高中化学丨硅及其化合物的性质与用途!

原标题:高中化学丨硅及其化合物的性质与用途!

一、硅单质

一、硅单质

1 硅的含量、存在及结构

1 )含量:地壳中,硅的含量在所有的元素中居第二位( 质量分数为26.3%),仅次于氧。

2 )存在形态:自然界中无游离态的硅。硅的化合物几乎全部是二氧化硅硅酸盐,它广泛地存在于地壳的各种矿物和岩石中。硅是构成矿物和岩石的主要元素。

3 )结构:硅位于元素周期表中第三周期A ,碳的下方,最外层有4 个电子,原子结构为

,所以硅原子既不易得电子,也不易失电子。

4 )硅单质的分类:单质硅有晶体无定形两种。

2 .晶体硅的物理性质和结构

(1) 物理性质:晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体,熔点高(1410 ℃) 、硬度,有脆性,是良好的半导体材料。

(2) 结构:与金刚石相似。

3 硅的化学性质

(1) 常温时,硅的化学性质不活泼,不能与硫酸、硝酸等反应,但能跟F2反应:

Si 2F2SiF 4

(2) 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si能跟HF作用:

Si 4HFSiF42H2

(3) 非金属单质跟碱作用一般无H2放出,但Si 能跟强碱溶液作用放出H2

Si 2NaOHH2O Na2SiO32H 2

(4) 还原性

在加热条件下,硅能与Cl 2O 2C 等反应, 反应的化学方程式为

Si O2SiO2

Si 2Cl2SiCl4

Si CSiC

4 .硅的工业制取

工业上用碳在高温下还原SiO 2的方法制得含有少量杂质的粗硅,经过提纯后可以得到高纯硅,其主要反应的化学方程式为

(1)制取粗硅

2C SiO22CO↑ Si

(Si 的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si)

(2) 粗硅提纯

Si 2Cl2SiCl4

SiCl42H 2Si 4HCl

5 .硅的用途

(1)半导体材料,如硅芯片等。

(2)新型电池,如光电池等。

二、二氧化硅

二、二氧化硅

1 .存在形态:

二氧化硅的存在形态有结晶形和无定形两大类。石英晶体是结晶的二氧化硅,具有不同的晶形和色彩,其中无色透明的晶体就是玛瑙

2 .结构:二氧化硅晶体中硅原子和氧原子按1∶2的个数比组成立体网状结构。

3 .物理性质熔点、硬度溶于水。

4 化学性质:二氧化硅的化学性质很不活泼,常见的反应如下:

1 与酸反应

SiO2 + 4HF=SiF4+2H2O

用途:刻蚀玻璃

在玻璃表面涂上一层石蜡

②在石蜡上雕刻出花纹,向挖空部分加少量氢氟酸

洗掉酸并去掉石蜡

注意:氢氟酸不能用玻璃瓶盛装,而盛在塑料瓶。

2 与烧碱反应

SiO2+2NaOH = Na2SiO3+H2O

2NaOH+CO 2=Na2CO3+H2O

过:NaOH+CO 2=NaHCO3

思考为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞( 玻璃中含有SiO2)?

当玻璃瓶配玻璃塞时,瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含SiO 2,磨砂玻璃遇到强碱(NaOH) 溶液时,SiO2会与强碱(NaOH) 反应生成硅酸盐(Na2SiO3) ,使试剂瓶受到腐蚀。硅酸盐(Na2SiO3) 溶液有良好的黏结性,它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。方程式:SiO22NaOH Na2SiO3H 2O

3 CaO 反应

SiO2+CaOCaSiO3

CaO+CO2=CaCO3

4 与碳酸盐反应

SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2

SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2

5 CO2SiO 2的性质比较

CO2SiO 2都属于酸性氧化物,化学性质有一定的相似性,但在物理性质和某些化学性质方面却有很大的差异。

6用途

(1) 制备光导纤维

(2) 制备石英表、石英钟

(3) 制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品、眼镜片、精密仪器等。

三、硅酸

三、硅酸

1 硅酸简介:

(1)化学式H 2SiO3

(2)俗称:硅酸干凝胶俗称硅胶

(3)硅酸与强碱反应

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O

(4)目前被确认的有

正硅酸( 原硅酸)H4SiO4(x=1 y=2)

偏硅酸H2SiO3(x=1,y=1)

二硅酸H2Si2O5(x=2 y=1)

焦硅酸H6Si2O7(x=2 y=3)

硅酸组成复杂,随条件而异。一般用通式xSiO2·yH2O表示,由于“H2SiO3分子式最简单,习惯采用H2SiO3作为硅酸的代表。硅酸在水中溶解度较小,呈弱酸性。

(5)保存:密封保存

2硅酸的物理性质和化学性质

(1)物理性质:不溶于水的白色沉淀,原硅酸(H 4SiO4) 是白色胶状沉淀

(2)化学性质:

不稳定性:H2SiO3SiO2+H2O

硅酸酸性很弱,与强碱反应:

H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O

(3)硅酸的制取

SiO2对应的水化物是硅酸(H 2SiO3) ,可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应而制得。硅酸的酸性很弱,甚至比H 2CO3还要弱,所以CO 2通入Na 2SiO3溶液中可以得到硅酸,也可用盐酸与Na 2SiO3溶液反应生成H 2SiO3,反应的方程式如下:

Na2SiO3溶液与CO 2反应:Na2SiO3CO 2H 2O Na2CO3H 2SiO3

Na2SiO3溶液与盐酸反应:Na2SiO32HCl 2NaClH2SiO3

所生成的H 2SiO3能形成胶体溶液,浓度大时形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶,经脱水干燥形成硅胶。硅胶疏松多孔,吸附水分能力强,常用做干燥剂和催化剂的载体。

3、硅酸的用途

用作气体的吸附剂,油脂和蜡等的脱色剂,催化剂载体,以及分析化学试剂等。

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,所以常用硅胶作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂。

四、硅酸盐

四、硅酸盐

1硅酸盐的概念和性质

(1) 概念:由硅、氧和金属组成的化合物的总称。

(2) 性质:是一类结构复杂的固态物质,大多溶于水,化学性质很稳定

2硅酸钠

(1)溶解性溶于水,水溶液俗称水玻璃,呈性。

(2)硅酸钠化学性质:

与酸反应

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3

Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3

不能燃烧,不易被腐蚀,热稳定性好。

(3)用途:制备硅胶和木材防火剂

3 .常见硅酸盐产品

陶瓷玻璃水泥是使用量最大的传统无机非金属材料

1玻璃

原料:纯碱、石灰石和石英

设备:玻璃熔炉

2水泥是一种非常重要的建筑材料。

原料:黏土、石灰石

设备:水泥回转窑

3陶瓷( china) 人类应用最早的硅酸盐材料。

原料:黏土

陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等许多优点,因此,陶瓷制品一直为人们所喜爱。

4新型无机非金属材料

新型陶瓷

1 )高温结构陶瓷:氮化硅Si 3N4

碳化硅SiC ,俗名金刚砂

2 )生物陶瓷:Al 2O3ZrO 2

3 )压电陶瓷:钛酸钡BaTiO 3、钛酸铅PbTiO 3

特征:

1 )耐高温、强度高;

2 )具有电学性质;

3 )具有光学性质;

4 )具有生物功能。

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