高中化学 《硅 无机非金属材料》学案4 鲁科版必修1（通用）

第一节硅 无机非金属材料【教材分析】本节教材以无机非金属材料和硅单质及其化合物的性质两条线索相互交叉而展开，介绍了硅、二氧化硅的性质，硅单质的制法，硅、二氧化硅在计算机及通信等高技术领域的应用，常见的硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷和新型无机硅酸盐材料的主要成分和用途。与旧教材相比，本教材加大了各种材料在社会日常生活中应用介绍的力度。【学习目标】1、 掌握硅、二氧化硅的物理、化学性质，粗硅的制法。2、 认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途，了解硅酸盐等无机非金属材料的基本组成、性能、用途。【重点、难点】硅单质及其化合物的性质，硅的制法【学法指导】学习从不同的角度出发对常见材料进行分类的方法，能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性，并能运用通性简单预测其他物质的性质。【知识梳理】一、二氧化硅：是熔点最高的非金属氧化物，具有弱氧化性和酸性氧化物的通性1、与氢氟酸反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2O（氢氟酸腐蚀玻璃）（二氧化硅的特性）2、高温与碳反应：SiO2+2C高温= Si+2CO、SiO2+3C 高温= SiC+2CO（二氧化硅的弱氧化性）3、高温和碳酸盐反应：SiO2+Na2CO3 高温= Na2SiO3+CO2、SiO2+CaCO3高温= CaSiO3+CO2（工业制玻璃）4、SiO2+CaO 高温= CaSiO3（炼铁中除炉渣）5、SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O（盛碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞）二、硅酸盐: 硅酸钠：Na2SiO3 ，水溶液俗称水玻璃，具有碱性。贮存：盛Na2SiO3 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞。碱溶液及水解成碱性的溶液都不能用带玻璃塞的试剂瓶贮存变质：SiO32-+CO2+H2O=CO32-+H2SiO3 表示：组成较复杂,通常用氧化物形式表示, 表示方法：金属氧化物.mSiO2.nH2O如： Na2SiO3（水玻璃） Na2O SiO2试一试：高岭石Al2(Si2O 5) (OH)4 【自学探究】探究1、硅在自然界的存在 ；硅的物理性质：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，可与氧气反应： Si + 2F2 = SiF4 Si + 4HF = SiF4 + 2H2 Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2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。SiO2 + 2C 高温= Si + 2CO制高纯硅：Si+2Cl2高温= SiCl4 SiCl4+2H2高温= Si+4HCl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。探究2： 二氧化硅的存在及其物理性质：化学性质：二氧化硅的用途： 探究3：无机非金属材料 玻璃、水泥 玻 璃水 泥原 料原 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主要成分及特性普通玻璃钠玻（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铝酸三钙几种新型陶瓷材料： 、 、 【典例剖析】例1有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普通使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不妥的是 （ ）A 便于运输、储存，从安全角度考虑，贵是最佳的燃料B 自然界的含硅化合物易开采C 硅燃烧放出的热量大，燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制D 自然界存在大量单质硅【解析】D 有些燃料具有发热量大、无污染等优点，但从运输、储存角度却不如硅，硅是固体、常温下性质稳定，是非常安全的；另外，硅在自然界广泛存在，硅化合物易开采，其燃烧产物为SiO2，对环境污染程度低。但需要注意的是，自然界没有游离态的硅，因此，D项是错误的。例2下列说法正确的是（）ASiO2溶于水显酸性BCO2通入水玻璃中可得到硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸D因为SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸或者说SiO2不是H2SiO3对应的酸酐。【解析】B SiO2是一种难溶于水的固体，故A是不正确的。SiO2可与HF作用，故保存氢氟酸时不能使用玻璃瓶。SiO2中Si呈+4价， H2SiO3中Si呈+4价，且，故D项错误。例2、下图中A、B、C、D分别代表有关反应中的一种化合物，其中物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸。请填写以下空白：（1）A、B、C、D的化学式分别为 、 、 、 。（2）AB的化学方程式 （3）CD的离子方程式 【解析】本体主要考查SiO2的特性。其突破口应从“A是一种高熔点的化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2，然后依次推断出B为CO、C为CO2、D为H2SiO3【答案】（1）SiO2 CO CO2 H2SiO3 （2）SiO2+2C高温= Si+2CO (3)SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3+CO32-例3（05高考）A、B、C、D、E代表单质或化合物，他们之间的关系如图，A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。请填空： (1)单质A的原子结构示意图为 ，它的最高价为 。（2）B的化学式（分子式）为 ，B和碳反应生成A和E的化学方程式是 。（3）C的化学式（分子式）为 ，D的化学式是 。【解析】“由A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似”推知，A为硅。根据A+EB ，BC ,B D+H2O 推知B为SiO2 C为CaSiO3 D为Na2SiO3 【答案】（1） （2）SiO2 SiO2+2C=Si+2CO （3）CaSiO3 Na2SiO3【拓展延伸】基础达标：1下列物质中主要成分不是二氧化硅的是 （ ）A硅胶 B水晶 C玛瑙 D硅石2NaOH、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3可以用来制取半导体材料（如大规模集成电路）的是 （ ）A二氧化硅B粗硅C高纯硅D硅酸盐4在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料 （ ） A纯碱 B石灰石C石英D黏土5下列不属于传统硅酸盐产品的是（ ）A玻璃 B水泥 C光导纤维 D陶瓷 6下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是 （ ）ACO2H2CO3 BSiO2Na2SiO3 CNa2O2Na2CO3 DSiO2H2SiO37将足量的CO2通入下列溶液中，能产生沉淀的是AA硅酸钠溶液B石灰水C氯化钡溶液D氯化钙溶液8下列离子方程式，正确的是 （ ）A澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca2+ +2OH- +CO2 =CaCO3+H2OB碳酸钠溶液中加入二氧化硅：CO32- +SiO2=SiO32- +CO2C二氧化硅与烧碱溶液反应：SiO2 +2OH- =Na2 SiO3+H2OD硅酸与烧碱溶液中和：H2SiO3 +2OH- = SiO32-+2H2O能力提升：9在SiO2+3C SiC+2CO反应中，氧化剂和还原剂的质量比为 （ ）A3630 B6036 C21 D1210实验室中盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，是因为（用化学方程式表示）_。11（8分）用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占有重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：（1）计算机芯片的主要成分是 ；（2）光导纤维的主要成分是 ：（3）目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是 ；拓展创新12氮化硅Si3N4是一种非氧化物高温陶瓷结构材料。粉末状的Si3N4可以由SiCl4的蒸气和NH3气的混合物反应制取。粉末状Si3N4对空气和水都不稳定，粉末状Si3N4遇水能生成一种有刺激性气味、常用做制冷剂的气体和一种难溶性的酸；粉末状Si3N4与空气接触能产生N2和另外一种物质。但是，将粉末状Si3N4和适量MgO（难熔）在2301.01105Pa和185的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密、对空气和水都相当稳定的固体材料。（1）写出由SiCl4和NH3制备Si3N4的反应方程式： 。（2）分别写出粉末状Si3N4和H2O及O2反应的方程式：_；_。（3）为什么结构紧密的固体Si3N4不再受H2O和O2的侵蚀？ _ 。答案：1A 2 D 3 C 4B 5C 6D 8D 7A 9D102NaOHSiO2=Na2SiO3H2O11(每空2分)