无机非金属材料的主角——硅的教学辅导讲义

1、8辅导讲义学员编号（卡号）： 年 级：高一 第 课时学员姓名： 辅导科目：化学 教师: 包课 题无机非金属材料的主角硅 教学设计授课时间：2015.2.7备课时间：2015.2.6 教学目标1 能说出二氧化硅和硅酸的物理性质；认识二氧化硅的主要化学性质。2 认识硅酸的制备原理。3 了解二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。4 归纳二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。5 能通过互联网或其它途径查阅有关资料并作归纳概述。重点、难点教学重点：二氧化硅和硅酸的主要性质；二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用教学难点：二氧化硅的化学性质考点及考试要求1二氧化硅和硅酸的物

2、理性质；二氧化硅的主要化学性质。2硅酸的制备原理。3二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。4二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。教学内容知识概要一、二氧化硅和硅酸(1)SiO2与CO2的比较物质SiO2CO2晶体微粒Si原子和O原子(不存在SiO2分子)CO2分子物理性质熔点高(1723)低(57)沸点高(2230)低(79)硬度大小溶解性不溶于水常温微溶于水与水反应不反应CO2H2O = H2CO3(可逆)化学性质与HF酸反应4HFSiO2 =SiF42H2O不反应与NaOH溶液SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO2NaOH=NaHCO3或CO

3、22NaOH=Na2CO3H2O与盐反应SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2(制玻璃)CO2Na2SiO3H2O=H2SiO3Na2CO3CO2Na2CO3H2O=2NaHCO3与碱性氧化物反应CaO+SiO2=CaSiO3CaOCO2=CaCO3Na2OCO2=Na2CO3与C反应SiO22C=Si2COCCO2=2CO相同点都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。都有弱氧化性(2)特别提醒1.SiO2中硅元素为4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。2.SiO2是酸性氧化物与水不反应，只能用相应的可溶性硅酸盐与

4、酸反应制得。3.实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。4.Na2SiO3溶液易与空气中的CO2反应生成H2SiO3，故应密封保存。5.因HF能腐蚀玻璃，所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸，也不能用玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻璃。二、酸盐和硅单质（1）硅的化学性质与制备1.硅的化学性质常温下，除与F2、HF酸、强碱反应外，硅不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应与F2反应：Si2F2=SiF4与氢氟酸反应

5、：Si4HF=SiF42H2与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2加热时，Si能与O2、Cl2等反应SiO2=高温SiO2Si2Cl2=高温,SiCl42.硅的制备制取粗硅SiO22C高温,Si2CO粗硅的提纯：SiCl2,SiCl4H2,SiHClSi2Cl2高温,SiCl4，SiCl42H2高温,Si4HCl特别提醒C与SiO2反应，产物为CO，而不是CO2，粗硅先与Cl2反应，生成挥发性的SiCl4，挥发出来的SiCl4再与H2反应生成Si和HCl。（2）硅及其化合物的“特性”小结1.硅的“特性”非金属单质一般为非导体(石墨能导电)，硅的晶体是良好的半导体材料。S

6、i的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：SiO2(石英砂)2C(焦炭)高温,Si(粗硅)2CO。非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2：Si2NaOHH2O,Na2SiO32H2。金属H2金属氧化物金属H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si4HFSiF42H2。3. 硅的化合物“特性”,酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。,SiO24HFSiF42H2O,SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。,无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。,硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是

7、碱。,H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3，但高温下，Na2CO3SiO2高温,Na2SiO3CO2也能发生。,（3） 硅酸盐的表示方法,方法和步骤1. 将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。2.在各氧化物前添上未知数x、.y、z等,3.依据原子守恒列出等式，求出x、y、z等,4.x、y、z的具体数值写在氧化物前面,5.氧化物之间以“”隔开，若系数配置出现分数应化为整数。,例如：正长石KAlSi3O8不能写成K2OAl2O33SiO2，应写成K2OAl2O36SiO2。（4）特别提醒,1.由于硅酸盐的组

8、成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。2.在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如2MgOSiO2表示2个MgO和1个SiO2，不能认为是2(MgOSiO2)。三、【典例精讲】题型1硅及其化合物的应用【例1】下列表述正确的是() 人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐,提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料,夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化

9、硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛,太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A. B. C. D.题型2硅酸盐组成表示方法【例2】高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是()A.7、2 B.5、4 C.6、3 D.3、6,题型3硅及其化合物的转化关系,【例3】X、Y、Z、W。,有如下图所示的转化关系：,(1)推断各、物质的名称：X_，Y_，Z_，W,_。(2)写出化学方程式：WX ,(3)写出离子方程式：YZ ,XY_。题型4硅酸盐【例4】矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。例如，钾长石(

10、KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为2KAlSi3O82H2CO35H2O2K2HCO4H2SiO3Al2Si2O5(OH)4(1) 将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,KAlSi3O8_。,Al2Si2O5(OH)4_。(2)这个反应能够发生的原因是。,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水。,则KAlSi3O8为K2OAl2O36SiO2,Al2Si2O5(OH)4为Al2O32SiO22H2O,(2)从方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。课后作业一1.下列说法不正确的是()A.因SiO2不溶于水，故H

11、2SiO3不是SiO2对应的酸，或者SiO2不是H2SiO3对应的酸酐B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸2.实验室中固体试剂可以放在广口瓶中保存，液体试剂放在细口瓶中储存，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中。以下物质必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中的是(),KOH溶液Na2SiO3溶液盐酸氢氟酸澄清石灰水硝酸NaOH溶液A. B. C. D.3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是()A.晶体硅和金

12、刚石的物理性质相似B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电4.将过量的CO2分别通入CaCl2溶液；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. B. C. D.5.在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。据此填空。,(1)写出各物质的化学式：,A.、B.、C.、E.、,F._。,(2)D_。,与a溶液反应的离子方程式是。,C与过量HNO3反应的离子方程式是。6.某普通玻璃中，

13、Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比为114，请回答下列问题：,(1)该玻璃如以aNa2ObCaOmSiO2表示其组成，则abm_。,(2)若要制备1 000 kg上述玻璃需原料的质量分别是_，生产过程中产生_L CO2(标准状况)。课后作业二1下列关于碳和硅的比较，正确的是()A它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸B碳和硅的最高正价都是4价C硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位D碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态2已知石棉是由钙、镁、硅、氧四种元素组成，其中各成分的质量分数约为：Ca 10%，Mg 17%，Si 27%，其余为氧。求：(1)用SiO2和金属

14、氧化物的形式表示石棉的组成。(2)石棉中CaO、MgO和SiO2的质量分数。答案(1)3MgOCaO4SiO2(2)w(CaO)13%，w(MgO)29%，w(SiO2)58%3下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是()A硅酸钠溶液 B.氢氟酸C氢氧化钠溶液 D.氯化钠溶液4.请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为。(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0)中含有少量SiCl4(沸点57.6)和HCl(沸点84.7)，提纯SiHCl3采用的方法为。(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下(热源及夹持装置略去)：装置B中的试剂是

15、 。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是 。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是 ，装置D不能采用普通玻璃管的原因是 ，装置D中发生反应的化学方程式为 。为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及 。为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是 。a碘水b氯水cNaOH溶液dKSCN溶液eNa2SO3溶液5已知Si能与HF(aq)与NaOH(aq)反应：Si4HFSiF42H2Si2NaOHH2ONa2SiO32H2又知硅及其化合物间存在如图所示的关系：其中A是制造芯片和光电池的主要原料：B是含硅化合物中的一种气体；某些C可作干燥剂或催化剂的载体；D是一种黏合剂，能将磨砂玻璃黏合在一起，E是一种比H2CO3酸性还弱的酸。试回答下列问题：(1)写出A、C、E的化学式：A_、C_、E_。(2)反应中，属于氧化还原反应的是_，属于置换反应的是_。6几种含硅元素的物质之间的相互转化关系如图所示。试判断：(1)写出下列几种物质的化学式：A，B，C，D，E，F。(2)写出下列反应的化学方程式：BA 。BE 。(3)写出下列溶液中反应的离子方程式