硅及其化合物性質(zhì)與用途有哪些(硅及其化合物性質(zhì)與用途的關(guān)系)
一、硅單質(zhì)
1.硅的含量、存在及結(jié)構(gòu)
（1）含量：在地殼中，硅的含量在所有元素中居第二位（質(zhì)量分數(shù)為26.3%），僅次于氧。
(2)存在形式：自然界中不存在游離硅。幾乎所有的硅化合物都是二氧化硅和硅酸鹽，它廣泛地存在于地殼的各種礦物和巖石中。硅是構(gòu)成礦物和巖石的主要元素。
(3)結(jié)構(gòu)：硅位于元素周期表第三周期第A族，碳的下方，最外層有4個電子，原子結(jié)構(gòu)為
因此，硅原子既不容易獲得電子，也不容易失去電子。
(4)單質(zhì)硅的分類：單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種。
2晶體硅的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)
(1)物理性質(zhì)：結(jié)晶硅為灰黑色、有金屬光澤的固體，熔點高(1410)、硬度大，有脆性，是良好的半導(dǎo)體材料。
(2)結(jié)構(gòu)：帶金剛石相似。
3.硅的化學(xué)性質(zhì)
(1)在室溫下，硅化學(xué)性質(zhì)不活潑，不能與硫酸、硝酸等反應(yīng)，但能與F2反應(yīng)：
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(2)非金屬元素一般不與非氧化性酸發(fā)生作用，但Si可與HF發(fā)生作用：
(3)一般非金屬元素與堿反應(yīng)時不放出H2，但Si與強堿溶液反應(yīng)時能放出H2：
(4)還原性
4硅的工業(yè)制取
工業(yè)上用碳在高溫下還原SiO2，生產(chǎn)含有少量雜質(zhì)的粗硅。提純后可得到高純硅。主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
5硅的用途
(1)半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。
(2)新型電池，如光電池等。
二、二氧化硅
1存在形態(tài)：
二氧化硅以以下形式存在：結(jié)晶形和無定形兩大類。石英晶體是結(jié)晶的二氧化硅，具有不同的晶形和色彩，其中無色透明的晶體就是瑪瑙。
2結(jié)構(gòu)：二氧化硅晶體中硅原子和氧原子按12的個數(shù)比組成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
3物理性質(zhì)：熔點高、硬度大、難溶于水。
4.化學(xué)性質(zhì)：二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很不活潑，常見的反應(yīng)如下：
（1）與酸反應(yīng)
用途：刻蝕玻璃
在玻璃表面涂一層石蠟
在石蠟上雕刻出圖案，在鏤空的部分加入少量氫氟酸。
洗去酸，除去石蠟
注意：氫氟酸不能用玻璃瓶盛裝，而盛在塑料瓶。
（2）與燒堿反應(yīng)
【思考】為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞(玻璃中含有SiO2)?
（3）與CaO反應(yīng)
（4）與碳酸鹽反應(yīng)
5CO2和SiO2的性質(zhì)比較
CO2和SiO2都是酸性氧化物，化學(xué)性質(zhì)有一定相似性，但物理性質(zhì)和某些化學(xué)性質(zhì)有很大差異。
6用途：
(1)光纖的制備
(2)石英表、石英鐘的制備
（三）電子工業(yè)重要零部件、光學(xué)儀器、工藝品、眼鏡鏡片、精密儀器等制造。
三、硅酸
1.硅酸簡介：
(1)化學(xué)式：H2SiO3
(2)俗稱：硅酸鹽干凝膠，俗稱硅膠
(3)硅酸與強堿的反應(yīng)
（4）目前已確認的有原硅酸（orthosilicicacid）H4SiO4（x=1，y=2）、偏硅酸鹽H2SiO3（x=1，y=1）、二硅酸鹽H2Si2O5（x=2，y=1），焦硅酸鹽H6Si2O7(x=2,y=3)。硅酸的成分很復(fù)雜，并且隨條件的不同而變化。一般用通式xSiO2·yH2O表示。由于“H2SiO3”的分子式最簡單，因此習(xí)慣上用H2SiO3作為硅酸的代表。硅酸在水中的溶解度低，呈弱酸性。
(5)保存：密封保存
2、硅酸的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)
（1）物理性質(zhì)：白色沉淀不溶于水，原硅酸（H4SiO4）為白色膠體沉淀
(2)化學(xué)性質(zhì)：
(3)硅酸的制取
SiO2相應(yīng)的水合物是硅酸（H2SiO3），可由可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)生成。硅酸的酸性很弱，甚至比H2CO3還要弱，所以將CO2通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸，也可用鹽酸與Na2SiO3溶液反應(yīng)生成H2SiO3，反應(yīng)的方程式如下：
所生成的H2SiO3能形成膠體溶液，濃度大時形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠，經(jīng)脫水干燥形成硅膠。硅膠疏松多孔，吸附水分能力強，常用做干燥劑和催化劑的載體。
3、硅酸的用途
用作氣體吸附劑、油脂和蠟的脫色劑、催化劑載體、分析化學(xué)試劑。
硅膠:剛制得的硅酸是單個小分子，能溶于水，在存放過程中，它會逐漸失水聚合，形成各種多硅酸，接著就形成不溶于水，但又暫不從水中沉淀出來的“硅溶膠”。如果向硅溶膠中加入電解質(zhì)，則它會失水轉(zhuǎn)為“硅凝膠”。把硅凝膠烘干可得到“硅膠”。烘干的硅膠是一種多孔性物質(zhì)，具有良好的吸水性。而且吸水后還能烘干重復(fù)使用，所以常用硅膠作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑。
四、硅酸鹽
⊥22⊥、硅酸鹽的概念和性質(zhì)
(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。
（2）性質(zhì)：是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的固體物質(zhì)，大部分難溶于水，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。
2、硅酸鈉
(1)溶解性：可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，呈堿性。
(2)硅酸鈉化學(xué)性質(zhì)：
與酸反應(yīng)
不燃燒、不易腐蝕、熱穩(wěn)定性好。
(3)用途：制備硅膠和木材防火劑。
3常見硅酸鹽產(chǎn)品
陶瓷、玻璃、水泥是使用量最大的傳統(tǒng)無機非金屬材料。
（⊥22⊥）玻璃
原料：純堿、石灰石、石英
設(shè)備：玻璃熔爐
（2）水泥是一種非常重要的建筑材料。
原料：粘土、石灰石
設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯
（3）陶瓷(china)：人類應(yīng)用最早的硅酸鹽材料。
材質(zhì)：粘土
陶瓷具有抗氧化、耐酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等諸多優(yōu)點。因此，陶瓷制品一直受到人們的喜愛。
4、新型無機非金屬材料
新型陶瓷
(1)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：氮化硅Si3N4
碳化硅SiC，俗稱金剛砂
(2)生物陶瓷：Al2O3、ZrO2
(3)壓電陶瓷：鈦酸鋇BaTiO3、鈦酸鉛PbTiO3
特征：
(1)耐高溫、強度高；
(2)具有電性能；
(3)具有光學(xué)特性；
(4)具有生物學(xué)功能。
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