2021-2022學(xué)年人教版必修1第4章第1節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅第2課時(shí)學(xué)案

第二課時(shí)硅酸鹽和硅單質(zhì)[明確學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道硅酸鈉的性質(zhì)和用途。2.學(xué)會(huì)用氧化物的形式表示復(fù)雜硅酸鹽的方法。3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸鹽制品以及生產(chǎn)它們的主要原料。4.知道晶體硅是良好的半導(dǎo)體材料，能說(shuō)出它的主要用途。一、硅酸鹽1．硅酸鹽的組成及性質(zhì)2．常見(jiàn)的硅酸鹽——Na2SiO3實(shí)驗(yàn)探究：硅酸鈉是一種白色固體，能溶于水，其水溶液俗稱eq\o(□,\s\up1(07))水玻璃。3．三種常見(jiàn)的硅酸鹽產(chǎn)品4．其他特殊功能的含硅物質(zhì)(1)碳化硅——俗稱eq\o(□,\s\up1(17))金剛砂——具有eq\o(□,\s\up1(18))金剛石結(jié)構(gòu)——硬度很大——可作砂紙、砂輪的磨料。(2)硅鋼(含硅4%)——很高的導(dǎo)磁性——作變壓器的鐵芯。(3)硅橡膠——耐高溫和低溫——作火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)的零件和絕緣材料。(4)分子篩——均勻微孔結(jié)構(gòu)——作eq\o(□,\s\up1(19))吸附劑和催化劑。二、硅單質(zhì)1．種類及結(jié)構(gòu)單質(zhì)硅分為晶體硅和eq\o(□,\s\up1(01))無(wú)定形硅兩類，晶體硅的結(jié)構(gòu)與eq\o(□,\s\up1(02))金剛石類似。2．性質(zhì)(1)物理性質(zhì)(2)化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)eq\o(□,\s\up1(07))不活潑。3．用途(1)半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光電池等。1．實(shí)驗(yàn)室里如何保存硅酸鈉溶液？如果敞口放置一段時(shí)間，溶液會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？提示：硅酸鈉溶液和空氣中的二氧化碳反響生成硅酸，所以保存的時(shí)候應(yīng)該隔絕空氣，而且硅酸鈉具有黏性，不能用玻璃塞，所以應(yīng)保存在帶橡膠塞的試劑瓶里；產(chǎn)生白色膠狀沉淀，原因是發(fā)生反響Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。2．單質(zhì)硅在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以硅在自然界中以游離態(tài)存在，這種說(shuō)法是否正確？為什么？提示：不正確。硅屬于親氧元素，雖然在常溫下穩(wěn)定，但在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，硅元素和氧結(jié)合在一起，都以化合態(tài)存在，主要以二氧化硅及硅酸鹽的形式存在。一、硅酸鹽1．硅酸鈉的化學(xué)性質(zhì)(1)與鹽酸反響Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl。(2)與CO2反響Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。2．硅酸鹽氧化物形式的書(shū)寫(xiě)硅酸鹽由于組成比擬復(fù)雜，通常用氧化物的形式表示其組成，改寫(xiě)時(shí)的規(guī)律為：(1)順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水；氧化物之間以“·〞隔開(kāi)。(2)原那么：各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成，假設(shè)出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：鈉長(zhǎng)石NaAlSi3O8不能寫(xiě)成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫(xiě)成Na2O·Al2O3·6SiO2。(3)各元素的化合價(jià)不能改變。[即時(shí)練]1．用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的選項(xiàng)是()A．鈣沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示為Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石(Mg2SiO4)，表示為MgO·eq\f(1,2)SiO2C．鉀云母(K2Al6Si6H4O24)，表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．硅酸銅鋇(BaCuSi2O6)，表示為BaO·CuO·2SiO2答案D解析A項(xiàng)，Ca(Al2Si3O10)·3H2O應(yīng)改為CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O(排序錯(cuò))；B項(xiàng)，Mg2SiO4應(yīng)改為2MgO·SiO2(不能在系數(shù)中出現(xiàn)分?jǐn)?shù))；C項(xiàng)，K2Al6Si6H4O24應(yīng)改為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O(排序錯(cuò))。2．礦泉水一般是由巖石風(fēng)化后，被地下水溶解其中的可溶局部生成的，此處所指的風(fēng)化作用是指礦物與水和CO2同時(shí)作用的過(guò)程。例如長(zhǎng)石(KAlSi3O8)風(fēng)化生成高嶺土[Al2Si2O5(OH)4]，此反響的離子方程式為：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O=2K＋＋2HCOeq\o\al(－,3)＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4(1)將上述復(fù)雜硅酸鹽改寫(xiě)成氧化物形式。①KAlSi3O8_____________________。②Al2Si2O5(OH)4_____________________。(2)上述反響能夠發(fā)生的原因是_____________________。答案(1)①K2O·Al2O3·6SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)H2CO3的酸性比H2SiO3強(qiáng)解析(1)將硅酸鹽化學(xué)式寫(xiě)成氧化物時(shí)，需將氧以外的元素寫(xiě)成同價(jià)態(tài)的氧化物，并按活動(dòng)性順序排列，用“·〞將它們連接起來(lái)，各種元素原子個(gè)數(shù)比符合原來(lái)的組成。(2)此反響屬于酸與鹽發(fā)生的復(fù)分解反響，能發(fā)生的原因是酸性：H2CO3>H2SiO3。方法規(guī)律寫(xiě)成氧化物形式，是為了簡(jiǎn)化對(duì)硅酸鹽組成的表示方法，實(shí)際上硅酸鹽不是以簡(jiǎn)單氧化物形式存在的。二、硅單質(zhì)1．化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下能與氟氣、氫氟酸、強(qiáng)堿等反響。①與F2反響：2F2＋Si=SiF4②與HF反響：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑③與NaOH溶液反響：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(2)加熱時(shí)能與氧氣、氯氣、碳等反響。①與O2反響：Si＋O2eq\o(=,\s\up17(△))SiO2②與Cl2反響：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(△))SiCl4③與C反響：Si＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))SiC2．制取(1)粗硅的制取2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO↑＋Si(粗硅)(2)純硅的制取Si(粗硅)＋2Cl2eq\o(=,\s\up17(△))SiCl4SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si(純硅)＋4HCl[即時(shí)練]3．以下關(guān)于硅的化學(xué)性質(zhì)的表達(dá)正確的選項(xiàng)是()A．常溫下不和任何酸反響B(tài)．常溫下可和NaOH溶液反響C．常溫下可和Cl2反響生成SiCl4D．常溫下可和O2反響生成SiO2答案B解析硅在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，除與氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿反響外，不與其他物質(zhì)反響。在加熱條件下，硅能與Cl2、O2等非金屬反響，如Si＋O2eq\o(=,\s\up17(△))SiO2。4．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．由2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑，可知復(fù)原性：C<SiB．硅與NaOH、HF都能反響，說(shuō)明硅與鋁相似，都能與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反響生成H2C．硅是半導(dǎo)體，故可用于制光導(dǎo)纖維D．每1mol硅與足量NaOH溶液反響，轉(zhuǎn)移4NA電子答案D解析碳的復(fù)原性大于硅，A錯(cuò)誤；硅只與酸中的HF反響，B錯(cuò)誤；硅是半導(dǎo)體，常用于半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)芯片等，不能用于光導(dǎo)纖維，C錯(cuò)誤；Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑，化合價(jià)由硅的0價(jià)升高到＋4價(jià)，即每1molSi與足量NaOH溶液反響，轉(zhuǎn)移4mol電子，D正確。方法規(guī)律硅單質(zhì)的特性(1)碳族元素的主要化合價(jià)一般是＋2、＋4價(jià)，而硅常見(jiàn)的是＋4價(jià)。(2)碳在高溫下能從SiO2中復(fù)原出硅。(3)非金屬單質(zhì)與強(qiáng)堿反響一般不生成氫氣，而硅卻能與強(qiáng)堿溶液反響產(chǎn)生氫氣。(4)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反響，而硅不但能與氫氟酸反響，而且有H2生成(類似于較活潑金屬與酸的置換反響)，Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。本課歸納總結(jié)1.硅酸鈉水溶液俗稱水玻璃，常用于制備黏合劑、防腐劑和耐火材料。2．傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料有水泥、玻璃和陶瓷。3．硅以化合態(tài)存在于自然界中，常用作半導(dǎo)體材料和合金材料。4．硅常溫下能與F2、HF、NaOH溶液反響，加熱時(shí)能與O2、Cl2等反響。1．以下有關(guān)硅及其化合物的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．晶體硅具有金屬光澤，可以導(dǎo)電，屬于金屬材料B．常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以自然界中的硅大局部以游離態(tài)存在C．SiO2是一種酸性氧化物，能夠與水反響生成相應(yīng)的酸D．除去SiO2中混有的CaCO3可參加適量的稀鹽酸答案D解析A項(xiàng)，晶體硅雖然具有金屬光澤，但它屬于非金屬單質(zhì)；其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。B項(xiàng)，雖然常溫下硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，它主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。C項(xiàng)，SiO2不同于其他酸性氧化物，它不溶于水也不與水反響。D項(xiàng)，SiO2不溶于稀鹽酸，可使用稀鹽酸除去其中混有的CaCO3，化學(xué)方程式為CaCO3＋2HCl=CaCl2＋CO2↑＋H2O。2．以下物質(zhì)中，不含有硅酸鹽的是()A．水玻璃 B．硅芯片C．黏土 D．普通水泥答案B解析水玻璃是Na2SiO3的水溶液，黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸鹽，硅芯片的主要成分是硅單質(zhì)。3．以下說(shuō)法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A．二氧化硅是光導(dǎo)纖維的主要原料B．硅是信息技術(shù)的關(guān)鍵材料C．陶瓷餐具所用材料為硅酸鹽D．水晶鏡片所用原料為硅酸鹽答案D解析石英、水晶、光導(dǎo)纖維主要成分為SiO2。Si用于信息產(chǎn)業(yè)及太陽(yáng)能電池。傳統(tǒng)硅酸鹽材料是陶瓷、水泥、玻璃，新型無(wú)機(jī)非金屬材料為光導(dǎo)纖維、生物陶瓷等。4．以下物品或設(shè)備所用材料中含有SiO2的是()①混凝土②門(mén)窗玻璃③水晶鏡片④石英鐘表⑤瑪瑙手鐲⑥硅太陽(yáng)能電池⑦光導(dǎo)纖維⑧計(jì)算機(jī)芯片A．①②③④⑤⑦ B．全部C．⑥⑧ D．①②⑦⑧答案A解析⑥⑧的主要成分是Si，而不是SiO2，其余都含有SiO2。5．有科學(xué)家認(rèn)為：硅是“21世紀(jì)的能源〞“未來(lái)的石油〞，以下有關(guān)硅可能成為新型能源的表達(dá)中不正確的選項(xiàng)是()A．自然界中存在大量硅單質(zhì)B．自然界中的硅不易開(kāi)采，且可再生C．硅燃料便于運(yùn)輸、貯存，從平安角度考慮，硅是優(yōu)質(zhì)燃料D．硅燃料燃燒放出的熱量多，其燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染容易有效地控制答案A解析Si元素在自然界中含量豐富，但由于硅具有親氧性，自然界中無(wú)硅單質(zhì)，主要以二氧化硅和硅酸鹽形式存在，不易開(kāi)采。6．硅是無(wú)機(jī)非金屬材料的主角，硅的氧化物和硅酸鹽約占地殼質(zhì)量的90%以上。(1)SiO2是玻璃的成分之一，SiO2與氫氧化鈉溶液反響的化學(xué)方程式為_(kāi)______________，工藝師常用________(填物質(zhì)名稱)來(lái)雕刻玻璃。(2)用Na2SiO3溶液浸泡過(guò)的棉花不易燃燒，表達(dá)Na2SiO3可用作________。(3)工業(yè)上常用2C＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑制備硅單質(zhì)，該反響中有元素化合價(jià)升高的物質(zhì)是________(填化學(xué)式，下同)，氧化