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1、二氧化硅和硅酸二氧化硅和硅酸硅在地壳中的含量为26.3%,仅次于氧,硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。硅是无机非金属材料的主角。硅原子和碳原子的最外层均有4个电子,既不易失去电子也不易得到电子,主要形成四价化合物。碳是构成有机物的主要元素,而硅是构成岩石与许多矿物的基本元素。一、二氧化硅和硅酸一、二氧化硅和硅酸硅是一种亲氧元素,在自然界中它总是与氧相互化合的。在地球上,硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在。而碳在自然界中有稳定的单质存在,在地壳中主要形成石灰岩和碳酸盐等矿物,碳的氧化物CO2通常以分子形式存在于大气中。1二氧化硅(SiO2)S
2、iO2是硅最重要的化合物。地球上存在的天然二氧化硅约占地壳质量的12%,其存在形态有结晶形和无定形两大类,统称硅石。石英晶体是结晶的二氧化硅,具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的晶体就是通常据说的水晶,具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。以SiO2为主要成分的沙子是基本的建筑材料,纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本的原料,用石英、玛瑙制作饰物和工艺品。SiO2是工业上制取硅的原料。SiO22CSi2CO高温思考与交流思考与交流根据SiO2的存在和应用,请分析下列问题:物理性质化学稳定性不溶于水,熔沸点高,硬度大稳定性好,不与浓硫酸、硝酸等反应。化学性质SiO22NaOHNa2SiO3H2O
3、酸性氧化物的通性:与碱性氧化物反应:与碱反应:与某些盐反应:SiO2CaOCaSiO3多用于工业生产中除去矿石中的SiO2高温Na2SiO3溶液具有黏性,可以将玻璃粘在一起;实验室保存碱性溶液时,不能用玻璃塞。SiO2CaCO3CaSiO3CO2工业上生产玻璃和水泥中涉及到的反应高温与氢氟酸(HF)反应:SiO24HFSiF42H2O用于刻蚀玻璃实验室不能将氢氟酸保存玻璃瓶中,应存放在塑料瓶中2硅酸(H2SiO3)Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3硅酸是一种很弱的酸(酸性比碳酸的还弱),溶解度很小。向Na2SiO3溶液中通入CO2气体会生成硅酸。由于SiO2不溶于水,所以硅酸是
4、通过可溶性硅酸盐与其它酸反应制得的。实验4-1向试管里加入35mLNa2SiO3溶液,滴入12滴酚酞溶液,再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸,边加边振荡,至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。观察现象。白色胶状沉淀,逐渐变成透明的凝胶生成的H2SiO3逐渐聚合形成胶体溶液硅酸溶胶,硅酸浓度较大时,则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为“硅胶”。硅胶多孔,吸附水分能力强,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用作催化剂的载体。现象化学方程式Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3硅酸盐和硅单质硅酸盐和硅单质二、硅酸盐二、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和
5、金属组成的化合物的总称。是一大类结构复杂的固态物质,大多不溶于水,化学性质稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠(Na2SiO3),可溶于水,其水溶液俗称,是制备硅胶和木材防火剂的原料。水玻璃实验4-2取两个小木条或滤纸条,分别放入蒸馏水和Na2SiO3饱和溶液中,使之充分吸湿、浸透,取出稍沥干(不再滴液)后,同时分别放置在酒精灯外焰处。观察现象。放入蒸馏水放入Na2SiO3饱和溶液现象结论水分蒸发后,燃烧水没有防火的功能水分蒸发后,不易燃烧Na2SiO3溶液有防火的功能资料卡片硅酸盐组成的表示硅酸盐种类繁多,结构复杂、组成各异,通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。物质化学式氧化物表示形式硅
6、酸钠Na2SiO3Na2OSiO2石棉CaMg3Si4O12长石KAlSi3O8普通玻璃的大致组成:Na2OCaO6SiO2水泥的主要成分:3CaOSiO2、2CaOSiO2、3CaOAl2O3黏土的主要成分:Al2O32SiO22H2OCaO3MgO4SiO2K2OAl2O36SiO2陶瓷、玻璃、水泥等,是使用量最大的无机非金属材料。日常生活中用到的陶瓷,主要是传统硅酸盐陶瓷。它们都是以黏土为原料,经高温烧结而成。普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂(主要成分是SiO2)为主要原料,经混合、磨碎,在玻璃窑中熔融制得的。改变成分和生产工艺,可以制得具有不同用途的玻璃。水泥以黏土和石灰石为主要原料,经
7、研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧,再加入适量石膏,研成细粉就得到普通水泥。碳化硅(SiC,俗称金刚砂),具有金刚石结构,硬度很大,含4%硅的硅钢具有很高的导磁性,人工合成的硅橡胶是目前最好的既耐高温又耐低温的橡胶,人工制造的分子筛(一种具有均匀微孔结构的铝硅酸盐),可用作砂纸、砂轮的磨料。主要用作变压器的铁芯。用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料。主要用作吸附剂和催化剂的载体。三、硅单质三、硅单质单质硅有晶体和无定形两种。晶体硅的结构现金刚石类似,它是带有金属光泽的灰黑色固体,熔点高、硬度大、有脆性,在常温下化学性质不活泼。常温下,硅能与氟气、氢氟酸和强碱溶液反应:Si2F2SiF4Si4HFSiF4H2Si2NaOHH2ONa2SiO32H2加热时,能与O2、Cl2反应:硅在元素周期表中处于金属和非金属的过渡位置。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是良好的半导体材料。硅是将太阳能转化为电能的常用材料。利用高纯硅的半导体性能,可以制成光电池,将光能直接转化为电能。