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“孪生兄弟”——铝硅

来源:未知作者:翟娜 点击:所属专题: 铝及其化合物 硅及其化合物 对角线规则
在学习元素化合物知识时,常将非金属或金属元素及其化合物单独分开归类进行学习。这里试图打破常规,跳出自然族的框架,另避蹊径,将同周期的铝、硅元素作为“孪生兄弟”进行对比学习,寻求共性。 一、理论依据 根据元素周期表知识可知:位于第三周期的铝、硅是隔壁邻居,且

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    在学习元素化合物知识时,常将非金属或金属元素及其化合物单独分开归类进行学习。这里试图打破常规,跳出自然族的框架,另避蹊径,将同周期的铝、硅元素作为“孪生兄弟”进行对比学习,寻求共性。

   一、理论依据

   根据元素周期表知识可知:位于第三周期的铝、硅是隔壁邻居,且均处于金属和非金属的分界线附近,同桌的你,是同学,是兄弟,是双胞胎。铝、硅元素的体征相 貌虽然各异,一是金属,一是非金属;一是典型的非金属材料,一是重要的金属材料;但性格十分相似,既表现某些金属性质,又表现某些非金属性质。不信你可以 现场考察:铝、硅元素及其化合物有着许多共性之处。

   二、共性表现

   1.铝、硅的脾气相投,都喜欢广交氧化剂为朋友,均表现还原性。

   ①在氧气中加热后均能燃烧,同时放出大量热。

   2Al+3O2“孪生兄弟”——铝硅2Al2O        Si+O2“孪生兄弟”——铝硅SiO2

   ②与许多非金属单质发生反应(如卤素、氮气、碳等)。

   2Al+3F2==2AlF          Si+2F2==SiF4

   2Al+3Cl2“孪生兄弟”——铝硅2AlCl3      Si+2Cl2“孪生兄弟”——铝硅SiCl4

   2Al+N2“孪生兄弟”——铝硅2AlN        3Si+2N2“孪生兄弟”——铝硅Si3N4

   4Al+3C “孪生兄弟”——铝硅Al4C3        Si+C “孪生兄弟”——铝硅SiC

   ③与强碱溶液反应,其单质失去的电子均由水中氢离子获得,故注明电子转移方向和数目时,应在化学方程式两边加上一定数目的水分子。

          6e-

       “孪生兄弟”——铝硅

   2Al+2OH+6H2O==2AlO2+3H2↑+4H2O

   或2Al+2OH+6H2O==2[Al(OH)4]+3H2

         4e- 

      “孪生兄弟”——铝硅

    Si+2OH+4H2O ==SiO32+2H2↑+3H2O

   ④与某些金属氧化物反应:

   2Al+3FeO“孪生兄弟”——铝硅Al2O3+3Fe  Si+2FeO“孪生兄弟”——铝硅SiO2+2Fe

   ⑤与某些强“孪生兄弟”——铝硅氧化性酸反应:

   Al+6HNO3(浓)“孪生兄弟”——铝硅Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O

   Si+4HNO3(浓)“孪生兄弟”——铝硅SiO2+4NO2↑+2H2O

   ⑥还原适量的“孪生兄弟”——铝硅氢氟酸

   2Al+6HF==2AlF3+3H2↑  Si+4HF==SiF4↑+2H2↑ 

   2氧化铝、二氧化硅体貌相同,都属于氧化物的身份,表现“孪生兄弟”——铝硅酸酐通性。

   ①两兄弟均不溶于水,均是高熔点、高“孪生兄弟”——铝硅硬度的氧化物,均可作耐火材料;均可在高岭土(主要成分:Al2O3•2SiO2•2H2O)、正长石(主要成分:K2O•Al2O3•6SiO2)、钠长石(主要成分:Na2O•Al2O3•6SiO2)等矿石中共生;水泥主要成分中均含有两兄弟:硅酸三钙(3CaO•SiO2)、硅酸二钙(2CaO•SiO2)、铝酸三钙(3CaO•Al2O3);均为两种酸的酸酐,Al2O3虽属两性氧化物,但他是H3AlO3或HAlO2的酸酐,即铝酸酐或偏铝酸酐,SiO2是H4SiO4或H2SiO3的酸酐,即原硅酸酐或硅酸酐。

   ②与强碱溶液反应:

   Al2O3+2OH==2AlO2+H2O或Al2O3+2OH+3H2O==2[Al(OH)4]

   SiO2+2OH== SiO32+H2O

   ③与某些碱性氧化物反应:

   Al2O3+CaO“孪生兄弟”——铝硅Ca(AlO2)2    SiO2+CaO“孪生兄弟”——铝硅CaSiO3

   ④与某些盐反应:

   Al2O3+Na2CO3“孪生兄弟”——铝硅2NaAlO2+CO2↑    SiO2+Na2CO3“孪生兄弟”——铝硅Na2SiO3+CO2

   ⑤与适量氢氟酸反应:

   Al2O3+6HF==2AlF3+3H2    SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

    3.氢氧化铝、硅酸性格相似,都是既喜欢结交异性又不太稳重,均表现出不溶性酸的性质。

   ①与强碱溶液反应:

   Al(OH)3+OH==AlO2+2H2O或Al(OH)3+OH==[Al(OH)4]

   H2SiO3+2OH==SiO32+2H2O

   ②受热均可分解,显示出不稳定性:

   2Al(OH)3“孪生兄弟”——铝硅Al2O3+3H2  H2SiO3“孪生兄弟”——铝硅SiO2+H2O

   4.可溶性的偏铝酸盐与硅酸盐面目相同,都会在水中显出自己的勇敢行为,均表现弱酸盐的性质。

   ①水解均显碱性:

   AlO2+2H2O“孪生兄弟”——铝硅Al(OH)3+OH    SiO32+2H2O“孪生兄弟”——铝硅H2SiO3+2OH

   ②与适量强酸或通入过量CO2以及加入酸性强于偏铝酸与硅酸的酸,均生成白色胶状沉淀。

   AlO2+H++H2O==Al(OH)3↓或[Al(OH)4]+H+==Al(OH)3↓+H2O

   SiO32+2H++H2O==H4SiO4↓或SiO32+2H+==H2SiO3

   AlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+HCO3

   或 [Al(OH)4]+CO2==Al(OH)3↓+HCO3

   SiO32+2CO2+2H2O==H4SiO4↓+2HCO3

   或SiO32+2CO2+H2O==H2SiO3↓+2HCO3

   ③与水解呈酸性的盐(如氯化铵、氯化铁等)均发生互相促进水解反应:

   AlO2+NH4++H2O==Al(OH)3↓+NH3

   或[Al(OH)4]+NH4+==Al(OH)3↓+NH3↑+H2O

   SiO32+2NH4++H2O==H4SiO4↓+2NH3

   或SiO32+2NH4+==H2SiO3↓+2NH3

   5.氯化铝与四氯化硅、氮化铝与氮化硅模样相仿,都酷爱水姑娘,与水均发生能强烈水解。

   ①氯化铝、四氯化硅与水均发生能强烈水解并产生大量白雾。

   AlCl3+3H2O==Al(OH)3↓+3HCl↑  SiCl4+3H2O==H2SiO3↓+4HCl↑

   ②氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷均有较高的硬度和耐磨性、较强的抗化学侵蚀性和电绝缘性、耐高温等良好性能。但粉末状的氮化铝与氮化硅在水中均不稳定,均可发生水解反应。

   AlN+3H2O==Al(OH)3↓+NH3↑     Si3N4+9H2O==3H2SiO3↓+4NH3

   三、结束语

   在学习铝元素的两性时,硅元素的性质可迁移学习,既有利于突破铝元素两性这一重难点知识,又有利于巩固与碳元素有别的硅元素性质。真可谓“孪生兄弟”相得益彰。

(责任编辑:化学自习室)
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