高中化學知識點規(guī)律總結(jié)——《硅和硅酸鹽工業(yè)》

高中化學知識點規(guī)律大全

硅和硅酸鹽工業(yè)

1．碳族元素

[碳族元素]包括碳(6C)、硅(14Si)、鍺(32Ge)、錫(50Sn)和鉛(82Pb)5種元素．碳族元素位于元素周期表中第ⅣA族。[碳族元素的原子結(jié)構(gòu)](1)相似性：

①最外層電子數(shù)均為4個；

②主要化合價：+2價、+4價．其中C、Si、Ge、Sn的+4價化合物穩(wěn)定；Pb的+2價的化合物穩(wěn)定，但+4價的Pb的化合物卻是不穩(wěn)定的，如PbO2具有強氧化性。

(2)遞變規(guī)律：按碳、硅、鍺、錫、鉛的順序，隨著核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，失電子能力增強，得電子能力減弱，非金屬性減弱，金屬性增強。由于碳族元素的最外層為4個電子，因此由非金屬性向金屬性遞變的趨勢很明顯。在碳族元素的單質(zhì)中，碳是非金屬；硅雖然是非金屬，但卻貌似金屬(為灰黑色固體)，且為半導體；鍺具有兩性，但金屬性比非金屬性強，為半導體；錫和鉛為金屬。

*[C60]C60與金剛石、石墨一樣，都屬于碳的同素異形體。C60是一種由60個碳原子構(gòu)成的單質(zhì)分子，其形狀如球狀的多面體，在C60分子中有12個五邊形和20個六邊形。

[硅]

(1)硅在自然界中的含量：硅在地殼中的含量居第二位(含量第一位的為氧元素)。

(2)硅在自然界中的存在形式：自然界中無單質(zhì)硅，硅元素全部以化合態(tài)存在，如二氧化硅、硅酸鹽等．化合態(tài)的硅是構(gòu)成地殼的礦石和巖石的主要成分。

(3)單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。其熔點、沸點很高，硬度很大(晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石)。晶體硅是半導體。(4)單質(zhì)硅的化學性質(zhì)：

①在常溫下，硅的化學性質(zhì)不活潑，不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應，但能與F2、HF和強堿反應。例如：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑②在加熱時，研細的硅能在氧氣中燃燒：Si+O2

SiO2

(5)用途：

①硅可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件，還可制成太陽能電池。②利用硅的合金，可用來制造變壓器鐵芯和耐酸設備等。

(6)工業(yè)制法．用焦炭在高溫下還原SiO2可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅：

SiO2+2C

Si+2CO↑

[二氧化硅]

(1)二氧化硅在自然界中的存在：天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分為二氧化硅晶體，透明的石英晶體叫做水晶，含有有色雜質(zhì)的石英晶體叫做瑪瑙。二氧化硅是一種硬度很大、熔點很高的固體。(2)化學性質(zhì)：

①SiO2是酸性氧化物．例如：SiO2+CaO

CaSiO3

SiO2還可與NaOH反應：SiO2+2NaOH(水溶液中或熔融態(tài))＝Na2SiO3+H2O

注意a．由于SiO2與強堿溶液反應生成了粘性很強的Na2SiO3溶液，因此盛放堿性的試劑瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起．

b．SiO2不溶于水，也不與水反應．因此，不能通過SiO2與H2O反應的方法來制取其對應的水化物硅酸(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還弱。

②SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應：4HF+SiO2＝SiF4+2H2O

SiO2是玻璃的主要成分，因此盛氫氟酸的試劑瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。(3)用途：

①二氧化硅是制造高性能通訊材料光導纖維的重要原料。

②石英用來制造石英電子表、石英鐘。較純凈的石英用來制造石英玻璃，石英玻璃常用來制造耐高溫的化學儀器。

③水晶常用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學儀器、工藝品和眼鏡片等。④瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品。

[硅酸鹽]

(1)自然界中硅酸鹽的存在：硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的5％。粘土的主要成分是硅酸鹽。粘土是制造陶瓷器的主要原料。(2)用氧化物的形式來表示硅酸鹽的方法：

①先將硅酸鹽中所含的各元素用氧化物形式表示；

②將各種氧化物按下列順序進行排列，各氧化物之間用“”開。例如：金屬氧化物(有多種金屬氧化物時按金屬活動順序表排列)→SiO2→H2O

Na2SiO3：Na2OSiO2A12(Si2O5)(OH)4：A12O32SiO22H2O

2．硅酸鹽工業(yè)

[硅酸鹽工業(yè)]以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱而制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)，叫做硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等的工業(yè)都屬于硅酸鹽工業(yè)。

[水泥、玻璃、陶瓷的比較]水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料生產(chǎn)設備粘土、石灰石、石膏水泥回轉(zhuǎn)窯將原料磨細，混合后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量石膏，并研成細粉Na2CO3+SiO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑純堿、石灰石、石英(過量)玻璃窯Na2SiO3+CO2粘土燒制前在坯體上涂彩釉生產(chǎn)原理主要成分硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2)鋁酸三鈣(3CaOA12O3)具有水硬性，跟水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2SiO3CaSiO34SiO2或Na2OCaO6SiO2）無固定熔點，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸熔化（玻璃態(tài)物質(zhì)）有色玻璃：(加入Co2O3后的玻璃呈藍色，加入Cu2O后的玻璃呈紅色．普通玻璃呈淡綠色是因為原料中混有Fe2+)、石英玻璃、光學玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃具有抗氧性，耐高溫，絕緣，易成形重要性質(zhì)種類礦渣硅酸鹽水泥、沸石巖水泥土器、陶器、炻器、瓷器3．新型無機非金屬材料

[新型無機非金屬材料]最初的無機非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，所以，硅酸鹽材料也稱為傳統(tǒng)無機非金屬材料．隨著科學和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，以及人們生活的需要，一些具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能的新材料被相繼研制出來，如半導體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等，這些材料稱為新型無機非金屬材料．

新型無機非金屬材料的特性主要有：①能承受高溫，強度大；②具有電學特性；③具有光學特性；④具有生物功能．

[高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導纖維]高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷(人造剛玉)氮化硅陶瓷光導纖維(光纖)傳導光能力很強，能同時傳輸大量信息；抗干擾性能好，不發(fā)生電磁輻射；通訊質(zhì)量高，能防止竊聽；質(zhì)量小且細，不怕腐蝕，鋪設方便用作長途通訊的干線；用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等；用于能量傳輸和信息傳輸性能經(jīng)受高溫，不怕氧化，耐酸堿腐蝕，硬度大，耐磨損，密度小主要用途

制造軸承、汽輪機葉用作高級耐火材片、機械密封環(huán)、永料；制造剛玉球磨機；久性模具等機械構(gòu)制作高壓鈉燈的燈管件；制造柴油機

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硅和硅酸鹽工業(yè)

1．碳族元素

[碳族元素]包括碳(6C)、硅(14Si)、鍺(32Ge)、錫(50Sn)和鉛(82Pb)5種元素．碳族元素位于元素周期表中第ⅣA族。[碳族元素的原子結(jié)構(gòu)](1)相似性：

①最外層電子數(shù)均為4個；

②主要化合價：+2價、+4價．其中C、Si、Ge、Sn的+4價化合物穩(wěn)定；Pb的+2價的化合物穩(wěn)定，但+4價的Pb的化合物卻是不穩(wěn)定的，如PbO2具有強氧化性。

(2)遞變規(guī)律：按碳、硅、鍺、錫、鉛的順序，隨著核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)增多，原子半徑增大，失電子能力增強，得電子能力減弱，非金屬性減弱，金屬性增強。由于碳族元素的最外層為4個電子，因此由非金屬性向金屬性遞變的趨勢很明顯。在碳族元素的單質(zhì)中，碳是非金屬；硅雖然是非金屬，但卻貌似金屬(為灰黑色固體)，且為半導體；鍺具有兩性，但金屬性比非金屬性強，為半導體；錫和鉛為金屬。

*[C60]C60與金剛石、石墨一樣，都屬于碳的同素異形體。C60是一種由60個碳原子構(gòu)成的單質(zhì)分子，其形狀如球狀的多面體，在C60分子中有12個五邊形和20個六邊形。

[硅]

(1)硅在自然界中的含量：硅在地殼中的含量居第二位(含量第一位的為氧元素)。

(2)硅在自然界中的存在形式：自然界中無單質(zhì)硅，硅元素全部以化合態(tài)存在，如二氧化硅、硅酸鹽等．化合態(tài)的硅是構(gòu)成地殼的礦石和巖石的主要成分。

(3)單質(zhì)硅的物理性質(zhì)：單質(zhì)硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅是灰黑色、有金屬光澤、硬而脆的固體。其熔點、沸點很高，硬度很大(晶體硅的結(jié)構(gòu)類似于金剛石)。晶體硅是半導體。(4)單質(zhì)硅的化學性質(zhì)：

①在常溫下，硅的化學性質(zhì)不活潑，不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等發(fā)生反應，但能與F2、HF和強堿反應。例如：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑②在加熱時，研細的硅能在氧氣中燃燒：Si+O2

SiO2

(5)用途：

①硅可用來制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件，還可制成太陽能電池。②利用硅的合金，可用來制造變壓器鐵芯和耐酸設備等。

(6)工業(yè)制法．用焦炭在高溫下還原SiO2可制得含有少量雜質(zhì)的粗硅：

SiO2+2C

Si+2CO↑

[二氧化硅]

(1)二氧化硅在自然界中的存在：天然二氧化硅叫硅石。石英的主要成分為二氧化硅晶體，透明的石英晶體叫做水晶，含有有色雜質(zhì)的石英晶體叫做瑪瑙。二氧化硅是一種硬度很大、熔點很高的固體。(2)化學性質(zhì)：

①SiO2是酸性氧化物．例如：SiO2+CaO

CaSiO3

SiO2還可與NaOH反應：SiO2+2NaOH(水溶液中或熔融態(tài))＝Na2SiO3+H2O

注意a．由于SiO2與強堿溶液反應生成了粘性很強的Na2SiO3溶液，因此盛放堿性的試劑瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起．

b．SiO2不溶于水，也不與水反應．因此，不能通過SiO2與H2O反應的方法來制取其對應的水化物硅酸(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還弱。

②SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應：4HF+SiO2＝SiF4+2H2O

SiO2是玻璃的主要成分，因此盛氫氟酸的試劑瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。(3)用途：

①二氧化硅是制造高性能通訊材料光導纖維的重要原料。

②石英用來制造石英電子表、石英鐘。較純凈的石英用來制造石英玻璃，石英玻璃常用來制造耐高溫的化學儀器。

③水晶常用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學儀器、工藝品和眼鏡片等。④瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品。

[硅酸鹽]

(1)自然界中硅酸鹽的存在：硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的5％。粘土的主要成分是硅酸鹽。粘土是制造陶瓷器的主要原料。(2)用氧化物的形式來表示硅酸鹽的方法：

①先將硅酸鹽中所含的各元素用氧化物形式表示；

②將各種氧化物按下列順序進行排列，各氧化物之間用“”開。例如：金屬氧化物(有多種金屬氧化物時按金屬活動順序表排列)→SiO2→H2O

Na2SiO3：Na2OSiO2A12(Si2O5)(OH)4：A12O32SiO22H2O

2．硅酸鹽工業(yè)

[硅酸鹽工業(yè)]以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱而制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)，叫做硅酸鹽工業(yè)。如制造水泥、玻璃、陶瓷等的工業(yè)都屬于硅酸鹽工業(yè)。

[水泥、玻璃、陶瓷的比較]水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料生產(chǎn)設備粘土、石灰石、石膏水泥回轉(zhuǎn)窯將原料磨細，混合后在水泥回轉(zhuǎn)窯中煅燒，再加入適量石膏，并研成細粉Na2CO3+SiO2↑CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑純堿、石灰石、石英(過量)玻璃窯Na2SiO3+CO2粘土燒制前在坯體上涂彩釉生產(chǎn)原理主要成分硅酸三鈣(3CaOSiO2)硅酸二鈣(2CaOSiO2)鋁酸三鈣(3CaOA12O3)具有水硬性，跟水摻和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2SiO3CaSiO34SiO2或Na2OCaO6SiO2）無固定熔點，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸熔化（玻璃態(tài)物質(zhì)）有色玻璃：(加入Co2O3后的玻璃呈藍色，加入Cu2O后的玻璃呈紅色．普通玻璃呈淡綠色是因為原料中混有Fe2+)、石英玻璃、光學玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃具有抗氧性，耐高溫，絕緣，易成形重要性質(zhì)種類礦渣硅酸鹽水泥、沸石巖水泥土器、陶器、炻器、瓷器3．新型無機非金屬材料

[新型無機非金屬材料]最初的無機非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，所以，硅酸鹽材料也稱為傳統(tǒng)無機非金屬材料．隨著科學和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，以及人們生活的需要，一些具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能的新材料被相繼研制出來，如半導體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等，這些材料稱為新型無機非金屬材料．

新型無機非金屬材料的特性主要有：①能承受高溫，強度大；②具有電學特性；③具有光學特性；④具有生物功能．

[高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和光導纖維]高溫結(jié)構(gòu)陶瓷氧化鋁陶瓷(人造剛玉)氮化硅陶瓷光導纖維(光纖)傳導光能力很強，能同時傳輸大量信息；抗干擾性能好，不發(fā)生電磁輻射；通訊質(zhì)量高，能防止竊聽；質(zhì)量小且細，不怕腐蝕，鋪設方便用作長途通訊的干線；用于醫(yī)療、信息處理、傳能傳像、遙測遙控、照明等；用于能量傳輸和信息傳輸性能經(jīng)受高溫，不怕氧化，耐酸堿腐蝕，硬度大，耐磨損，密度小主要用途

制造軸承、汽輪機葉用作高級耐火材片、機械密封環(huán)、永料；制造剛玉球磨機；久性模具等機械構(gòu)制作高壓鈉燈的燈管件；制造柴油機

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