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 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A 族。碳族元素的原子结构碳族元素的原子结构(1)相似性：最外层电子数均为 4 个；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：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 在加热时，研细的硅能在氧气中燃烧：Si+O2 SiO2 (5)用途：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。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：SiO2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 bSiO2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。SiO2能与氢氟酸发生反映：4HF+SiO2SiF4+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：二氧化硅是制造高性能通讯材料光导纤维的重要原料。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。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。玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。硅酸盐硅酸盐(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：先将硅酸盐中所含的各元素用氧化物形式表达；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)SiO2H2O Na2SiO3：Na2OSiO2 A12(Si2O5)(OH)4：A12O32SiO22H2O 2硅酸盐工业硅酸盐工业 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，Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 烧 制 前 在坯 体 上 涂彩釉 并研成细粉 重要成分 硅酸三钙(3CaOSiO2)硅酸二钙(2CaOSiO2)铝酸三钙(3CaOA12O3)Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2SiO3CaSiO34SiO2或Na2OCaO6SiO2）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 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：能承受高温，强度大；具有电学特性；具有光学特性；具有生物功能 高温结构陶瓷和光导纤维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