无机非金属材料的主角硅的教学辅导讲义.doc

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8

辅导讲义

学员编号（卡号）：

年级：

高一第课时

学员姓名：

辅导科目：

化学教师:

包

课题

《无机非金属材料的主角──硅》教学设计

授课时间：

2015.2.7

备课时间：

2015.2.6

教学目标

1．能说出二氧化硅和硅酸的物理性质；认识二氧化硅的主要化学性质。

2．认识硅酸的制备原理。

3．了解二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。

4．归纳二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。

5．能通过互联网或其它途径查阅有关资料并作归纳概述。

重点、难点

教学重点：

二氧化硅和硅酸的主要性质；二氧化硅和硅酸在生产生活中的应用

教学难点：

二氧化硅的化学性质

考点及考试要求

1．二氧化硅和硅酸的物理性质；二氧化硅的主要化学性质。

2．硅酸的制备原理。

3．二氧化硅和硅酸等在生产、生活、信息技术、材料科学等领域的应用。

4．二氧化硅和硅酸盐的存在、结构特点和性质以及相互关系。

教学内容

知识概要

一、二氧化硅和硅酸

（1）SiO2与CO2的比较

物质

SiO2

CO2

晶体微粒

Si原子和O原子（不存在SiO2分子）

CO2分子

物理性质

熔点

高（1723℃）

低（－57℃）[

沸点

高（2230℃）

低（－79℃）

硬度

大

小

溶解性

不溶于水

常温微溶于水

与水反应

不反应

CO2＋H2O=H2CO3（可逆）

化

学

性

质

与HF酸反应

4HF＋SiO2=SiF4↑＋2H2O

不反应

与NaOH溶液

SiO22NaOH=Na2SiO3＋H2O

CO2＋NaOH=NaHCO3

或CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O

与盐反应

SiO2++Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3=CaSiO3+CO2↑（制玻璃）

CO2＋Na2SiO3＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3

CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3

与碱性氧化物反应

CaO+SiO2=CaSiO3

CaO＋CO2=CaCO3

Na2O＋CO2=Na2CO3

与C反应

SiO2＋2C=Si＋2CO↑

C＋CO2=2CO

相同点

①都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。

②都有弱氧化性

（2）特别提醒　

1.SiO2中硅元素为＋4价，是Si元素的最高价态，具有较弱的氧化性能与C在高温下反应。

2.SiO2是酸性氧化物与水不反应，只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。

3.实验室中，盛放Na2SiO3溶液、NaOH溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，要用橡胶塞。

原因是玻璃中含有SiO2，与NaOH溶液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有很强的黏合性，能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一起，久之不能打开。

4.Na2SiO3溶液易与空气中的CO2反应生成H2SiO3，故应密封保存。

5.因HF能腐蚀玻璃，所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸，也不能用玻璃塞。

氢氟酸可用于雕刻玻璃。

二、酸盐和硅单质

（1）硅的化学性质与制备

1.硅的化学性质

①常温下，除与F2、HF酸、强碱反应外，硅不与O2、Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应

与F2反应：

Si＋2F2=SiF4

与氢氟酸反应：

Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑

与NaOH溶液反应：

Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑

②加热时，Si能与O2、Cl2等反应

Si＋O2=高温SiO2

Si＋2Cl2=高温,SiCl4

2.硅的制备

①制取粗硅

SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑

②粗硅的提纯：

SiCl2,SiCl4H2,Si＋HCl

Si＋2Cl2高温,SiCl4，SiCl4＋2H2高温,Si＋4HCl

特别提醒　

C与SiO2反应，产物为CO，而不是CO2，粗硅先与Cl2反应，生成挥发性的SiCl4，挥发出来的SiCl4再与H2反应生成Si和HCl。

（2）硅及其化合物的“特性”小结

1.硅的“特性”

①非金属单质一般为非导体（石墨能导电），硅的晶体是良好的半导体材料。

②Si的还原性大于C，但C能在高温下还原出Si：

SiO2（石英砂）＋2C（焦炭）高温,Si（粗硅）＋2CO↑。

③非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2：

Si＋2NaOH＋H2O,Na2SiO3＋2H2↑。

金属H2＋金属氧化物金属＋H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：

Si＋4HFSiF4↑＋2H2↑。

3.硅的化合物“特性”,①酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。

SiO2＋4HFSiF4↑＋2H2O,②SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。

③无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。

④硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液，并不是碱。

⑤H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑也能发生。

（3）硅酸盐的表示方法,方法和步骤

1.将硅酸盐中所有元素都写成氧化物,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

2.在各氧化物前添上未知数x、.y、z等,

3.依据原子守恒列出等式，求出x、y、z等,

4.x、y、z的具体数值写在氧化物前面,

5.氧化物之间以“·”隔开，若系数配置出现分数应化为整数。

例如：

正长石KAlSi3O8不能写成K2O·Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。

（4）特别提醒　,

1.由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。

实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。

2.在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。

如2MgO·SiO2表示2个MgO和1个SiO2，不能认为是2（MgO·SiO2）。

三、【典例精讲】

题型1硅及其化合物的应用

【例1】　下列表述正确的是（　　）

①人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅

②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐,③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料,④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛,⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能

A.①②③B.②④C.③④⑤　D.③⑤

题型2硅酸盐组成表示方法

【例2】　高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox（OH）y，其中x、y的数值分别是（　　）

A.7、2　B.5、4　C.6、3　D.3、6

题型3硅及其化合物的转化关系,

【例3】　X、Y、Z、W　。

有如下图所示的转化关系：

（1）推断各、物质的名称：

X________，Y_______________，Z________，W　,________。

（2）写出化学方程式：

W→X,

（3）写出离子方程式：

Y→Z　,

X→Y_________________________________________________________。

题型4硅酸盐

【例4】　矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。

此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。

例如，钾长石（KAlSi3O8）风化生成高岭土[Al2Si2O5（OH）4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5（OH）4

（1）将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：

①KAlSi3O8____________________。

②Al2Si2O5（OH）4____________________。

（2）这个反应能够发生的原因是　。

较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水。

则KAlSi3O8为K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5（OH）4为Al2O3·2SiO2·2H2O,

（2）从方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。

课后作业一

1.下列说法不正确的是（　　）

A.因SiO2不溶于水，故H2SiO3不是SiO2对应的酸，或者SiO2不是H2SiO3对应的酸酐

B.CO2通入硅酸钠溶液可以得到硅酸沉淀

C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大

D.氢氟酸能够雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸

2.实验室中固体试剂可以放在广口瓶中保存，液体试剂放在细口瓶中储存，但是有些试剂必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中。

以下物质必须储存在具有橡胶塞的试剂瓶中的是（　　）,①KOH溶液　②Na2SiO3溶液　③盐酸　④氢氟酸　⑤澄清石灰水　⑥硝酸　⑦NaOH溶液

A.①②⑤　B.①②④⑤

C.①②④⑤D.①②④⑤⑦

3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。

下列对晶体硅的有关叙述正确的是（　　）

A.晶体硅和金刚石的物理性质相似

B.硅在地壳中含量居第二位，可以以游离态存在于自然界中

C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵

D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电

4.将过量的CO2分别通入①CaCl2溶液；②Na2SiO3溶液；③Ca（OH）2溶液；④饱和Na2CO3溶液。

最终溶液中有白色沉淀析出的是（　　）

A.①②③④　B.②④C.①②③D.②③

5.在下图所示的物质相互转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色不溶于水的物质。

据此填空。

（1）写出各物质的化学式：

A.　　　　、B.　　　　、C.　　　　、E.　、,F.________。

（2）D________________________________________________________。

与a溶液反应的离子方程式是　。

②C与过量HNO3反应的离子方程式是　。

6.某普通玻璃中，Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物质的量之比为1∶1∶4，请回答下列问题：

（1）该玻璃如以aNa2O·bCaO·mSiO2表示其组成，则a∶b∶m＝________。

（2）若要制备1000kg上述玻璃需原料的质量分别是________________________，生产过程中产生________LCO2（标准状况）。

课后作业二

1．下列关于碳和硅的比较，正确的是（　　）

A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸

B．碳和硅的最高正价都是＋4价

C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位

D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态

2．已知石棉是由钙、镁、