二氧化硅和硅酸盐
硅酸盐水泥中二氧化硅含量测定
硅酸盐水泥中SiO2，Fe2O3，Al2O3含量的测定实验报告一实验目的：1、掌握重量法测定水泥中SiO2含量的原理及方法。
2、掌握加热蒸发，水浴加热，沉淀过滤，洗涤，碳化，灰化，灼烧等操作技术和要求，掌握控制酸度、温度的方法。
3、学习配位滴定法测定水泥中Fe2O3，Al2O3等含量的测定原理及方法。
4、学习Fe3+ 、Al3+ 、Cu 2的测量条件、指示剂和掩蔽剂的选择和使用，终点颜色的变化。
5、掌握络合滴定方法（直接滴定、间接滴定、返滴定）及计算方法。
6、掌握CuSO4和EDTA标准溶液的配制与标定及EDTA滴定的原理。
二、仪器药品及试剂配制仪器仪器：马弗炉、瓷坩埚、干燥器和长短坩埚钳、电子天平、台秤、电炉、水浴锅、250ml容量瓶、移液管（50ml、25ml）、吸耳球、碱式滴定管、250ml锥形瓶、量筒（50ml、10ml）、称量瓶、烧杯、表面皿、蒸发皿、漏斗、漏斗架、平头玻璃棒、胶头滴管、中速定量滤纸、精密PH试纸、洗瓶。
试剂:水泥试样、NH4Cl、浓硝酸、CaCO3固体、EDTA溶液、铜标准溶液、醋酸-醋酸钠缓冲溶液（PH=4.3）、氨水-氯化铵缓冲液（PH=10）、NH4CNS（10%）、HCl溶液（1：1）： 1体积浓盐酸溶于1体积的水中；HCl溶液（3：97）： 3体积浓盐酸溶于97体积的水中；氨水（1：1）：1体积浓氨水溶于1体积的水中；0.05%溴甲酚绿指示剂：将0.05g溴甲酚绿溶于100mL20%乙醇溶液中10%磺基水杨酸指示剂：将10g磺基水杨酸溶于100mL水中；0.2%PAN指示剂：称取0.2gPAN溶于100mL乙醇中；0.1%铬黑T: 称取0.1g 铬黑T溶于75mL三乙醇胺和25mL乙醇中标准溶液的配制：a、0.015mol/L CaCO3溶液的配制：准确称取CaCO3基准物0.3864g，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢逐滴滴加1∶1的HCl ，待其溶解后，用少量水洗表面皿及烧杯内壁，洗涤液一同转入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，定容。
二氧化硅 合成机理
二氧化硅的合成机理取决于所用的合成方法。
以下是几种常见的二氧化硅合成方法及其机理：
1.溶胶-凝胶法：该方法是通过在溶剂中加入少量的硅酸或硅酸盐前驱体，形成溶胶，并在干燥和热处理过程中形成二氧化硅凝胶和薄膜。
在溶胶-凝胶法中，二氧化硅的形成是通过溶胶中的前驱体水解和缩合反应形成的。
2.热解法：该方法是在高温下将含硅化合物（如四氯化硅或硅酮）热解，产生二氧化硅。
在热解法中，二氧化硅的形成是通过热解过程中的化学反应形成的。
3.氧化法：该方法是通过将硅或硅酸盐在氧气氛围中加热，使其被氧化形成二氧化硅。
在氧化法中，二氧化硅的形成是通过氧化过程中的化学反应形成的。
无论采用哪种方法，二氧化硅的形成都是通过化学反应来实现的。
在这些反应中，硅原子通常会与其他原子或分子发生反应，形成硅-氧键，最终形成二氧化硅晶体。
4-1-1二氧化硅和硅酸
●内容概述
本章是高中化学集中介绍非金属知识的首章，它是对初 中化学中的碳、氢、氧知识的总结，同时又以卤素为代 表介绍非金属的典型结构、性质、用途与制法，具有承 上启下的作用。 本章共分四节，分别讨论几种重要的非金属——硅、氯、 硫、氮及其化合物的重要性质，是无机化学的重要内容， 也是与生产、生活及新科技密切联系的内容，是考试中 考查其他理论知识的平台。每一部分都与现实生活联系 密切。
每个Si原子通过O原子与周围的4个Si原子连接着，
形成1个大的正四面体(虚线示型)：
●细品教材
1．存在
二氧化硅广泛存在于自然界中，天然二氧化硅称为硅石， 约占地壳质量的12%，其存在形态有结晶形和无定形两 种，石英晶体和水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。 空气中存在体积分数约为0.03%的二氧化碳，近年来空 气中二氧化碳的含量呈上升趋势，主要原因是人类在生 产活动中大量地消耗燃料和破坏森林植被，从而导致了 自然界的“温室效应”。
氢氟酸
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 而二氧化硅不能与过氧化
故氢氟酸不能盛放在玻 璃试剂瓶中
钠的反应
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
二氧化硅
二氧化碳 用途：
用做灭火剂(但不能扑灭钠等金属燃烧引 起的火灾)；制纯碱、尿素；制汽水等 碳酸型饮料；干冰作制冷剂和人工降雨 剂；二氧化碳可用做温室中植物的“气 肥”(光合作用)
氯是典型的非金属元素，其特征性质是强氧化性，它能够氧化
除金、铂以外的绝大多数金属，能与水、碱等化合物发生反应， 可以将比它活泼性稍差的非金属从其盐或无氧酸中臵换出来。
硫和氮的氧化物、硫酸和硝酸、氨是生产和生活中重要
二氧化硅能与酸反应吗
二氧化硅是酸性氧化物，不跟一般酸反应。
气态氟化氢跟二氧化硅反应生成气态四氟
化硅。
跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。
跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。
硅原子和氧原子长程有序排列形成晶态二氧化硅，短程有序或长程无序排列形
成非晶态二氧化硅。
二氧化硅晶体中，硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的四个顶角上，许多个这样的四面体又通过顶角的氧原子相连，每个氧原子为两个四面体共有，即每个氧原子与两个硅原子相结合。
二氧化硅的最简式是SiO2，但SiO2不代表一个简单分子(仅表示二氧化硅晶体中硅和氧的原子个数之比)。
纯净的天然二氧化硅晶体，是一种坚硬、脆性、难溶
的无色透明的固体，常用于制造光学仪器等。
化学性质比较稳定。
不跟水反应。
是酸性氧化物，不跟一般酸反应。
氢氟酸跟
二氧化硅反应生成气态四氟化硅。
跟热的浓强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。
跟多种金属氧化物在高温下反应生成硅酸盐。
二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢以外的卤素、卤化氢以及硫酸、硝酸、高氯酸作用（热浓磷酸除外）。
常见的浓磷酸（或者说焦磷酸）在高温下即可腐蚀二氧化硅，生成杂多酸，高
温下熔融硼酸盐或者硼酐亦可腐蚀二氧化硅，鉴于此性质，硼酸盐可以用于陶瓷烧制中的助熔剂，除此之外氟化氢也可以可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。
二氧化硅和硅酸
（1）存在
水晶：无色透明
天
结晶形
然 （石英晶体）
SiO2
玛瑙：具有彩色环带或
层状
硅 石 无定形——硅藻土
（2）结构
[SiO4]四面体
二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,用
SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比, 不是分子式是化学式。
水晶
下列说法错误的是（ CDE ）
A . SiO2 是二氧化硅的化学式； B . SiO2 晶体是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网 状结构的晶体 ； C .[SiO4 ] 四面体只存在于二氧化硅晶体中； D . 沙子里含无定形二氧化硅； E . 石英就是水晶； F . SiO2 从古到今被人类广泛地应用着，是因为
水分蒸发后燃烧 水不能防火
水分蒸干后不燃烧 硅酸钠能防火
（2）硅酸钠化学性质
硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧， 不易被腐蚀，热稳定性好。
①与酸反应
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2 + Na2SiO3 = CaSiO3 ↓+ 2NaCl
③用途 可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的
A.还原剂
B.氧化剂 C.二者都不是
（2）反应 ②属于（ A、E ）， 反应③ 属于（ C、E ）。
A.化合反应 B.分解反应 C.置换反应
D.非氧化还原反应
E. 氧化还原反应
红(蓝)宝石： Al2O3晶体
钻石(金刚石)： 碳
的是（ D ）
A.CO2→H2CO3
B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3
二氧化硅和硅酸
非金属及其化合物
非金属
构成地壳的骨架
空气的主 要元素
人 体 生 理 必 需 的 食 用 盐
氧、硅
氮、氧
SO2、NO2、CO NaCl
影响大气质量 的气态氧化物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
硅的广泛存在
硅的化合物构成了地壳中大部分 的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量 的90%以上。
第一节 无机非金属材料的主角——硅 硅和碳的原子结构 Si C
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。 熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、 是半导体。
导电性介于导体和绝缘体之间。
2、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼 （1）常温下 只和F2 、HF、强碱反应
Si + 2F2 === SiF4 Si + 4 HF === SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O ===Na2SiO3 + 2H2
Na2O· 2 SiO 3MgO· CaO· 4SiO2
三、硅酸盐
2. 硅酸盐组成表示
练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐 硅酸钠： Na2SiO3 石棉：CaMg3Si4O12 长石：KAlSi3O8
Na2O· 2 SiO 3MgO· CaO· 4SiO2 K2O· 2O3· Al 6SiO2
因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应， 生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞 粘连在一起。
SiO2 ＋ 2OH－= SiO32－ ＋H2O
一、二氧化硅（SiO2）
4、二氧化硅的化学性质
②高温下与碳单质反应：
高温
氧化产物是 CO而不是 CO2
SiO2+2C==Si+2CO↑ （弱氧化性） 工业上用此反应制备粗硅
硅酸盐中二氧化硅的测定
硅酸盐中二氧化硅的测定[ 标签：硅酸盐, 二氧化硅 ] 匿名 2011-11-26 17:55（一）仪器与试剂721A型分光光度计SiO2标准液：0.1000克光谱纯SiO2加NaOH 3克于喷灯上熔至暗红。
沸水浸取后移入500毫升量瓶，加水至刻度，摇匀。
移入塑料瓶中储存。
1毫升=200微克SiO2显色剂：5%钼酸铵与2NHCI混合（1+1）。
还原剂：0.5克抗坏血酸溶于少量水，加硫酸（1+1）100毫升，临时配用。
（二）条件试验1、试验方法取SiO2于200毫升量瓶中，加水至90毫升。
加入酚酞1滴，用2NHCI中和至无色并过量5滴。
然后加显色剂10毫升及丙酮2.5毫升，摇匀。
置35℃热水中20分钟，加还原剂20毫升并加水至刻度，摇匀。
80分钟后，再用水定容，摇匀。
然后以水作参比，用0.5cm液池在650nm波长处测吸光度。
2、中和试验与指示剂选择取SiO21000及2000微克，按试验方法分别加酚酞、对硝基酚和定量加酸，然后显色测吸光度。
结果表明，酚酞吸光度恒定，无偏低现象。
3、稳定剂的选择用乙醇作稳定剂已有应用。
但乙醇用量较大（至少10毫升），故改用丙酮。
为此，取SiO22000微克按试验方法分别作乙醇及丙酮以及稳定时间的条件试验。
结果见表1。
表1 稳定剂的选择由表1可知，丙酮2—3毫升或乙醇10—20毫升吸光度最大。
而丙酮大于3毫升后吸光度明显下降，故用2.5毫升为宜。
4、稳定剂对光吸收的影响取SiO22000微克，分别加丙酮2.5毫升（Ⅰ）、丙酮及乙醇各2.5毫升（Ⅱ）、乙醇10毫升（Ⅲ）及不加稳定剂（Ⅳ），按试验方法显色并作吸收曲线。
结果表明，四种情况的峰位不变，但吸光度从Ⅰ—Ⅳ逐步降低。
可见丙酮比乙醇的增敏作用略强。
5、EDTA的影响用含EDTA的溶液浸取溶块可使吸光度恒定。
0.1M EDTA在0.2毫升内，吸光度基本不变，大于1毫升后则急剧下降。
故以少加或不加为宜。
6、差示（工作）曲线图1所示为六个不同浓度的参比所作的差示曲线。
二氧化硅-硅酸-硅酸盐-硅
镁橄榄石：Mg2SiO4
5、硅酸盐工业产品
传统无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥
玻璃 原 料
水泥
黏土、 石灰石、 适量石膏
陶瓷
纯碱、石灰 石、石英
高温
黏土
高温烧结时 发生复杂物 理、化学变 化。
CaCO3+SiO2 反应 CaSiO +CO ↑ 3 2 高温 原理 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
CO2：分子式
SiO2：化学式，
表示晶体中
N (Si) 1 = N (O) 2
4.化学性质—— 不活泼 CO2
氧化物 的类型
SiO2
酸性氧化物 硅酸(H2SiO3) 的酸酐
酸性氧化物
碳酸的酸酐
某酸脱去一分子或多分子水，所剩下 的部分称为该酸的酸酐。
CO2
与水反应 与碱性氧化 物反应 与碱反应
CO2+H2O=H2CO3
SiO2能与NaOH反应
SiO2 + 2NaOH == Na2SiO3 + H2O
粘性
结论：存放碱性溶液用橡胶塞，不用玻璃塞
碱、Na2CO3、NaHCO3、Na2SiO3等。
思考：实验室能否用玻璃瓶保 存氢氟酸？ 不能！
氢氟酸能腐蚀玻璃，发生如下反应：
4HF+SiO2==SiF4↑+2H2O
保存在细口、塑料瓶中
用途：用HF雕刻玻璃
二、硅酸(H2SiO3) 1.制备 用可溶性硅酸盐和酸反应
硅酸能否用SiO2溶于水制备？
不能，难溶于水！
实验4-1：向Na2SiO3溶液 中滴入酚酞，再滴入稀盐酸。
滴入酚酞溶液呈红色
现象
滴入盐酸有硅酸凝胶产生
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二位。是构成矿物的主要元素。硅 易与氧结合，自然界无游离的硅，以硅石SiO2及硅酸盐形式存在
——硅石有晶形和无定形两种形态。硅藻土是无定形的SiO2，由 硅藻和放射虫的遗骸构成，具有多孔性，是良好的吸附剂
●结构与性质
——结构 SiO2是原子晶体，每个硅原子与4个氧原子以单键相 连，构成[SiO4]四面体结构单元。晶体的最简式为SiO2，但SiO2并不 代表一个简单的分子。四面体排列的形式不同构成了不同的晶型
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——物理性质 纯净的石英称水晶，是坚硬，脆性、难溶的无色透 明晶体，膨胀系数很小，骤热骤冷也不易破裂，常用以作光学仪器 ，是光导纤维的主要材料，紫水晶、烟水晶是由于混入杂质所致
——化学性质
•SiO2的化学性质不活泼，不溶于水
•与酸作用情况 只有浓磷酸和氢氟酸可与之作用
（4）骨架型硅酸盐 许多[SiO4]四面体联结成无限个三维网格结
构。[SiO4]四面体通过共用4个氧原子而组成各种各样的空间格架，
其硅2021氧/2/2骨3 干如[AlSi3O8]nn-等
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§14.5* 无机非金属材料
见第19章 材料与化学
§14.6* 常见离子的鉴定方法
略
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●结构类型 硅酸盐基本结构单位都是[SiO4]四面体。[SiO4]四
面体不同的连接方式构成4类不同的硅氧骨干结构形式
（1）分立型硅酸盐 结构中含有单个的负离子[SiO4]2-或2，3，4 ， 6 个 [SiO4] 四 面 体 ， 联 成 直 链 或 环 状 结 构 的 负 离 子 [Si2O7]6- ， [SinO3n]2n-，这些分立的硅氧骨干靠带正电的金属离子相互联结
SiO2 + 2H3PO4(浓) ==== SiP2O7 + 3H2O
SiO2 + 4HF ==== SiF4 + 2H2O SiF4极易与HF配位形成氟硅酸
SiF4 + 2HF ==== H2SiF6
氟硅酸在水溶液内很稳定，是强酸，酸性与硫酸相仿
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•与碱作用情况 SiO2是酸性氧化物，能缓慢地溶解在强碱
中生成硅酸盐
SiO2 + 2NaOH ==== Na2SiO3 + H2O
高温时，SiO2与氢氧化钠或碳酸钠共熔得到硅酸钠
SiO2 + 2Na2CO3 ==== Na2SiO3 + CO2
Na2SiO3呈玻璃状，能溶于水，水溶液称为水玻璃，可作粘合剂、 防火涂料和防腐剂
2. 硅酸
●概况 SiO2是硅酸的酸酐，可构成多种硅酸，组成随形成条
滑石
3MgO4SiO2H2O
或 Mg3H2(SiO3)4
高岭土是粘土的基本成分。纯高岭土为制造瓷器的原料。钾长石 、云母和石英是构成花岗岩的主要成分。花岗岩和粘土都是主要的 建筑材料。石棉耐酸、耐热，可用来包扎蒸气管道和过滤酸液，也 可制成耐火布。云母透明、耐热，可作炉窗和绝缘材料。沸石可作 硬水的软化剂，也是天然的分子筛
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●性质
——制取 实验室用可溶性硅酸盐和酸作用制取硅酸
SiO32-+ 2H+ ==== H2SiO3
——硅酸是二元弱酸， Ka1 = 310-10，Ka2 = 210-12。硅酸在纯水 中溶解度很小。生成的硅酸不立即沉淀。原因：单个硅酸分子可溶 。硅酸分子会逐渐进行聚合成多硅酸溶胶，加电解质于稀的硅酸溶 胶中方可得粘浆状的硅酸沉淀，若硅酸较浓则得硅酸凝胶。蒸发硅 酸凝胶部分水，得到硅酸干胶，即硅胶(silica gel)
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3. 硅酸盐
●性质
溶解性 所有硅酸盐中，仅碱金属硅酸盐可溶水，其余金属的 硅酸盐都难溶于水。贵金属硅酸盐一般具有特征的颜色
水溶液性质 溶液呈碱性。在硅酸钠溶液中加入NH4Cl，NH4+ 与水作用而显酸性， SiO32-与水作用显碱性，相互促进，使其与水 作用更完全，H2SiO3沉淀和氨气放出，可鉴定可溶性硅酸盐
SiO32- + 2 NH4+ + 2H2O ==== H2SiO3 + 2NH3H2O
2NH3 + 2H2O
分布 硅酸盐分布极广，种类繁多，约占矿物总类的1/4，构成
地壳总质量的80%。硅酸盐组成非常复杂，为方便，常看作硅酐和
金属氧化物相结合的化合物，化学式可写作
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（2）链型硅酸盐 许多[SiO4]四面体连接成无限长的单链或双链 ，因而此类结构中含有在一个方向上无限延伸的硅氧骨干如
[SiO3]n2n-，[Si4O11]
6nn
（3）层型硅酸盐 许多[SiO4]四面体通过共用顶角氧原子连成片 状结构。含有在二维平面上延伸的硅氧骨干[Si2O5]n2n-，[AlSi3O10]n5-
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第十九章 材料与化学
本章要点
本章主要介绍化学与材料科学之间的关系，重点是化学在各种新材 料的开发和应用中的作用，包括金属材料、新型无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料以及纳米材料等
件而变，以SiO2yH2O表示。已知的有：偏硅酸 H2SiO3（SiO2H2O
）它最简单，常以H2SiO3代表硅酸；二硅酸H6Si2O7（2SiO23H2O）
；三硅酸H4Si3O8（3SiO22H2O）；二偏硅酸H2Si2O5（2SiO2H2O）
；正硅酸H4SiO4（SiO22H2O）
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钾长石 K2OAl2O36SiO2
或K2Al2Si6O16
高岭土 Al2O32SiO22H2O
或Al2H4Si2O9
白云母 K2OAl2O36SiO22H2O 或 K2H4Al2(SiO3)6
石棉 CaO3MgO4SiO2
或 CaMg3(SiO3)4
沸石
Na2OAl2O32SiO2nH2O 或Na2A12(SiO4) 2 nH2O
——关于硅胶 白色稍透明的固体，多孔性，内表面积很大，可
达800 m2·g-1~ 900m2·g-1，有强的吸附性能，可作吸附剂、干燥剂和
催化剂载体。实验室用变色硅胶作干燥剂：硅胶用CoCl2溶液浸透 后烘干。无水Co2+为蓝色，水合Co(H2O)62+为粉红色。吸附水分增
多，颜色由蓝向粉红转变，重新烘干变为蓝色