2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第五章化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素3.1硅酸鹽材料教案新人教版必修2

PAGE7-第1課時(shí)硅酸鹽材料課前自主預(yù)習(xí)一、硅酸鹽1．硅酸鹽在自然界中的存在形形色色的硅酸鹽存在于地球的每一個(gè)角落，古代的陶瓷、磚瓦、現(xiàn)代的玻璃、水泥等，都是硅酸鹽產(chǎn)品。2．硅酸鈉(1)物理性質(zhì)：可溶于水，其水溶液俗稱水玻璃，具有強(qiáng)的黏合性。(2)化學(xué)性質(zhì)：①過量的CO2通入到Na2SiO3溶液中，發(fā)生的反應(yīng)方程式為：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3，反應(yīng)的緣由：酸性H2CO3>H2SiO3。②向Na2SiO3溶液中滴加CaCl2溶液，發(fā)生的反應(yīng)方程式為：Na2SiO3＋CaCl2=CaSiO3↓＋2NaCl。(3)用途：①建筑業(yè)常運(yùn)用的黏合劑；②用水玻璃浸泡過的木材和紡織品既防腐蝕，又防火，故常被稱為木材防火劑；③還可用作肥皂填料等。(4)硅酸鹽的表示方法：二、硅酸鹽產(chǎn)品1．三大傳統(tǒng)硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯玻璃純堿、石灰石、石英玻璃窯陶瓷黏土2.分子篩很多硅酸鹽具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑不同的硅酸鹽具有篩分分子的作用，常用作分別、提純氣體或液體混合物，還可作干燥劑、離子交換劑、催化劑及催化劑載體。3．傳統(tǒng)硅酸鹽工業(yè)(1)玻璃：①生產(chǎn)過程：eq\x(\a\al(純堿、石灰,石、石英等))eq\o(→,\s\up17(粉碎后),\s\do15(適當(dāng)比例))eq\x(玻璃熔爐)eq\o(→,\s\up17(冷卻))eq\x(成品玻璃)②主要化學(xué)反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))CaSiO3＋CO2↑。③主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。④幾種常見玻璃：a．石英玻璃——成分為SiO2，以純凈的石英為主要原料制成。b．鋼化玻璃——一般玻璃在電爐中加熱軟化，然后急速冷卻而成，機(jī)械強(qiáng)度是一般玻璃的4～6倍。c．有色玻璃——一般玻璃中加入一些金屬氧化物，如Cu2O：紅色玻璃，Co2O3：藍(lán)色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。(2)水泥：①生產(chǎn)過程：eq\x(\a\al(黏土、,石灰石))eq\o(→,\s\up17(粉碎后),\s\do15(適當(dāng)比例))eq\x(水泥回轉(zhuǎn)窯)eq\o(→,\s\up17(加入石膏),\s\do15(粉碎))eq\x(水泥)②改變：發(fā)生了困難的物理化學(xué)改變。③主要成分：硅酸二鈣：2CaO·SiO2，硅酸三鈣：3CaO·SiO2，鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3。④加入石膏的作用：調(diào)整水泥的硬化時(shí)間。⑤用途：建筑材料——水泥砂漿、混凝土等。課堂互動探究硅酸鹽及其產(chǎn)品1．硅酸鹽及其性質(zhì)硅酸及其縮水結(jié)合而成的各種酸所對應(yīng)的鹽統(tǒng)稱硅酸鹽。在硅酸鹽中，Si和O構(gòu)成了硅氧四面體，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。每個(gè)Si結(jié)合4個(gè)O，Si在中心，O在四面體的4個(gè)頂角；很多這樣的四面體還可以通過頂角的O相互連接，每個(gè)O為兩個(gè)四面體所共有，與2個(gè)Si相結(jié)合。硅氧四面體結(jié)構(gòu)的特別性，確定了硅酸鹽材料大多具有硬度高、熔點(diǎn)高、難溶于水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕等特點(diǎn)。2．幾種硅酸鹽產(chǎn)品中應(yīng)留意的幾點(diǎn)(1)水泥中加石膏的作用是調(diào)整水泥的硬化速度。(2)水泥砂漿是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，與鋼筋混合在一起就是鋼筋混凝土。(3)制造玻璃的原料中，石英是過量的，所以一般玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按114比例混合在一起得到的物質(zhì)，因此其成分表示為Na2O·CaO·6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。(4)玻璃不屬于晶體，沒有固定的熔點(diǎn)，只在肯定范圍內(nèi)軟化后熔化，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。硅酸鹽的表示方法1．規(guī)律通常用氧化物的形式來表示硅酸鹽的組成。硅酸鹽中的硅元素以SiO2的形式表示，金屬元素如Na、K、Mg、Al、Ca等，以它們常見的氧化物形式表示，氫元素以H2O的形式表示。氧化物的一般依次：較活潑金屬的氧化物·較不活潑金屬的氧化物·二氧化硅·水。2．方法(1)找出組成元素。(2)寫成氧化物的形式。(3)留意原子守恒。(4)檢查有無遺漏。3．留意事項(xiàng)(1)氧化物之間以“·”隔開。(2)氧化物前面的計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)時(shí)應(yīng)化為整數(shù)，且計(jì)量數(shù)只表示該氧化物的數(shù)目。(3)用氧化物形式表示時(shí)，各元素的化合價(jià)保持不變，各元素原子個(gè)數(shù)比符合原來的組成。(4)在硅酸鹽氧化物的表示式中，氧化物前面的計(jì)量數(shù)只對該氧化物起作用，對其他氧化物不起作用。如：2MgO·SiO2不能認(rèn)為是2(MgO·SiO2)。(5)這種組成只是代表物質(zhì)的化學(xué)組成成分，并不是說從結(jié)構(gòu)上看成是“分子式”或氧化物的“分子加合物”。典例題組訓(xùn)練題組一硅酸鹽1．過量的泥沙、純堿、石灰石熔融后生成(B)①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一種硅酸鹽產(chǎn)品A．①和④ B．②和⑤C．③ D．②解析：本題主要考查了硅酸鹽材料的制備和用途，泥沙的主要成分是SiO2和硅酸鹽，SiO2、純堿、石灰石可制玻璃，而玻璃是硅酸鹽產(chǎn)品之一，故正確答案為B。2．下列對制取水泥和玻璃的共同特點(diǎn)的敘述中，錯誤的是(A)A．生產(chǎn)設(shè)備相同B．原料中均有石灰石C．反應(yīng)都在高溫下進(jìn)行D．發(fā)生的都是困難的物理改變和化學(xué)改變解析：水泥和玻璃的原料中均含有石灰石，但生產(chǎn)設(shè)備不同，水泥為水泥回轉(zhuǎn)窯，而玻璃為玻璃熔爐。三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品——玻璃、水泥、陶瓷玻璃水泥陶瓷原料純堿(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土；協(xié)助原料：適量的石膏黏土設(shè)備玻璃窯水泥回轉(zhuǎn)窯—主要成分硅酸鈉(Na2SiO3)、硅酸鈣(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3)成分困難特點(diǎn)玻璃是非晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)，無固定熔點(diǎn)，在某一溫度范圍內(nèi)軟化可加工成制品具有水硬性，與水摻和攪拌并靜置后，很簡單凝固變硬抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣題組二硅酸鹽組成的表示方法3．一般玻璃中Na2SiO3CaSiO3SiO2＝114(物質(zhì)的量之比)。若以aNa2O·bCaO·mSiO2表示此玻璃的組成，則abm＝116。解析：由于硅酸鹽的組成相當(dāng)困難，通常人們用氧化物的形式來表示其組成，因此我們必需學(xué)會鹽與氧化物形式間的相互改寫。Na2SiO3可改寫為Na2O·SiO2，CaSiO3可改寫為CaO·SiO2，所以一般玻璃的組成可表示為Na2O·CaO·6SiO2。4．硅酸鹽礦物的成分困難，多用氧化物的形式來表示它們的組成，如Mg2SiO4的氧化物形式表示為2MgO·SiO2；Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)的氧化物形式表示為Al2O3·2SiO2·2H2O。有資料顯示，三硅酸鎂(Mg2Si3O8·nH2O)可用于治療胃酸過多的疾病，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)難溶于水，服用后能中和胃酸，而且作用長久。(1)三硅酸鎂的化學(xué)式改寫成氧化物的形式為2MgO·3SiO2·nH2O。(2)三硅酸鎂中和胃酸(HCl)的化學(xué)反應(yīng)方程式為2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl=2MgCl2＋3H2SiO3＋(n－1)H2O。解析：由題中列舉的硅酸鹽的表示形式可知，三硅酸鎂的化學(xué)式改寫成氧化物的形式為2MgO·3SiO2·nH2O。由2MgO·3SiO2·nH2O知，三硅酸鎂跟鹽酸的反應(yīng)可看做是“MgO”與“HCl”的反應(yīng)。核心素養(yǎng)硅酸鹽(如Na2SiO3)(1)白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。(2)與酸反應(yīng)：①與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。②與CO2反應(yīng)的化學(xué)方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。(3)硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為Na2O·SiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示為CaO·3MgO·4SiO2。提示：①Na2SiO3的水溶液是一種黏合劑，是制備硅膠和木材防火劑等的原料；Na2SiO3易與空氣中的CO2、H2O反應(yīng)，要密封保存。②可溶性碳酸鹽、硅酸鹽的水溶液呈堿性，保存該溶液的試劑瓶不能用玻璃塞，應(yīng)用橡膠塞?！纠?】美國“9·11”恐怖攻擊事務(wù)給紐約帶來了一場嚴(yán)峻的環(huán)境災(zāi)難——石棉污染，易使吸入石棉纖維者患肺癌。已知石棉是硅酸鹽礦物，某種石棉的化學(xué)式可表示為Ca2MgxSiyO22(OH)2，其中x、y的值分別為()A．5,8B．8,3C．3,8D．8,5【解析】Ca為＋2價(jià)，Mg為＋2價(jià)，Si為＋4價(jià)，O為－2價(jià)，OH為－1價(jià)，則有(＋2)×2＋(＋2)×x＋(＋4)×y＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，化簡得x＋2y＝21。將四個(gè)選項(xiàng)中x，y的值代入，只有A符合。依據(jù)化合價(jià)規(guī)律，物質(zhì)中全部顯正價(jià)的元素所帶電荷總數(shù)與全部顯負(fù)價(jià)的元素所帶電荷總數(shù)的肯定值相等，通過此規(guī)律即可解題。【答案】A【例2】(雙選)北京奧運(yùn)金牌“金玉合璧”上的環(huán)形玉是產(chǎn)自新疆的和田玉，和田玉是一種具有鏈狀結(jié)構(gòu)的含水鈣鎂硅酸鹽。某種和田玉的化學(xué)成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有關(guān)敘述中正確的是()A．將該和田玉的化學(xué)式改寫成氧化物的形式表示如下：2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2OB．該和田玉能反抗任何酸或堿的腐蝕C．該和田玉中Fe的化合價(jià)為＋2價(jià)D．該和田玉是由5種氧化物組成的混合物【解析】和田玉化學(xué)成分為Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，結(jié)合元