高中化學(xué) 第四章 元素與材料世界 第1節(jié) 硅無機(jī)非金屬材料學(xué)案 魯科版必修1.doc

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第1節(jié)　硅　無機(jī)非金屬材料 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 　　1.了解硅單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成和主要的化學(xué)性質(zhì)及用途； 2．掌握二氧化硅和硅酸鹽的主要化學(xué)性質(zhì)； 3．了解二氧化硅、硅酸鹽制品和新型無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用 　　1.掌握硅和二氧化硅的主要性質(zhì)及這些性質(zhì)在材料中的應(yīng)用，能書寫相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式； 2．能舉例說明硅在半導(dǎo)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(jī)非金屬材料方面的主要應(yīng)用 一、單質(zhì)硅與半導(dǎo)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(gòu)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(dǎo)體材料 （1）特點(diǎn)：特指導(dǎo)電能力介于________和________之間的一類材料。 （2）常見的半導(dǎo)體材料：最早使用________，現(xiàn)在最廣泛使用的是________。 3．硅單質(zhì) （1）物理性質(zhì) ①單質(zhì)硅有__________和__________兩種。 ②晶體硅是________色、有________光澤、__________的固體。 ③導(dǎo)電性介于________和________之間。 （2）化學(xué)性質(zhì) （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(dǎo)體材料；制造太陽能電池；制造硅合金等。 預(yù)習(xí)交流 請同學(xué)們思考交流以下問題： （1）在SiO2＋2C　高溫　Si＋2CO↑反應(yīng)中，氧化劑是什么？還原劑是什么？ （2）在SiO2＋3C　高溫　SiC＋2CO↑反應(yīng)中，氧化劑是什么？還原劑是什么？ 二、二氧化硅與光導(dǎo)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(gòu)成：SiO2晶體是由________和________構(gòu)成的氧化物。 3．性質(zhì)： （1）物理性質(zhì)：________于水的固體，硬度______，熔沸點(diǎn)______。 （2）化學(xué)性質(zhì)： 4．光導(dǎo)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(yù)習(xí)交流 保存氫氟酸、NaOH溶液時應(yīng)該注意什么問題？ 三、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料 玻璃 水泥 陶瓷 原料 ______、______、______ ______、______ 反應(yīng) 原理 高溫下發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 燒結(jié)時發(fā)生復(fù)雜的物理、化學(xué)變化 反應(yīng) 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(diǎn)，可在一定溫度范圍內(nèi)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(yù)習(xí)交流 為什么玻璃沒有固定的熔點(diǎn)？ 答案：一、1.（1）二　氧 （2）游離　化合 2．（1）導(dǎo)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(dǎo)體　絕緣體 （2）Si＋2F2===SiF4　Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑　Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑　Si＋O2SiO2 （3）2C＋SiO2Si＋2CO↑ 預(yù)習(xí)交流：答案：（1）在SiO2＋2CSi＋2CO↑反應(yīng)中，SiO2是氧化劑，C是還原劑。 （2）在SiO2＋3CSiC＋2CO↑反應(yīng)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(yù)習(xí)交流：答案：氫氟酸不能保存在玻璃瓶中，應(yīng)保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中，應(yīng)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(yù)習(xí)交流：答案：因?yàn)椴Ａ腔旌衔?，所以玻璃沒有固定的熔點(diǎn)，只是在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。 在預(yù)習(xí)中還有哪些問題需要你在聽課時加以關(guān)注？請在下列表格中做個備忘吧！ 我的學(xué)困點(diǎn) 我的學(xué)疑點(diǎn) 一、H2SiO3的制備 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)論及化學(xué)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(yīng)來制取H2SiO3? 1.硅酸的性質(zhì) （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(qiáng)的酸反應(yīng)可制得硅酸，如：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。 二、SiO2和CO2的性質(zhì)比較 （1）SiO2和CO2都是酸性氧化物，它們的物理性質(zhì)相似嗎？ （2）在一定條件下，下列物質(zhì)能和SiO2反應(yīng)的是________，能和CO2反應(yīng)的是________。 ①焦炭?、诩儔A?、厶妓徕}?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}?、喾鷼狻、崴? 下列關(guān)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(yīng) B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)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(yīng)的分子構(gòu)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(xué)式意義 表示其分子組成 晶體內(nèi)沒有SiO2分子，僅表示硅原子和氧原子以1∶2結(jié)合 不 同 點(diǎn) 物理性質(zhì) 熔沸點(diǎn)低，常溫時是氣體，可溶于水 熔沸點(diǎn)高、硬度大的固體，不溶于水 物理性質(zhì) 與水反應(yīng) CO2＋H2O===H2CO3 與水不反應(yīng) 與水反應(yīng) 與酸反應(yīng) 不反應(yīng) 只與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 相 同 點(diǎn) 與堿性氧 化物反應(yīng) CO2＋CaO===CaCO3 CaO＋SiO2　高溫CaSiO3 與堿反應(yīng) CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 與C反應(yīng) CO2＋C　高溫　2CO SiO2＋2C　高溫　Si＋2CO↑ 與鹽反應(yīng) 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(qiáng)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(zāi)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(yùn)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(zhì)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(zhì)： HNO3________；HCOOH________。通過以上改寫可知，HNO3的酸酐為________，HCOOH與濃硫酸反應(yīng)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(xué)式）。生成該物質(zhì)的條件可能是____________。 　 　　　硅酸鹽由于組成比較復(fù)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(xué)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(xué)計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)，例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成Na2OAl2O33SiO2，應(yīng)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?yàn)辂}酸的酸性比碳酸強(qiáng)，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(yīng)，所以不能用SiO2和水反應(yīng)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(jié)構(gòu)不同，SiO2是由Si原子和O原子直接構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，硬度大，熔沸點(diǎn)高；而CO2是由CO2分子構(gòu)成的分子晶體，常溫下為氣體，所以二者的物理性質(zhì)差別較大。 （2）答案：①②③④⑥⑦　①②③⑥⑦⑨ 遷移與應(yīng)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(yīng)，故A正確，C不正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應(yīng)生成硅酸，B不正確；CO2是由分子構(gòu)成的，SiO2是由Si、O原子直接構(gòu)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．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．現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化，其中不能通過一步反應(yīng)實(shí)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(zhì)CaCO3和SiO2，檢驗(yàn)它是否存在著兩種雜質(zhì)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(quán)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(xué)成分是__________。 （2）計算機(jī)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(xué)成分為____________。 （3）如果這種埋在地下的材料裸露在堿性土壤中，結(jié)果會斷路，用離子方程式說明原因__________________。 5．試試看，你能用化學(xué)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(zhì)：___________________________。 答案：1．A　解析：因?yàn)镠2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強(qiáng)，所以將CO2通入Na2SiO3溶液中會生成H2SiO3沉淀。 2．B　解析：因?yàn)镾iO2、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(yīng)實(shí)現(xiàn)，②可由CuSO4與BaCl2溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，⑤Na2O2與稀硫酸反應(yīng)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(dǎo)纖維　SiO2 （3）SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 解析：芯片的主要成分是Si，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，二者都能與NaOH溶液反應(yīng)。 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(dāng)堂掌握的核心知識的精華部分和基本技能的要領(lǐng)部分寫下來并進(jìn)行識記。 知識精華 技能要領(lǐng)