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 栏目类别:知识点 >> 高中 >> 化学

单质硅

更新时间:2016/9/14 13:21:00  手机版

  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

  

  ②在加热条件下,能与氧气、氯气等少数非金属单质化合

    

  (4)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,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。

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