2017-2018學年高中化學必修一教師用書：第4章第1節(jié)

1、 第一節(jié)無機非金屬材料的主角 - 硅 - 學習目標導航 - 1了解 SiO2的結構、性質(zhì)和用途。（重點） 2了解硅酸的制備和化學性質(zhì)。 3. 了解硅酸鹽的性質(zhì)及組成的表示方法。 4了解硅的性質(zhì)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. 硅兀素的存在 存 if 廠壬柱地売中會 fit 尬珈+僅衣于契 丄匹 以化合態(tài)存在,主要冊豈是二氧化硅和陡酸鹽 超 1 原了結構示意圖換或其麻子既不易失去 也不馬得到電子 主要代合址 M 價 2. 二氧化硅（SiO2） 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

2、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 1 : 2 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(zhì) 熔點高；硬度大；溶解性：不溶于水。 （4）化學性質(zhì)（寫出有關化學方程式）第四章非金屬及其化合物 o 用途 沙子是基本的建筑材料 純凈的 Si02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(H2SQ3) 1. 物理性質(zhì) 硅酸是一種難溶于水的白色膠狀物。 2. 化學性質(zhì) (1) 弱酸性 向 Na2Si

3、O3溶液中通入 C02，生成白色沉淀，反應的化學方程式為 Na2SiOa + C02+ H zO=NagCO3+ H zS103 丄。 結論：H2SQ3酸性比 H2CO3酸性弱。 (2) 不穩(wěn)定性 H2SQ3不穩(wěn)定，受熱易分解，反應的化學方程式為 H2SiOg=H2O+ SiO?。 3. 制備 Na2SiO3溶液中加入鹽酸，反應的化學方程式為 Na2SiO3 + 2HCl=2NaCl + HSiOX 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, 常用作干

4、燥劑或催化劑的載體。 探究升華 思考探究 探究 1 SiO2的主要性質(zhì)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) 不與水、一般的惓反應 CaD 反應 ec ,小島溫 SiOn+C.aOCaSiO, Li Nu0H SiO2+2NHOH= NSiOi+HjO 轉(zhuǎn)性 =SiKt+2U1O 汽叭 2C+SiO3 勻 f 反血 !lfj 根性啊 憂物的性Si+2C0t 【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，Si02與 NaOH 反應生成 Na2

5、SiO3, 使試劑瓶受腐蝕。N&SQ3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。 【提示】 不能。因為氫氟酸腐蝕玻璃，和玻璃中的成分 SiO2反應。 SiO2 + 4HF=SiF4f + 2 出 0。 (3) 寫出 SiO2、CO2與 CaO 反應的化學方程式。 【提示】 SiO2+ CaO=CaSiO3、 CO2+ CaO=CaCQ。 探究 2 硅酸的制備實驗探究 實驗 操作 1 i y 實驗 滴加酚酞溶液后溶液呈紅色，滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)闊o色丄 現(xiàn)象 有透明膠狀物生成 Na

6、2SiO3溶液呈堿滴加稀鹽酸后反應的化學方程式為 結論 Na2SiO3+ 2HCI=2NaCI + H2SiO3（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 _。 【提示】 生成白色沉淀 SiO 亍+ CO2+ H2O=H2SiO3 J + C03_ H2SQ3+ 2OH_=SiO3- + 2H2O 認知升華 升華 1 SiO2和 CO2的比較 SiO2 CO2 不 同 占 熔、沸點 高 低 狀態(tài) 無色晶體 氣態(tài) 與水反應 不反應 ” CO2+ H2O H2CO3 與酸反應 只與氫氟酸反應 不反應 相 同 占

7、與堿性氧 化物反應 咼溫 CaO+ SiO2=CaSiO3 CO2 + CaO=CaCQ 與堿反應 SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3+ H2O CO2+ 2NaOH=Na?CO3 + H2O 與某些 鹽反應 咼溫 SiO2+ Na2CO3 - Na2SiO3 咼溫 + CO21 SiO2+ CaCO3 - CaSiO3+ CO2 T CO2+ H2O + Na2CO3=2NaHCO3 CO2 + H2O+ Na2SiO3= H2SQ3 J + Na2CO3 與碳反應 咼溫 SiO2 + 2C=Si + 2CO T CO2+ C=2CO 升華 2 硅酸的主要性質(zhì)及應用 (1) 硅酸是中學

8、化學中惟 - 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(zhì)：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 1 SiO2的性質(zhì)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(zhì)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

9、【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 1 : 2 組成的空間立體網(wǎng)狀結構的晶體，二者物理性質(zhì)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。 【答案】 D 2. 下列說法不正確的是( ) 【導學號：95432065】 A .因 SiO2不溶于水，故 SiO2不是酸性氧化物 咼溫 B .在反應 SiO2+ 2C=Si+ 2CO T 中 SiO2 作氧化劑 C. SiO2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 【

10、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(zhì)，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。 【答案】 A 題組 2 H2SQ3的性質(zhì)、制備與應用 3. 下列關于硅酸的說法正確的是（ ） 【導學號：95432066】 A .硅酸可以通過 SiO2和水的化合反應直接制得 B .用反應 Na2SiO3 + 2HCI=2NaCI + H2SQ3 J制取硅酸是利用了可溶性

11、酸制 難溶性酸的性質(zhì) 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(zhì)，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】 D 4. 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 （ ） A . CO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 B. CO2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 CO2 D .氯化氫通入可溶性

12、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】 B 5 .為了進一步確認 HCI、H2CO3、H2SQ3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）2.最簡單的硅酸鹽 Na2SiO3 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 _ 【答案】 CaCQ + 2HCl=CaC

13、l2+ CO2 T+ H2O 除去 CO2中的 HCI，防止 HCI 與 Na2SiO3反應 2 2 產(chǎn)生白色膠狀沉淀 CO2 + H2O+ SiO3 =H2SiO3(膠體)+ CO3 (4) HCIH 2CO3H2SiO3 強酸制弱酸 rroj _ 硅酸鹽和硅單質(zhì) 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(zhì)：結構復雜，大多不溶于水，化學性質(zhì)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： Na?O SiO?。 長石(KAISi3O8): K2OAI2O3 6SQ2。 鎂

14、橄欖石(Mg2SiO4): 2MgO SiO?。 【特別提醒】 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)。 2.最簡單的硅酸鹽 Na2SiO3 4 氧化物之間用“”隔開。 物理性貞 T白色固體+易溶于水 俗名泡花堿,水溶液俗稱水玻璃 M 比學性廈與酸(鹽酸、碳酸等)反應， $ 生成硅酸凝膠 冃叫能制備硅膠和木材防火劑 3.三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品

15、 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(zhuǎn)窯 硅酸二鈣 2CaOSiO2 硅酸三鈣 3CaOSiO2 鋁酸三鈣 3CaO-Al 2O3 玻璃 純堿、石灰 石和石英砂 玻璃窯 Na2O -CaO-6SiO2 陶瓷 黏土 4.其他含硅物質(zhì) (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(zhì) 1. 種類及結構 單質(zhì)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(zhì) (1)物理性質(zhì) 色、態(tài) 光澤 熔點

16、硬度 質(zhì)地 導電性 灰黑色固體光澤 金屬 高 大 脆 半導體 (2)化學性質(zhì) 在常溫下化學性質(zhì)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。 新型能源，如光電池等。 【特別提醒】 硅單質(zhì)性質(zhì)的特殊性 1 一般情況下，非金屬元素單質(zhì)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(zhì) 2 一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導體，石墨為電的良導體。 咼溫 3 Si 的還原性大于 C,但單質(zhì) C 在高溫下能從 SiO2中還原出 Si:SiO2+ 2C= Si + 2COT。 4 非金屬單質(zhì)與堿反應一般既作

17、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： Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3+ 2 出T。 5 非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應，但硅能與氫氟酸反應： Si + 4HF=SiF4T + 2 出匸。 題組沖關 題組 1 硅酸鹽的組成、性質(zhì)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 B. Na2SiO3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

18、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。 【答案】 B 2. 用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的是 （ ） 【導學號：95432067】 A .鈣沸石 Ca（Al2Si3Oio） 3H2O，表示為 Al 2O3 CaO - 3SiO2 3H2O 一 1 B .鎂橄欖石（Mg2SiO4），表示為 MgO芳。2 C.鉀云母（K2Al6Si6H4O24），表示為 K2O 2H2O 3Al2O3 6SQ2 D .高嶺石 Al2（Si2O5）（OH）4，表示為 Al 2O3 2SiO2 2H2O 【解析】 A 項，Ca（Al 2Si3O10）

19、 3H2O 應表示為 CaO -Al 2O3 3SiO2 3H2O（排序錯）； B 項， Mg2SiO4應表示為 2MgO SiO2（不能在系數(shù)中出現(xiàn)分數(shù)）;C 項， K2Al6Si6H4O24 應表示為 K2O - 3Al2O3 6SiO2 2H2O（排序錯）。 【答案】 D 3. 下列關于水玻璃的性質(zhì)和用途的敘述中正確的是 （） 【導學號：95432068】 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(zhì)穩(wěn)定，在空氣中不易變質(zhì) 【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。 【答案】 C 題組 2 硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)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 () .一 A 硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的常用材料 . 碼上掃l ；jg B 粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應 C.反應：Si + 2NaOH+ H2O=Na?SiO3+ 2H2