( 2)铵盐
物理性质:白色晶体,易溶于水
化学性质:①受热分解: NH 4 HCO 3 NH 3↑+ H 2 O+ CO 2↑; NH 4 Cl NH 3↑+ HCl↑。
②与碱反应: Ca( OH) 2+ 2 NH 4 Cl CaCl 2+ 2 NH 3↑+ 2 H 2 O
铵盐与碱液反应的离子方程式: NH 4++ OH— NH 3↑+ H 2 O(可用于氨气的制取和铵根离子的检验)
( 3) NH 4+的检验:
①检验固态铵盐不必加热,只需取少量晶体与石灰拌和有氨的特殊气味即可;
②若是铵盐溶液,为了使更多的 NH 3放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则必须加热。
③铵盐溶液与强碱溶液反应的离子方程式有三种写法:
a、浓溶液不加热写成: NH 4++ OH—= NH 3+ H 2 O;
b、稀溶液不加热写成 NH 4++ OH—= NH 3· H 2 O;
c、不论浓、稀,只要加热则写成: NH 4++ OH— NH 3↑+ H 2 O。
铵盐与碱共热都能产生氨气:( NH 4) 2 SO 4+ NaOH Na 2 SO 4+ 2 NH 3↑+ 2 H 2 O。
实验室常用加热铵盐和碱的混合物制取氨气,反应生成的氨气用湿润的红色石蕊试纸检验。
( 4)氨、液氨、氨水、铵之间的区别:
氨:无色有刺激性气味的气体,比空气轻。氨分子是一种呈三角锥形的极性分子,极易溶于水,易液化。液氨是氨气液化的产物,仍然是氨分子,属纯净物。
氨水是氨气的水溶液,是混合物: NH 3+ H 2 O NH 3· H 2 O NH 4++ OH—。氨水中微粒有: NH 3、 H 2 O、 NH 3· H 2 O、 NH 4+、 OH—、极少量的 H+。氨水浓度越大,密度越小。
铵( NH 4+)是带一个单位正电荷的离子,不能单独存在,只能在铵盐或氨水中与阴离子共存。凡是含 NH 4+的盐叫铵盐,铵盐易溶于水。铵盐不稳定,加热易分解。
氨与铵可相互转化: NH 3 NH 4+, NH 4+与强碱反应放出 NH 3。
3、硝酸
知识框架:
注意:硝酸可与某些还原性物质反应(如 FeO): 3 FeO+ 10 HNO 3(稀)= 3 Fe( NO 3) 3+ NO↑+ 5 H 2 O。
有些金属(如铁、铝等)在冷的浓硝酸中发生钝化。故可以用于运输冷的浓硝酸。
王水:浓硝酸与浓盐酸的混合物,其体积比为 1:3。可溶解金、铂、钛等金属。
NO 3—离子的检验:
晶体或浓溶液与浓硫酸、 Cu共热时,若产生红棕色气体则含 NO 3—;若为稀溶液则先浓缩。
(四)碳和硅
知识网络:
1、碳族元素
①碳族元素的特征:碳族元素原子最外层电子数为 4,既不容易失去电子,又不容易得到电子,易形成共价键,难形成离子键。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大,熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。
②碳族元素的化合价:碳族元素的主要化合价有+ 2,+ 4,其中铅+ 2价稳定,其余元素+ 4价稳定。
③碳族元素的递变规律:从上到下电子层数增多,原子半径增大,原子核对最外层电子的吸引能力减弱,失电子的能力增强,从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。其中碳是非金属,锡、铅是金属,硅、锗是半导体材料。
④碳族元素在自然界里的存在:自然界里碳有游离态和化合态两种;硅在地壳里无游离态,主要以含氧化合物的形式存在。
⑤几种同素异形体:碳:金刚石、石墨、 C 60、 C 70等;硅:晶体硅,无定形硅。
2、 C和 Si单质性质及其用途的比较
Si的制备:在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅: 2 C+ SiO 2 2 CO↑+ Si,将制得的粗硅,再与 C 1 2反应后,蒸馏出 SiCl 4,然后用 H 2还原 SiCl 4可得到纯硅。有关的反应为: Si十 2 C 1 2 SiCl 4、 SiCl 4+ 2 H 2 Si+ 4 HCl。
3、 CO的性质
不溶于水,有毒( CO和血红蛋白结合,使血红蛋白无法和 O 2结合,而使细胞缺氧引起中毒),但由于 CO无色无味因此具有更大的危险性。
①可燃性: 2 CO+ O 2 2 CO 2
②还原性: CO+ CuO CO 2+ Cu, CO+ H 2 O (g) CO 2+ H 2 O
4、 CO 2和 SiO 2的比较
( 1) CO 2是直线型( O= C= O)非极性分子,固态 CO 2俗称干冰,能升华,常用于人工降雨。
实验室制法: CaCO 3+ 2 HCl= CaCl 2+ CO 2↑+ H 2 O。
( 2) SiO 2的用途
光导纤维:从高纯度的 SiO 2或石英玻璃熔融体中,拉出的直径约 100μ m的细丝,这种纤维称为光导纤维。光纤通信是一种新技术,它将光信号在光导纤维中进行全反射传播,取代了电信号在铜线中的传播,达到两地通信的目的。光纤通信优点:信息传输量大,每根光缆可同时通过 10亿路电话;原料来源广;质量轻,每千米 27克;不怕腐蚀,铺设方便;抗电磁干扰,保密性好。
石英的主要成分是 SiO 2,可用来制造石英玻璃。石英晶体中有时含有其他元素的化合物,它们以溶解状态存在于石英中,呈各种颜色。纯净的 SiO 2晶体叫做水晶,它是六方柱状的透明晶体,是较贵重的宝石。水晶或石英在受压时能产生一定的电场,这种现象被称为“压电效应”。后来这种“压电效应”被应用在电子工业及钟表工业和超声技术上。
5、硅酸和硅胶
①硅酸:一般的无机含氧酸不同,硅酸难溶于水。硅酸有多种形式,如 H 4 SiO 4、 H 2 SiO 3、 H 2 Si 2 O 5等。一般用通式 xSiO 2· yH 2 O表示,由于“ H 2 SiO 3”分子式最简单,习惯采用 H 2 SiO 3作为硅酸的代表。
②硅酸酸性比碳酸还弱,由下列反应可证明: Na 2 SiO 3+ CO 2+ H 2 O= H 2 SiO 3↓+ Na 2 CO 3
③硅胶:刚制得的硅酸是单个小分子,能溶于水,在存放过程中,它会逐渐失水聚合,形成各种多硅酸,接着就形成不溶于水,但又暂不从水中沉淀出来的“硅溶胶”。如果向硅溶胶中加入电解质,则它会失水转为“硅凝胶”。把硅凝胶烘干可得到“硅胶”。烘干的硅胶是一种多孔性物质,具有良好的吸水性。而且吸水后还能烘干重复使用,所以在实验室中常把硅胶作为作为干燥剂。
6、碳酸盐和硅酸盐
( 1)碳酸盐
①溶解性: Ca( HCO 3) 2> CaCO 3; Na 2 CO 3> NaHCO 3。
②热稳定性: Na 2 CO 3> CaCO 3;碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na 2 CO 3> NaHCO 3。
③相互转化:碳酸正盐碳酸酸式盐(除杂用)
( 2)硅酸盐
①硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分,其结构复杂,组成可用氧化物的形式表示。例如:硅酸钠 Na 2 SiO 3( Na 2 O· SiO 2);镁橄榄石 Mg 2 S iO 4( 2 MgO· SiO 2);高岭石 Al 2( Si 2 O 5) (OH) 4( A 1 2 O 3· 2 SiO 2· 2 H 2 O)
注意:硅酸盐写法与氧化物写法中各元素的化合价保持不变,原子个数比相等;表示顺序一般为:活泼金属的氧化物·较活泼金属的氧化物·二氧化硅·水
②云母、滑石、石棉、高岭石等,它们都属于天然的硅酸盐。
③人造硅酸盐:主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。
④硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,难溶于水,有很广泛的用途。最简单硅酸盐是硅酸钠,其水溶液俗称水玻璃,是一种矿物胶,可作粘合剂,防腐剂。
7、无机非金属材料
( 1)传统无机非金属材料
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。
①普通水泥的主要成分是硅酸三钙( 3 CaO· SiO 2)、硅酸二钙( 2 CaO· SiO 2)和铝酸三钙( 3 CaO· Al 2 O 3),水泥具有水硬性,水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。
②制玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英,主要反应是: SiO 2+ Na 2 CO 3 Na 2 SiO 3+ CO 2↑、 SiO 2+ CaCO 3 CaSiO 3+ CO 2↑,玻璃是无固定熔点的混合物。加入氧化钴后的玻璃呈蓝色,加入氧化亚铜后的玻璃呈红色,普通玻璃一般呈淡绿色,这是因为原料中混有二价铁的缘故。
③制造陶瓷的主要原料是黏土,黏土的主要成分: Al 2 O 3· 2 SiO 2· 2 H 2 O。
( 2)新型无极非金属材料
( 3)材料的分类:
8、硅及其化合物的“反常”
① Si的还原性大于 C,但 C却能在高温下还原出 Si: SiO 2+ 2 C Si+ 2 CO↑
②非金属单质跟碱液作用一般无 H 2放出,但 Si却放出 H 2: Si+ 2 NaOH+ H 2 O= Na 2 SiO 3+ 2 H 2↑
③非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但 Si能与 HF作用: Si+ 4 HF= SiF 4+ 2 H 2↑
④非金属单质大多为非导体,但 Si为半导体。
⑤ SiO 2是 H 2 SiO 3的酸酐,但它不溶于水,不能直接将它与水作用制备 H 2 SiO 3。
⑥酸性氧化物一般不与酸作用,但 SiO 2能跟 HF作用: SiO 2+ 4 HF= SiF 4+ 2 H 2 O
⑦无机酸一般易溶于水,但 H 2 SiO 3难溶于水。
⑧因 H 2 CO 3的酸性大于 H 2 SiO 3,所以在 Na 2 SiO 3溶液中通人 CO 2能发生下列反应: Na 2 SiO 3+ CO 2+ H 2 O= H 2 SiO 3↓+ Na 2 CO 3,但在高温下 SiO 2+ Na 2 CO 3 Na 2 SiO 3+ CO 2↑也能发生。
⑨ Na 2 SiO 3的水溶液称水玻璃,但它与玻璃的成分大不相同,硅酸钠水溶液(即水玻璃)称泡花碱,但它却是盐的溶液,并不是碱溶液。