【化学】高中知识点规律大全（6）——《硅和硅酸盐工业》.doc

高中化学知识点规律大全硅和硅酸盐工业1碳族元素碳族元素 包括碳(6C)、硅(14Si)、锗(32Ge)、锡(50Sn)和铅(82Pb)5种元素碳族元素位于元素周期表中第A族。碳族元素的原子结构(1) 相似性：最外层电子数均为4个；主要化合价：+2价、+4价其中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定；Pb的+2价的化合物稳定，但+4价的Pb的化合物却是不稳定的，如PbO2具有强氧化性。(2)递变规律：按碳、硅、锗、锡、铅的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，失电子水平增强，得电子水平减弱，非金属性减弱，金属性增强。因为碳族元素的最外层为4个电子，所以由非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽然是非金属，但却貌似金属(为灰黑色固体)，且为半导体；锗具有两性，但金属性比非金属性强，为半导体；锡和铅为金属。*C60 C60与金刚石、石墨一样，都属于碳的同素异形体。C60是一种由60个碳原子构成的单质分子，其形状如球状的多面体，在C60分子中有12个五边形和20个六边形。硅(1)硅在自然界中的含量：硅在地壳中的含量居第二位(含量第一位的为氧元素)。(2)硅在自然界中的存有形式：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存有，如二氧化硅、硅酸盐等化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分。(3)单质硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。其熔点、沸点很高，硬度很大(晶体硅的结构类似于金刚石)。晶体硅是半导体。(4)单质硅的化学性质：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O Na2SiO3 + 2H2在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2 SiO2 (5)用途：硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池。利用硅的合金，可用来制造变压器铁芯和耐酸设备等。(6)工业制法用焦炭在高温下还原SiO2可制得含有少量杂质的粗硅：SiO2 + 2C Si + 2CO二氧化硅(1)二氧化硅在自然界中的存有：天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。二氧化硅是一种硬度很大、熔点极大的固体。(2)化学性质：SiO2是酸性氧化物例如： SiO2+CaO CaSiO3SiO2 还可与NaOH反应：SiO2 + 2NaOH(水溶液中或熔融态) Na2SiO3 + H2O注意 a因为SiO2与强碱溶液反应生成了粘性很强的Na2SiO3溶液，所以盛放碱性的试剂瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起bSiO2不溶于水，也不与水反应所以，不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物硅酸(H2SiO3)制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO3 + 2HCl 2NaCl + H2SiO3或 Na2SiO3 + CO2 + H2O Na2CO3 + H2SiO3硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比H2CO3还弱。SiO2能与氢氟酸发生反应： 4HF + SiO2SiF4 + 2H2OSiO2是玻璃的主要成分，所以盛氢氟酸的试剂瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。(3)用途：二氧化硅是制造高性能通讯材料光导纤维的重要原料。石英用来制造石英电子表、石英钟。较纯净的石英用来制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。硅酸盐(1)自然界中硅酸盐的存有：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存有的各种天然硅酸盐约占地壳质量的5。粘土的主要成分是硅酸盐。粘土是制造陶瓷器的主要原料。(2)用氧化物的形式来表示硅酸盐的方法：先将硅酸盐中所含的各元素用氧化物形式表示；将各种氧化物按下列顺序实行排列，各氧化物之间用“ ”开。例如：金属氧化物(有多种金属氧化物时按金属活动顺序表排列)SiO2H2ONa2SiO3： Na2OSiO2 A12(Si2O5)(OH)4： A12O32SiO22H2O2硅酸盐工业硅酸盐工业 以含硅物质为原料经加热而制成硅酸盐产品的工业，叫做硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等的工业都属于硅酸盐工业。水泥、玻璃、陶瓷的比较水 泥玻 璃陶 瓷生产原料粘土、石灰石、石膏纯碱、石灰石、石英(过量)粘土生产设备水泥回转窑玻璃窑生产原理将原料磨细，混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研成细粉Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2烧制前在坯体上涂彩釉主要成分硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOA12O3)Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2SiO3CaSiO34SiO2或Na2OCaO6SiO2）重要性质具有水硬性，跟水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬无固定熔点，在一定温度范围内逐渐熔化（玻璃态物质）具有抗氧性，耐高温，绝缘，易成形种类矿渣硅酸盐水泥、沸石岩水泥有色玻璃：(加入Co2O3后的玻璃呈蓝色，加入Cu2O后的玻璃呈红色普通玻璃呈淡绿色是因为原料中混有Fe2+)、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃土器、陶器、炻器、瓷器3新型无机非金属材料新型无机非金属材料 最初的无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以，硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料随着科学和生产技术的发展，以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料被相继研制出来，如半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等，这些材料称为新型无机非金属材料新型无机非金属材料的特性主要有：能承受高温，强度大；具有电学特性；具有光学特性；具有生物功能高温结构陶瓷和光导纤维高温结构陶瓷光导纤维(光纤)氧化铝陶瓷(人造刚玉)氮化硅陶瓷性能经受高温，不怕氧化，耐酸碱腐蚀，硬度大，耐磨损，密度小传导光能力很强，能同时传输大量信息；抗干扰性能好，不发生电磁辐射；通讯质量高，能防止窃听；质量小且细，不怕腐蚀，铺设方便主要用途用作高级耐火材料；制造刚玉球磨机；制作高压钠灯的灯管制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件；制造柴油机用作长途通讯的干线；用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等；用于能量传输和信息传输