3. 硅酸盐产品(传统材料)

水泥:

生产原料：有黏士(主要成分为硅酸盐)，石灰石。

设备：水泥回转窑(高温煅烧)。

石膏：调节水泥的硬化速率。

普通玻璃:

生产的原料：石英、纯碱、石灰石

设备：玻璃熔炉(高温熔融)

制玻璃的主要反应：SiO₂ + Na₂CO₃ 　Na₂SiO₃ + CO₂↑,SiO₂ + CaCO₃ 　CaSiO₃ + CO₂↑.

陶瓷:

主要原料：粘土、石英砂

[典题解悟]

[例1]熔融烧碱应选用的器皿是(　)

　　A．石英坩埚　　　　　B．普通玻璃坩埚

　　C．生铁坩埚　　　　　D．陶瓷坩埚

　解析：石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO₂，高温下，烧碱能与SiO₂反应而使坩埚腐蚀：SiO₂+2NaOHNa₂SiO₃+H₂O，铁在高温下不与NaOH反应。

　答案：C

　点评：实验中选用器皿，既要考虑器皿材料的熔点，又要考虑材料与所盛物质之间能否反应。

　[例2]高岭土的组成可表示为Al₂Si­₂Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是(　)

　　A．7、2　　B．5、4　　 C．6、3　　 D．3、6

　解析：解答此题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而本题要用解不定方程的知识。根据化合价规则，Al为+3价，Si为+4价，O为－2价，OH为－1价，则有

　2×(+3)+2×(+4)+x×(－2)+y×(－1)＝0，化简得2x+y＝14，将A-D中x、y值代入，只有B项符合方程。

　答案：B

　点评：由于该化合物中各元素无变价，很容易根据化合物中各元素(或原子团)化合价代数和为零建立不定方程。

　[例3]三硅酸镁被用来治疗胃酸过多的胃溃疡，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸镁Mg₂Si₃O₈·nH₂O改写成氧化物的形式为______，它中和胃酸(HCl)的化学方程式是_________________________。

　解析：本题若直接写三硅酸镁与盐酸的反应，很多学生会感到无从入手或写错方程式。但若能将此硅酸盐改写成氧化物的形式，便可看出该反应可看作是判断碱性氧化物(MgO)、酸性氧化物(SiO₂)能否与盐酸反应的问题。

　答案：2MgO·3SiO₂·nH₂O；

　2MgO·3SiO₂·nH₂O+4HCl2MgCl₂+3SiO₂+(n+2)H₂O。

　点评：解题依据是：碱性氧化物与酸反应生成盐和水，酸性氧化物不与酸(盐酸)反应。

[当堂检测]

[课堂练习1]给下列溶液中通入CO₂气体，不可能产生沉淀的是　　　　 (　　　　 )　　　

(A)氯化钙和硝酸钡的混合液　　　　　　　 (B)稀的水玻璃

(C)偏铝酸钠溶液　　　　　　　　　　　　 (D)碳酸钠饱和溶液

[课堂练习2]在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是 (　　　　 )　　　　　

　 (A)生石灰　　 (B)石灰石　　 (C)石英　　 (D)纯碱

[课堂练习3] 应用带胶塞的玻璃试剂瓶保存的溶液是　　　　　　　　　　　　　　　　 (　　　　 )

(A)烧碱　　 (B)硫酸钠溶液　　 (C)水玻璃　　 (D)浓硫酸

[课堂练习4] 氮化铝(AlN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。在一定条件下，氮化铝可通过如下反应合成：

　 Al₂O₃ + N₂ + 3C 2AlN + 3CO

下列叙述正确的是(　 )

　 A．在氮化铝的合成反应中，N₂是还原剂，Al₂O₃氧化剂

B．上述反应中每生成2molAlN，N失去6mol电子

C．氮化铝中氮元素的化合价为－3　　　

D．氮化铝是铝合金中的一种

[课堂练习5]下列物质属于纯净物的是　 ①水玻璃 ②水泥 ③玻璃 ④漂白粉 ⑤胆矾 ⑥氯水 ⑦液氯　 (　　 )

A. ①④　　　 　B. ①⑤　　　 　C. ①⑤⑥　　　 　D. ⑤⑦

[课堂练习6]氢氧化铝胶囊、碳酸氢钠粉剂都因能同胃酸反应，曾用来治疗胃酸过多。三硅酸镁(2MgO·3SiO₂·nH₂O)和氢氧化铝胶囊一样，在治疗时作用更持久。试写出三硅酸镁同胃酸的主要成分作用的离子方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

2MgO·3SiO₂·nH₂O+4H⁺2Mg²⁺+3SiO₂+(n+2)H₂O。

2．Na₂SiO₃的性质：Na₂SiO₃易溶于水，水溶液俗称“水玻璃”。

化学性质：(1)水溶液呈碱性(用PH试纸测)，通CO₂有白色沉淀：Na₂SiO₃ + CO₂ +2 H₂O == Na₂CO₃ + H₄SiO₄↓(原硅酸，白色胶状沉淀)，离子方程式：SiO₃^2－ + CO₂ +2 H₂O ＝＝ CO₃^2－ + H₄SiO₄↓。

原硅酸不稳定，易失水成硅酸：H₄SiO₄ == H₂SiO₃ + H₂O(硅酸在方程式中可代替原硅酸书写。)

硅酸受热分解：H₂SiO₃ 　H₂O + SiO₂ ，

原硅酸和硅酸都是难溶于水的弱酸，酸性：H₂CO₃强于H₄SiO₄或H₂SiO₃。

(2)硅酸钠溶液中滴加稀盐酸有白色沉淀：

Na₂SiO₃ + 2HCl == 2NaCl + H₂SiO₃↓，

离子方程式：SiO₃^2－ + 2H⁺ == H₂SiO₃↓.

(3)硅酸和氢氧化钠反应：H₂SiO₃ + 2NaOH == Na₂SiO₃ + 2H₂O.

离子方程式：H₂SiO₃ + 2OH^－ ＝＝SiO₃^2－ +2H₂O 。

1.硅酸盐的结构：

(1)硅酸盐的结构复杂，常用氧化物的形式表示比较方便。硅酸盐结构稳定，在自然界中稳定存在。

(2)氧化物形式书写的规律：

①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。

②顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“•”间隔。

③注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。

2、铜的冶炼

工业上是高温冶炼黄铜矿得到粗铜，然后用电解方法精练得到纯度很高的精铜，电解中将粗铜连在电源的正极，精铜连在电源的负极，用可溶性的铜盐做电解液。这样通电一段时间后，粗铜上的铜就不断溶下，在精铜表面析出。

1、铜的性质

(1)物理性质

铜是紫红色的金属，是电和热的良导体，广泛用作导线，密度8.9g/cm³。

(2)化学性质

铜是较不活泼的金属，自然界中有少量的单质铜存在，大部分是化合态如黄铜矿(CuFeS₂),孔雀石(CuCO₃·Cu(OH)₂)等。

铜在一定条件下可发生如下反应：

①与非金属单质反应：2Cu + O₂ 　2CuO(黑色),Cu + Cl₂ 　CuCl₂(棕黄色的烟)

2Cu + S 　Cu₂S(黑色)

②与某些盐溶液反应：Cu + 2FeCl₃ == 2FeCl₂ + CuCl₂ ,Cu + 2AgNO₃ == Ag + Cu(NO₃)₂。

(二)具体方程式：

　6、铁的冶炼

原料：铁矿石(提供铁元素)、焦炭(提供热量和还原剂)、空气(提供氧气)、石灰石(除去铁矿石中的二氧化硅杂质)。

设备：高炉。

主要反应：C + O₂ CO₂ , C + CO₂ 　2CO (这两个反应是制造还原剂并提供热量),

3CO + Fe₂O₃ 　2Fe + 3CO₂ ,

CaCO₃ 　CaO + CO₂↑ ,

CaO + SiO₂ 　CaSiO₃.

从高炉中出来的铁含有2－4.5%的C和其他杂质，性能差，需进一步的炼制得到性能较好的钢。高炉的尾气常含有CO有毒气体，常采取净化后循环使用的方法。

7、钢铁的腐蚀及防腐

(1)钢铁的腐蚀有化学腐蚀和电化腐蚀。

化学腐蚀：是指钢铁等金属遇周围的物质接触直接发生化学反应而引起的腐蚀。如铁与氯气的反应腐蚀。

电化腐蚀：是指钢铁在表面有电解质的环境下，铁失去电子，钢铁内的碳周围的氧气和水或氢离子得到电子而引起的腐蚀。如是氧气和水得到电子的腐蚀称吸氧腐蚀；而氢离子得电子的腐蚀称析氢腐蚀。我们在生活中常见到得铁锈就是钢铁得吸氧腐蚀得结果。吸氧腐蚀是钢铁电化腐蚀的主要形式。

(2)防腐措施：

①在钢铁表面覆盖保护层；

②在钢铁中加入一定量得铬、镍元素，改变钢铁内部结构；

③在钢铁表面镶嵌比铁活泼得金属如锌；在腐蚀时，锌先失去电子；

④将需要保护得钢铁接在不断有电子输出得电源得负极，使铁不可能失去电子。

(一)“铁三角”关系

1.铁的性质

(1)物理性质：铁是一种可以被磁铁吸引的银白色金属，纯铁的熔点较高(1535℃)，防腐能力强。密度7.83g/cm³，是电和热的良导体。但是通常炼制的铁中含有碳等杂质，使铁的熔点降低，防腐能力大大下降。

(2)化学性质：铁是活泼的金属，在自然界中只有化合态形式，如磁铁矿(Fe₃O₄)，赤铁矿(Fe₂O₃)等。

①　　 与非金属单质反应：3Fe + 2O₂ 　Fe₃O₄(Fe₂O₃·FeO),

2Fe + 3Cl₂ 2FeCl₃,　 2Fe + 3Br₂ 2FeBr₃,

Fe + I₂ FeI₂ , Fe + S 　FeS

②高温与水蒸气反应：3Fe + 4H₂O(g) Fe₃O₄ + 4H₂↑。

③与酸反应：强氧化性酸：常温下浓硫酸和浓硝酸使铁钝化。

非强氧化性酸：铁与酸反应有氢气放出。

④与某些盐溶液反应：如Fe + CuSO₄ == Cu + FeSO₄ ,　 Fe +2 FeCl₃ == 3FeCl₂等。

2、铁的氧化物

3、铁的氢氧化物

	Fe(OH)2	Fe(OH)3
主要性质	白色难溶于水的沉淀，不稳定，易被氧化成氢氧化铁，颜色变化为：白色－灰绿色－红褐色。反应式：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O == 4Fe(OH)3。因此在制备时常采取措施：除溶液中的氧；加有机溶剂封住液面；胶头滴管要伸入到溶液中。	红褐色难溶于水的沉淀，受热易分解。2Fe(OH)3 　Fe2O3 + 3H2O ,能溶于强酸溶液，生成相应的盐。

4、Fe²⁺、Fe³⁺的检验：

5、Fe、Fe²⁺、Fe³⁺的相互转化

2、反应离子方程式：

(1)　　　　　　　　　　　　　　　

(2)　　　　　　　　　　　　　　　

[变式训练]

现有下列几种情况,分别用哪种图象表示?

(1)向AlCl₃溶液中加入氨水　　　　　　　　　 (2)向NaAlO₂溶液中通入CO₂

(3)向HCl和AlCl₃溶液中加入NaOH溶液　　　　 (4)向MgCl₂和AlCl₃溶液中加入NaOH溶液

　(5)向AlCl₃和NH₄Cl混合溶液中加入NaOH溶液

[课堂练习1]

　 　　下列各组中的两种溶液，用相互滴加的实验方法即可鉴别的是(　　 )

A .硫酸铝和氢氧化钠　 　　　　　　B .硫酸铝和氨水　

C .偏铝酸钠和硫酸　　　　　　　　 D .硫酸铜和氢氧化钠

[课堂练习2]

　　　 向30 mL 某浓度的AlCl₃溶液中逐渐加入浓度为4 mol/L的NaOH溶液，产生沉淀与加入NaOH溶液体积的关系如图所示。若产生0.78g白色沉淀，则加入的溶液的体积可能为(　　 )

A. 3mL　 B. 7.5mL　 C. 15mL　 D. 27.5mL

[课堂练习3]

将某质量的镁铝合金溶解在500mL盐酸中，向反应后的溶液中逐滴加入1mol/LNaOH溶液，产生沉淀质量与碱溶液体积的关系如图所示。求:：

(1)盐酸的物质的量浓度(假设反应后溶液体积不变)。

(2)合金中镁和铝的质量。

[思维拓展]

把NaOH、MgCl₂、AlCl₃三种固体组成的混合物溶于足量水后，产生0.58g白色沉淀，再向所得悬浊液中逐滴加入0.5mol/L HCl溶液，加入

HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如下图所示。

试回答：

(1)混合物中各物质的物质的量：

NaOH是　　　 mol，AlCl₃是　　mol，

MgCl₃是　 　mol。

(2)C点所加的盐酸的体积是　　　 ml。

1、实验现象：　　　　　　　　　　　　 3、图像

(1)　　　　　　　　　　　　　　　　

(2)