遼寧省凌海市高中化學 第4章 元素與材料世界 第1節(jié) 硅無機非金屬材料學案魯科版必修1.doc

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第1節(jié)　硅　無機非金屬材料 學習目標 重點難點 　　1.了解硅單質的結構、組成和主要的化學性質及用途； 2．掌握二氧化硅和硅酸鹽的主要化學性質； 3．了解二氧化硅、硅酸鹽制品和新型無機非金屬材料的應用 　　1.掌握硅和二氧化硅的主要性質及這些性質在材料中的應用，能書寫相關反應的化學方程式； 2．能舉例說明硅在半導體工業(yè)以及二氧化硅在現(xiàn)代通訊業(yè)、傳統(tǒng)的硅酸鹽制品和一些新型無機非金屬材料方面的主要應用 一、單質硅與半導體材料 1．硅的分布與存在 （1）分布：硅在自然界中分布廣泛，在地殼中居第____位，僅次于______，是構成礦物和巖石的基本元素。 （2）存在：自然界中沒有________態(tài)的硅，全部以________態(tài)的形式存在。 2．半導體材料 （1）特點：特指導電能力介于________和________之間的一類材料。 （2）常見的半導體材料：最早使用________，現(xiàn)在最廣泛使用的是________。 3．硅單質 （1）物理性質 ①單質硅有__________和__________兩種。 ②晶體硅是________色、有________光澤、__________的固體。 ③導電性介于________和________之間。 （2）化學性質 （3）硅的制取與提純 粗硅：_______________________________________________________________________ 純硅：Si＋2Cl2 △ SiCl4　SiCl4＋2H2　高溫　Si＋4HCl （4）硅的主要用途：作半導體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。 預習交流 請同學們思考交流以下問題： （1）在SiO2＋2C　高溫　Si＋2CO↑反應中，氧化劑是什么？還原劑是什么？ （2）在SiO2＋3C　高溫　SiC＋2CO↑反應中，氧化劑是什么？還原劑是什么？ 二、二氧化硅與光導纖維 1．存在：廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分是________。透明的石英晶體俗稱________。 2．構成：SiO2晶體是由________和________構成的氧化物。 3．性質： （1）物理性質：________于水的固體，硬度______，熔沸點______。 （2）化學性質： 4．光導纖維 （1）主要成分：________。 （2）用途：用于光纖通訊、能量傳輸、信息處理等方面。 預習交流 保存氫氟酸、NaOH溶液時應該注意什么問題？ 三、硅酸鹽與無機非金屬材料 玻璃 水泥 陶瓷 原料 ______、______、______ ______、______ 反應 原理 高溫下發(fā)生復雜的物理、化學變化 燒結時發(fā)生復雜的物理、化學變化 反應 條件 主要 成分 ____、____、____ 硅酸二鈣：2CaOSiO2、硅酸三鈣：3CaOSiO2、鋁酸三鈣：3CaOAl2O3 硅酸鹽 特性 非晶體，透明、無固定熔點，可在一定溫度范圍內軟化 水硬性：無論在水中還是在空氣中均能硬化（不可逆過程） 耐酸堿腐蝕 預習交流 為什么玻璃沒有固定的熔點？ 答案：一、1.（1）二　氧 （2）游離　化合 2．（1）導體　絕緣體 （2）鍺（Ge）　硅 3．（1）①晶體硅　無定形硅 ②灰黑　金屬　硬而脆 ③導體　絕緣體 （2）Si＋2F2===SiF4　Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑　Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑　Si＋O2SiO2 （3）2C＋SiO2Si＋2CO↑ 預習交流：答案：（1）在SiO2＋2CSi＋2CO↑反應中，SiO2是氧化劑，C是還原劑。 （2）在SiO2＋3CSiC＋2CO↑反應中，C既是氧化劑又是還原劑。 二、1.SiO2　水晶 2．硅原子　氧原子 3．（1）不溶　大　高 （2）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　CaSiO3　CaSiO3＋CO2↑　Na2SiO3＋CO2↑　SiO2＋2CSi＋2CO↑　SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 4．（1）SiO2 預習交流：答案：氫氟酸不能保存在玻璃瓶中，應保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，應保存在橡膠塞的玻璃瓶中或塑料瓶中。 三、純堿　石灰石　石英　黏土　石灰石　黏土　CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑　Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑　高溫　高溫　高溫　SiO2　CaSiO3　Na2SiO3 預習交流：答案：因為玻璃是混合物，所以玻璃沒有固定的熔點，只是在某一溫度范圍內逐漸軟化。 在預習中還有哪些問題需要你在聽課時加以關注？請在下列表格中做個備忘吧！ 我的學困點 我的學疑點 一、H2SiO3的制備 實驗操作 實驗現(xiàn)象 結論及化學方程式 硅酸鈉溶 液顯____性 溶液的紅色逐漸 直至____， 有____________生成 酸性：鹽酸__硅酸 有____________生成 酸性：碳酸__硅酸 1．將CO2通入CaCl2溶液中，是否有白色沉淀生成？ 2．能否用SiO2和水反應來制取H2SiO3? 1.硅酸的性質 （1）弱酸性（比H2CO3的酸性弱） 向Na2SiO3溶液中通入足量的CO2時有H2SiO3生成：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3。 （2）熱不穩(wěn)定性 H2SiO3受熱易分解：H2SiO3　△　SiO2＋H2O。 2．硅酸的制備 可溶性的硅酸鹽與較強的酸反應可制得硅酸，如：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。 二、SiO2和CO2的性質比較 （1）SiO2和CO2都是酸性氧化物，它們的物理性質相似嗎？ （2）在一定條件下，下列物質能和SiO2反應的是________，能和CO2反應的是________。 ①焦炭?、诩儔A　③碳酸鈣?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}　⑧氟氣?、崴? 下列關于SiO2和CO2的說法中正確的是（　?。? A．CO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應 B．CO2和SiO2與水反應分別生成相應的酸 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相應的分子構成的 　 二氧化碳與二氧化硅的比較 CO2 SiO2 存在 空氣 巖石、石英、水晶、硅藻土 化學式意義 表示其分子組成 晶體內沒有SiO2分子，僅表示硅原子和氧原子以1∶2結合 不 同 點 物理性質 熔沸點低，常溫時是氣體，可溶于水 熔沸點高、硬度大的固體，不溶于水 物理性質 與水反應 CO2＋H2O===H2CO3 與水不反應 與水反應 與酸反應 不反應 只與氫氟酸反應SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 相 同 點 與堿性氧 化物反應 CO2＋CaO===CaCO3 CaO＋SiO2　高溫CaSiO3 與堿反應 CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 與C反應 CO2＋C　高溫　2CO SiO2＋2C　高溫　Si＋2CO↑ 與鹽反應 Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO32CO Na2CO3＋SiO2　高溫　Na2SiO3＋CO2↑ 三、硅酸鹽的表示方法 2009年夏天，臺灣發(fā)生了強烈地震，地震是由于地下深處巖石破裂、錯動把長期積累起來的能量急劇釋放出來，以地震波的形式向四面八方傳播出去，傳到地面會引起房搖地動，再引起一系列的變化從而造成破壞性的自然災害。地球的表層大多是巖石，而大多數(shù)巖石的主要成分都是硅酸鹽，下面用鹽或氧化物的形式表示巖石的組成，其中不正確的是（　?。?。 A．鈣沸石Ca（Al2Si3O10）3H2O表示為CaOAl2O33SiO23H2O B．鎂橄欖石Mg2SiO4可表示為2MgOSiO2 C．北京奧運會獎牌所用玉的主要成分透閃石[Ca2Mg5Si8O22（OH）2]表示為2CaSiO35MgSiO3H2O D．高嶺石Al2Si2O5（OH）4可表示為Al2O32SiO22H2O 物質的組成可用不同形式表示： （1）將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式（改寫時注意金屬氧化物在前，非金屬氧化物在后，低價在前，高價在后，H2O一般寫在最后）。 ①鎂橄欖石（Mg2SiO4）____________；②高嶺石[Al2Si2O5（OH）4]______________。 （2）許多含氧酸及其鹽類均可以類似地改寫成氧化物形式，請繼續(xù)改寫下列物質： HNO3________；HCOOH________。通過以上改寫可知，HNO3的酸酐為________，HCOOH與濃硫酸反應可制________氣體。 （3）已知在一定條件下，鐵在氯氣中燃燒可以生成Fe3Cl8，它可以看做是__________（化學式）。生成該物質的條件可能是____________。 　 　　　硅酸鹽由于組成比較復雜，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時的規(guī)律為： （1）氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。 （2）氧化物之間以“”隔開。 （3）氧化物前的化學計量數(shù)配置原則：各元素原子總個數(shù)比符合原來的組成。 （4）化學計量數(shù)配置出現(xiàn)分數(shù)應化為整數(shù)，例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成Na2OAl2O33SiO2，應寫成Na2OAl2O36SiO2。 答案：活動與探究1：溶液顯紅色　堿　變淺　消失　白色膠狀沉淀?。尽“咨z狀沉淀?。? 思考與交流：1.答案：因為鹽酸的酸性比碳酸強，所以將CO2通入CaCl2溶液中，不會有CaCO3白色沉淀生成。 2．答案：SiO2不溶于水，也不與水反應，所以不能用SiO2和水反應來制取H2SiO3，制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 活動與探究2：（1）答案：SiO2和CO2的結構不同，SiO2是由Si原子和O原子直接構成的空間網(wǎng)狀結構的原子晶體，硬度大，熔沸點高；而CO2是由CO2分子構成的分子晶體，常溫下為氣體，所以二者的物理性質差別較大。 （2）答案：①②③④⑥⑦?、佗冖邰蔻撷? 遷移與應用：A　解析：CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應，故A正確，C不正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應生成硅酸，B不正確；CO2是由分子構成的，SiO2是由Si、O原子直接構成的，故D不正確。 活動與探究3：C　解析：2CaSiO35MgSiO3H2O中Ca與Si的原子個數(shù)比為2∶7，而Ca2Mg5Si8O22（OH）2中Ca與Si原子個數(shù)比為2∶8，故選C。 思考與交流：答案：（1）①2MgOSiO2　 ②Al2O32SiO22H2O （2）N2O5H2O　COH2O　N2O5　CO （3）FeCl22FeCl3　氯氣的量不足（或鐵過量） 1．（2012黑龍江慶安三中高一期末）將足量的CO2通入下列溶液中，能產(chǎn)生沉淀的是（　?。? A．硅酸鈉溶液 　B．石灰水　C．氯化鋇溶液 　D．氯化鈣溶液 2．（2012黑龍江慶安三中高一期末）現(xiàn)有下列五個轉化，其中不能通過一步反應實現(xiàn)的是（　?。? ①SiO2―→Na2SiO3　 ②CuSO4―→CuCl2　 ③SiO2―→H2SiO3　 ④CuO―→Cu（OH）2　 ⑤Na2O2―→Na2SO4 A．①② B．③④　C．②③④ D．②③④⑤ 3．生石灰中常含有雜質CaCO3和SiO2，檢驗它是否存在著兩種雜質的最好試劑是（　?。? A．水 B．鹽酸　　C．硫酸 D．燒堿溶液 4．中國北京曙光公司研制出了第一款具有我國完全自主知識產(chǎn)權的高性能CPU芯片——“龍芯”1號。請回答以下問題： （1）“龍芯”（芯片）的主要化學成分是__________。 （2）計算機長距離聯(lián)網(wǎng)使用的光纖電纜，其使用的材料是__________，主要化學成分為____________。 （3）如果這種埋在地下的材料裸露在堿性土壤中，結果會斷路，用離子方程式說明原因__________________。 5．試試看，你能用化學方程式解釋下列現(xiàn)象嗎？ （1）氫氟酸可用于雕刻玻璃：__________________________________________________。 （2）氫氧化鈉等堿性溶液不能存放在磨口玻璃塞的試劑瓶中：______________________。 （3）硅酸鈉溶液暴露在空氣中易變質：__________________________________________。 答案：1．A　解析：因為H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強，所以將CO2通入Na2SiO3溶液中會生成H2SiO3沉淀。 2．B　解析：因為SiO2、CuO均不能溶于水，所以它們的水化物H2SiO3、Cu（OH）2均不能直接制得。其中①可由SiO2與NaOH溶液反應實現(xiàn)，②可由CuSO4與BaCl2溶液反應實現(xiàn)，⑤Na2O2與稀硫酸反應即可。 3．B　解析：生石灰能溶于鹽酸（2HCl＋CaO===CaCl2＋H2O），CaCO3溶于鹽酸時產(chǎn)生氣體，SiO2不溶于鹽酸。將生石灰放入鹽酸，若觀察到既有不溶物，還有氣體產(chǎn)生，則生石灰中同時含有CaCO3和SiO2。 4．答案：（1）Si （2）光導纖維　SiO2 （3）SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：芯片的主要成分是Si，光導纖維的主要成分是SiO2，二者都能與NaOH溶液反應。 5．答案：（1）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O （2）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O （3）Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3 提示：用最精煉的語言把你當堂掌握的核心知識的精華部分和基本技能的要領部分寫下來并進行識記。 知識精華 技能要領