遼寧省凌海市高中化學(xué) 第4章 元素與材料世界 第1節(jié) 硅無機(jī)非金屬材料學(xué)案魯科版必修1

遼寧省凌海市高中化學(xué) 第4章 元素與材料世界 第1節(jié) 硅無機(jī)非金屬材料學(xué)案魯科版必修1學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.了解硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成和主要的化學(xué)性質(zhì)及用途；2掌握二氧化硅和硅酸鹽的主要化學(xué)性質(zhì)；3了解二氧化硅、硅酸鹽制品和新型無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用1.掌握硅和二氧化硅的主要性質(zhì)及這些性質(zhì)在材料中的應(yīng)用，能書寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式；2能舉例說明硅在半導(dǎo)體工業(yè)以及二氧化硅在現(xiàn)代通訊業(yè)、傳統(tǒng)的硅酸鹽制品和一些新型無機(jī)非金屬材料方面的主要應(yīng)用一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)體材料1硅的分布與存在（1）分布：硅在自然界中分布廣泛，在地殼中居第_位，僅次于_，是構(gòu)成礦物和巖石的基本元素。（2）存在：自然界中沒有_態(tài)的硅，全部以_態(tài)的形式存在。2半導(dǎo)體材料（1）特點(diǎn)：特指導(dǎo)電能力介于_和_之間的一類材料。（2）常見的半導(dǎo)體材料：最早使用_，現(xiàn)在最廣泛使用的是_。3硅單質(zhì)（1）物理性質(zhì)單質(zhì)硅有_和_兩種。晶體硅是_色、有_光澤、_的固體。導(dǎo)電性介于_和_之間。（2）化學(xué)性質(zhì)（3）硅的制取與提純粗硅：_純硅：Si2Cl2 SiCl4SiCl42H2高溫Si4HCl（4）硅的主要用途：作半導(dǎo)體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。預(yù)習(xí)交流請同學(xué)們思考交流以下問題：（1）在SiO22C高溫Si2CO反應(yīng)中，氧化劑是什么？還原劑是什么？（2）在SiO23C高溫SiC2CO反應(yīng)中，氧化劑是什么？還原劑是什么？二、二氧化硅與光導(dǎo)纖維1存在：廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分是_。透明的石英晶體俗稱_。2構(gòu)成：SiO2晶體是由_和_構(gòu)成的氧化物。3性質(zhì)：（1）物理性質(zhì)：_于水的固體，硬度_，熔沸點(diǎn)_。（2）化學(xué)性質(zhì)：4光導(dǎo)纖維（1）主要成分：_。（2）用途：用于光纖通訊、能量傳輸、信息處理等方面。預(yù)習(xí)交流保存氫氟酸、NaOH溶液時(shí)應(yīng)該注意什么問題？三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料玻璃水泥陶瓷原料_、_、_、_反應(yīng)原理高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化燒結(jié)時(shí)發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化反應(yīng)條件主要成分_、_、_硅酸二鈣：2CaO·SiO2、硅酸三鈣：3CaO·SiO2、鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3硅酸鹽特性非晶體，透明、無固定熔點(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)軟化水硬性：無論在水中還是在空氣中均能硬化（不可逆過程）耐酸堿腐蝕預(yù)習(xí)交流為什么玻璃沒有固定的熔點(diǎn)？答案：一、1.（1）二氧（2）游離化合2（1）導(dǎo)體絕緣體（2）鍺（Ge）硅3（1）晶體硅無定形硅灰黑金屬硬而脆導(dǎo)體絕緣體（2）Si2F2=SiF4Si4HF=SiF42H2Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2SiO2SiO2（3）2CSiO2Si2CO預(yù)習(xí)交流：答案：（1）在SiO22CSi2CO反應(yīng)中，SiO2是氧化劑，C是還原劑。（2）在SiO23CSiC2CO反應(yīng)中，C既是氧化劑又是還原劑。二、1.SiO2水晶2硅原子氧原子3（1）不溶大高（2）SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCaSiO3CaSiO3CO2Na2SiO3CO2SiO22CSi2COSiO24HF=SiF42H2O4（1）SiO2預(yù)習(xí)交流：答案：氫氟酸不能保存在玻璃瓶中，應(yīng)保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，應(yīng)保存在橡膠塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。三、純堿石灰石石英黏土石灰石黏土CaCO3SiO2CaSiO3CO2Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2高溫高溫高溫SiO2CaSiO3Na2SiO3預(yù)習(xí)交流：答案：因?yàn)椴Ａ腔旌衔铮圆Ａ]有固定的熔點(diǎn)，只是在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。 在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時(shí)加以關(guān)注？請?jiān)谙铝斜砀裰凶鰝€(gè)備忘吧！我的學(xué)困點(diǎn)我的學(xué)疑點(diǎn)一、H2SiO3的制備實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論及化學(xué)方程式硅酸鈉溶液顯_性溶液的紅色逐漸直至_，有_生成酸性：鹽酸_硅酸有_生成酸性：碳酸_硅酸1將CO2通入CaCl2溶液中，是否有白色沉淀生成？2能否用SiO2和水反應(yīng)來制取H2SiO3?1.硅酸的性質(zhì)（1）弱酸性（比H2CO3的酸性弱）向Na2SiO3溶液中通入足量的CO2時(shí)有H2SiO3生成：Na2SiO32CO22H2O=H2SiO32NaHCO3。（2）熱不穩(wěn)定性H2SiO3受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O。2硅酸的制備可溶性的硅酸鹽與較強(qiáng)的酸反應(yīng)可制得硅酸，如：Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。二、SiO2和CO2的性質(zhì)比較（1）SiO2和CO2都是酸性氧化物，它們的物理性質(zhì)相似嗎？ （2）在一定條件下，下列物質(zhì)能和SiO2反應(yīng)的是_，能和CO2反應(yīng)的是_。焦炭純堿碳酸鈣氫氟酸硝酸氫氧化鉀氧化鈣氟氣水下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是（）。ACO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應(yīng) BCO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸CCO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 DCO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的二氧化碳與二氧化硅的比較CO2SiO2存在空氣巖石、石英、水晶、硅藻土化學(xué)式意義表示其分子組成晶體內(nèi)沒有SiO2分子，僅表示硅原子和氧原子以12結(jié)合不同點(diǎn)物理性質(zhì)熔沸點(diǎn)低，常溫時(shí)是氣體，可溶于水熔沸點(diǎn)高、硬度大的固體，不溶于水物理性質(zhì)與水反應(yīng)CO2H2O=H2CO3與水不反應(yīng)與水反應(yīng)與酸反應(yīng)不反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)SiO24HF=SiF42H2O相同點(diǎn)與堿性氧化物反應(yīng)CO2CaO=CaCO3CaOSiO2高溫CaSiO3與堿反應(yīng)CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2O與C反應(yīng)CO2C高溫2COSiO22C高溫Si2CO與鹽反應(yīng)Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO32CONa2CO3SiO2高溫Na2SiO3CO2三、硅酸鹽的表示方法2009年夏天，臺灣發(fā)生了強(qiáng)烈地震，地震是由于地下深處巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)把長期積累起來的能量急劇釋放出來，以地震波的形式向四面八方傳播出去，傳到地面會引起房搖地動(dòng)，再引起一系列的變化從而造成破壞性的自然災(zāi)害。地球的表層大多是巖石，而大多數(shù)巖石的主要成分都是硅酸鹽，下面用鹽或氧化物的形式表示巖石的組成，其中不正確的是（）。A鈣沸石Ca（Al2Si3O10）·3H2O表示為CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB鎂橄欖石Mg2SiO4可表示為2MgO·SiO2C北京奧運(yùn)會獎(jiǎng)牌所用玉的主要成分透閃石Ca2Mg5Si8O22（OH）2表示為2CaSiO3·5MgSiO3·H2OD高嶺石Al2Si2O5（OH）4可表示為Al2O3·2SiO2·2H2O物質(zhì)的組成可用不同形式表示：（1）將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式（改寫時(shí)注意金屬氧化物在前，非金屬氧化物在后，低價(jià)在前，高價(jià)在后，H2O一般寫在最后）。鎂橄欖石（Mg2SiO4）_；高嶺石Al2Si2O5（OH）4_。（2）許多含氧酸及其鹽類均可以類似地改寫成氧化物形式，請繼續(xù)改寫下列物質(zhì)：HNO3_；HCOOH_。通過以上改寫可知，HNO3的酸酐為_，HCOOH與濃硫酸反應(yīng)可制_氣體。（3）已知在一定條件下，鐵在氯氣中燃燒可以生成Fe3Cl8，它可以看做是_（化學(xué)式）。生成該物質(zhì)的條件可能是_。硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時(shí)的規(guī)律為：（1）氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。（2）氧化物之間以“·”隔開。（3）氧化物前的化學(xué)計(jì)量數(shù)配置原則：各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來的組成。（4）化學(xué)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)，例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成Na2O·Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。答案：活動(dòng)與探究1：溶液顯紅色堿變淺消失白色膠狀沉淀白色膠狀沉淀思考與交流：1.答案：因?yàn)辂}酸的酸性比碳酸強(qiáng)，所以將CO2通入CaCl2溶液中，不會有CaCO3白色沉淀生成。2答案：SiO2不溶于水，也不與水反應(yīng)，所以不能用SiO2和水反應(yīng)來制取H2SiO3，制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3或Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。活動(dòng)與探究2：（1）答案：SiO2和CO2的結(jié)構(gòu)不同，SiO2是由Si原子和O原子直接構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，硬度大，熔沸點(diǎn)高；而CO2是由CO2分子構(gòu)成的分子晶體，常溫下為氣體，所以二者的物理性質(zhì)差別較大。（2）答案：遷移與應(yīng)用：A解析：CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)，故A正確，C不正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應(yīng)生成硅酸，B不正確；CO2是由分子構(gòu)成的，SiO2是由Si、O原子直接構(gòu)成的，故D不正確?；顒?dòng)與探究3：C解析：2CaSiO3·5MgSiO3·H2O中Ca與Si的原子個(gè)數(shù)比為27，而Ca2Mg5Si8O22（OH）2中Ca與Si原子個(gè)數(shù)比為28，故選C。思考與交流：答案：（1）2MgO·SiO2Al2O3·2SiO2·2H2O（2）N2O5·H2OCO·H2ON2O5CO（3）FeCl2·2FeCl3氯氣的量不足（或鐵過量）1（2012黑龍江慶安三中高一期末）將足量的CO2通入下列溶液中，能產(chǎn)生沉淀的是（）。A硅酸鈉溶液 B石灰水C氯化鋇溶液 D氯化鈣溶液2（2012黑龍江慶安三中高一期末）現(xiàn)有下列五個(gè)轉(zhuǎn)化，其中不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是（）。SiO2Na2SiO3CuSO4CuCl2SiO2H2SiO3CuOCu（OH）2Na2O2Na2SO4A BC D3生石灰中常含有雜質(zhì)CaCO3和SiO2，檢驗(yàn)它是否存在著兩種雜質(zhì)的最好試劑是（）。A水 B鹽酸C硫酸 D燒堿溶液4中國北京曙光公司研制出了第一款具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能CPU芯片“龍芯”1號。請回答以下問題：（1）“龍芯”（芯片）的主要化學(xué)成分是_。（2）計(jì)算機(jī)長距離聯(lián)網(wǎng)使用的光纖電纜，其使用的材料是_，主要化學(xué)成分為_。（3）如果這種埋在地下的材料裸露在堿性土壤中，結(jié)果會斷路，用離子方程式說明原因_。5試試看，你能用化學(xué)方程式解釋下列現(xiàn)象嗎？（1）氫氟酸可用于雕刻玻璃：_。（2）氫氧化鈉等堿性溶液不能存放在磨口玻璃塞的試劑瓶中：_。（3）硅酸鈉溶液暴露在空氣中易變質(zhì)：_。答案：1A解析：因?yàn)镠2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強(qiáng)，所以將CO2通入Na2SiO3溶液中會生成H2SiO3沉淀。2B解析：因?yàn)镾iO2、CuO均不能溶于水，所以它們的水化物H2SiO3、Cu（OH）2均不能直接制得。其中可由SiO2與NaOH溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，可由CuSO4與BaCl2溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，Na2O2與稀硫酸反應(yīng)即可。3B解析：生石灰能溶于鹽酸（2HClCaO=CaCl2H2O），CaCO3溶于鹽酸時(shí)產(chǎn)生氣體，SiO2不溶于鹽酸。將生石灰放入鹽酸，若觀察到既有不溶物，還有氣體產(chǎn)生，則生石灰中同時(shí)含有CaCO3和SiO2。4答案：（1）Si（2）光導(dǎo)纖維SiO2（3）SiO22OH=SiOH2O解析：芯片的主要成分是Si，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，二者都能與NaOH溶液反應(yīng)。5答案：（1）SiO24HF=SiF42H2O（2）SiO22NaOH=Na2SiO3H2O（3）Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3提示：用最精煉的語言把你當(dāng)堂掌握的核心知識的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來并進(jìn)行識記。知識精華技能要領(lǐng)