硅及其化合物.doc

武汉龙文教育学科辅导讲义

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第一节无机非金属材料的主角

硅在地壳中含量丰富，仅次于氧，排在第二位，约占26.3%。

位于周期表中的第四长列上的是碳族，这一族可谓是豪门望族。其中具有代表性的是其中的两位兄长。碳，形成了无数种构成人类和其它地球生物等的有机物，“统治了有机界”。其构成的煤、石油等有机化产品和材料是现代化的基石。而它的弟弟------硅，地壳质量的约90%，构成了地壳大局部岩石、沙子和土壤，“统治了地壳”，而当今硅酸盐工业的陶瓷、玻璃、水泥等使人类生活日新月异。

画出C、Si的原子结构简图，并由此分析：硅的化学性质活不活泼，为什么？硅的化合价主要是多少？

Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素，在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上，硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。

［思考］常温下，单质碳、硅的化学性质都不活泼，为什么碳在自然界中有稳定的单质〔金刚石〕存在，而硅却没有，说明了什么？

单质硅的化学性质虽然稳定，但硅是一种亲氧元素，硅原子和氧原子的结合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸盐中的硅氧化学键非常牢固，硅氧键一旦形成就很难被破坏，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。

下面我们首先来研究一下二氧化硅的性质和用途。

一、二氧化硅和硅酸

1、二氧化硅(SiO2)

(1)存在

SiO2是硅的重要化合物。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，通称硅石。(图4-34-4)

水晶是自然界中六方柱状的透明晶体，玛瑙的成分也是SiO2，它们除了一些常见的可作饰物等用途外，SiO2在工业上用途也非学广泛，例如，以石英为材料而制成的纤维在电信行业的应用等。

(2)用途

硅石

硅石

结晶形：玛瑙、石英、水晶

无定形：硅藻土

①、制光导纤维②、石英玻璃制化学仪器

③、石英表、石英钟④、水晶制光学仪器和工艺品

⑤、玛瑙制精密轴承和装饰品

结合已有的关于水晶、沙子主要成分也是SiO2的知识，思考一下，SiO2的物理性质有哪些，注意与CO2进行比拟研究

(3)物理性质：熔点高，硬度大的固体、不溶于水，纯洁的SiO2晶体无色透明

[SiO4]四面体结构为什么SiO2

[SiO4]四面体结构

主要取决于结构的不同。CO2是C与O通过化学键所连接的分子结构，而SiO2是Si—O四面体结构

[SiO4]四面体：每1个Si原子周围结合4个O原子，Si在中心,O在四个顶角.同时每1个O原子周围结合2个Si原子相结合。二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,通常用SiO2来表示二氧化硅的组成.

(4)结构：空间网状结构

我们说，结构决定性质，SiO2的网状结构不仅决定了其物理性质的特殊性，还决定了其化学性质的稳定性。

(5)化学性质：稳定，不活泼

eq\o\ac(○,1)具有酸性氧化物的性质：(不溶于水且不和水反响)

与强碱反响：SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O

与碱性氧化物反响：SiO2+CaOCaSiO3

SiO2除了具有酸性氧化物的通用性之外，还具有特性。比方酸性氧化物一般不与酸反响，而SiO2却能与HF反响，这也是工业上雕刻玻璃的反响原理

eq\o\ac(○,2)与HF的反响：SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O

除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、纯硅时，还有一些特殊反响

弱氧化性：SiO2+2CSi+2CO↑(工业上制粗硅)

与某些盐反响：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑(工业上制玻璃的主要反响)

［思考］1、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？

2、实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？

刚刚我们提到SiO2不能溶于H2O得到相应的酸，但它对应的酸叫硅酸，那么硅酸是一种怎样制得的酸呢？

2、硅酸(H2SiO3)

H2SiO3是一种比H2CO3还要弱的酸，它不溶于水，不能使指示剂褪色，是一种白色粉末状的固体。

硅酸是一种弱酸，它不溶于水，不能使指示剂变色，是一种白色粉末状的固体。

SiO2不溶于水且不和水反响，那么要如何制备硅酸呢？结合初中制备CO2的方法来设想一下？

初中制备CO2是利用碳酸盐与强酸反响，是强酸制弱酸的原理。H2