宇航員試圖展開太陽能電池翅板。第15章碳族元素

3.

制備粗硅的取得SiO2+2C———Si(粗)+2CO電爐1800℃400－600℃粗硅提純Si+2Cl2————SiCl4(l)

蒸餾得純SiCl4，用H2還原純SiCl4得純硅

SiCl4+2H2———Si(純)+4HCl電爐催化2.性質(zhì)

Si在常溫下不活潑，而在高溫下可以和O2、Cl2、N2

反應(yīng)，也可以和Ca，Mg，Mn等金屬反應(yīng)。

Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2

Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑

第15章碳族元素二、硅烷

SinH2n+2(1≤n≤6)

最典型的是甲硅烷

SiH4———無色無臭氣體

1.制備

SiO2+4Mg———Mg2Si+2MgO

之后在酸中水解

Mg2Si+4HCl

———SiH4+2MgCl2

這樣制得的SiH4中含有

Si2H6，

Si3H8等雜質(zhì)。制備純的SiH4

SiCl4+LiAlH4

———SiH4+LiCl+AlCl3第15章碳族元素

2.

性質(zhì)（和CH4對比）

(2)穩(wěn)定性比CH4差

SiH4Si+2H2↑

甲烷分解1773K

(1)還原性比CH4

強

SiH4+2O2

＝

SiO2+2H2O而甲烷不能自燃

SiH4＋8AgNO3＋2H2O＝8Ag↓＋SiO2↓＋8HNO3

3

.

水解性甲烷不水解

SiH4+(n+2)H2OSiO2nH2O+4H2↑第15章碳族元素四、硅的鹵化物

SiF4(g)，SiCl4(l)，SiBr4(l)，SiI4(s)均無色。

1.

水解性

SiX4+4H2O=

H4SiO4+4HX此為共性，

SiCl4，無色液體，空氣中潮解發(fā)煙。可以從結(jié)構(gòu)上分析SiCl4水解反應(yīng)進行的機理。第15章碳族元素

sp3雜化

sp3d雜化sp3雜化關(guān)鍵是Si

有

3d空軌道，可以接受－OH以形成sp3d雜化的五配位中間體，故SiCl4易水解。

而CCl4中C的價層無d軌道，故不易水解

。

SiF4+4H2O

=

H4SiO4+4HFSiF4+2HF=

H2SiF6

總式：3SiF4+4H2O=H2[SiF6]+H4SiO4

ClClClClSiClClClOHSiClClClOHSiCl+OH－－Cl－OHOHOHOHSi繼續(xù)取代+3OH－－3Cl－第15章碳族元素

H2SiF6是強酸，和H2SO4相近。但純的H2SiF6尚未制得，其鹽Na2SiF6，K2SiF6較難溶，但PbSiF6

卻易溶。

2.

制備

SiO2+2Cl2+2C——SiCl4+2CO↑

和焦炭共熱

SiO2+4HF——SiF4↑+2H2O

或者使用現(xiàn)制取的

HFSiO2+2CaF2+2H2SO4

——2CaSO4+SiF4+2H2O五、SiO2及硅酸

1.

二氧化硅

(1)結(jié)構(gòu)：SiO2

原子晶體

CO2

分子晶體第15章碳族元素石英晶體第15章碳族元素第15章碳族元素第15章碳族元素

(2)性質(zhì)

SiO2

不溶于水，但它是硅酸的酸酐。加熱可使其溶于強堿的水溶液或與

Na2CO3

共熔融，形成可溶性硅酸鹽，如硅酸鈉。

SiO2

和HF有特殊反應(yīng)

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

2.

硅酸可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)可得正硅酸

SiO44－

+4H+

=H4SiO4

正硅酸Ka=3.0

10－10

組成

xSiO2yH2O

如

x=1，y=1，H2SiO3

偏硅酸

x=1，y=2，H4SiO4

正硅酸

x=2，y=1，H2Si2O5

二偏硅酸

x=2，y=3，H6Si2O7

焦硅酸

SiO2+Na2CO3———Na2SiO3+CO2↑

共熔第15章碳族元素第15章碳族元素第15章碳族元素正硅酸放置時，將聚合成分子量較高的硅酸。

H6Si2O7+H4SiO4

——H8Si3O10+H2OH6Si2O7+H8Si3O10——H12Si5O16+H2O

當(dāng)分子量達到一定程度時，則生成硅膠。

(2)

硅膠

在單聚可溶性硅酸鹽Na2SiO3中，加H+Na2SiO3+2H+———H2SiO3+2Na+至pH=7～8時，硅酸根縮聚，聚合度逐漸加高，形成大分子量的膠體溶液。當(dāng)分子量達到一定程度時，變成凝膠。用熱水洗滌，去掉生成的鹽，烘干(333－343K)，加熱(573K)活化，得到一種多孔性有吸附作用的物質(zhì)——多孔硅膠。第15章碳族元素

應(yīng)用：干燥劑吸水前后，若有顏色變化，會更有利于使用。為此，可用CoCl2溶液浸泡后，再烘干。CoCl2無水時呈藍色，當(dāng)干燥劑吸水后，隨吸水量不同，硅膠呈現(xiàn)藍紫－紫－粉紅。

硅膠的結(jié)構(gòu)是以Si－O－Si

鍵聯(lián)為基礎(chǔ)的。膠體處于不完整鍵合和混雜無序狀態(tài)。無水CoCl2————CoCl2·6H2O最后Co(H2O)62+

使硅膠呈粉紅色，說明硅膠已經(jīng)吸飽水，再使用時要烘干。

稱這種硅膠為變色硅膠。第15章碳族元素六、

硅酸鹽

1.硅酸鹽結(jié)構(gòu)的圖示法硅酸鹽種類極多，其結(jié)構(gòu)可分為鏈狀、片狀和三維網(wǎng)絡(luò)狀，但其基本結(jié)構(gòu)單元都是硅氧四面體。SiOOOO

SiO44－

(單聚正硅酸根)從O－Si

連線投影，得到平面圖形，中心是Si和一個O的重疊，則單聚正硅酸根可表示如右圖：第15章碳族元素

2.

硅酸鹽結(jié)構(gòu)的分類硅氧四面體共用兩個頂點，可連接成長鏈：焦硅酸根Si2O74－二聚硅酸根這種鏈狀硅酸根之間，通過陽離子相互結(jié)合成束，即成纖維狀硅酸鹽，如石棉。通式[Si

nO3n+1](2n+2)－第15章碳族元素藍石棉第15章碳族元素溫石棉H4(MgFe)3Si2O9第15章碳族元素

SiO44－

共三個頂點相聯(lián)，可形成片狀（層狀）結(jié)構(gòu)，層與層之間通過陽離子約束，得片層狀硅酸鹽。如云母KMg3(OH)2Si3AlO10第15章碳族元素金云母H4K2Mg6Al2Si6O24第15章碳族元素3.水玻璃（泡花堿）(1)化學(xué)式：Na2O·nSiO2

應(yīng)用：粘合劑防腐劑(2)Na2SiO3水解

Na2SiO3＋2H2O＝NaH3SiO4＋NaOH

(3)分子篩組成：鋁硅酸鹽(Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O)

應(yīng)用：篩選分子