硅、二氧化硅
硅和二氧化硅的结构-概述说明以及解释
硅和二氧化硅的结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:硅是一个非金属元素，属于周期表中的第14族，原子序数为14，化学符号为Si。
它在自然界中广泛存在于矽酸盐和硅氧石等化合物中。
硅具有良好的导电性和光伏特性，因此在半导体器件、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
同时，由硅与氧元素形成的化合物二氧化硅，也就是常说的硅石英，是一种重要的无机化合物，具有稳定的结构和优良的物理化学性质。
本文将探讨硅和二氧化硅的结构特点，以及它们在科学研究和工业应用中的意义。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分中，我们将对硅和二氧化硅的重要性进行概述，介绍本文的目的和意义，以及文章的整体结构安排。
在正文部分，我们将首先深入探讨硅的结构，包括其原子结构、物理性质和化学性质，以便读者了解硅的基本特性。
接着，我们将详细讨论二氧化硅的结构，包括其分子结构、结晶结构以及在不同应用领域中的应用情况。
最后，在结论部分，我们将总结硅和二氧化硅的结构特点，探讨它们在科学研究和工业应用中的重要性，同时展望未来的研究方向，为读者提供对这一领域的更深入了解和思考。
1.3 目的本文旨在深入探讨硅和二氧化硅的结构特点，分析其原子、分子和结晶结构，探讨其物理性质和化学性质。
通过对硅和二氧化硅结构的详细描述和分析，旨在帮助读者更深入地理解这两种物质在科学研究和工业应用中的重要性和价值。
同时，本文还将展望硅和二氧化硅在未来可能的研究方向，为相关领域的科研工作者提供一定的参考和启示。
通过本文的阐述，希望能够激发更多对硅和二氧化硅结构的研究和探索，推动相关领域的发展和进步。
2.正文2.1 硅的结构硅是地球上最丰富的元素之一，它的原子序数为14，电子排布为2, 8, 4。
在周期表中，硅位于第三周期、14族元素。
硅的原子结构具有四个价电子，因此每个硅原子可以形成四个共价键。
硅原子通过共价键形成硅晶体，硅晶体的晶格结构为菱面体结构。
硅的物理性质表现为高硬度、高熔点、高电阻率等特点。
硅和二氧化硅
硅和二氧化硅一、硅硅元素在地壳中的含量占第二位，全部以化合态存在。
1、物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，是半导体，具有较高的硬度和熔点。
2、化学性质硅的化学性质不活泼，在化学反应中主要表现还原性。
在常温下，只能与氟气、氢氟酸及强碱溶液反应；在加热条件下，能与氧气、氯气等少数非金属单质化合；在高温下才能跟氢气反应，表现弱氧化性，一般硅的氢化物只能用间接方法制得。
Si+O2SiO23、硅的制备⑴制粗硅粗硅是在电炉里用碳还原二氧化硅而制得SiO2+2C Si+2CO↑⑵制高纯硅将上面反应制出的粗硅，再与Cl2反应后，蒸馏出SiCl4，然后用H2还原SiCl4可得到纯硅。
有关的反应方程式为；Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl4、硅的用途：硅可用来制作合金；高纯硅可作半导体材料。
二、二氧化硅1、物理性质：二氧化硅是一种坚硬难熔的固体，硬度、熔点都很高。
2、化学性质：二氧化硅的化学性质很稳定，不能跟水及酸(氢氟酸除外)发生反应。
由于它是一种酸性氧化物，所以能跟碱性氧化物或强碱反应。
SiO2+4HF＝SiF4+2H2O(氢氟酸不能盛放在玻璃容器中)SiO2+CaO CaSiO3SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(碱溶液不能盛在使用磨口玻璃塞的试剂瓶中)3、特性：二氧化硅是一种特殊的酸性氧化物。
a．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化硅却不能直接跟水化合，它的对应水化物(硅酸)只能用相应的可溶性硅酸盐跟酸作用制得。
b．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化硅却能跟氢氟酸起反应。
三、硅酸硅酸(H2SiO3)是不溶于水的弱酸，它的酸性比碳酸还弱。
四、硅酸盐1、硅酸盐的书写硅酸盐是构成地壳岩石的主要成分，其结构复杂，组成可用氧化物的形式表示。
一般从左到右依次为：活泼金属的氧化物活泼非金属的氧化物水，各氧化物之间用小点“·”相连。
例如：硅酸钠Na2SiO3(Na2O·SiO2)；镁橄榄石Mg2SiO4(2MgO·SiO2)；高岭石A12(Si2O5)(OH)4(A12O3·2SiO2·2H2O)2、硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，可作粘合剂、防腐剂。
考点05 硅与二氧化硅的性质(要点总结)
2019-2020学年高一化学期末复习高频考点通关（人教版2019必修第二册）考点05 硅与二氧化硅的性质复习要点1.了解硅及二氧化硅的主要性质及应用。
2.了解高纯硅的工业制备方法。
核心梳理1．硅及其化合物特性(1)Si、SiO2都能与氢氟酸反应。
(2)常见单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属Al，非金属Si。
(3)粗硅制备时，要隔绝空气，在电炉中进行，且生成的是CO而不是CO2。
(4)硅酸是不溶于水的弱酸。
2．硅单质的化学性质(1)在常温下，能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑③与NaOH溶液反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应①与O2反应：Si＋O2===SiO2②与Cl2反应：Si＋2Cl2===SiCl4③与C反应：Si＋C===SiC3．硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：(1)粗硅的制备：2C＋SiO2Si(粗硅)＋2CO↑(2)纯硅的制备：工业制备高纯硅的原理示意图典型例题 例1 半导体工业中，有一句行话：“从沙滩到用户”，即由SiO 2制取Si 。
制取过程中不涉及的化学反应是( )A ．2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑B ．SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2OC ．Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4D ．SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl【答案】B【解析】由SiO 2制取Si 时要先制得粗硅，反应为2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑，然后再进行提纯，反应依次为Si ＋2Cl 2=====高温SiCl 4、SiCl 4＋2H 2=====高温Si ＋4HCl 。
变式强化硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。
硅和二氧化硅
加热时，能与其它卤素反应生成卤化硅，与 氧反应生成SiO2: Si+2X2= SiX4 (X=Cl,Br,I)
Si+O2 =2
在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单 质化合，分别生成碳化硅SiC、氮化硅 Si3N4和硫化硅SiS2等,也与水蒸气反应.
Si+C=SiC 3Si+2N2 =Si3N4 Si+2S= SiS2
物理性质
无定形硅：黑色
晶体硅：灰黑色，密度2.32-2.34 克/立方厘米，熔点1414℃，沸点 2900℃，晶体硅属于原子晶体， 硬而脆，有金属光泽，有半导体性 质。
结构→性质
硅原子位于元素周期表第IV主族，核外有14个电 子，最外层有4个电子即为价电子。 最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这 些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于 共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度。 化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除 氟化氢和碱液以外）发生反应
（2）与热的强碱溶液及熔融的碳酸 钠作用 SiO2 + 2OH－＝ SiO32－ + H2O
SiO2 + Na2CO3 ＝ Na2SiO3 + CO2
玻璃容器不能盛放浓碱溶液和氢 氟酸
（3）与碱性氧化物反应
SiO2+CaO=CaSiO3（高温条件下）
用途
（1）光导纤维 （2）石英：耐高温化学仪器、 石英电子表、石英钟 （3）水晶：电子工业的重要部 件、光学仪器、 高级工艺品和 眼镜片 （4）玛瑙：精密仪器轴承、耐 磨器皿和装饰品
硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电 率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体 性质。
化学性质
在常温下，硅不活泼，不与水、 空气、酸反应，除氟化氢、氟 气和强碱以外，很难与其他物 质发生反应。
高中化学-硅及二氧化硅
实验室有六种试剂，根据 它们各自的性质，必须选择适 当的试剂瓶盛放，请在对应的 各种试剂瓶和所装试剂之间进 行连线。
试剂 二氧化硅 氢氧化钠溶液 硝酸银晶体 氢氟酸 浓硫酸 氯水
试剂瓶 细口磨口塞 广口瓶 棕色细口磨口塞 细口橡皮塞 棕色广口瓶 细口塑料瓶
3、二氧化硅的用途
制光导纤维
石英制品
硅酸及硅酸盐
(1)硅酸：硅酸、原硅酸都不溶于水，属 于弱酸，其酸性比碳酸弱：
Na2SiO3+2HCl+H2O=2NaCl+H4SiO4↓
H4SiO4===H2SiO3+H2O(易) Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H4SiO4↓
（2）硅酸盐
结构复杂 种类繁多 用二氧化硅和金属氧化
物的形式表示其组成
5、工业制粗硅：
高温
SiO2+2C===Si+2CO
粗硅提纯 Si+2Cl2===SiCl4
*
SiCl4+2H2===Si+4HCl
能溶解硅且能放出氢气的是
（ C、D ）
A、浓盐酸
B、稀硫酸
C、氢氟酸
D、浓烧碱
6、用途：
高纯硅：半导体材料。 变压器铁芯
合金 （含硅4%的钢有导磁性） 耐酸设备
（含硅15%左右的钢有耐 酸性）
有三种元素X、Y、Z。X和Y位于周期表的同 一周期，可形成共价化合物XY2，此化合物在常 温下为气态。 Z和 X为同族元素，Z和 Y可形成 共价化合物 ZY2，此化合物在常温下为固态。 X 的单质跟 ZY2反应可生成Z的单质。Z的一种晶体 是很好的半导体材料。根据以上事实判断X、Y、 Z各为什么元素，写出上述有关反应的化学方程 式。
硅与二氧化硅导热系数比较表
硅与二氧化硅导热系数比较表（实用版）目录1.硅和二氧化硅的导热系数概述2.硅的导热系数3.二氧化硅的导热系数4.比较硅和二氧化硅的导热性能5.硅和二氧化硅在实际应用中的表现正文1.硅和二氧化硅的导热系数概述硅（Si）和二氧化硅（SiO2）是两种重要的硅基材料，它们在工业领域和科研领域具有广泛的应用。
导热系数是衡量材料导热性能的重要参数，对于硅和二氧化硅这两种材料，它们的导热系数有何差异呢？2.硅的导热系数硅是一种金属元素，其导热系数为 0.21W/m·K。
硅具有良好的导热性能，可以作为热传导材料在电子器件等领域应用。
3.二氧化硅的导热系数二氧化硅是一种非金属元素，其导热系数相对较低，为 0.27W/cm·K。
然而，二氧化硅具有优异的光学特性，可以制作光导纤维等光学器件。
4.比较硅和二氧化硅的导热性能从导热系数上看，硅的导热性能要优于二氧化硅。
硅的导热系数为0.21W/m·K，而二氧化硅的导热系数为 0.27W/cm·K，两者相差较大。
因此，在需要良好导热性能的应用领域，硅是一种更为理想的材料。
5.硅和二氧化硅在实际应用中的表现硅和二氧化硅在实际应用中表现出不同的特性。
硅广泛应用于半导体、光电子和太阳能电池等领域，其良好的导热性能可以有效提高器件的性能和稳定性。
而二氧化硅主要应用于光纤通信、光学传感器和光催化等领域，其优异的光学特性使得光信号能够在纤维中进行全反射，实现高速、远距离的信息传输。
综上所述，硅和二氧化硅的导热系数差异较大，硅具有较好的导热性能，而二氧化硅在光学领域具有独特的优势。
硅和二氧化硅简介
硅（Si）硅guī（台湾、香港称矽xī）是一种化学元素，它的化学符号是Si，旧称矽。
原子序数14，相对原子质量28.09，有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上IVA族的类金属元素。
硅也是极为常见的一种元素，然而它极少以单质的形式在自然界出现，而是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。
硅在宇宙中的储量排在第八位。
在地壳中，它是第二丰富的元素，构成地壳总质量的25.7%，仅次于第一位的氧（49.4%）。
目录◆原子硅◆元素硅◆总体特性◆硅的用途◆缺乏症◆高硅症◆工业制取纯硅原子硅硅原子位于元素周期表第IV主族，它的原子序数为Z=14，核外有14个电子。
电子在原子核外，按能级由低到高，由里到外，层层环绕，这称为电子的壳层结构。
硅原子的核外电子第一层有2个电子，第二层有8个电子，达到稳定态。
最外层有4个电子即为价电子，它对硅原子的导电性等方面起着主导作用。
正因为硅原子有如此结构，所以有其一些特殊的性质：最外层的4个价电子让硅原子处于亚稳定结构，这些价电子使硅原子相互之间以共价键结合，由于共价键比较结实，硅具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质（除氟化氢和碱液以外）发生反应；硅晶体中没有明显的自由电子，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质[3]。
高纯硅电子转移.MP4元素硅元素描述：◆晶体硅为灰黑色，无定形硅为黑色◆密度2.32-2.34g/cm3◆熔点1410℃，沸点2355℃◆属于原子晶体，硬而有金属光泽，有半导体性质◆具有金刚石的晶体结构，电离能8.151电子伏特。
晶体硅的结构.flv◆化学性质：在常温下，除氟化氢以外，很难与其他物质发生反应，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱液。
[2]加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用生成硅化物。
硅和二氧化硅
硅和二氧化硅
硅和二氧化硅是发源于自然界同一元素硅最常见的两种物质。
它们都是无机物质，具有不同的特性，发挥着重要的作用。
硅和二氧化硅可以大致划分为三类：硅岩、硅灰和二氧化硅。
硅岩是硅含量最高的物质，也是硅原料的主要来源。
硅岩可以根据其成分、特点和结构分为若干种，主要有玄武岩、安山岩、侏罗系岩石以及精细物质和劣质物质。
硅灰是亚硬的硅质无机物质，其中有欧穆德硅灰、烧结硅灰、熔结硅灰及工业硅灰等等。
它们是生产电子元件的主要原料，还可以用来制造各种金属表面的抛光材料。
二氧化硅是硅的氧化物，是一种白色半透明结晶体，可以通过电解法制成。
它可以用来制造大量绝缘材料，如透明绝缘涂层、硅氧玻璃等。
同时，二氧化硅还可以被制作成太阳能电池板，用于太阳能电池的制造。
两者在行业应用方面也是分不开的，硅岩、硅灰及二氧化硅是有机无机材料、电子零件、太阳能电池的主要原料，同时还用于汽车、飞机、建筑等行业的制造。
冶金、光学、核工业也需要用到硅和二氧化硅。
综上所述，硅和二氧化硅都是无机物质，它们各有不同的特性和应用，在现代科技发展中发挥着重要的作用。
硅和二氧化硅作为重要的无机非金属物质，有其特有的地位和价值，其使用范围也极其广泛，涉及到汽车、航空、电子、建筑等各个行业，这表明它们在社会发展
中起着重要的作用。
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2NaOH+SiO2= Na2SiO3+H2O 思考：实验室保存NaOH溶液 的试剂瓶用橡皮塞的玻璃瓶 而不用玻璃塞，为什么？
知识支持： 1、玻璃中含有SiO2 2、硅酸钠的水溶液称水玻璃， 具有粘性。
2NaOH+SiO2= Na2SiO3+H2O 防止玻璃中的SiO2与NaOH溶液反应 生成粘性的Na2SiO3，使瓶塞和瓶口粘 在一起，故不能用磨口玻璃塞盛碱性 溶液，如 NaOH、KOH、Na2CO3等溶液 (玻瓶-胶塞)。
硅的原子结构
Si
+14
2 8 4
C
+6
2 4
硅的化学性质
常温下，化学性质稳定，只与强碱、氢氟酸、 氟气反应
①Si+2F2=SiF4
②Si+4HF=SiF4 ↑+2H2↑ ③Si+ 2NaOH + H2O = Na2SiO3 +2H2↑
加热下，可与氢气、氧气、氯气等非金属单质化合
Si + O2
△
高温
与碱性氧化物： SiO +CaO===CaSiO 2 3 特性：常温与氢氟酸反应——用于玻璃雕刻 4HF+SiO2=SiF4↑+2H2O
高温
知识支持： 1、H2SiO3是难溶于水的二元弱酸 2、H2SiO3酸性比碳酸弱 在实验室中如何由硅酸钠溶液制备硅酸？ (方程式表示)
高温
SiCl4 ＋2H2 ＝ Si ＋4HCl
石英
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水晶
玛瑙
沙子
光导纤维
【问题组】
１、哪些常见的物质主要成分是二氧化硅？ 二氧化硅具有什么样的物理性质？
石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维
纯净的SiO2为无色透明的晶体， 不 溶于水， 熔点 高 、硬度 大 。
2、从物质分类的角度来看，二氧化硅属于 酸性 （选填“酸性”“碱性”）氧化物， _______ 预测它能与哪些物质反应？写出相关方程式
1、什么是半导体材料？ 2、人类最早使用的半导体材料是什么？
3、硅作为半导体材料优点有哪些？ 4、单质硅的颜色？状态？熔点？硬度？
【问题组】
1、Si属于哪类物质？其原子结构示意图是怎样的？
2、在已学过的元素中，Si与谁的结构和性质类似？
3、请根据前边所学的碳单质、硫单质、氯气等非 金属单质的性质预测硅可能有哪些共同性质？
SiO2
Si＋2Cl2 ＝ SiCl4
Si＋2H2 ＝ SiH4
高温
知识扩展
高纯度硅的制备
高温
工业上先在电炉里高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅
SiO2＋2C ＝= Si＋2CO↑
然后将粗硅在高温下跟氯气 反应生成一种液态物质。
高温
Si＋2Cl2 ＝ SiCl4（液体，易挥发） 经蒸馏提纯后，再用氢气还原制得纯硅。
第四章 材料家族中的元素
第1节 硅 无机非金属材料
【学习目标】
1.了解硅和二氧化硅的物理性质 2.理解硅及二氧化硅的性质与用途间的关系 3.掌握硅单质和二氧化硅的化学性质
硅是构成岩石和矿物的基本元素
传统无机非金属材料
陶瓷
水泥
玻璃
单质硅
晶体硅
硅太阳能电池
电脑的中央处理器（CPU）
【问题组】