高中化学丨硅及其化合物的性质与用途！

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 ℃) 、硬度大，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 ＋2F2＝SiF 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 ＋4HF＝SiF4↑ ＋2H2↑ 。

(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 ＋2NaOH＋H2O ＝Na2SiO3＋2H 2↑ 。

(4) 还原性

在加热条件下，硅能与Cl 2、O 2、C 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

SiCl4＋2H 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：熔点高、硬度大、难溶于水。

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

①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

③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

少：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：SiO2＋2NaOH ＝Na2SiO3＋H 2O

（3 ）与CaO 反应

SiO2+CaOCaSiO3

CaO+CO2=CaCO3

（4 ）与碳酸盐反应

SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑

5 ．CO2和SiO 2的性质比较

CO2和SiO 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：

① 不稳定性：H2SiO3SiO2+H2O

② 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，所以将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：Na2SiO3＋CO 2＋H 2O ＝Na2CO3＋H 2SiO3↓

Na2SiO3溶液与盐酸反应：Na2SiO3＋2HCl ＝2NaCl＋H2SiO3↓

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，大多难溶于水，化学性质很稳定。

2、硅酸钠

(1)溶解性：可溶于水，水溶液俗称水玻璃，呈碱性。

(2)硅酸钠化学性质：

① 与酸反应

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓

Na2SiO3 + H2O + CO2 = Na2CO3 + H2SiO3↓

② 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 2O3、ZrO 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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