高中化学 第四章 元素与材料世界 第1节 硅无机非金属材料学案 鲁科版必修1.doc

第1节硅无机非金属材料学习目标重点难点1.了解硅单质的结构、组成和主要的化学性质及用途；2掌握二氧化硅和硅酸盐的主要化学性质；3了解二氧化硅、硅酸盐制品和新型无机非金属材料的应用1.掌握硅和二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用，能书写相关反应的化学方程式；2能举例说明硅在半导体工业以及二氧化硅在现代通讯业、传统的硅酸盐制品和一些新型无机非金属材料方面的主要应用一、单质硅与半导体材料1硅的分布与存在（1）分布：硅在自然界中分布广泛，在地壳中居第_位，仅次于_，是构成矿物和岩石的基本元素。（2）存在：自然界中没有_态的硅，全部以_态的形式存在。2半导体材料（1）特点：特指导电能力介于_和_之间的一类材料。（2）常见的半导体材料：最早使用_，现在最广泛使用的是_。3硅单质（1）物理性质单质硅有_和_两种。晶体硅是_色、有_光泽、_的固体。导电性介于_和_之间。（2）化学性质（3）硅的制取与提纯粗硅：_纯硅：Si2Cl2 SiCl4SiCl42H2高温Si4HCl（4）硅的主要用途：作半导体材料；制造太阳能电池；制造硅合金等。预习交流请同学们思考交流以下问题：（1）在SiO22C高温Si2CO反应中，氧化剂是什么？还原剂是什么？（2）在SiO23C高温SiC2CO反应中，氧化剂是什么？还原剂是什么？二、二氧化硅与光导纤维1存在：广泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分是_。透明的石英晶体俗称_。2构成：SiO2晶体是由_和_构成的氧化物。3性质：（1）物理性质：_于水的固体，硬度_，熔沸点_。（2）化学性质：4光导纤维（1）主要成分：_。（2）用途：用于光纤通讯、能量传输、信息处理等方面。预习交流保存氢氟酸、NaOH溶液时应该注意什么问题？三、硅酸盐与无机非金属材料玻璃水泥陶瓷原料_、_、_、_反应原理高温下发生复杂的物理、化学变化烧结时发生复杂的物理、化学变化反应条件主要成分_、_、_硅酸二钙：2CaOSiO2、硅酸三钙：3CaOSiO2、铝酸三钙：3CaOAl2O3硅酸盐特性非晶体，透明、无固定熔点，可在一定温度范围内软化水硬性：无论在水中还是在空气中均能硬化（不可逆过程）耐酸碱腐蚀预习交流为什么玻璃没有固定的熔点？答案：一、1.（1）二氧（2）游离化合2（1）导体绝缘体（2）锗（Ge）硅3（1）晶体硅无定形硅灰黑金属硬而脆导体绝缘体（2）Si2F2=SiF4Si4HF=SiF42H2Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2SiO2SiO2（3）2CSiO2Si2CO预习交流：答案：（1）在SiO22CSi2CO反应中，SiO2是氧化剂，C是还原剂。（2）在SiO23CSiC2CO反应中，C既是氧化剂又是还原剂。二、1.SiO2水晶2硅原子氧原子3（1）不溶大高（2）SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCaSiO3CaSiO3CO2Na2SiO3CO2SiO22CSi2COSiO24HF=SiF42H2O4（1）SiO2预习交流：答案：氢氟酸不能保存在玻璃瓶中，应保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，应保存在橡胶塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。三、纯碱石灰石石英黏土石灰石黏土CaCO3SiO2CaSiO3CO2Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2高温高温高温SiO2CaSiO3Na2SiO3预习交流：答案：因为玻璃是混合物，所以玻璃没有固定的熔点，只是在某一温度范围内逐渐软化。 在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点一、H2SiO3的制备实验操作实验现象结论及化学方程式硅酸钠溶液显_性溶液的红色逐渐直至_，有_生成酸性：盐酸_硅酸有_生成酸性：碳酸_硅酸1将CO2通入CaCl2溶液中，是否有白色沉淀生成？2能否用SiO2和水反应来制取H2SiO3?1.硅酸的性质（1）弱酸性（比H2CO3的酸性弱）向Na2SiO3溶液中通入足量的CO2时有H2SiO3生成：Na2SiO32CO22H2O=H2SiO32NaHCO3。（2）热不稳定性H2SiO3受热易分解：H2SiO3SiO2H2O。2硅酸的制备可溶性的硅酸盐与较强的酸反应可制得硅酸，如：Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。二、SiO2和CO2的性质比较（1）SiO2和CO2都是酸性氧化物，它们的物理性质相似吗？ （2）在一定条件下，下列物质能和SiO2反应的是_，能和CO2反应的是_。焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸硝酸氢氧化钾氧化钙氟气水下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是（）。ACO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应 BCO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸CCO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物 DCO2和SiO2都是由相应的分子构成的二氧化碳与二氧化硅的比较CO2SiO2存在空气岩石、石英、水晶、硅藻土化学式意义表示其分子组成晶体内没有SiO2分子，仅表示硅原子和氧原子以12结合不同点物理性质熔沸点低，常温时是气体，可溶于水熔沸点高、硬度大的固体，不溶于水物理性质与水反应CO2H2O=H2CO3与水不反应与水反应与酸反应不反应只与氢氟酸反应SiO24HF=SiF42H2O相同点与碱性氧化物反应CO2CaO=CaCO3CaOSiO2高温CaSiO3与碱反应CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2O与C反应CO2C高温2COSiO22C高温Si2CO与盐反应Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO32CONa2CO3SiO2高温Na2SiO3CO2三、硅酸盐的表示方法2009年夏天，台湾发生了强烈地震，地震是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来，以地震波的形式向四面八方传播出去，传到地面会引起房摇地动，再引起一系列的变化从而造成破坏性的自然灾害。地球的表层大多是岩石，而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐，下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成，其中不正确的是（）。A钙沸石Ca（Al2Si3O10）3H2O表示为CaOAl2O33SiO23H2OB镁橄榄石Mg2SiO4可表示为2MgOSiO2C北京奥运会奖牌所用玉的主要成分透闪石Ca2Mg5Si8O22（OH）2表示为2CaSiO35MgSiO3H2OD高岭石Al2Si2O5（OH）4可表示为Al2O32SiO22H2O物质的组成可用不同形式表示：（1）将下列硅酸盐改写成氧化物的形式（改写时注意金属氧化物在前，非金属氧化物在后，低价在前，高价在后，H2O一般写在最后）。镁橄榄石（Mg2SiO4）_；高岭石Al2Si2O5（OH）4_。（2）许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写成氧化物形式，请继续改写下列物质：HNO3_；HCOOH_。通过以上改写可知，HNO3的酸酐为_，HCOOH与浓硫酸反应可制_气体。（3）已知在一定条件下，铁在氯气中燃烧可以生成Fe3Cl8，它可以看做是_（化学式）。生成该物质的条件可能是_。硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：（1）氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。（2）氧化物之间以“”隔开。（3）氧化物前的化学计量数配置原则：各元素原子总个数比符合原来的组成。（4）化学计量数配置出现分数应化为整数，例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成Na2OAl2O33SiO2，应写成Na2OAl2O36SiO2。答案：活动与探究1：溶液显红色碱变浅消失白色胶状沉淀白色胶状沉淀思考与交流：1.答案：因为盐酸的酸性比碳酸强，所以将CO2通入CaCl2溶液中，不会有CaCO3白色沉淀生成。2答案：SiO2不溶于水，也不与水反应，所以不能用SiO2和水反应来制取H2SiO3，制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3或Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。活动与探究2：（1）答案：SiO2和CO2的结构不同，SiO2是由Si原子和O原子直接构成的空间网状结构的原子晶体，硬度大，熔沸点高；而CO2是由CO2分子构成的分子晶体，常温下为气体，所以二者的物理性质差别较大。（2）答案：迁移与应用：A解析：CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确，C不正确；SiO2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，B不正确；CO2是由分子构成的，SiO2是由Si、O原子直接构成的，故D不正确。活动与探究3：C解析：2CaSiO35MgSiO3H2O中Ca与Si的原子个数比为27，而Ca2Mg5Si8O22（OH）2中Ca与Si原子个数比为28，故选C。思考与交流：答案：（1）2MgOSiO2Al2O32SiO22H2O（2）N2O5H2OCOH2ON2O5CO（3）FeCl22FeCl3氯气的量不足（或铁过量）1将足量的CO2通入下列溶液中，能产生沉淀的是（）。A硅酸钠溶液 B石灰水C氯化钡溶液 D氯化钙溶液2现有下列五个转化，其中不能通过一步反应实现的是（）。SiO2Na2SiO3CuSO4CuCl2SiO2H2SiO3CuOCu（OH）2Na2O2Na2SO4A BC D3生石灰中常含有杂质CaCO3和SiO2，检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是（）。A水 B盐酸C硫酸 D烧碱溶液4中国北京曙光公司研制出了第一款具有我国完全自主知识产权的高性能CPU芯片“龙芯”1号。请回答以下问题：（1）“龙芯”（芯片）的主要化学成分是_。（2）计算机长距离联网使用的光纤电缆，其使用的材料是_，主要化学成分为_。（3）如果这种埋在地下的材料裸露在碱性土壤中，结果会断路，用离子方程式说明原因_。5试试看，你能用化学方程式解释下列现象吗？（1）氢氟酸可用于雕刻玻璃：_。（2）氢氧化钠等碱性溶液不能存放在磨口玻璃塞的试剂瓶中：_。（3）硅酸钠溶液暴露在空气中易变质：_。答案：1A解析：因为H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，所以将CO2通入Na2SiO3溶液中会生成H2SiO3沉淀。2B解析：因为SiO2、CuO均不能溶于水，所以它们的水化物H2SiO3、Cu（OH）2均不能直接制得。其中可由SiO2与NaOH溶液反应实现，可由CuSO4与BaCl2溶液反应实现，Na2O2与稀硫酸反应即可。3B解析：生石灰能溶于盐酸（2HClCaO=CaCl2H2O），CaCO3溶于盐酸时产生气体，SiO2不溶于盐酸。将生石灰放入盐酸，若观察到既有不溶物，还有气体产生，则生石灰中同时含有CaCO3和SiO2。4答案：（1）Si（2）光导纤维SiO2（3）SiO22OH=SiOH2O解析：芯片的主要成分是Si，光导纤维的主要成分是SiO2，二者都能与NaOH溶液反应。5答案：（1）SiO24HF=SiF42H2O（2）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（3）Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记。知识精华技能要领