山东省高密市第三中学高三化学一轮复习 第四章 第1节 无机非金属材料导学案.doc

山东省高密市第三中学高三化学一轮复习 第四章 第1节 无机非金属材料学案【考纲要求】1、了解硅及其重要化合物sio2的主要物理性质、化学性质、用途。2、了解硅元素在自然界以sio2及硅酸盐的形式存在，了解硅酸盐工业产品。【重点知识】 硅及二氧化硅的化学性质【课前预习案】一、 单质硅与半导体材料1、硅元素的存在：硅在地壳中的含量次于氧，居第 位。硅是一种亲氧元素，所以自然界中无游离态的硅，它总是与氧相互化合，以 和 的形式存在。2、单质硅的物理性质：单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅灰黑色有金属光泽，硬而脆 ，导电性： 。3、最早使用的半导体材料是 现在多使用 做半导体材料。4、硅的化学性质：常温下不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，一般不与其他物质反应。加热条件下，可与氧气等反应。si + o2 = si + 2f2 = sif4 si + 4hf = sif4 + 2h2si+ 2naoh + h2o na2sio3 +2 h25、硅的工业制法：工业上，用焦炭在电炉中还原sio2得到含有少量杂质的粗硅后再提纯。高温 高温制粗硅的方程式： 粗硅提纯：si+2cl2 = sicl4 sicl4+2h2 = si+4hcl6、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。二、二氧化硅与光导纤维1、二氧化硅的结构特点和物理性质以及在自然界中的存在：二氧化硅晶体由氧原子和硅原子通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体。熔点高，硬度大不溶于水。它广泛存在于自然界中，是沙子、石英等的主要成分。2、化学性质：（1）弱氧化性： （工业制粗硅）cao+sio2 2naoh+sio2 caco3+sio2 （2）具有酸性氧化物的通性：（3）与酸反应：sio2+ hf （此反应常被用来刻蚀玻璃）3、用途：光导纤维、压电材料、 水晶制品、石英制品4、光导纤维主要成分 原理：利用光的全反射原理来传输光信号。小资料：利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话，而根据理论计算，一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话！铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜，改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英，几乎是取之不尽的。另外，利用光导纤维制成的内窥镜，可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管，它有输送光线、传导图像的本领，又有柔软、灵活，可以任意弯曲等优点，可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来，医生就可以窥见胃里的情形，然后根据情况进行诊断和治疗。三、硅酸盐与无机非金属材料（一）传统的无机非金属材料 主要成分为 1、水玻璃是 在空气中会变质，反应式为： 。2、硅酸盐的表示法：金属氧化物sio2h2o硅酸钠（na2sio3）可表示为： ；高岭石al2(si2o5)(oh)4可表示为： ；正长石（kalsi3o8)可表示为： 。3、玻璃、水泥、传统陶瓷等硅酸盐材料是传统的无机非金属材料。玻璃水泥生产原料纯碱（na2co3）石灰石（caco3）石英（sio2）主要原料 石灰石 粘土辅助原料 适量的石膏等生产原理高温下复杂物理化学变化高温下复杂物理化学变化化学方程式产品主要成分及特性普通玻璃钠玻璃（na2ocao6sio2）玻璃是非晶体，称为玻璃态物质无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品3caosio2硅酸三钙、2caosio2硅酸二钙、3caoal2o3铝酸三钙（二）新型无机非金属材料。随着信息科学、能源技术、航天技术、生物工程、超导技术和海洋技术等现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷等被相继研制出来。【预习检测】1、下列关于硅的说法不正确的是（ ） a 硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色的，有金属光泽 b 硅的导电能力界于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 c 当加热到一定温度时，硅能与o2、cl2等非金属单质反应。 d 硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应。2、（双选）科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是 ( )a自然界硅的贮量丰富 b自然界中存在大量单质硅c高纯度的硅被用于制作计算机芯片 d光导纤维的主要成分是si 3、下列物质在空气中久置容易变质。不是因为发生氧化还原反应的是（ ） a 过氧化钠 b 硫酸亚铁溶液 c 水玻璃 d 亚硫酸钠 4、地壳中含量占第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是（）a熔点高，硬度大 b常温下能与烧碱溶液反应c高温时能与纯碱反应 d能与水蒸气反应生成酸5制造太阳能电池需要高纯度的硅。工业上由粗硅制高纯度硅可通过以下反应实现：si + 3hcl sihcl3 + h2 sihcl 3+ h2si + 3hcl下列有关叙述错误的是（ ）a2个反应都是氧化还原反应 b2个反应都是置换反应c反应中si是还原剂 d上述2个反应互为可逆反应6、（08杭州学军中学）硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述不正确的是（ ）a硅单质可用来制造太阳能电池 b二氧化硅是制造光导纤维的材料c二氧化硅是制造玻璃的主要原料 d硅酸盐可用来制作水晶、玛瑙等工艺品7. 下列物质不能由单质直接化合生成的是 （ ） a、fecl3 b、cus c、sio2 d、al2o3【课堂探究案】【探究1】二氧化硅的化学性质1、酸性氧化物的通性二氧化硅与二氧化硫、二氧化碳对比二氧化碳二氧化硫二氧化硅自然界中的存在空气中火山附近等岩石中，硅石、石英、硅藻土等物理性质熔沸点低，常温下是气体能溶于水无色有刺激性气味的气体 密度比空气大 ，易溶于水(常温常压下 1 : 40 ) 坚硬难熔的固体，不溶于水化 与水学 与酸 naoh性 溶液质 cao na2o2 na2co3二氧化硫变成： 不填用途饮料、制碱漂白剂2、弱氧化性：与c反应例sio2+2c=si+2co中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 跟踪练习：sio2+3c=sic+2co中，氧化剂与还原剂的质量比为（ ）a 36：60 b 60：36 c 1：2 d 2：13、与某些盐反应，如与na2co3 caco3 反应4、特性：与氢氟酸反应 应用：氢氟酸用于雕刻玻璃。思考：实验室怎样保存naoh溶液？氢氟酸能用玻璃瓶盛放吗？为什么？常见化学试剂的保存方法1.瓶口：固体试剂一般保存在 口瓶中，液体试剂一般保存中 口瓶中。2.瓶塞：一般有玻璃塞、橡皮塞、塑料塞和软木塞。naoh、ca(oh)2、ba(oh)2、na2sio3、na2co3、naal(oh)4等碱性试剂不能用玻璃塞；浓硫酸具有脱水性，不能用软木塞；苯和甲苯等有机试剂和kmno4、hno3、浓h2so4、fecl3、br2水等强氧化性试剂不能用橡皮塞。3.颜色：见光易分解的物质应保存中棕色试剂瓶中，中学化学中常见的试剂有：agno3、agcl、agbr、agi（所有的银盐）、h2o2、浓hno3、氯水、液溴等。4.氢氟酸腐蚀玻璃，应保存在塑料瓶中；例：以下物质必须储存在具有橡皮塞的玻璃试剂瓶中的是 koh溶液 饱和na2co3溶液 盐酸 水玻璃 氢氟酸 澄清石灰水 硝酸naoh溶液 【探究2】硅酸、原硅酸1、硅酸（h2sio3）、原硅酸（h4sio4）：难溶性酸 它们的酸酐都是 2、硅酸（h2sio3)的制备：可溶性硅酸盐与较强酸反应（思考：可否用二氧化硅与水直接化合制备吗？为什么？）离子方程式： 【探究3】如何用二氧化硅制取硅酸？写出有关反应的离子方程式。【课堂检测】1（双选）、下列可用带橡胶塞的玻璃瓶保存的是 （ ）a氢氟酸b液溴 cna2sio3溶液 dnaoh溶液2、下列说法正确的是（ ）a二氧化硅溶于水显酸性，所以二氧化硅属于酸性氧化物b二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸c二氧化碳通入水玻璃可能得到硅酸d因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强3、下列溶液能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是（ ）a、 na2sio3 溶液 b、hf溶液 c、nano3溶液 d、nacl溶液4（双选）、下列坩埚中，可用做熔化固体koh容器是（ ） a.铁坩埚 b.石英坩埚 c.瓷坩埚 d.石墨坩埚5、常温下，下列物质中能与二氧化硅起化学反应的是（ ） 浓硝酸；水；浓盐酸；氢氟酸；氢氧化钾溶液 a b c d【课后拓展案】1、（09广东理科基础22）下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是 ( ) 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品 高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维 陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料 a b c d2、下列5个转化，其中不能通过一步反应实现的是 ( ) sio2 na2sio3 cuso4 cucl2 sio2 h2sio3 cuo cu（oh）2 na2o2 na2so4a b c d 3、石灰石是许多工业的原料之一，但生产下列物质时不需要石灰石的是 （）硅酸水泥玻璃生石灰4、下列离子方程式不正确的是（ ） a. 向烧碱溶液中通入过量的二氧化碳 2oh- +co2 co32- +h2o b. 向纯碱溶液中通入足量的二氧化碳co32- + co2 + h2o 2hco3- c. 向水玻璃中通入少量二氧化碳 sio32- + co2 + h2o h2sio3 + co32- d. 向次氯酸钠溶液中通入少量的二氧化碳 2clo- + co2 + h2o 2hclo + co32-5、 2012新课程理综下列说法正确的是（ ）a医用酒精的浓度通常是95%b单质硅是将太阳能转化为电能的常用材料c淀粉、纤维素和油脂都属于天然高分子化合物d合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料6据参考消息报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用。关于其有利因素的下列说法中，你认为不正确的是（ ）a硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料b自然界中存在大量单质硅c硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制d自然界硅的贮量丰富7、（2009重庆理综）材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是 （ ）材料主要化学成分a刚玉、金刚石三氧化二铝b大理石、石灰石碳酸钙c普通水泥、普通玻璃硅酸盐d沙子、石英二氧化硅8、下列有关描述正确的是（ ）a、sio2 是酸性氧化物，能与naoh溶液反应（2010山东卷）b. 二氧化硅不与强酸反应,可用石英器皿盛放氢氟酸c. sio2与酸、碱均不反应(2012天津3)d. 硅酸可由sio2溶于水制备9、(2011山东高考10)某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素（ ）a.在自然界中只以化合态的形式存在b.单质常用作半导体材料和光导纤维c.最高价氧化物不与酸反应d.气态氢化物比甲烷稳定 10、(双选）白云石化学式为caco3xmgco3。以它为原料，可制取耐火材料mgo等。称取27.6白云石样品，高温加热到质量不再变化，收集到co2的体积为6.72l（标况）。下列说法正确的是（ ）ax = 1 b、x = 2 c、该样品高温条件下充分反应后剩余固体的质量是14.4 gd该样品高温条件下充分反应后剩余固体中mgo的质量是4.0 g11、二氧化硅（sio2）又称石英，是制备硅及其化合物的重要原料下列说法正确的是（）asio2既能与hf反应，又能与naoh反应，属于两性氧化物bsio2和si都是光导纤维材料c利用sio2与naoh溶液反应可制取“水玻璃” d图中所示转化反应都是非氧化还原反应12、（08广东）、硅单质及其化合物应用范围很广。请回答下列问题：（1） 制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。三氯甲硅烷（sihcl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：写出由纯sihcl3制备高纯硅的化学反应方程式 。整个制备过程必须严格控制无水无氧。sihcl3遇水剧烈反应生成h2sio3、hcl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式_；h2还原sihcl3过程中若混02，可能引起的后果是_。（2） 下列关于硅材料的说法正确的是 a碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥b氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承c