化学自习室移动版

    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+3O₂2Al₂O₃         Si+O₂SiO₂

   ②与许多非金属单质发生反应(如卤素、氮气、碳等)。

   2Al+3F₂==2AlF₃           Si+2F₂==SiF₄

   2Al+3Cl₂2AlCl₃      Si+2Cl₂SiCl₄

   2Al+N₂2AlN        3Si+2N₂Si₃N₄

   4Al+3C Al₄C₃        Si+C 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^-

   2Al+2OH^－+6H₂O==2AlO₂^－+3H₂↑+4H₂O

   或2Al+2OH^－+6H₂O==2[Al(OH)₄]^－+3H₂↑

         4e^- 

    Si+2OH^－+4H₂O ==SiO₃^2－+2H₂↑+3H₂O

   ④与某些金属氧化物反应：

   2Al+3FeOAl₂O₃+3Fe  Si+2FeOSiO₂+2Fe

   ⑤与某些强氧化性酸反应：

   Al+6HNO₃(浓)Al(NO₃)₃+3NO₂↑+3H₂O

   Si+4HNO₃(浓)SiO₂+4NO₂↑+2H₂O

   ⑥还原适量的氢氟酸：

   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，均表现酸酐通性。

   ①两兄弟均不溶于水，均是高熔点、高硬度的氧化物，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^－== SiO₃^2－+H₂O

   ③与某些碱性氧化物反应：

   Al₂O₃+CaOCa(AlO₂)₂    SiO₂+CaOCaSiO₃

   ④与某些盐反应：

   Al₂O₃+Na₂CO₃2NaAlO₂+CO₂↑    SiO₂+Na₂CO₃Na₂SiO₃+CO₂↑

   ⑤与适量氢氟酸反应：

   Al₂O₃+6HF==2AlF₃+3H₂O     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^－==SiO₃^2－+2H₂O

   ②受热均可分解，显示出不稳定性：

   2Al(OH)₃Al₂O₃+3H₂O   H₂SiO₃SiO₂+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^－+2H₂OAl(OH)₃+OH^－    SiO₃^2－+2H₂OH₂SiO₃+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

   SiO₃^2－+2H⁺+H₂O==H₄SiO₄↓或SiO₃^2－+2H⁺==H₂SiO₃↓

   AlO₂^－+CO₂+2H₂O==Al(OH)₃↓+HCO₃^－

   或 [Al(OH)₄]^－+CO₂==Al(OH)₃↓+HCO₃^－

   SiO₃^2－+2CO₂+2H₂O==H₄SiO₄↓+2HCO₃^－

   或SiO₃^2－+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

   SiO₃^2－+2NH₄⁺+H₂O==H₄SiO₄↓+2NH₃↑

   或SiO₃^2－+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。