2020新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素第三节无机非金属材料教案新人教版.docx

第三节无机非金属材料明确学习目标1.知道常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷及生产它们的主要原料。2.了解高纯硅的制备原理。知道硅和二氧化硅的用途。3.知道一些新型的无机非金属材料硅和二氧化硅、新型陶瓷和碳纳米材料等。学生自主学习 硅酸盐材料1无机非金属材料多含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。2硅酸盐材料主要包括陶瓷、玻璃、水泥等。3在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。4下列硅酸盐材料的主要原料分别是：陶瓷：黏土；玻璃：纯碱、石灰石、石英砂；水泥：黏土和石灰石。 新型无机非金属材料1硅元素在周期表中的位置为：第三周期、第A族，其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用最为广泛的半导体材料。高纯硅的制备原理为：SiO22CSi2CO；Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3H2Si3HCl。高纯硅可用于生产计算机芯片和硅太阳能电池。二氧化硅可用来生产光导纤维。2常见的新型陶瓷有：高温结构陶瓷、压电陶瓷、透明陶瓷、超导陶瓷。碳化硅俗称金刚砂具有类似金刚石结构硬度很大可作砂纸、砂轮的磨料。3碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等。1单质硅在常温下化学性质稳定，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？为什么？提示：不正确。硅属于亲氧元素，虽然在常温下稳定，但在漫长的地质年代中，硅元素和氧结合在一起，都以化合态存在，主要以二氧化硅及硅酸盐的形式存在。2实验室中盛放碱液的试剂瓶为什么用橡胶塞而不用玻璃塞？提示：玻璃中含有SiO2，SiO2与碱反应生成具有黏合作用的硅酸盐，使瓶口和瓶塞黏结在一起而难以开启。课堂互动探究一、二氧化硅1硅元素的存在2二氧化硅(1)存在SiO2存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石。石英、水晶、玛瑙、沙子、光导纤维的主要成分均是SiO2。(2)结构SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为12的比例组成的正四面体结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O原子周围结合2个Si原子。(3)物理性质熔点高，硬度大，难溶于水。(4)化学性质 (5)用途沙子是基本的建筑材料。纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。石英和玛瑙用来制作饰物和工艺品。实验室中使用的石英坩埚。二、常见的硅酸盐Na2SiO3实验探究：硅酸钠是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称水玻璃。三、硅酸盐氧化物形式的书写硅酸盐由于组成比较复杂，通常用氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：(1)顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水；氧化物之间以“”隔开。(2)原则：各元素原子总个数比符合原来的组成，若出现分数应化为整数。例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成Na2OAl2O33SiO2，应写成Na2OAl2O36SiO2。(3)各元素的化合价不能改变。矿泉水一般是由岩石风化后，被地下水溶解其中的可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O82H2CO35H2O=2K2HCO4H2SiO3Al2Si2O5(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。KAlSi3O8_。Al2Si2O5(OH)4_。(2)上述反应能够发生的原因是_。批注点拨解析(1)将硅酸盐化学式写成氧化物时，需将氧以外的元素写成同价态的氧化物，并按活动性顺序排列，用“”将它们连接起来，各种元素原子个数比符合原来的组成。(2)此反应属于酸与盐发生的复分解反应，能发生的原因是酸性：H2CO3H2SiO3。答案(1)K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O(2)H2CO3的酸性比H2SiO3强练1用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是()A钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O，表示为Al2O3CaO3SiO23H2OB镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgOSiO2C钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O2H2O3Al2O36SiO2D硅酸铜钡(BaCuSi2O6)，表示为BaOCuO2SiO2答案D解析A项，Ca(Al2Si3O10)3H2O应改为CaOAl2O33SiO23H2O(排序错)；B项，Mg2SiO4应改为2MgOSiO2(不能在系数中出现分数)；C项，K2Al6Si6H4O24应改为K2O3Al2O36SiO22H2O(排序错)。练2将过量的CO2分别通入：CaCl2溶液；浓Na2SiO3溶液；Ca(OH)2溶液；饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是()A BC D答案B解析CO2溶于水：CO2H2OH2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象；过量的CO2通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量，Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出，故选B。规律方法强酸制弱酸原理强酸可与弱酸盐反应生成相应的弱酸和强酸盐，而弱酸一般不与强酸盐反应。如：(1)2CH3COONaH2SO4=2CH3COOHNa2SO4; (2)2CH3COOHNa2CO3=2CH3COONaH2OCO2；(3)Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3；(4)CaCl2CO2H2O不反应。本课归纳总结1.硅酸钠水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。2传统的无机非金属材料主要有水泥、玻璃和陶瓷。3硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。4石英、水晶、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。5必记的几个反应(1)SiO22CSi2CO(2)Si3HClSiHCl3H2(3)SiHCl3H2Si3HCl(4)SiO24HF=SiF42H2O(5)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O学习效果检测1SiO2属于酸性氧化物的理由主要是()A硅是非金属元素BSiO2对应的水化物是可溶性弱酸CSiO2能与强碱反应生成盐和水DSiO2不能与酸反应答案C2在浓硝酸、水、盐酸、氢氟酸、氢氧化钾溶液中，常温时能与二氧化硅起化学反应的有()A B C D答案C3和空气接触可发生非氧化还原反应的物质是()NaNa2SiO3溶液Na2O2烧碱溶液石灰水Fe(OH)2A BC D答案B解析Na在空气中与O2反应生成Na2O；Na2O2在空气中与CO2和H2O均能反应生成O2；Fe(OH)2在空气中与O2和水反应生成Fe(OH)3，以上过程均有元素化合价的变化，是氧化还原反应。4下列说法正确的是()ACO2H2ONa2SiO3=H2SiO3Na2CO3，说明酸性：H2CO3H2SiO3BSiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，说明酸性：H2SiO3H2CO3C在复分解反应中必须是酸性强的生成酸性弱的D已知酸性：H2CO3HClOHCO，则CO2H2O2NaClO=Na2CO32HClO答案A解析由于H2CO3能与盐反应生成H2SiO3，则说明H2CO3酸性大于H2SiO3，A正确；在B项中，由于在高温条件下反应，CO2为气体溢出，不能说明酸性强弱；在C项中，H2SCuSO4=CuSH2SO4，此反应为弱酸生成强酸；在D项中由HClOHCO，产物应为NaHCO3。5NaOH、KOH等碱性溶液可以贮存在下列哪种试剂瓶中()A具有玻璃塞的细口瓶 B具有玻璃塞的广口瓶C带滴管的滴瓶 D具有橡胶塞的细口瓶答案D解析NaOH、KOH等碱性溶液能与玻璃中的SiO2反应生成具有黏性的物质，将瓶塞和瓶口黏结在一起以及液体存放在细口瓶中，固体存放在广口瓶中。6某研究性学习小组进行了“实验室制Si”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si；Mg在点燃的条件下按质量比85与SiO2反应生成一种白色固体化合物和另一种硅化物；金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与SiH4；Si和SiO2均不能与稀H2SO4反应；SiH4在空气中自燃。他们的研究报告中记载着“选用合适的物质在适合的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥，最后称量用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期的63%左右。”请回答下列问题：(1)该小组“实验室制Si”的化学反应方程式是_。(2)写出的反应方程式：_。(3)该过程中产率比预期低的原因是_。(4)你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是什么？请用必要的文字和化学方程式予以说明：_。答案(1)2CSiO2Si2CO