【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第六章硅和硅的化合物 

§6-3硅酸和硅酸盐

硅酸

【01】硅酸H₂SiO₃是二氧化硅的对应水化物，是一种极弱的酸，酸性比碳酸还弱【严格地讲，H₂SiO₃应该叫做偏硅酸，但习慣上称它为硅酸】。硅酸不能直接由酸酐跟水反应制得，而只能用可熔性的硅酸盐跟酸反应而制得【偏硅酸所生成的盐，应该叫做偏硅酸盐，但习慣上称它为硅酸盐】。例如：

【02】如以简化离子方程式表示，就是：

【山注||  如果按照一般的规则命名，正硅酸应该是H₄SiO₄，偏硅酸是H₂SiO₃，也就是偏某酸比正某酸少H₂O。只不过硅酸成分有点复杂，最后化学式就定成H₂SiO₃。另外这里简单介绍一下正偏与正次的命名区别——正与次是化合价发生了变化；而正与偏，化合价没有发生变化，因为同时少一个氧两个氢，是不影响化合价的】

【03】其实，任何可溶性硅酸盐跟酸反应都可用此一般式表示。

【04】硅酸虽然不溶于水，但放在水里往往不见立刻产生沉淀。当溶液浓度很稀时，几乎是透明的液体。浓度较大时，则形成稠厚的胶状沉淀，其中含有大量水分，使体积非常膨大，不易沉底，也不易过滤分离。如果把这胶状物加热，不仅吸附的水蒸发，而且硅酸本身亦随着分解成硅酐和水：

【05】因此，我们不能制得纯净的硅酸。这和碳酸的性质相类似。

硅酸盐

【06】硅酸的盐类叫做硅酸盐。可用二氧化硅跟碱性氧化物、碱类或盐类混和在一起加热熔融而制得，这在前面已经讲过。

【07】硅酸盐里，只有钠、钾的硅酸盐（Na₂SiO₃，K₂SiO₃）能溶解于水。它们的水溶液叫做水玻璃，因能强烈水解，使水溶液呈碱性，故俗名泡化碱。在肥皂里加些水玻璃，有帮助发泡和防止体积缩小的作用。水玻璃可以用作粘合剂，如用来粘合碎云母片，做成电热器中的耐热云母板。把水玻璃涂在蛋壳上，干燥后堵住了壳上的气孔，可以防止因细菌侵入而引起的腐败。浸过水玻璃的木材、织物具有耐火的性质。

【08】自然界里存在的硅的化合物，它的组成往往非常复杂，单纯的如石英或简单的硅酸盐存在不多。一般除含有硅外，还含有其他金属，如铝、镁等。含铝的叫铝硅酸盐，也有很多种，如长石、云母等。它们的组成很难用普通常用的分子式来表示。一般是用成分元素的氧化物形式，按一定组成比来表示。例如：

【09】必须注意，实际上它们不是以氧化物形式存在的，而是以各种盐的形式存在的。

山笺||  水玻璃与土木工程

（1）水玻璃的组成

水玻璃俗称泡花碱（教材此处称其为“泡化碱”，需溯词源方能知二者谁为原名，但我尚未找到记载，其实我倾向于此教材所称的泡化碱，因为我查询许久没有找到历史上用水玻璃保存花的记录，那么很大可能是指水玻璃可泡化，故名“泡化碱”后谐音讹误为“泡花碱”），是由不定比例的碱金属与二氧化硅化合而成的可溶于水的硅酸盐。土木工程常用的水玻璃是钠水玻璃Na₂O·nSiO₂和钾水玻璃K₂O·nSiO₂  。

水玻璃模数：水玻璃中氧化硅与氧化钠（钾）之间的分子数之比。模数越大越难溶解于水，越难稀释、越难施工。但模数越小，粘结力越差，强度越低，越不耐酸耐热。因此关于水玻璃模数的选择需要仔细斟酌。

（2）水玻璃的硬化

水玻璃的硬化很慢，因为其硬化原理是水玻璃与二氧化碳反应生成碳酸钠（钾）与含结晶水的二氧化硅nSiO₂·mH₂O，空气中的二氧化碳本就少，而反应又慢，因此硬化速度很慢。

为了加快水玻璃硬化，一般会添加氟硅酸钠Na₂SiF₆，氟硅酸钠可以直接和水玻璃反应生成含结晶水的二氧化硅(2n+1)SiO₂·mH₂O，而氟硅酸钠会变成NaF（KF）。

而添加氟硅酸钠的量也是一个需要斟酌的技术活，加的少了加速效果不明显，加的多了又会降低水玻璃强度，增加渗水性。毕竟氟硅酸钠与水玻璃的产物虽然也是含结晶水的二氧化硅，但生成物却有差异，从nSiO₂·mH₂O变成(2n+1)SiO₂·mH₂O，副产物从碳酸钠（钾）变成了氟化钠（钾）。

（3）水玻璃优缺点

优点：粘结能力强（常做粘结胶料），不燃烧（涂抹木材可使其具有一定的耐火性），耐高温（高温使水流逝，反而提高了强度和粘结力），耐酸（无论是水玻璃还是硬化生成的二氧化硅都是耐酸不耐碱）。

缺点：不耐水（水玻璃可溶于水，虽然生成的二氧化硅不溶于水，但总有一部分水玻璃不能完全反应），不耐碱（不仅是水玻璃可溶于碱，就是其硬化产物二氧化硅也可溶于碱）。

（4）水玻璃的土木工程应用

①材料涂刷：水玻璃有很多优良特点，因此可以涂刷材料，以将这些优点继承给材料。例如涂刷木材、布料可提高木材、布料的耐火性；涂刷砖、石、混凝土等多孔材料，可以封闭填充原材料表面孔洞，提高原材料强度、密实度、抗渗性、抗冻性与耐水性（此处提高耐水性是相对而言，虽然水玻璃不耐水，但对砖石等原材料来说填充封闭后肯定比不填充更耐水）。

②特种配料：如果甲方需要耐酸耐热的混凝土或砂浆，可以添加水玻璃，以利用水玻璃耐热耐酸的优点。

③地基处理：水玻璃配上氯化钙可做土壤加固剂，将配制好的溶液打入目标地层后，溶液遇水会形成胶体，粘结土颗粒，阻止水分渗透，固结土壤，从而起到加固地层的作用。

习题6-3

1、怎样证实硅酸确是一种酸？[提示：从酸的通性上考虑]

2、能否直接用二氧化硅跟水反应制取硅酸？为什么？应该怎样来制得硅酸？写出有关的离子方程式。

3、什么叫做水玻璃？有什么用途？如何制取？

4、水玻璃必须保存在密闭的容器里。如果敞开瓶口，经过一定时间后，就会开始生成胶状的硅酸。怎样解释这种现象？写出有关反应的化学方程式。[提示：跟空气中CO₂反应]

5、将无色酚酞试剂滴入盛有水玻璃的试管里，加以振荡，水玻璃就显出红色。为什么？写出有关的离子方程式。