硅及其化合物的性质与用途！

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和硅酸盐，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第ⅣA族，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：单质硅有晶体和无定形两种。

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＝SiF₄；

(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＋2H₂↑。

(4) 还原性

在加热条件下，硅能与Cl₂、O₂、C等反应,反应的化学方程式为

Si＋O₂ SiO₂。

Si＋2Cl₂SiCl₄

Si＋CSiC

4．硅的工业制取

工业上用碳在高温下还原SiO₂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＋2H₂Si＋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

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+CO₂=Na₂CO₃+H₂O

过：NaOH+CO₂=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SiO₂，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＋H₂O

（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SiO₂的性质比较

CO₂和SiO₂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

1、硅酸简介：

(1)化学式：H₂SiO₃
(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(H₄SiO₄)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(H₂SiO₃)，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H₂CO₃还要弱，所以将CO₂通入Na₂SiO₃溶液中可以得到硅酸，也可用盐酸与Na₂SiO₃溶液反应生成H₂SiO₃，反应的方程式如下：

Na₂SiO₃溶液与CO₂反应：Na₂SiO₃＋CO₂＋H₂O＝Na₂CO₃＋H₂SiO₃↓

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

所生成的H₂SiO₃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

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Si₃N₄

              碳化硅SiC，俗名金刚砂

（2）生物陶瓷：Al₂O₃、ZrO₂

（3）压电陶瓷：钛酸钡BaTiO₃、钛酸铅PbTiO₃

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。