

　　　 106g　　　 18g　　　 168g

①溶剂水量减少

②生成NaHCO₃质量比消耗的Na₂CO₃质量大

③同温下溶解性　　 NaHCO₃＜Na₂CO₃

(2)与酸反应的过程及速度(同条件)

　　　 H⁺+CO₃^2-==HCO₃^-

　　　 HCO₃^-+H⁺==H₂O+CO₂↑

放出气体速度：HCO₃^-＞CO₃^2-

(3)与碱液反应

　　　 Na₂CO₃+NaOH→不反应

　　　 NaHCO₃+NaOH==Na₂CO₃+H₂O

　　　 Na₂CO₃+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+2NaOH

　　　 2NaHCO₃+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+Na₂CO₃+H₂O

(4)热稳定性：

　　 正盐＞相应酸式盐

如： CaCO₃　　　 CaO+CO₂↑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　 Ca(HCO₃)₂　　　 CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑

　　 Na₂CO₃　　　 不分解

　　 2NaHCO₃　　　 Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

(5)相互转化：

　　 正盐(CO₃^2-)　　　　　　 酸式盐(HCO₃^-)

(一)构建知识网络

　 一方面抓住典型物质作为核心，尽可能向外发散和向内收效，甚至可扩展到相关的有机知识，另方面要区分条件的不同(如温度、用量、酸碱性等)，尽量分类整理，做到有序存档。

　 1．碳元素及其化合物的转化

2．硅元素及其化合物的转化

35．(10分)向8 g某一价或二价金属的氧化物固体中加入适量10%的稀H₂SO₄(密度为1.07 g／cm³)，使其完全溶解，已知所耗的硫酸体积为92 mL。在所得溶液中插入铂电极进行电解，通电一定时间后，在一个电极上收集到224 mL(标准状况)氧气，在另一个电极上析出该金属1.28 g。

(1) 　 根据计算确定金属氧化物的名称；

(2) 　 计算通电完毕后硫酸溶液的物质的量浓度。(溶液体积以消耗的硫酸体积92 mL为准)

34．(6分)往100 mL溴化亚铁溶液中缓慢通入2.24 L(标准状况)氯气，反应完成后溶液中有的溴离子被氧化成溴单质。求原溴化亚铁溶液的物质的量浓度。

　　 (提示：2Fe²⁺+Br₂ ＝ 2Fe³⁺+2Br^－，不考虑氯气与水的反应)

33．(5分)把NH₄HCO₃、CuSO₄、MgCl₂、Al₂(SO₄)₃固体混合物溶于水中，加入过量盐酸后，再加入过量氢氧化钠溶液，过滤，把滤液加热煮沸后，溶液中大量存在的离子是_____________________________。

32．(7分)工业上从海水中提出取溴常采用如下方法：

(1) 　 向海水中通入Cl₂，将海水中的溴化物氧化，这一过程所发生的反应属于非金属间的___________反应；

(2) 　 向上述混合溶液中吹入热空气，将生成的溴吹出，用纯碱液吸收，生成NaBr、NaBrO₃，这一过程可用离子方程式表示为：________________________________；

(3) 　 将(2)所得混合液用H₂SO₄酸化，使NaBr和NaBrO₃中的溴转化为单质溴。这一过程可用化学方程式表示为____________________________________________；

(4) 　 这样得到的液溴中还混有少量Cl₂，除去Cl₂的方法是___________________。

31．(6分)黑色固体物质A有以下转化关系。每个方框表示有一种反应物或生成物(反应条件及生成的水已略去)，其中C、F常温为无色气体，D、E有共同的阳离子。

(1) 　 写出B和C的化学式：B__________；C__________。

(2) 　 写出反应④的离子方程式：_____________________________________________。

30．(6分)120℃、101.3 kPa条件下，有2 L H₂O、2 L CO、1 L CO₂、0.5 L O₂和1 L H₂组成的混合气体。将混合气体通过分别装有足量Cu粉、C粉和CuO粉的三个灼热的反应管。假设气体通过每个反应管都能充分反应，且不论三个反应管以何种顺序排列，问：

　　　 (1) 尾气是否有可能是单一气体？___________(填“可能”或“不可能”)。若可能，该气体是_________。

　　　 (2) 原气体是否有几种或一种不可能再存在于尾气之中？__________(填“有”或“没有”)。若有，它们(或它)是______________。

　　　 (3) 原气体中是否有一种或几种肯定存在于尾气之中？___________(填“有”或“没有”)。若有，它们(或它)是______________。