(完整版)高中化学知识点—硅和硅酸盐工业

高中化学知识点规律大全

——硅和硅酸盐工业

1．碳族元素

[碳族元素] 包括碳(6C)、硅(14Si)、锗(32Ge)、锡(50Sn)和铅(82Pb)5种元素．碳族元素位于元素周期表中第ⅣA族。[碳族元素的原子结构]

(1)相似性：

①最外层电子数均为4个；

②主要化合价：+2价、+4价．其中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定；Pb的+2价的化合物稳定，但+4价的Pb的化合物却是不稳定的，如PbO2具有强氧化性。

(2)递变规律：按碳、硅、锗、锡、铅的顺序，随着核电荷数的增加，电子层数增多，原子半径增大，失电子能力增强，得电子能力减弱，非金属性减弱，金属性增强。由于碳族元素的最外层为4个电子，因此由非金属性向金属性递变的趋势很明显。在碳族元素的单质中，碳是非金属；硅虽然是非金属，但却貌似金属(为灰黑色固体)，且为半导体；锗具有两性，但金属性比非金属性强，为半导体；锡和铅为金属。

*[C60]C60与金刚石、石墨一样，都属于碳的同素异形体。C60是一种由60个碳原子构成的单质分

子，其形状如球状的多面体，在C60分子中有12个五边形和20个六边形。

[硅]

(1)硅在自然界中的含量：硅在地壳中的含量居第二位(含量第一位的为氧元素)。

(2)硅在自然界中的存在形式：自然界中无单质硅，硅元素全部以化合态存在，如二氧化硅、硅酸盐等．化合态的硅是构成地壳的矿石和岩石的主要成分。

(3)单质硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。其熔点、沸点很高，硬度很大(晶体硅的结构类似于金刚石)。晶体硅是半导体。

(4)单质硅的化学性质：

①在常温下，硅的化学性质不活泼，不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等发生反应，但能与F2、HF和强碱反应。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑

②在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2SiO2

(5)用途：

①硅可用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可制成太阳能电池。

②利用硅的合金，可用来制造变压器铁芯和耐酸设备等。

(6)工业制法．用焦炭在高温下还原SiO2可制得含有少量杂质的粗硅：

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。石英的主要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，含有有色杂质的石英晶体叫做玛瑙。二氧化硅是一种硬度很大、熔点很高的固体。

(2)化学性质：

①SiO2是酸性氧化物．例如：SiO2+CaO CaSiO3

SiO2还可与NaOH反应：SiO2 + 2NaOH(水溶液中或熔融态) ＝Na2SiO3 + H2O

注意a．由于SiO2与强碱溶液反应生成了粘性很强的Na2SiO3溶液，因此盛放碱性的试剂瓶不能用玻璃塞，以防止瓶塞和瓶子粘在一起．

b．SiO2不溶于水，也不与水反应．因此，不能通过SiO2与H2O反应的方法来制取其对应的水化物——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还弱。

②SiO2能与氢氟酸发生反应：4HF + SiO2＝SiF4 + 2H2O

SiO2是玻璃的主要成分，因此盛氢氟酸的试剂瓶不能用玻璃容器（可用塑料瓶）。

(3)用途：

①二氧化硅是制造高性能通讯材料——光导纤维的重要原料。

②石英用来制造石英电子表、石英钟。较纯净的石英用来制造石英玻璃，石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器。

③水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。

④玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。

[硅酸盐]

(1)自然界中硅酸盐的存在：硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐约占地壳质量的5％。粘土的主要成分是硅酸盐。粘土是制造陶瓷器的主要原料。

(2)用氧化物的形式来表示硅酸盐的方法：

①先将硅酸盐中所含的各元素用氧化物形式表示；

②将各种氧化物按下列顺序进行排列，各氧化物之间用“·”开。例如：

金属氧化物(有多种金属氧化物时按金属活动顺序表排列)→SiO2→H2O

Na2SiO3：Na2O·SiO2

A12(Si2O5)(OH)4：A12O3·2SiO2·2H2O

2．硅酸盐工业

[硅酸盐工业]以含硅物质为原料经加热而制成硅酸盐产品的工业，叫做硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃、陶瓷等的工业都属于硅酸盐工业。

[水泥、玻璃、陶瓷的比较]

水泥玻璃陶瓷

生产原料粘土、石灰石、石膏纯碱、石灰石、石英(过量) 粘土

生产设备水泥回转窑玻璃窑

生产原理

将原料磨细，混合后

在水泥回转窑中煅烧，再

加入适量石膏，并研成细

粉

Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑

烧制前在坯体上涂彩釉

主要成分硅酸三钙(3CaO·SiO2)

硅酸二钙(2CaO·SiO2)

铝酸三钙(3CaO·A12O3)

Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

（Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2或

Na2O·CaO·6SiO2）

重要性质具有水硬性，跟水掺和搅

拌并静置后，很容易凝固

变硬

无固定熔点，在一定温度范围内逐渐

熔化（玻璃态物质）

具有抗氧性，耐高温，绝缘，易

成形

种类矿渣硅酸盐水泥、沸石岩

水泥

有色玻璃：(加入Co2O3后的玻璃呈

蓝色，加入Cu2O后的玻璃呈红色．普通

玻璃呈淡绿色是因为原料中混有Fe2+)、

石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻

璃

土器、陶器、炻器、瓷器

[新型无机非金属材料]最初的无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以，硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料．随着科学和生产技术的发展，以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料被相继研制出来，如半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等，这些材料称为新型无机非金属材料．

新型无机非金属材料的特性主要有：①能承受高温，强度大；②具有电学特性；③具有光学特性；④具有生物功能．

[高温结构陶瓷和光导纤维]

高温结构陶瓷

光导纤维(光纤)

氧化铝陶瓷(人造刚

玉)

氮化硅陶瓷

性能

经受高温，不怕氧化，耐酸碱腐蚀，硬度

大，耐磨损，密度小

传导光能力很强，能同时传

输大量信息；抗干扰性能好，

不发生电磁辐射；通讯质量

高，能防止窃听；质量小且

细，不怕腐蚀，铺设方便

主要用途

用作高级耐火材

料；制造刚玉球磨机；

制作高压钠灯的灯管

制造轴承、汽轮机叶

片、机械密封环、永

久性模具等机械构

件；制造柴油机

用作长途通讯的干线；用于

医疗、信息处理、传能传像、

遥测遥控、照明等；用于能

量传输和信息传输