第一节、硅的知识点

第一节、硅的知识点

一、碳和硅比较

碳和硅是元素周期表里ⅣA族的元素，并且是上下相邻，它们原子结构的共同点是最外层都

是4个电子，但电子层数不同，如图所示：

碳原子和硅原子都既不容易失电子又不容易得电子，主要通过共用电子对形成正四价的化合物。碳单质和硅单质的主要化学性质既有相似性又有差异性

碳和硅都是亲氧元素，但硅的亲氧性强于碳的亲氧性，因此碳和硅在自然界中存在形式有所不同，硅元素在自然界中都是以含氧化合物的形态存在

二、二氧化硅1．存在

SiO 2是硅的最重要的化合物。地球上存在的天然二氧化硅称为硅石，约占地壳质量的12%，其存在的形态有结晶形和无定形两种。石英晶体是结晶的二氧化硅，具有不同的晶型和色彩。石英中无色透明的晶体就是通常所说的水晶，具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。沙子中含有小粒的石英晶体

2．结构

SiO 2晶体具有多种晶型，其基本结构单元是如图所示的四面体，每个Si周围结合4个O，Si在中心，O在4个顶角；许多这样的四面体又通过顶角的O相连接，每个O为两个四面体所共有，即每个O跟2个Si相结合。实际上，SiO 2晶体是由Si和O按1∶2的比例所构成的立体网状结构的原子晶体，因此，通常用SiO 2来表示二氧化硅的组成，但并不存在单独的SiO 2分子。[SiO 4]四面体不仅存在于SiO 2晶体中，而且存在于所有硅酸盐矿石中，构成了多姿多彩的硅酸盐世界的基本骨架

SiO 2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质，加上SiO 2在自然界的广泛存在，从古到今都被人类广泛地应用着

3．物理性质

SiO 2是坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的SiO 2是无色透明的晶体4．化学性质

（1）SiO 2是酸性氧化物，在一定条件下能与碱性氧化物、强碱反应①与碱性氧化物反应：SiO 2＋CaO 高温CaSiO 3

②常温下，与强碱反应：SiO 2＋2NaOH ===Na 2SiO 3＋H 2O（在常温下反应进行得比较慢）

SiO 2＋2OH －===SiO 32－

＋H 2O

说明：玻璃中含有SiO 2，实验室中盛NaOH 等碱液的试剂瓶常用橡胶塞，而不用玻璃塞，这是因为该反应生成的Na 2SiO 3是一种矿物胶，日久能使瓶口与瓶塞发生黏合③特殊地，在高温下，SiO 2能与纯碱、大理石反应：

SiO 2＋Na 2CO 3高温Na 2SiO 3＋CO 2↑

SiO 2＋CaCO 3高温CaSiO 3＋CO 2↑

说明：上述两个反应是玻璃工业生产的主要原理

（2）弱氧化性

SiO 2中硅元素的化合物为＋4价，这是硅元素的最高化合价，因此具有一定的氧化性，如SiO 2在高温下能被C、Mg等还原，制取粗硅：

SiO 2＋2C 高温Si＋2CO↑

SiO 2＋2Mg 高温Si＋2MgO

（3）总的来说，SiO 2的化学性质不活泼，唯一能与SiO 2反应的酸只有弱酸氢氟酸（HF）：

SiO 2＋4HF ===SiF 4↑＋2H 2O

说明：

①保存氢氟酸（HF）不能使用玻璃瓶，而应用塑料或橡胶瓶②应用：氢氟酸（HF）可用于刻蚀玻璃，在玻璃上雕刻花纹等③SiO 2与氢氟酸反应生成物SiF 4不是盐，所以SiO 2不是碱性氧化物

5．主要用途与危害性（1）SiO 2的用途

SiO 2的用途很广，主要表现在：①制备高性能通讯材料的光导纤维②制备石英玻璃、石英表、石英钟

③制造电子工业中的重要部件、光学仪器、高级工艺品、眼镜片、精密仪器、轴承、耐磨器皿等④建筑材料

（2）SiO 2的危害性在隧道开凿、石英粉加工等工作环境下易形成含有二氧化硅的粉尘。人长期吸入含有SiO 2的粉尘就会患硅肺病（旧称为矽肺病）

3．物理性质

SiO 2是坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的SiO 2是无色透明的晶体4．化学性质

（1）SiO 2是酸性氧化物，在一定条件下能与碱性氧化物、强碱反应①与碱性氧化物反应：SiO 2＋CaO 高温CaSiO 3

②常温下，与强碱反应：SiO 2＋2NaOH ===Na 2SiO 3＋H 2O（在常温下反应进行得比较慢）

SiO 2＋2OH －===SiO 32－

＋H 2O 三、硅酸（H 2SiO 3）（了解）1．硅酸的写法

SiO 2的对应水化物是硅酸，SiO 2是硅酸的酸酐。与一般的酸相比，硅酸的组成与结构要复杂得多，常用化学式H 2SiO 3来简单地表示硅酸说明：

①酸酐的定义：某酸脱去一分子或几分子水所剩下的部分称为该酸的酸酐。一般无机酸是一分子的该酸，直接失去一分子的水就形成该酸的酸酐，其酸酐中决定酸性的元素的化合价不变，如H 2SO 4、H 2SO 3、H 3PO 4、HNO 3的酸酐分别为SO 3、SO 2、P 2O 5、N 2O 5

②只有含氧酸才有酸酐，无氧酸没有酸酐2．硅酸的制取

由于SiO 2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般常用可溶性硅酸盐与其他酸反应制得【实验4－1】硅酸的制取

Na 2SiO 3＋2HCl ===2NaCl＋H 2SiO 3↓

SiO 32－

＋2H +

===H 2SiO 3↓

注意：

①硅酸不溶于水，不能用SiO 2与水反应制取硅酸

②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO 2也可以制取硅酸：

Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O ===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓SiO 32－＋CO 2＋H 2O ===CO 32－

＋H 2SiO 3↓

③如前所述，SiO 2＋Na 2CO 3高温Na 2SiO 3＋CO 2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO 2从体系中挥发出来，而SiO 2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O ===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾3．硅酸的性质（1）物理性质

硅酸为白色固体，难溶于水，不同浓度的硅酸聚合得到不同形式的胶体：①浓度较小的H 2SiO 3聚合形成胶体溶液——硅酸溶胶

②硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝聚物——硅酸凝胶③硅酸经干燥脱水形成硅酸干胶——硅胶（2）化学性质

①硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以在与碱反应时只能与强碱反应，如：

H 2SiO 3＋2NaOH ===Na 2SiO 3＋2H 2O H 2SiO 3＋2OH －===SiO 32－

＋2H 2O ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO 2和水：H 2SiO 3△H 2O＋SiO 2

4．用途：硅胶表面疏松多孔，吸水能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体

硅酸与碳酸的比较

3．物理性质

SiO 2是坚硬难熔的固体，不溶于水，纯净的SiO 2是无色透明的晶体

实验步骤

在试管中加入3~5mL Na 2SiO 3溶液（饱和Na 2SiO 3溶液按1∶2或1∶3的体积比用水稀释），滴入1~2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象实验现象滴加酚酞溶液后，溶液显红色；滴加盐酸后，溶液的红色逐渐消失，生成软而透明的胶冻状的凝胶

实验结论

硅酸钠溶液显碱性，可与酸反应；硅酸为白色固体，难溶于水物质硅酸碳酸化学式H 2SiO 3H 2CO 3酸酐SiO 2

CO 2

制法Na 2SiO 3＋2HCl ===2NaCl＋H 2SiO 3↓

CO 2＋H 2O ===H 2CO 3

颜色与状态白色、粉末状无色液体，只存在于水溶液中

水溶性

不溶于水

只存在于水溶液中