高中化学4.1《无机非金属材料的主角-硅》学案5新人教版必修.doc

第四章　非金属及其化合物第一节　无机非金属材料的主角——硅【本节学习要点】1．了解硅在自然界中的存在，主要物理性质、用途2．了解二氧化硅的存在，知道石英、水晶、硅石、玛瑙与SiO2的关系，了解SiO2的网状结构，掌握SiO2的化学性质3．了解硅酸的性质和制备4．了解常见硅酸盐的性质和主要用途【重难点讲解】重难点一、二氧化硅和硅酸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CO2＋H2O = H2CO3(可逆)化学性质与HF酸反应4HF＋SiO2SiF4↑＋2H2O不反应与NaOH溶液SiO2＋2NaOHNa2SiO3＋H2OCO2＋NaOHNaHCO3或CO2＋2NaOHNa2CO3＋H2O与盐反应SiO2＋Na2CO3高温Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3高温CaSiO3＋CO2↑(制玻璃)CO2＋Na2SiO3＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3CO2＋Na2CO3＋H2O2NaHCO3与碱性氧化物反应CaO＋SiO2高温CaSiO3CaO＋CO2CaCO3Na2O＋CO2Na2CO3与C反应SiO2＋2C高温=Si＋2CO↑C＋CO2△=2CO相同点①都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。

②都有弱氧化性　　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重难点、酸盐和硅单质1．硅的化学性质与制备(1)硅的化学性质①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：Si＋2F2=SiF4与氢氟酸反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑②加热时，Si能与O2、Cl2等反应Si＋O2=高温SiO2Si＋2Cl2=高温,SiCl4(2)硅的制备①制取粗硅SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑②粗硅的提纯：SiCl2,SiCl4H2,Si＋HClSi＋2Cl2高温,SiCl4，SiCl4＋2H2高温,Si＋4HCl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”①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②Si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↑③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：Si＋2NaOH＋H2O,Na2SiO3＋2H2↑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：Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑2)硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水④硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是碱⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑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K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2特别提醒　,(1)由于硅酸盐的组成与结构很复杂，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2MgO·SiO2表示2个MgO和1个SiO2，不能认为是2(MgO·SiO2)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(　　)① 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②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,③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料,④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛,⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能A.①②③ B.②④ C.③④⑤　 D.③⑤解析　本题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况侧重考查学生应用化学知识解释和解决身边化学问题的能力。

人造刚玉主要成分为Al2O3，①错；玛瑙的主要成分是SiO2；③水泥主要成分是硅酸盐，正确；④变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质AgBr等，并加入极少光敏化剂如CuO等制成，故④错答案　D变色眼镜的玻璃片中含有少量溴化银和微量的氧化铜(作催化剂)，当玻璃受到阳光照射时，发生2AgBr光,CuO2Ag＋Br2反应，而使玻璃由无色变成灰黑色，把玻璃放到暗处，又因发生2Ag＋Br2CuO,2AgBr反应，而使玻璃由灰黑色变成无色在制造普通玻璃时常加入少量Cu2O可使玻璃显红色题型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解析　本题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而要用不定方程的知识求解根据化合价规则，Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，则有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化简得2x＋y＝14，将A、B、C、D中的x、y值代入，只有B项符合方程。

答案　B考查硅酸盐的表达形式，一般利用化合物中化合价的代数和等于零的规则来列方程求解解此类题时所列方程要正确题型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：W→X ,(3)写出离子方程式：Y→Z　 ,X→Y_________________________________________________________解析　由X和X　的转化条件分析，X是硅，X　是二氧化硅，且这两种物质都能与NaOH溶液反应，生成硅酸钠(Na2SiO3)，SiO2又可以由硅酸加热分解制得，所以，推断正确答案　(1)硅　硅酸钠　硅酸　二氧化硅,(2)SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑,(3)SiO＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋CO,SiO2＋2OH－SiO＋H2O,　B0001#25]善于根据特殊反应或特殊反应条件或特殊反应现象作出假设，然后以验证的形式进行判断，对于解答较隐蔽的推断题，是一种较好的策略。

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(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4(1) 将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,①KAlSi3O8____________________②Al2Si2O5(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K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5(OH)4为Al2O3·2SiO2·2H2O,(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答案　(1)①K2O·Al2O3·6SiO2,②Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸,　①硅酸盐无论以何种形式表示，其组成及成分是固定不变的，即性质是不变的；②硅酸盐用氧化物的形式表示时，必须遵循各元素化合价不变的原则。

自测题】　　　　　　　　　1.下列说法不正确的是(　　)A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3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答案　A解析　SiO2中Si呈＋4价，H2SiO3中Si呈＋4价，且H2SiO3△,SiO2＋H2O，SiO2是H2SiO3的酸酐，故A项错误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(　　),①KOH溶液　②Na2SiO3溶液　③盐酸　④氢氟酸　⑤澄清石灰水　⑥硝酸　⑦NaOH溶液A.①②⑤　 B.①②④⑤ C.①②④⑤ D.①②④⑤⑦答案　D3.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，可以导电答案　A解析　本题考查硅的性质。

晶体硅的结构与金刚石相似，是具有空间立体网状。