2023年高中化学知识点规律大全硅和硅酸盐工业.doc

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] 涉及碳(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重要化合价：+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，随着核电荷数的增长，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、石墨同样，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，硅元素所有以化合态存在，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重要成分。
(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等发生反映，但能与F2、HF和强碱反映。例如：Si + 2NaOH + H2O ＝Na2SiO3 + 2H2↑
②在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si + O2 SiO2
(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运用硅的合金，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可制得具有少量杂质的粗硅：
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。石英的重要成分为二氧化硅晶体，透明的石英晶体叫做水晶，具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反映：SiO2 + 2NaOH(水溶液中或熔融态) ＝Na2SiO3 + H2O
注意 a．由于SiO2与强碱溶液反映生成了粘性很强的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，也不与水反映．因此，不能通过SiO2与H2O反映的方法来制取其相应的水化物——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能与氢氟酸发生反映： 4HF + SiO2＝SiF4 + 2H2O
SiO2是玻璃的重要成分，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重要成分，自然界中存在的各种天然硅酸盐约占地壳质量的5％。粘土的重要成分是硅酸盐。粘土是制造陶瓷器的重要原料。
(2)用氧化物的形式来表达硅酸盐的方法：
①先将硅酸盐中所含的各元素用氧化物形式表达；
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
重要成分
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由于原料中混有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
3．新型无机非金属材料
[新型无机非金属材料] 最初的无机非金属材料重要是指硅酸盐材料，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重要有：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
重要
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、信息解决、传能传像、遥测遥控、照明等；用于能量传输和信息传输