硅及其化合物性质与用途有哪些(硅及其化合物性质与用途的关系)
一、硅单质
1.硅的含量、存在及结构
（1）含量：在地壳中，硅的含量在所有元素中居第二位（质量分数为26.3%），仅次于氧。
(2)存在形式：自然界中不存在游离硅。几乎所有的硅化合物都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：硅位于元素周期表第三周期第A族，碳的下方，最外层有4个电子，原子结构为
因此，硅原子既不容易获得电子，也不容易失去电子。
(4)单质硅的分类：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：结晶硅为灰黑色、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：带金刚石相似。
3.硅的化学性质
(1)在室温下，硅化学性质不活泼，不能与硫酸、硝酸等反应，但能与F2反应：
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(2)非金属元素一般不与非氧化性酸发生作用，但Si可与HF发生作用：
(3)一般非金属元素与碱反应时不放出H2，但Si与强碱溶液反应时能放出H2：
(4)还原性
4硅的工业制取
工业上用碳在高温下还原SiO2，生产含有少量杂质的粗硅。提纯后可得到高纯硅。主要反应的化学方程式为：
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：
二氧化硅以以下形式存在：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12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
用途：刻蚀玻璃
在玻璃表面涂一层石蜡
在石蜡上雕刻出图案，在镂空的部分加入少量氢氟酸。
洗去酸，除去石蜡
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
【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)?
（3）与CaO反应
（4）与碳酸盐反应
5CO2和SiO2的性质比较
CO2和SiO2都是酸性氧化物，化学性质有一定相似性，但物理性质和某些化学性质有很大差异。
6用途：
(1)光纤的制备
(2)石英表、石英钟的制备
（三）电子工业重要零部件、光学仪器、工艺品、眼镜镜片、精密仪器等制造。
三、硅酸
1.硅酸简介：
(1)化学式：H2SiO3
(2)俗称：硅酸盐干凝胶，俗称硅胶
(3)硅酸与强碱的反应
（4）目前已确认的有原硅酸（orthosilicicacid）H4SiO4（x=1，y=2）、偏硅酸盐H2SiO3（x=1，y=1）、二硅酸盐H2Si2O5（x=2，y=1），焦硅酸盐H6Si2O7(x=2,y=3)。硅酸的成分很复杂，并且随条件的不同而变化。一般用通式xSiO2·yH2O表示。由于“H2SiO3”的分子式最简单，因此习惯上用H2SiO3作为硅酸的代表。硅酸在水中的溶解度低，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：白色沉淀不溶于水，原硅酸（H4SiO4）为白色胶体沉淀
(2)化学性质：
(3)硅酸的制取
SiO2相应的水合物是硅酸（H2SiO3），可由可溶性硅酸盐与其他酸反应生成。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：
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
用作气体吸附剂、油脂和蜡的脱色剂、催化剂载体、分析化学试剂。
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
⊥22⊥、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：是一种结构复杂的固体物质，大部分难溶于水，化学性质十分稳定。
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：
与酸反应
不燃烧、不易腐蚀、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。
（⊥22⊥）玻璃
原料：纯碱、石灰石、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：粘土、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。
材质：粘土
陶瓷具有抗氧化、耐酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等诸多优点。因此，陶瓷制品一直受到人们的喜爱。
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，俗称金刚砂
(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)具有电性能；
(3)具有光学特性；
(4)具有生物学功能。
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