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二氧化硅和硅酸盐1.硅元素的存在和硅原子的结构(1)硅元素的存在在自然界中硅全部以化合态存在，硅是构成岩石和许多矿物的基本元素，在地壳中的含量仅次于氧，达到26.3%。硅的氧化物和硅酸盐是硅的主要存在形式。(2)硅原子的结构硅原子的最外层上有4个电子，其原子既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的化合物。2．二氧化硅(1)存在地球上天然的二氧化硅也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体，有结晶形和无定形两大类。石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅(SiO2)。(2)结构二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构，晶体中硅原子和氧原子的个数比为1:2，不存在单个的SiO2分子。在SiO2晶体中，每个Si原子周围结合4O，Si在四面体的中心，氧原子在四面体的定点，同时每个O与2个Si相连，每个氧原子为2个四面体共有。(3)物理性质二氧化硅是坚硬、难熔的固体，不溶于水，不导电，纯净的二氧化硅晶体无色透明。(4)化学性质①酸性氧化物的性质A．与碱性氧化物反应生成盐，高温下SiO2与CaO反应的方程式为：____________________________。B．与强碱反应生成盐和水，常温下SiO2与NaOH溶液反应的方程式为：____________________。由于玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH溶液反应生成的Na2SiO3会黏结玻璃，所以，盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，只能用橡皮塞。C．与碳酸盐在高温下反应，SiO2与CaCO3、Na2CO3反应的方程式分别为：____________________；______________________________________。②与氢氟酸反应，反应的方程式为：__________________，此反应可用于玻璃上雕刻。③弱氧化性，SiO2高温下与C作用可制取粗硅，反应的化学方程式为：________________________________。3．硅酸(1)制备硅酸(H2SiO3)不溶于水，其酸性比碳酸的酸性弱，通常用可溶性硅酸盐和其他酸性比硅酸强的酸反应制得。Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，常用作黏合剂。往Na2SiO3溶液中加入HCl，能制得硅酸，反应的化学方程式：______________________。(2)性质及用途①硅酸可与强碱反应生成盐和水。硅酸溶于NaOH溶液的反应方程式为____________________。②硅酸的热稳定性差，受热易分解，方程式为______________________。③硅酸浓度较小时可逐渐聚合成胶体溶液——硅酸溶胶，浓度较大时可形成软而透明的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为硅胶。硅胶多孔，吸附能力强，常用作干燥剂和催化剂的载体。硅酸盐和单质硅1．硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，分布极广。硅酸盐一般都不溶于水，化学性质很稳定。2．硅酸钠(Na2SiO3)的性质、用途Na2SiO3固体俗称泡花碱，水溶液俗称水玻璃，是无色粘稠的液体，常作粘合剂、防腐剂、耐火材料。放置在空气中会变质，发生反应方程式为：_________________。3．用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成。①硅酸钠：Na2SiO3________②硅酸钙：CaSiO3________③高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4________4．硅酸盐岩石长期在水的侵蚀下风化为黏土，并且形成了土壤胶体。土壤胶体粒子因其表面积巨大且一般带负电，能与NH4+、K+等数十种生物所需的营养离子，使土壤具有保肥能力。5．无机非金属材料包括了传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。传统无机非金属材料是指陶瓷、水泥、玻璃等硅酸盐产品。陶瓷是以黏土为原料，经高温烧结而成的；制普通玻璃的原料有纯碱、石灰石和石英；以黏土和石灰石为主要原料，经研磨混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，研成细粉得到普通水泥。6．碳化硅(俗称金刚砂)具有正四面体结构，硬度大，可作砂纸，砂轮的磨料；含4%的硅的硅钢具有高的导磁性，主要用作变压器铁芯；硅橡胶耐高温和低温，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料；人工制造的分子筛主要作用吸附剂、催化剂等。单质硅1．物理性质和重要用途硅有晶体硅和无定形硅两种同素异形体。晶体硅是灰黑色、有金属光泽硬而脆的固体，熔点、沸点很高，硬度大。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。晶体硅的用途广泛。晶体硅可以用来制造晶体管和光电池，同时硅芯片是各种计算机、微电子产品的核心。2．化学性质硅元素原子的最外层电子数相同，都有4个电子，化学性质不活泼，常温下除F2、HF酸和强碱外，硅不跟其他物质起反应。在加热时可与一些非金属和其他物质反应。3．硅的工业制法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