13-硅

地壳中元素含量排布无机非金属材料的主角———硅硅元素在自然界中的存在由于硅是一种亲氧元素，在自然界中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（SiO2）及硅酸盐的形式存在。单质硅有晶体硅和无定形两种。结构类似于金刚石，是带有金属光泽的灰黑色固体，熔点1410℃，硬度大、有脆性。处于金属与非金属的过渡位置。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。一、硅1.物理性质扫描隧道显微镜下的硅表面两者结构一样，都是空间立体网状结构2.硅的化学性质•硅原子最外层有4个电子，•既不容易失电子，也不容易得电子•可得4个电子，显氧化性•可失4个电子，显还原性化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质（如氧气、氯气、硫酸、硝酸等）起反应。在加热条件下，能跟一些非金属反应。⑴与氟气反应(常温)：⑵与氢氟酸反应(常温)：⑶与强碱溶液反应(常温)：⑷与氯气反应：⑸与氧气反应：Si+2F2=SiF4Si+4HF=SiF4↑+2H2↑Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑⑹硅与镁反应：Si+2Cl2=SiCl4△Si+O2=SiO2△Si+2Mg=Mg2Si△高温Si+2FeO==SiO2+2Fe（炼钢脱氧剂，或除去生铁中的硅）(7)硅还原氧化亚铁化性CSi与非金属反应与碱反应与酸反应与氧化物反应Si+2F2=SiF4(常温)点燃C+O2=CO2与Cl2不直接反应高温C+2H2=CH4高温Si+2Cl2=SiCl4高温Si+O2=SiO2高温Si+2H2=SiH4Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑(常温)Si+4HF=SiF4↑+2H2↑(常温)(Si不与其它酸反应)高温Si+2FeO=2Fe+SiO2不反应加热C+2H2SO4(浓)=CO2↑+2SO2↑+2H2O高温C+CO2=2CO高温3C+2Fe2O3=4Fe+3CO23.硅的制备（工业）制粗硅：粗硅提纯：2C+SiO2=Si+2CO↑高温Si+2Cl2=SiCl4SiCl4+2H2=Si+4HCl高温高温在实验室里，将细砂粉（SiO2）与镁粉混合加热，也可得到粗硅，反应的化学方程式为这样得到的硅不纯净，往往含有过量的镁、氧化镁及硅化镁（Mg2Si）等，这些杂质可用盐酸除去，有关反应的化学方程式为SiO2+2Mg==2MgO+Si高温MgO+2HCl==MgCl2+H2OMg2Si+4HCl==2MgCl2+SiH4↑Mg+2HCl==MgCl2+H2↑集成电路、晶体管、硅整流器等半导体材料，还可以制成太阳能电池、硅的合金可用来制造变压器铁芯等。4.硅的用途集成电路零件硅整流二极管二、二氧化硅地球上天然存在二氧化硅的存在形式主要有：晶体形（主要有石英和水晶等）无定形（硅藻土）白色水晶簇黄色水晶簇紫色水晶簇水晶二氧化硅SiO2的存在形态玛瑙玛瑙硬度大，半透明，玻璃光泽。二氧化硅的胶体溶液失去水分后形成于岩石的空洞中，由于形成的过程很缓慢，所以是一层一层自外而里凝结，每一层的颜色因所含微量元素的不同而不同，所以剖开来可见各种原色的环带状条纹.1.二氧化硅的物理性质晶体二氧化硅熔点很高(实验室使用的石英坩埚），硬度很大（石英、玛瑙研钵），不导电，不溶于水。物质SiO2CO2物理性质与水与HF与碱与碱性氧化物与盐反应与Mg反应化学性质无色晶体，熔点高，硬度大无色气体，熔点低不反应CO2+H2O=H2CO3SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O不反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2OCO2+2NaOH=Na2CO3+H2O高温SiO2+CaO=CaSiO3CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaCO3====CaSiO3+CO2高温CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO32.化学性质2Mg+SiO2=Si+2MgO2Mg+CO2=C+2MgO点燃光学纤维胃镜3.二氧化硅的用途利用SiO2硬度高的特性，作为研磨材料，如石英、玛瑙研钵石英玻璃膨胀系数很小，相当于普通玻璃的1/18，能经受温度的剧变，耐酸性能好（除HF外），因此，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。三、硅酸H2SiO3白色粉末，不溶于水，弱酸，不稳定思考：H2SiO3和H2CO3哪个酸性较强？用什么实验可以得到验证？Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3硅酸的制备Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(胶体)+2NaCl生成的硅酸逐渐聚合而形成胶体溶液——硅胶，硅酸浓度大时，则形成软而透明的，胶冻状的硅酸凝胶。经干燥脱水制得“硅胶”。常用来制作干燥剂，也可以作催化剂的载体。硅胶干燥剂加入少量CoCl2可制得变色硅胶，其变色原理:CoCl2+6H2O=CoCl2∙6H2O蓝色粉红色实验硅胶的制备四、硅酸盐思考：为什么NaOH、Na2CO3等碱性溶液不可用玻璃塞？硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一类结构复杂的化合物，一般都不溶于水，化学性质很稳定。最简单又常用的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），其水溶液称为水玻璃。硅酸钠可以作木材防火剂、肥皂填料及黏胶剂等。硅酸盐组成的表示用二氧化硅和金属氧化物的形式表示组成。例如：硅酸钠：Na2SiO3Na2O∙SiO2镁橄榄石Mg2SiO42MgO∙SiO2高岭石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O3∙2SiO2∙2H2O要领：两边原子个数守恒格式：金属氧化物、二氧化硅、水顺序：金属按活动顺序表改成氧化物的形式:镁橄榄石Mg2SiO4蛇纹石H4Mg3Si2O9滑石Mg3(Si4O10)(OH)2钾云母K2H4Al6Si6O24石棉CaMg3Si4O12五、无机非金属材料传统无机非金属材料硅酸盐工业：水泥、玻璃、陶瓷等特点：（1）原料均为含硅固体物质（水泥工业用粘土，玻璃工业用石英）。（2）反应条件高温。（3）反应原理复杂的物理、化学变化。（4）产品的主要成分硅酸盐。2.原料主要原料：纯碱、石灰石和石英。1.组成：Na2O·CaO·6SiO2玻璃CaCO3+SiO2====CaSiO3+CO2↑高温Na2CO3+SiO2====Na2SiO3+CO2↑高温3.反应原理原料：水泥成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙石灰石、粘土、辅助原料水泥陶瓷新型无机非金属材料(1)高温结构陶瓷:能承受高温、强度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、轴承、永久性模具等。（2）压电陶瓷。具有压电效应的陶瓷成为压电陶瓷.目前应用比较广泛的压电陶瓷是以钛酸钡(BaTiO3)和钛酸铅(PbTiO3)等为主要成分,能把极其微弱的机械震动转变为电信号。（3）具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。人造关节（4）一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。我国高温超导材料的研究处于世界领先水平KCl的质量分数为76%的钾肥中钾的质量分数是多少？习惯上钾肥常以K2O的质量分数为标准计算，那么该钾肥中K2O的质量分数为多少？39.8%47.9%