化学必修一---硅.doc

(完整word)化学必修一 硅
硅：
①元素符号：Si
②原子结构示意图：
③电子式：
④周期表中位置：第三周期ⅣA族
⑤含量与存在:在地壳中的含量为26．3％，仅次于氧，在自然界中只以化合态存在
⑥同素异形体：晶体硅和无定形硅
硅的物理性质和化学性质:
（1）物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体,它的结构类似金刚石，具有较高的沸点和熔点,硬度也很大,它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。
(2）化学性质：化学性质不活泼 
①常温下，除与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应外，与其他物质不反应 

（雕刻玻璃)

②在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合

（3)制备：在电炉里用碳还原二氧化硅先制得粗硅:,将制得的粗硅,再与Cl2反应后,蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。有关的反应为：。
碳族元素中碳和硅的一些特殊规律：

1。金刚石和晶体硅都是原子晶体，但金刚石不导电，晶体硅能导电．且金刚石的熔点(大于3550℃)比硅的熔点（1410℃）高；石墨是过渡型晶体或混合型晶体,也能导电。 
2.碳和硅都能跟O2反应生成氧化物，碳的两种氧化物CO和CO2在常温下是气体，而硅的氧化物SiO2 在常温下是固体。 
3。碳跟碱溶液不反应,而硅跟碱溶液能反应。 
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
4．碳在高温时能跟水蒸气反应，而硅不能。 
C+H2O（g)CO+H2 
5．碳跟氢氟酸不反应,而硅能跟氢氟酸反应。 
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑ 
6．碳能被浓硫酸(或浓硝酸）氧化生成二氧化碳,但硅不能被浓硫酸(或浓硝酸）氧化。 
C+2H2SO4（浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O 
C+4HNO3（浓）4NO2↑+2H2O+CO2↑ 
7．碳和硅都具有还原性，且硅的还原性比碳强，但在高温时碳能把硅从SiO2中还原出来。 
2C+SiO2Si+2CO↑ 
8．碳的氯化物都不能自燃,而SiH4能自燃。 
SiH4+2O2==SiO2+2H2O 
9．通常情况下，周态CO、CO2都是分子晶体,熔、沸点都很低；而SiO2是原子晶体,熔、沸点较高。 
10．CO2溶于水且能跟水反应生成碳酸，SiO2却不能。 
11．CO2跟氢氟酸不反应，而SiO2能跟氢氟酸反应. 
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O 
12．CO2跟碱溶液反嘘生成正盐或酸式盐，而SiO2 跟碱溶液反应只生成正盐。 
CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O 
CO2+NaOH==NaHCO3 
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
13．在溶液中Na2SiO3可转变为Na2CO3，而在高温条件下Na2CO3又可转变为Na2SiO3. 
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓ 
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
硅及其化合物的几种反常现象： 

1．Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si 可从平衡移动的角度理解，由于高温下生成了气态物质CO2它的放出降低了生成物的浓度，有利于应反正向进行，故可发生反应:SiO2+2CSi+2CO↑ 
2．部分非金属单质能与碱溶液反应，但其中只有 Si与碱反应放出H2 常见的非金属单质与碱溶液的反应有：
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O① 
3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O② 
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑③ 
在反应①②中，Cl2、S既作氧化剂又作还原剂：在反应③中，Si为还原剂。 
3．非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应,而且还会产生H2 
4．硅酸不能由相应的酸酐与水反应制得制取硅酸的实际过程很复杂,条件不同可得到不同的产物，通常包括原硅酸(H2SiO4）及其脱水得到的一系列酸。原硅酸经两步脱水变为SiO2,SiO2是硅酸的酸酐,是一种不溶于水的同体,不能直接用它制备硅酸,用SiO2制取硅酸时,可先将SiO2溶于烧碱中，再向溶液中加入足量的盐酸或通入过量的CO2，析出的胶状物就是原硅酸,将原硅酸在空气中脱水即得硅酸(废话），反应原理可理解为： 
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O 
Na2SiO3+CO2+2H2O==Na2CO3+H4SiO4↓ 
H4SiO4==H2SiO3+H2O 
5．非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的熔沸点却很高；非金属氧化物一般为分子晶体，但SiO2为原子晶体。分子晶体中分子以分子问作用力相结合，而分子间作用力很弱，破坏它使晶体变为液体或气体比较容易;而在SiO2晶体中每个硅原子与四个氧原子相结合,形成硅氧四面体，在每个硅氧四面体结构单元中Si-O 键的键能很高，同时硅氧四面体结构单元可通过共用顶角氧原子连成立体网状结构，所以要使它熔融,必须消耗更多的能量，因此SiO2的熔沸点很高。 
6．SiO2是酸性氧化物却能跟HF作用 ：SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O，此反应并不是因为HF的酸性，而是因为为常温下SiF4为气态物质，有利于反应正向进行，这是SiO2的突出特性，当然也是HF 的特性。 
7．H2CO3的酸性强于H2SiO3。但却能发生如下反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑ 
强酸制备弱酸作为判断反应方向的依据，只适用于水溶液体系，而在非水溶液的条件下不一定适用，在高温下能发生反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+ CO2↑的原因是H2SiO3难挥发,H2CO3易挥发，这符合高沸点物质制低沸点物质的反应规律，与此反应类似的还有： 
2NaCl+H2SO4（浓）Na2SO4+2HCl↑ 
NaNO3+H2SO4（浓）NaHSO4+HNO3↑ 
上述两反应并不是由于H2SO4的强酸性，而是由于H2SO4为高沸点酸，HCl、HNO3为低沸点酸。
硅的用途:
高纯硅可作半导体材料，制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制造太阳能电池.硅的合金用途也很广,如含硅4％的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器的铁芯；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备。

二氧化硅
二氧化硅：
①化学式SiO2
②相对分子质量：60 
③类别:酸性氧化物
④晶体类型：原子晶体
⑥晶体中粒子间的作用力:共价键
二氧化硅的物理性质和化学性质：

（1）物理性质：无色透明或白色粉末，原子晶体，熔沸点都很高,坚硬难熔,不溶于水，天然的二氧化硅俗称硅石，是构成岩石的成分之一。 
（2）化学性质：不活泼 
①不与水反应，不能跟酸（氢氟酸除外)发生反应。 
 （氢氟酸不能盛放在玻璃容器中).
②具有酸性氧化物的性质,能跟碱性氧化物或强碱反应.
(实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因）

(制玻璃）
③具有弱氧化性

知识点拨：
二氧化硅晶体的结构若在硅晶体结构中的每个Si—Si键中“插入”一个氧原子，便可得到以硅氧四面体 （SiO4）为骨架的二氧化硅的结构，如图所示。在二氧化硅晶体里,硅原子和氧原子交替排列,不会出现Si-Si键和O—O键，即每个硅原子与四个氧原子形成四个共价键，每个氧原子与两个硅原子形成共价键，因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1:2,二氧化硅的化学式为SiO2.