2018版高中化學 第四章 非金屬及其化合物 第1節(jié) 無機非金屬材料的主角——硅學案 新人教版必修1.doc
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第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅1了解SiO2的結構、性質和用途。(重點)2了解硅酸的制備和化學性質。3了解硅酸鹽的性質及組成的表示方法。4了解硅的性質和用途。(重點)5了解幾種重要無機非金屬材料的生產(chǎn)及用途。 二氧化硅和硅酸基礎初探教材整理1二氧化硅1硅元素的存在2二氧化硅(SiO2)(1)存在SiO2的存在形式有結晶形和無定形兩大類,水晶、瑪瑙的主要成分是結晶的二氧化硅。(2)結構SiO2晶體是由Si和O按原子數(shù)之比為12的比例組成的立體網(wǎng)狀結構的晶體。每個硅原子周圍結合4個O原子,每個O周圍結合2個Si原子。(3)物理性質熔點高;硬度大;溶解性:不溶于水。(4)化學性質(寫出有關化學方程式)(5)用途沙子是基本的建筑材料。純凈的SiO2是現(xiàn)代光學及光纖制品的基本原料,可以制作光導纖維。石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。實驗室中使用石英坩堝。教材整理2硅酸(H2SiO3)1物理性質硅酸是一種難溶于水的白色膠狀物。2化學性質(1)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入CO2,生成白色沉淀,反應的化學方程式為Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。結論:H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱。(2)不穩(wěn)定性H2SiO3不穩(wěn)定,受熱易分解,反應的化學方程式為H2SiO3H2OSiO2。3制備Na2SiO3溶液中加入鹽酸,反應的化學方程式為Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(膠體)。4存在及用途(1)濃度小且邊加邊振蕩時,形成硅酸溶膠(膠體);濃度大時,形成硅酸凝膠。(2)硅膠硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水得到的硅酸干凝膠,稱為“硅膠”,具有很強的吸水性,常用作干燥劑或催化劑的載體。探究升華思考探究探究1SiO2的主要性質及應用(1)為什么實驗室盛放NaOH溶液的試劑瓶要用橡膠塞而不能用玻璃塞?(玻璃的成分中含有SiO2)【提示】當玻璃瓶配玻璃塞時,瓶口內(nèi)壁和瓶塞外壁都進行了磨砂處理。玻璃中含SiO2,磨砂玻璃遇到強堿如NaOH溶液時,SiO2與NaOH反應生成Na2SiO3,使試劑瓶受腐蝕。Na2SiO3溶液有良好的黏結性,它易使瓶口與瓶塞黏在一起而難以開啟。故使用橡膠塞而不能使用玻璃塞。(2)實驗室能否用玻璃瓶保存氫氟酸?為什么?寫出反應方程式?!咎崾尽坎荒堋R驗闅浞岣g玻璃,和玻璃中的成分SiO2反應。SiO24HF=SiF42H2O。(3)寫出SiO2、CO2與CaO反應的化學方程式?!咎崾尽縎iO2CaOCaSiO3、CO2CaO=CaCO3。探究2硅酸的制備實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象滴加酚酞溶液后溶液呈紅色,滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)闊o色,有透明膠狀物生成結論Na2SiO3溶液呈堿性;滴加稀鹽酸后反應的化學方程式為Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(膠體)向Na2SiO3溶液中通入CO2氣體,現(xiàn)象是_,其離子方程式為_,然后改加NaOH溶液,反應的離子方程式為_?!咎崾尽可砂咨恋鞸iOCO2H2O=H2SiO3COH2SiO32OH=SiO2H2O認知升華升華1SiO2和CO2的比較SiO2CO2不同點熔、沸點高低狀態(tài)無色晶體氣態(tài)與水反應不反應CO2H2OH2CO3與酸反應只與氫氟酸反應不反應相同點與堿性氧化物反應CaOSiO2CaSiO3CO2CaO=CaCO3與堿反應SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O與某些鹽反應SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2SiO2CaCO3CaSiO3CO2CO2H2ONa2CO3=2NaHCO3 CO2H2ONa2SiO3= H2SiO3Na2CO3與碳反應SiO22CSi2COCO2C2CO升華2硅酸的主要性質及應用(1)硅酸是中學化學中惟一一個不溶于水的酸,硅酸酸性很弱、不能使酸堿指示劑變色。(2)實驗室制取硅酸的方法是可溶性硅酸鹽與酸反應。(3)硅酸的性質:具有酸性,酸性比碳酸弱;受熱易分解。(4)硅酸濃度小時可形成硅酸溶膠,濃度大時可形成硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水得到硅膠(或硅酸干凝膠),具有較強的吸水性,常用作干燥劑及催化劑載體。題組沖關題組1SiO2的性質與應用1關于二氧化硅,下列敘述不正確的是()A水晶的主要成分是二氧化硅B二氧化硅和二氧化碳在物理性質上有很大差別C二氧化硅不溶于水,也不能跟水起反應生成酸D二氧化硅是一種酸性氧化物,它不跟任何酸起反應【解析】水晶的主要成分為SiO2,A項正確;CO2是由分子構成的,而SiO2是Si和O按12組成的空間立體網(wǎng)狀結構的晶體,二者物理性質差別較大,B項正確;SiO2不溶于水也不與水反應,C項正確;SiO2可以與氫氟酸反應,D項錯誤?!敬鸢浮緿2下列說法不正確的是() A因SiO2不溶于水,故SiO2不是酸性氧化物B在反應SiO22CSi2CO中SiO2作氧化劑CSiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結構的晶體,熔點高、硬度大D氫氟酸能夠刻蝕玻璃,故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸【解析】A項,SiO2不溶于水,但它能與堿反應生成硅酸鹽和水,是酸性氧化物,錯誤;B項,在該反應中SiO2被C還原為Si,SiO2作氧化劑,正確;C項,由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結構的物質,故熔點高,硬度大,正確;D項,SiO2能與氫氟酸反應,故常用氫氟酸刻蝕玻璃,不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸,正確?!敬鸢浮緼題組2H2SiO3的性質、制備與應用3下列關于硅酸的說法正確的是()A硅酸可以通過SiO2和水的化合反應直接制得B用反應Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質C因為硅酸難溶于水,所以它不能與NaOH溶液反應D硅膠可用作袋裝食品的干燥劑【解析】SiO2不能與水反應生成硅酸,A錯誤;B中反應是利用了強酸制弱酸的性質,B錯誤;硅酸雖難溶于水,但可與強堿溶液反應生成硅酸鹽,C錯誤。【答案】D4碳酸的酸性比硅酸強,某化學課外小組搜集了大量的證據(jù)證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性。其中能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是()ACO2溶于水形成碳酸,SiO2難溶于水BCO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C高溫下SiO2與碳酸鈣、碳酸鈉等固體反應生成CO2D氯化氫通入可溶性碳酸鹽溶液中放出氣體,通入可溶性硅酸鹽溶液中生成沉淀【解析】根據(jù)強酸制弱酸的原理,CO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀,此項實驗事實可證明碳酸的酸性比硅酸強。【答案】B5為了進一步確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱,有人設計用下圖所示裝置進行一次實驗即可達到目的(不必再選用其他酸性溶液)。請回答:(1)A中的化學反應方程式可能為_。(2)B裝置的作用是_。(3)C中的現(xiàn)象有_,反應離子方程式為_。(4)根據(jù)實驗,三種酸的強弱順序為_,其依據(jù)為_?!敬鸢浮?1)CaCO32HCl=CaCl2CO2H2O(2)除去CO2中的HCl,防止HCl與Na2SiO3反應(3)產(chǎn)生白色膠狀沉淀CO2H2OSiO=H2SiO3(膠體)CO(4)HClH2CO3H2SiO3強酸制弱酸硅酸鹽和硅單質基礎初探教材整理1硅酸鹽1硅酸鹽的組成與表示(1)定義:由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱。(2)性質:結構復雜,大多不溶于水,化學性質穩(wěn)定。(3)表示:通常以二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如,Na2SiO3:Na2OSiO2。長石(KAlSi3O8):K2OAl2O36SiO2。鎂橄欖石(Mg2SiO4):2MgOSiO2?!咎貏e提醒】以氧化物形式表示硅酸鹽組成的方法(1)方法:找出組成元素;寫出氧化物的形式;注意原子守恒;檢查有無遺漏。(2)氧化物的順序:活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。(3)氧化物前化學計量數(shù)配置原則:除氧元素外,其他元素按配置前后原子個數(shù)守恒原則配置化學計量數(shù),如果出現(xiàn)分數(shù),擴大倍數(shù)化為整數(shù)。(4)氧化物之間用“”隔開。2最簡單的硅酸鹽Na2SiO33三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品無機非金屬材料產(chǎn)品原料主要設備主要成分水泥石灰石、黏土水泥回轉窯硅酸二鈣2CaOSiO2硅酸三鈣3CaOSiO2鋁酸三鈣3CaOAl2O3玻璃純堿、石灰石和石英砂玻璃窯Na2OCaO6SiO2陶瓷黏土4其他含硅物質(1)SiC:俗稱金剛砂,類似金剛石的結構和性能。(2)含4%硅的硅鋼具有導磁性,用作變壓器鐵芯。(3)硅橡膠:耐高溫又耐低溫。(4)人造分子篩:作吸附劑和催化劑。教材整理2硅單質1種類及結構單質硅分為晶體和無定形兩種,晶體硅的結構與金剛石類似。2性質(1)物理性質色、態(tài)光澤熔點硬度質地導電性灰黑色固體光澤金屬高大脆半導體(2)化學性質在常溫下化學性質不活潑,但能與氟氣、HF、 NaOH溶液發(fā)生反應。3用途(1)半導體材料,如硅芯片等。(2)新型能源,如光電池等?!咎貏e提醒】硅單質性質的特殊性(1)一般情況下,非金屬元素單質熔、沸點低,硬度小,但晶體硅和金剛石熔、沸點高,硬度大,其中金剛石為自然界中硬度最大的物質。(2)一般情況下,非金屬單質為絕緣體,但硅為半導體,石墨為電的良導體。(3)Si的還原性大于C,但單質C在高溫下能從SiO2中還原出Si:SiO22CSi2CO。(4)非金屬單質與堿反應一般既作氧化劑又作還原劑,且無氫氣放出,但硅與堿溶液反應只作還原劑,且反應能放出氫氣:Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(5)非金屬單質一般不與非氧化性酸反應,但硅能與氫氟酸反應:Si4HF=SiF42H2。題組沖關題組1硅酸鹽的組成、性質和應用1下列關于硅酸鹽的說法中正確的是()A硅酸鹽都難溶于水BNa2SiO3是一種最簡單的硅酸鹽,其水溶液可用作黏合劑C硅酸鹽通??捎醚趸锏男问奖硎?,說明硅酸鹽就是由各種氧化物組成的D硅酸鹽工業(yè)使用的每一種原料都含有硅【解析】A項,Na2SiO3可溶于水,錯誤;C項,硅酸鹽可用氧化物的形式表示,但不是由各種氧化物組成,錯誤;D項,所用原料可能不含硅,錯誤?!敬鸢浮緽2用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成,其中正確的是() A鈣沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O,表示為Al2O3CaO3SiO23H2OB鎂橄欖石(Mg2SiO4),表示為MgOSiO2C鉀云母(K2Al6Si6H4O24),表示為K2O2H2O3Al2O36SiO2D高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4,表示為Al2O32SiO22H2O【解析】A項,Ca(Al2Si3O10)3H2O應表示為CaOAl2O33SiO23H2O(排序錯);B項,Mg2SiO4應表示為2MgOSiO2(不能在系數(shù)中出現(xiàn)分數(shù));C項,K2Al6Si6H4O24應表示為K2O3Al2O36SiO22H2O(排序錯)?!敬鸢浮緿3下列關于水玻璃的性質和用途的敘述中正確的是() A它是一種純凈物,既不燃燒也不易腐蝕B水玻璃是生產(chǎn)玻璃的主要原料之一C木材、織物浸過水玻璃后具有防腐性能且不易燃燒D水玻璃的化學性質穩(wěn)定,在空氣中不易變質【解析】水玻璃是硅酸鈉的水溶液,A錯誤;水玻璃易與空氣中的二氧化碳反應,D錯誤?!敬鸢浮緾題組2硅單質及其化合物的性質及綜合應用4硅及其化合物的應用范圍很廣。下列說法正確的是()A硅是人類將太陽能轉換為電能的常用材料B粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應C反應:Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中,Si為還原劑,NaOH和H2O為氧化劑D鹽酸可以與硅反應,故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅【解析】C項只有H2O是氧化劑;D項鹽酸與Si不反應,氫氟酸才可?!敬鸢浮緼5下圖中的每一方格表示相關的一種反應物或生成物。其中,B是一種單質,其余物質也都是含B元素的化合物。C是一種鈉鹽,E是C對應的酸,B的結構類似金剛石,D為B的氧化物(其他不含B元素的反應產(chǎn)物以及各步反應添加的必要試劑和反應條件已被略去)。請?zhí)顚懣瞻祝?(1)A、D、E的化學式分別為_、_、_。(2)A和B的相互轉化在工業(yè)上有什么實際意義?_。(3)寫出DC反應的化學方程式:_。(4)寫出ED反應的化學方程式:_?!窘馕觥勘绢}的突破口是:“B是一種單質”,“B的結構類似金剛石”。據(jù)此,容易推斷出B是晶體硅。硅與氯氣在加熱條件下生成SiCl4,因此,A為SiCl4,SiCl4可以被氫氣還原得純凈的硅。根據(jù)D為B的氧化物且能轉化成B(Si),可知D為SiO2,由此可知其他答案?!敬鸢浮?1)SiCl4SiO2H2SiO3(2)粗硅提純(3)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(4)H2SiO3SiO2H2O【題后歸納】Si的制備與提純SiO2粗SiSiCl4Si- 配套講稿:
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