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1、硅及硅的化合物硅及硅的化合物主讲人：袁小平、黎轩、张德 许伟瑜、赵志新硅工业制粗硅：工业制粗硅：SiOSiO2 2+2C=Si+2CO+2C=Si+2CO高温高温粗硅粗硅提纯：提纯：Si+2ClSi+2Cl2 2=SiCl=SiCl4 4高温高温SiClSiCl4 4+2H+2H2 2=Si+4HCl=Si+4HCl高温高温SiOSiO2 2 粗硅粗硅 SiClSiCl4 4 Si Si+C +Cl+C +Cl2 2 精馏精馏+H+H2 2高温高温高温高温高温高温硅元素硅元素(silicon)在地壳中的含量在地壳中的含量 硅的氧化物及硅酸盐构成了硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子
2、和土地壳中大部分的岩石、沙子和土壤、约占地壳总量的壤、约占地壳总量的90%以上。以上。硅的氧化物二氧化硅又称硅石石英是天然的二氧化硅原子晶体，其中每个硅原子与4个氧原子以单键相连，构成SiO4四面体结构单元。Si原子位于四面体的中心，4个氧原子位于四面体的顶角。天然硅石玛瑙玛瑙水晶水晶纯净的石英又叫水晶，它是一种坚硬、脆性、难溶的无色透明的固体，常用于制作光学仪器等。石英：耐高温化学仪器、石英电子表石英：耐高温化学仪器、石英电子表 石英钟石英钟水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、 高级工艺品和眼镜片高级工艺品和眼镜片玛瑙：精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品玛瑙：
3、精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品石英玻璃有许多特殊性质，如能高度透过可见光和紫外光，膨胀系数小，能经受温度的剧变。因此可做紫外灯和光学仪器。二氧化硅的化学性质与酸反应： 玻璃的主要成分是玻璃的主要成分是SiO2，化学性质不活泼，化学性质不活泼，不与水反应，不与除不与水反应，不与除HF外的酸反应，所以在生外的酸反应，所以在生活中常用活中常用HF来雕刻玻璃。来雕刻玻璃。 化学方程式：化学方程式： SiO2+4HFSiF4+2H2O 。水水泥泥工工业业原料原料设备设备生产生产过程过程反应反应条件条件水泥水泥成分成分水泥水泥应用应用硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙石灰石、粘土、辅
4、助原料石灰石、粘土、辅助原料水水 泥泥 回回 转转 窑窑高温高温生料生料熟料熟料建筑粘合剂建筑粘合剂水泥水泥工业工业展望展望中国水泥工业明天更美好中国水泥工业明天更美好 我国水泥工业已经历了我国水泥工业已经历了100多年的历史。旧中国的水泥工业在漫长的多年的历史。旧中国的水泥工业在漫长的20世纪前世纪前50年内，步履维艰，发展缓慢，只有在新中国诞生以后，水泥工业年内，步履维艰，发展缓慢，只有在新中国诞生以后，水泥工业才走一了健康发展之路。才走一了健康发展之路。 建国后建国后50年，水泥工业发生了翻天覆地的变化，尤其是年，水泥工业发生了翻天覆地的变化，尤其是1979年改革开年改革开放以来，随着国
5、民经济发展和人民生活水平的不断提高，水泥工业得到迅放以来，随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，水泥工业得到迅速发展，产量和质量都有有了很大提高。速发展，产量和质量都有有了很大提高。 水泥产量自水泥产量自1979年到年到1999年增长了年增长了7.倍，倍，20年间我国水泥产量平均年间我国水泥产量平均增长达增长达11.08，水泥产量自，水泥产量自1995年以来一直居全世界首位。其中年以来一直居全世界首位。其中1999年我年我国水泥产量占世界的国水泥产量占世界的3716。 我国水泥总产量虽高，但由于人口多，所以人你产量罗低。如在我国水泥总产量虽高，但由于人口多，所以人你产量罗低。如在90年年代
6、中期，意大利、西班牙、德国、法国、美国、日本、韩国人均产量（千代中期，意大利、西班牙、德国、法国、美国、日本、韩国人均产量（千克）分别为克）分别为584、630、434、320、339、654、1318，同期我国为，同期我国为412千克。千克。从从1994年至年至1999年，我国人均消费（千克）分别为年，我国人均消费（千克）分别为352、399、412、428、435、472。 我国现有水泥企业我国现有水泥企业8000多家，上次许可证发证企业多家，上次许可证发证企业7400家左右，而家左右，而20万吨以上的企业不足万吨以上的企业不足10，全国水泥企业平均规模不到，全国水泥企业平均规模不到10万
7、吨，与世界其万吨，与世界其它国家相经差距极大。它国家相经差距极大。 与碱反应：SiO2+2NaOH-Na2SiO3+H2O与盐反应：与盐反应：SiO2+2Na2CO3-Na2SiO3+CO2硅酸及其盐硅酸（硅酸（H H2 2SiOSiO3 3) )（1）制取）制取 强酸制弱酸强酸制弱酸（2）性质：）性质： 白色胶状，难溶白色胶状，难溶（白色胶状）（白色胶状） 弱酸性（酸性弱酸性（酸性 H2SiO3 H2CO3） 脱水形成脱水形成硅胶硅胶Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3用作干燥剂、吸咐剂用作干燥剂、吸咐剂原理原理思考与交流：思考与交流：COCO2 2H H2 2O OH
8、 H2 2COCO3 3，我们知道，我们知道SiOSiO2 2不不能直接和水化合成能直接和水化合成H H2 2SiOSiO3 3，那怎样制备，那怎样制备H H2 2SiOSiO3 3呢？呢？ 现象现象红色逐渐消失，且有白色胶状沉淀生成红色逐渐消失，且有白色胶状沉淀生成结论结论难溶于水的弱酸难溶于水的弱酸方程式方程式NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3NaNa2 2SiOSiO3 3+2HCl=2NaCl+H+2HCl=2NaCl+H2 2SiOSiO3 3硅酸盐硅酸盐硅酸钠（硅酸钠（NaNa2 2SiOSiO3 3）：）：
9、硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。NaNa2 2SiOSiO3 3溶液（水玻璃）溶液（水玻璃） 木材防火、黏胶剂等木材防火、黏胶剂等放入蒸馏水放入蒸馏水放入放入NaNa2 2SiOSiO3 3饱和溶液饱和溶液现象现象燃烧燃烧无明火，不燃烧无明火，不燃烧结论结论NaNa2 2SiOSiO3 3不易燃烧，不易燃烧，可作防火剂可作防火剂NaNa2 2SiOSiO3 3 : Na: Na2 2O OSiOSiO2 2AlAl2 2(Si(Si2 2O O5 5)(OH)(OH)4 4 : : AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2
10、2O OCa(AlCa(Al2 2SiSi3 3O O1010) )3H3H2 2O KAlSiO KAlSi3 3O O8 8 钙沸石钙沸石正长石正长石高岭石高岭石硅酸盐的改写：硅酸盐的改写：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分（硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分（5%5%）硅酸盐在陶瓷中的应用硅酸盐工业硅酸盐工业1 1、玻璃：、玻璃： 原料：纯碱、石灰石和石英原料：纯碱、石灰石和石英 NaNa2 2COCO3 3+SiO+SiO2 2=Na=Na2 2SiOSiO3 3+CO+CO2 2 CaCO CaCO3 3+SiO+SiO2 2=CaSiO=CaSiO3 3+CO+CO2 2 主要成分：主要成
11、分：NaNa2 2SiOSiO3 3、CaSiOCaSiO3 3、SiOSiO2 2 （NaNa2 2OCaO6SiOOCaO6SiO2 2） 2 2、水泥：、水泥：主要原料：粘土和石灰石主要原料：粘土和石灰石 石膏石膏作用是调节水泥硬化速度作用是调节水泥硬化速度3 3、陶瓷：、陶瓷：主要原料：粘土主要原料：粘土 4 4、特殊含硅化合物、特殊含硅化合物碳化硅碳化硅SiCSiC，俗名，俗名金刚砂金刚砂（金刚石，二氧化硅）（金刚石，二氧化硅），具有的空间网状结构，具有的空间网状结构，硬度硬度大，熔点高大，熔点高碳化硅零件及硅酸盐硅酸盐在生活用具中的应用无机非金属材料无机非金属材料硅酸盐产品硅酸盐产
12、品陶瓷陶瓷水泥水泥玻璃玻璃t硅的卤化物 硅的卤化SiX4都是无色的，常温下SiF4是气体，SiCl4和SiBr4是液体，SiI4是固体SiF4无色,刺激性气味,再水中强烈水解(气相产物:F3SiOSiF3)四氟化硅的制备：CaF2+H2SO4-CaSO4+2HFSiO2+4HF-SiF4+2H2OSiF4与HF相互作用生成酸性较强的氟硅酸：2HF+ SiF4-H2(SiF6)H2（SiF6）游离态易分解,水溶液稳定,具有强酸性硅的氢化物硅的氢化物又称硅烷硅的氢化物又称硅烷(SinH2n+2)与碳烷不同与碳烷不同: 1.硅烷数目有限硅烷数目有限 2.硅与氢不能生成烯烃硅与氢不能生成烯烃,炔烃类似
13、不饱和化合物炔烃类似不饱和化合物.最简单的硅烷：甲硅烷最简单的硅烷：甲硅烷SiH4(无色无臭气体无色无臭气体 )甲硅烷的制取甲硅烷的制取 (1)Mg2Si+4HCl2MgCl2 +SiH4 (2)SiCl4+LiAlH4 SiH4+LiCl+AlCl3 -SiH4的性质化学性质活泼 SiH4+2O2-SiO2+H2O有强的还原性 SiH2+2K2MnO4-2MnO2+K2SiO3+H2O+H2对碱十分敏感 SiH4+（n-2)H2OSiO2 nH2O+H2 （需要催化剂）热稳定性差 SiH4(g)-Si(s)+2H2(g) （在500摄氏度） 硼和硅的相似性硼和硅在元素周期表中处于对角线的位置，它们的化合物表现出相似性。举例说明：1）单质与碱反应H22）氢化物:化学性质活泼,易挥发,与水反应生成 氢气3)能生成玻璃态氧化物4)氧化物显酸性与金属氧化物生成硅酸盐和硼酸盐5)硅酸和硼酸都是弱酸6)卤化物水解都生成相应酸演示完毕谢谢。
