單質(zhì)硅

　　硅：

　�、僭�素符號：Si

　　②原子結(jié)構(gòu)示意圖：

　�、垭娮邮剑�

　�、苤芷诒碇形恢茫旱谌�周期ⅣA族

　�、莺�量與存在：在地殼中的含量為26．3％，僅次于氧，在自然界中只以化合態(tài)存在

　�、尥�素異形體：晶體硅和無定形硅

　　硅的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)：

　　（1）物理性質(zhì)：晶體硅是灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體，它的結(jié)構(gòu)類似金剛石，具有較高的沸點和熔點，硬度也很大，它的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。 （2）化學性質(zhì)：化學性質(zhì)不活潑

　�、俪�溫下，除與氟氣、氫氟酸及強堿溶液反應(yīng)外，與其他物質(zhì)不反應(yīng)

　�、谠诩訜釛l件下，能與氧氣、氯氣等少數(shù)非金屬單質(zhì)化合

　　(4)制備：在電爐里用碳還原二氧化硅先制得粗硅：，將制得的粗硅，再與Cl₂反應(yīng)后，蒸餾出SiCl₄，然后用H₂還原SiCl₄可得到純硅。有關(guān)的反應(yīng)為：。

　　碳族元素中碳和硅的一些特殊規(guī)律:

　　1.金剛石和晶體硅都是原子晶體，但金剛石不導(dǎo)電，晶體硅能導(dǎo)電．且金剛石的熔點(大于3550℃)比硅的熔點(1410℃)高；石墨是過渡型晶體或混合型晶體，也能導(dǎo)電。

　　2.碳和硅都能跟O₂反應(yīng)生成氧化物，碳的兩種氧化物CO和CO₂在常溫下是氣體，而硅的氧化物SiO₂ 在常溫下是固體。

　　3.碳跟堿溶液不反應(yīng)，而硅跟堿溶液能反應(yīng)。

　　Si+2NaOH+H₂O==Na2SiO₃+2H₂↑

　　4．碳在高溫時能跟水蒸氣反應(yīng)，而硅不能。

　　C+H₂O(g)CO+H₂

　　5．碳跟氫氟酸不反應(yīng)，而硅能跟氫氟酸反應(yīng)。

　　Si+4HF==SiF₄↑+2H₂↑

　　6．碳能被濃硫酸(或濃硝酸)氧化生成二氧化碳，但硅不能被濃硫酸(或濃硝酸)氧化。

　　C+2H₂SO₄(濃)CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

　　C+4HNO₃(濃)4NO₂↑+2H₂O+CO₂↑

　　7．碳和硅都具有還原性，且硅的還原性比碳強，但在高溫時碳能把硅從SiO2中還原出來。

　　2C+SiO₂Si+2CO↑

　　8．碳的氯化物都不能自燃，而SiH₄能自燃。

　　SiH₄+2O₂==SiO₂+2H₂O

　　9．通常情況下，周態(tài)CO、CO₂都是分子晶體，熔、沸點都很低；而SiO₂是原子晶體，熔、沸點較高。

　　10．CO₂溶于水且能跟水反應(yīng)生成碳酸，SiO₂卻不能.

　　11．CO₂跟氫氟酸不反應(yīng)，而SiO₂能跟氫氟酸反應(yīng).

　　SiO₂+4HF==SiF₄↑+2H₂O

　　12．CO₂跟堿溶液反噓生成正鹽或酸式鹽，而SiO₂ 跟堿溶液反應(yīng)只生成正鹽。

　　CO₂+2NaOH==Na₂CO₃+H₂O

　　CO₂+NaOH==NaHCO₃

　　SiO₂+2NaOH==Na₂SiO₃+H₂O

　　13．在溶液中Na₂SiO₃可轉(zhuǎn)變?yōu)镹a₂CO₃，而在高溫條件下Na₂CO₃又可轉(zhuǎn)變?yōu)镹a₂SiO₃。

　　Na₂SiO₃+CO₂+H₂O==Na₂CO₃+H₂SiO₃↓

　　Na2CO₃+SiO₂Na₂SiO₃+CO₂↑

　　硅及其化合物的幾種反常現(xiàn)象:

　　1．Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si 可從平衡移動的角度理解，由于高溫下生成了氣態(tài)物質(zhì)CO₂它的放出降低了生成物的濃度，有利于應(yīng)反正向進行，故可發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+2CSi+2CO↑

　　2．部分非金屬單質(zhì)能與堿溶液反應(yīng)，但其中只有 Si與堿反應(yīng)放出H₂ 常見的非金屬單質(zhì)與堿溶液的反應(yīng)有：

　　Cl₂+2NaOH==NaCl+NaClO+H₂O①

　　3S+6NaOH2Na₂S+Na₂SO₃+3H₂O②

　　Si+2NaOH+H₂O==Na₂SiO₃+2H₂↑③

　　在反應(yīng)①②中，Cl₂、S既作氧化劑又作還原劑：在反應(yīng)③中，Si為還原劑。

　　3．非金屬單質(zhì)一般不與弱氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，而且還會產(chǎn)生H2

　　4．硅酸不能由相應(yīng)的酸酐與水反應(yīng)制得制取硅酸的實際過程很復(fù)雜，條件不同可得到不同的產(chǎn)物，通常包括原硅酸(H₂SiO₄)及其脫水得到的一系列酸。原硅酸經(jīng)兩步脫水變?yōu)镾iO₂，SiO₂是硅酸的酸酐，是一種不溶于水的同體，不能直接用它制備硅酸，用SiO₂制取硅酸時，可先將SiO₂溶于燒堿中，再向溶液中加入足量的鹽酸或通入過量的CO₂，析出的膠狀物就是原硅酸，將原硅酸在空氣中脫水即得硅酸，反應(yīng)原理可理解為：

　　SiO₂+2NaOH==Na₂SiO₃+H₂O

　　Na₂SiO₃+CO₂+2H₂O==Na₂CO₃+H₄SiO₄↓

　　H₄SiO₄==H₂SiO₃+H₂O

　　5．非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiO₂的熔沸點卻很高非金屬氧化物一般為分子晶體，但SiO₂為原子晶體。分子晶體中分子以分子問作用力相結(jié)合，而分子間作用力很弱，破壞它使晶體變?yōu)橐后w或氣體比較容易；而在SiO₂晶體中每個硅原子與四個氧原子相結(jié)合，形成硅氧四面體，在每個硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元中Si—O 鍵的鍵能很高，同時硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元可通過共用頂角氧原子連成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以要使它熔融，必須消耗更多的能量，因此SiO₂的熔沸點很高。

　　6．SiO₂是酸性氧化物卻能跟HF作用

　　SiO₂+4HF==SiF₄↑+2H₂O，此反應(yīng)并不是因為HF的酸性，而是因為為常溫下SiF₄為氣態(tài)物質(zhì)，有利于反應(yīng)正向進行，這是SiO₂的突出特性，當然也是HF 的特性。

　　7．H₂CO₃的酸性強于H₂SiO₃。但卻能發(fā)生如下反應(yīng)：Na₂CO₃+SiO₂Na₂SiO₃+CO₂↑

　　強酸制備弱酸作為判斷反應(yīng)方向的依據(jù)，只適用于水溶液體系，而在非水溶液的條件下不一定適用，在高溫下能發(fā)生反應(yīng)：Na₂CO₃+SiO₂Na₂SiO₃+ CO₂↑的原因是H₂SiO₃難揮發(fā)，H₂CO₃易揮發(fā)，這符合高沸點物質(zhì)制低沸點物質(zhì)的反應(yīng)規(guī)律，與此反應(yīng)類似的還有：

　　2NaCl+H₂SO₄(濃)Na₂SO₄+2HCl↑

　　NaNO₃+H₂SO₄(濃)NaHSO₄+HNO₃↑

　　上述兩反應(yīng)并不是由于H₂SO₄的強酸性，而是由于H₂SO₄為高沸點酸，HCl、HNO₃為低沸點酸。

　　硅的用途：

　　高純硅可作半導(dǎo)體材料，制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制造太陽能電池。硅的合金用途也很廣，如含硅4%的鋼具有良好的導(dǎo)磁性，可用來制造變壓器的鐵芯；含硅15%左右的鋼具有良好的耐酸性，可用來制造耐酸設(shè)備。