2018版高中化學(xué) 第四章 非金屬及其化合物 第1節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角——硅學(xué)案 新人教版必修1.doc

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第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角硅1了解SiO2的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。(重點(diǎn))2了解硅酸的制備和化學(xué)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(diǎn))5了解幾種重要無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)及用途。 二氧化硅和硅酸基礎(chǔ)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(jié)晶形和無定形兩大類，水晶、瑪瑙的主要成分是結(jié)晶的二氧化硅。(2)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的晶體。每個(gè)硅原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子，每個(gè)O周圍結(jié)合2個(gè)Si原子。(3)物理性質(zhì)熔點(diǎn)高；硬度大；溶解性：不溶于水。(4)化學(xué)性質(zhì)(寫出有關(guān)化學(xué)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(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維。石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。實(shí)驗(yàn)室中使用石英坩堝。教材整理2硅酸(H2SiO3)1物理性質(zhì)硅酸是一種難溶于水的白色膠狀物。2化學(xué)性質(zhì)(1)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。結(jié)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(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO3H2OSiO2。3制備Na2SiO3溶液中加入鹽酸，反應(yīng)的化學(xué)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(shí)，形成硅酸溶膠(膠體)；濃度大時(shí)，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(qiáng)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(zhì)及應(yīng)用(1)為什么實(shí)驗(yàn)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(dāng)玻璃瓶配玻璃塞時(shí)，瓶口內(nèi)壁和瓶塞外壁都進(jìn)行了磨砂處理。玻璃中含SiO2，磨砂玻璃遇到強(qiáng)堿如NaOH溶液時(shí)，SiO2與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3，使試劑瓶受腐蝕。Na2SiO3溶液有良好的黏結(jié)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(shí)驗(yàn)室能否用玻璃瓶保存氫氟酸？為什么？寫出反應(yīng)方程式。【提示】不能。因?yàn)闅浞岣g玻璃，和玻璃中的成分SiO2反應(yīng)。SiO24HF=SiF42H2O。(3)寫出SiO2、CO2與CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式?！咎崾尽縎iO2CaOCaSiO3、CO2CaO=CaCO3。探究2硅酸的制備實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)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(jié)論Na2SiO3溶液呈堿性；滴加稀鹽酸后反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)的離子方程式為_?！咎崾尽可砂咨恋鞸iOCO2H2O=H2SiO3COH2SiO32OH=SiO2H2O認(rèn)知升華升華1SiO2和CO2的比較SiO2CO2不同點(diǎn)熔、沸點(diǎn)高低狀態(tài)無色晶體氣態(tài)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2OH2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)不反應(yīng)相同點(diǎn)與堿性氧化物反應(yīng)CaOSiO2CaSiO3CO2CaO=CaCO3與堿反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O與某些鹽反應(yīng)SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2SiO2CaCO3CaSiO3CO2CO2H2ONa2CO3=2NaHCO3 CO2H2ONa2SiO3= H2SiO3Na2CO3與碳反應(yīng)SiO22CSi2COCO2C2CO升華2硅酸的主要性質(zhì)及應(yīng)用(1)硅酸是中學(xué)化學(xué)中惟一一個(gè)不溶于水的酸，硅酸酸性很弱、不能使酸堿指示劑變色。(2)實(shí)驗(yàn)室制取硅酸的方法是可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)。(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(shí)可形成硅酸溶膠，濃度大時(shí)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(qiáng)的吸水性，常用作干燥劑及催化劑載體。題組沖關(guān)題組1SiO2的性質(zhì)與應(yīng)用1關(guān)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(yīng)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(yīng)【解析】水晶的主要成分為SiO2，A項(xiàng)正確；CO2是由分子構(gòu)成的，而SiO2是Si和O按12組成的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，二者物理性質(zhì)差別較大，B項(xiàng)正確；SiO2不溶于水也不與水反應(yīng)，C項(xiàng)正確；SiO2可以與氫氟酸反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)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(yīng)SiO22CSi2CO中SiO2作氧化劑CSiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)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(xiàng)，SiO2不溶于水，但它能與堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，在該反應(yīng)中SiO2被C還原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項(xiàng)，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，故熔點(diǎn)高，硬度大，正確；D項(xiàng)，SiO2能與氫氟酸反應(yīng)，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(zhì)、制備與應(yīng)用3下列關(guān)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(yīng)直接制得B用反應(yīng)Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質(zhì)C因?yàn)楣杷犭y溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)D硅膠可用作袋裝食品的干燥劑【解析】SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸，A錯(cuò)誤；B中反應(yīng)是利用了強(qiáng)酸制弱酸的性質(zhì)，B錯(cuò)誤；硅酸雖難溶于水，但可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，C錯(cuò)誤?！敬鸢浮緿4碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)，某化學(xué)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(shí)驗(yàn)事實(shí)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(yīng)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(qiáng)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)可證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)?！敬鸢浮緽5為了進(jìn)一步確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，有人設(shè)計(jì)用下圖所示裝置進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必再選用其他酸性溶液)。請(qǐng)回答：(1)A中的化學(xué)反應(yīng)方程式可能為_。(2)B裝置的作用是_。(3)C中的現(xiàn)象有_，反應(yīng)離子方程式為_。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)，三種酸的強(qiáng)弱順序?yàn)開，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(yīng)(3)產(chǎn)生白色膠狀沉淀CO2H2OSiO=H2SiO3(膠體)CO(4)HClH2CO3H2SiO3強(qiáng)酸制弱酸硅酸鹽和硅單質(zhì)基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多不溶于水，化學(xué)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：Na2OSiO2。長(zhǎng)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(xué)計(jì)量數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置化學(xué)計(jì)量數(shù)，如果出現(xiàn)分?jǐn)?shù)，擴(kuò)大倍數(shù)化為整數(shù)。(4)氧化物之間用“”隔開。2最簡(jiǎn)單的硅酸鹽Na2SiO33三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品原料主要設(shè)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(zhì)(1)SiC：俗稱金剛砂，類似金剛石的結(jié)構(gòu)和性能。(2)含4%硅的硅鋼具有導(dǎo)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(jié)構(gòu)單質(zhì)硅分為晶體和無定形兩種，晶體硅的結(jié)構(gòu)與金剛石類似。2性質(zhì)(1)物理性質(zhì)色、態(tài)光澤熔點(diǎn)硬度質(zhì)地導(dǎo)電性灰黑色固體光澤金屬高大脆半導(dǎo)體(2)化學(xué)性質(zhì)在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與氟氣、HF、 NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)。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?！咎貏e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(diǎn)低，硬度小，但晶體硅和金剛石熔、沸點(diǎn)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(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體。(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：SiO22CSi2CO。(4)非金屬單質(zhì)與堿反應(yīng)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(yīng)只作還原劑，且反應(yīng)能放出氫氣：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。(5)非金屬單質(zhì)一般不與非氧化性酸反應(yīng)，但硅能與氫氟酸反應(yīng)：Si4HF=SiF42H2。題組沖關(guān)題組1硅酸鹽的組成、性質(zhì)和應(yīng)用1下列關(guān)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(jiǎn)單的硅酸鹽，其水溶液可用作黏合劑C硅酸鹽通?？捎醚趸锏男问奖硎荆f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(xiàng)，Na2SiO3可溶于水，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，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(cuò)誤；D項(xiàng)，所用原料可能不含硅，錯(cuò)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(xiàng)，Ca(Al2Si3O10)3H2O應(yīng)表示為CaOAl2O33SiO23H2O(排序錯(cuò))；B項(xiàng)，Mg2SiO4應(yīng)表示為2MgOSiO2(不能在系數(shù)中出現(xiàn)分?jǐn)?shù))；C項(xiàng)，K2Al6Si6H4O24應(yīng)表示為K2O3Al2O36SiO22H2O(排序錯(cuò))?！敬鸢浮緿3下列關(guān)于水玻璃的性質(zhì)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(xué)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(cuò)誤；水玻璃易與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾題組2硅單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)及綜合應(yīng)用4硅及其化合物的應(yīng)用范圍很廣。下列說法正確的是()A硅是人類將太陽能轉(zhuǎn)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(yīng)C反應(yīng)：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2中，Si為還原劑，NaOH和H2O為氧化劑D鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅【解析】C項(xiàng)只有H2O是氧化劑；D項(xiàng)鹽酸與Si不反應(yīng)，氫氟酸才可?！敬鸢浮緼5下圖中的每一方格表示相關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物。其中，B是一種單質(zhì)，其余物質(zhì)也都是含B元素的化合物。C是一種鈉鹽，E是C對(duì)應(yīng)的酸，B的結(jié)構(gòu)類似金剛石，D為B的氧化物(其他不含B元素的反應(yīng)產(chǎn)物以及各步反應(yīng)添加的必要試劑和反應(yīng)條件已被略去)。請(qǐng)?zhí)顚懣瞻祝?(1)A、D、E的化學(xué)式分別為_、_、_。(2)A和B的相互轉(zhuǎn)化在工業(yè)上有什么實(shí)際意義？_。(3)寫出DC反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。(4)寫出ED反應(yīng)的化學(xué)方程式：_?！窘馕觥勘绢}的突破口是：“B是一種單質(zhì)”，“B的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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