最新二氧化硅和硅酸盐
硅酸盐紧密堆积的密度
硅酸盐紧密堆积的密度
硅酸盐是一类化学物质，由硅酸根离子（SiO4）和金属离子组成。
紧密堆积是指化学物质中粒子之间的紧密排列，通常通过密度来表征。
硅酸盐的密度取决于具体的组分和结构。
以下是一些常见硅酸盐的密度范围：
1.石英（二氧化硅，SiO2）：
2.65克/立方厘米。
石英是一种
常见的硅酸盐矿物，具有非常高的密度。
2.方解石（碳酸钙，CaCO3）：2.71克/立方厘米。
方解石是
一种碳酸盐矿物，也是硅酸盐的一种，其密度相对较高。
3.长石（钠长石，钾长石，钙长石）：2.5-2.75克/立方厘米。
长石是一类常见的硅酸盐矿物，其密度范围较宽。
需要注意的是，硅酸盐的密度可能会受到结构缺陷、杂质、晶体形态等因素的影响，因此实际材料的密度可能会略有差异。
此外，不同的硅酸盐在组成和结构上也存在差异，因此其密度也会有所不同。
通常，我们使用实验测量、晶体结构分析、计算模拟等方法来确定硅酸盐的密度值。
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
二氧化硅和硅酸盐
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
硅酸盐
高岭石
三、硅酸盐：多数不溶于水
1、硅酸盐化学式的氧化物表示方法:
书写规则：金属氧化物写在最前面，然后写二氧化 硅，最后写水，而且氧化物之间用“.”隔开
硅酸钠：Na2SiO3可以写成 Na2O ·SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4
Al2O3 ·2SiO2 ·2H2O
钠长石:NaAlSi3O8
建筑粘合剂
水泥 工业 展望
（3）反应原理：
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3+SiO2===CaSiO3+O2↑
主要化学反应：
Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑
[设问]这两个反应是否违反了复分解反应规律？ 复分解反应规律仅适用于溶液，不能套用于高温
50Km，保密性能好。
钢化玻璃
光纤玻璃
2.陶瓷 （1）主要原料：
黏土 Al2O3·2SiO2·2H2O
（2）釉料 ——金属及其化合物 使陶瓷表面光滑，不渗水，具有 丰富的色彩。
（3）特性：抗氧化性，抗酸碱腐 蚀，耐高温，易成形。
钧瓷
陶
陶瓷工业发展更加 迅速，各种新
瓷 型陶瓷不断问世，美国“哥伦比亚” 号航天飞机的外壳，就是铺砌了3.2万 块这样的金属陶瓷耐热片。用新型陶 瓷材料代替金属材料制发动机，1990 年我国第一台无水冷发电机试车成功。 这是继美、日之后，国际上仅有的几 次试验之一。专家们预言：随着新陶 瓷技术的发展，人类将“重返”“石 器时代，不过是一个全新的石器时 代。”
轻质无水硅酸和气相二氧化硅_概述说明以及解释
轻质无水硅酸和气相二氧化硅概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文将介绍轻质无水硅酸和气相二氧化硅这两种重要的硅酸盐化合物。
轻质无水硅酸是一种无机化合物，具有低密度、高强度和优良的耐热性能，在建材、工业和冶金等领域有广泛应用。
而气相二氧化硅则是由固态二氧化硅通过某些特殊方法转化为气态形式，其特点包括高纯度、细颗粒度和均匀分散性，在微电子、太阳能和光学器件等领域具有重要应用价值。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述。
首先是引言部分，对本文的目的和内容进行简要介绍。
然后分别对轻质无水硅酸和气相二氧化硅进行详细阐述，包括定义与特性、生产方法与应用领域以及相关研究进展。
接下来，通过对比分析与对接应用场景，探讨了两者的区别、联系以及共同应用领域，并展望了合作潜力和未来发展趋势。
最后，在结论部分对主要观点和结果进行总结，并提出了对未来研究方向的建议和实际意义。
1.3 目的本文旨在深入了解轻质无水硅酸和气相二氧化硅这两种重要的硅酸盐化合物。
通过对它们的定义、特性、制备方法、应用领域以及相关研究进展的详细介绍，可以更全面地认识它们在不同领域中的应用价值和潜力。
此外，通过对比分析与对接应用场景，可以进一步加深对两者之间区别、联系和共同优势的理解，并探讨合作潜力和未来发展趋势。
本文还将总结主要观点和结果，并提出未来研究方向的建议，以期为相关领域的学术研究和工业应用提供参考。
2. 轻质无水硅酸:2.1 定义与特性:轻质无水硅酸是一种化学物质，化学式为SiO2。
与普通硅酸相比，它不含结晶水分子。
由于其特殊的结构和性质，轻质无水硅酸具有较低的密度和高的孔隙率。
这使得它在许多领域具有广泛应用。
2.2 生产方法与应用领域:目前，常见的生产轻质无水硅酸的方法包括溶胶-凝胶法、燃烧-反应法和气相制备法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的方法之一，通过控制反应条件和添加适当的表面活性剂，可以获得具有良好分散性和较大比表面积的轻质无水硅酸。
二氧化硅和硅酸汇总
特别提示：SiO2与碳酸盐反应，生成CO2，是因为生成的CO2是气体，可以脱离反应体 系，并不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3强，相反H2CO3的酸性比硅酸的酸性强。
【例2】 为确认盐酸、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一 次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）。请据此回答：
3.物理性质 SiO2 是坚硬难熔的固体，不溶于水。 4.化学性质
5.用途 （1）沙子是基本的建筑材料。 （2）纯净的 SiO2 是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。 （3）石英和玛瑙制作饰物和工艺品。
【问题探究】 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？ 答案：玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH反应生成有黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘在 一起，不易打开。
三、硅酸
1.硅酸的制备
实验操作
实验现象
滴加酚酞溶
液呈红色，加
入稀盐酸后
溶液变为无
色，有白色胶
状沉淀生成
结论及方程式 Na2SiO3 溶 液 显 碱 性，与稀盐酸反应的 化学方程式为：
Na 2SiO 3 2HCl 2NaCl H2SiO 3
2.硅酸的性质 3.硅胶
要点一：CO2和SiO2的比较
【例 1】 下列说法不正确的是（ ）
A.因 SiO2 不溶于水，故 SiO2 不是酸性氧化物
高温
B.在反应 SiO2+2C
Si+2CO↑中 SiO2 作氧化剂
C.SiO2 是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大 D.氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
解析：A项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误； B项，在该反应中SiO2被C还原为Si，SiO2作氧化剂，正确；C项，由于SiO2是一种空间 立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D项，SiO2能与氢氟酸反应，故常用 氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。 答案：A。
2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：5.3.1硅酸盐材料含解析
第三节无机非金属材料第1课时硅酸盐材料课前自主预习一、硅酸盐1．硅酸盐在自然界中的存在形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，古代的陶瓷、砖瓦、现代的玻璃、水泥等，都是硅酸盐产品。
2．硅酸钠(1)物理性质：可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有强的黏合性。
(2)化学性质：①过量的CO2通入到Na2SiO3溶液中，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3，反应的原因：酸性H2CO3>H2SiO3。
②向Na2SiO3溶液中滴加CaCl2溶液，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋CaCl2===CaSiO3↓＋2NaCl。
(3)用途：①建筑业常使用的黏合剂；②用水玻璃浸泡过的木材和纺织品既防腐蚀，又防火，故常被称为木材防火剂；③还可用作肥皂填料等。
(4)硅酸盐的表示方法：二、硅酸盐产品1．三大传统硅酸盐产品 硅酸盐产品原料 主要设备 水泥石灰石、黏土 水泥回转窑 玻璃纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 陶瓷黏土许多硅酸盐具有多孔结构，孔径不同的硅酸盐具有筛分分子的作用，常用作分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体。
3．传统硅酸盐工业(1)玻璃：①生产过程：纯碱、石灰石、石英等――→粉碎后适当比例玻璃熔炉――→冷却成品玻璃 ②主要化学反应：Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑；CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。
③主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。
④几种常见玻璃：a．石英玻璃——成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。
b．钢化玻璃——普通玻璃在电炉中加热软化，然后急速冷却而成，机械强度是普通玻璃的4～6倍。
c．有色玻璃——普通玻璃中加入一些金属氧化物，如Cu2O：红色玻璃，Co2O3：蓝色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。
(2)水泥：①生产过程：黏土、石灰石――→粉碎后适当比例水泥回转窑――→加入石膏粉碎水泥②变化：发生了复杂的物理化学变化。
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——硬磁材料或永磁材料 用于发电机、电气仪表等方面 ——软磁材料 用于电动机及变压器的磁芯以及各种磁头材料
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§19.3 （新型）无机非金属材料
●概况
——范围 无机非金属材料包括了除金属材料和高分子材料以外的 几乎所有的材料。所有材料中用量最大
——无机非金属材料的种类
新型陶瓷 用高纯度无机化合物为原料，在严格控制条件下成型
、烧09.0结3.20或21 作其他处理制成具有微细结晶组织的无机材料
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——陶瓷材料的优点 化学稳定性好，耐酸碱侵蚀和抗高温氧化 ，制备工艺简单，组成可变，可通过控制其组成获得新性能。某 些材料经适当处理，还可以和晶体材料一样显示各向异性，有的 性能甚至比晶体材料还要优越
——发现史 1968年美国布鲁海文国家实验室首先发现镁一镍合金 具有吸氢特性，1969年荷兰菲利普实验室发现钐钴（SmCo5）合金 能大量吸收氢，随后又发现镧一镍（LaNi5）合金在常温下具有良好 的可逆吸放氢性能，现贮氢合金正在向合金系的多元化发展
●应用
利用贮氢合金贮运氢气，既轻便又安全，不仅没有爆炸危险，还有
——一般的陶瓷，是以黏土为主要原料，高温煅烧而制得的硬而 强、耐水、性脆的硅酸盐材料
——陶瓷的制作 黏土等与适量水充分调制后，制成一定形状的 坯体。经低温干燥，高温烧结和冷却阶段，生成以3A12O32SiO2为 主要成分的陶瓷材料
——类型 陶器 用普通黏土为原料，在不高于1000℃的温度下烧结而得 细瓷 用较纯净的黏土，在更高的温度下烧成，并经上釉而得
19.2.1 轻质合金
●定义 轻质合金是以轻金属为主要成分的合金材料。有色金
属与合金中的铝、镁及其合金属于轻金属和轻合金
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●类型
——铝合金 按加工方式分为变形铝合金和铸造铝合金。经热处理 提高强度的变形铝合金为硬铝合金，其制品的强度和钢相近，而质 量仅为钢的1／4左右，但耐腐蚀性较差。用压力加工法提高强度的 变形铝合金称为防锈铝合金，可耐海水腐蚀，用于造船工业
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19.2.2 形状记忆合金
●形状记忆效应 合金材料在一定条件下变形后仍能恢复到变形
前原始形状的能力。原因：合金存在着一对可逆转变的晶体结构的 。1951年美国人首先发现金一镉（Au—Cd）合金有记忆形状的特性 。以后发现铟一铊（In—Tl）、镍一连接管外径小的套管，再扩径，把欲连管道插 入。温度至常温时，套管收缩即形成紧固密封。20世纪70年代初， Ni—Ti合金管接头在美国F14飞机油路连接系统上得到应用
——铝锂合金 轻合金中用途最广泛。特点：高强高模。原因：锂 的密度为0.534g／cm3，是铝的1／5，钢的1／15。在铝合金中增加 少量锂可使密度显著降低。对于追求轻质高强材料的航空航天工业 有很大吸引力。民航机上改用铝锂合金，飞机重量可以减轻8％～ 16％，如B737将可减重2178kg，B747SP可减重4200kg，B747—200 可减重5200kg，A310可减重2600kg，A340可减重3900kg
贮存时间长、无损耗等优点。贮氢合金的迅速发展，必为氢气的利
用开09.0辟3.20更21 广阔的前途
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19.2.4 金属磁性材料 ●磁性材料（体） 能磁化到较大磁化强度并在实际中可利用
其磁性的强磁性体即称为磁性材料
发展史
——指南针、指南车 ——20世纪60年代：第一代稀土永磁合金。目前第四代稀土永磁 材料
——优点 连接方式接触紧密，防渗漏、装配时间短，远胜于焊接
，特别适合于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合等领
域。Ni—Ti形状记忆合金可制成人造卫星天线而卷入卫星体内，当
卫星09.0进3.20入21 轨道后，借助于太阳热或其他热源在太空展开
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19.2.3 贮氢合金
●概况
——贮氢材料 某些过渡金属、合金和金属间化合物有特殊的晶体 结构，使氢易进入其晶格间隙形成金属氢化物，这些金属氢化物可 贮存1000～1300倍的氢，加热时氢能从金属中释放出来
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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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
•陶瓷、砖瓦、玻璃、水泥和耐火材料等以硅酸盐化合物为主
要成分制成的传统无机材料
•由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等制成的新型无机非金
属材料
——性能特点 耐高温、高硬度、抗腐蚀等优异性能，以及优良的 介电、压电、光学、电磁学及其功能转换等特性
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19.3.1 陶瓷材料
●陶瓷(ceramics)
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§19.1 引言 ●定义 材料（materials）是能用以制作有用物件的物质 ●分类 按化学组成
——金属材料 以金属元素为基础的材料 ——无机非金属材料 除金属和高分子材料外的几乎所有的材料 ——有机高分子材料 ——复合材料
●意义 国际社会公认，材料、能源和信息技术是新科技革命的
二氧化硅和硅酸盐
——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
SiO2 + 2H3PO4(浓) ==== SiP2O7 + 3H2O
三大支柱。从现代科学技术发展史中可以看到，每一项重大的新技 术发现，往往都有赖于新材料的发展
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§19.2 金属材料
●概况
——金属材料是以金属元素为基础的材料。纯金属的机械性能 常难满足工程技术的需要，故金属材料常以合金的形式使用
——合金 在纯金属中，加人一种或多种其他元素，通过适当 的成型加工，制造出具有不同性能的各种金属材料