《无机非金属材料的主角——硅》导学案.doc

第1节无机非金属材料的主角硅1.掌握二氧化硅的物理性质和化学性质。2.了解硅酸和硅酸盐的重要用途。3.了解硅的重要用途及硅单质的物理性质。一、二氧化硅1.存在SiO2是硅最重要的化合物,约占地壳总质量的12%;其存在形态有结晶形和无定形两大类,统称硅石。2.结构(1)SiO2晶体是Si与O按12的比例组成的立体网状结构的晶体。(2)石英晶体是结晶的二氧化硅,石英中无色透明的晶体叫水晶,具有彩色环带状或层状的称为玛瑙,沙子中含有小粒的石英晶体。3.化学性质(1)不活泼性:氢氟酸是唯一可以与之反应的酸,化学方程式为4HF+SiO2SiF4+2H2O。玻璃中含SiO2,故可以用氢氟酸来雕刻玻璃,同时氢氟酸不可用玻璃瓶盛装,可用塑料瓶盛装。(2)酸性氧化物的通性:(写出下列反应的化学方程式)与CaO反应:SiO2+CaOCaSiO3。与NaOH溶液反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。4.用途(1)沙子的主要成分是SiO2,它是基本的建筑材料。(2)SiO2是现代光学和光纤制品的基本原料。(3)用石英和玛瑙制作饰物和工艺品。二、硅酸1.硅酸的性质:硅酸是一种弱(填“强”或“弱”,下同)酸,酸性比碳酸弱。2.硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶,称为“硅胶”,它常用作实验室和袋装食品等的干燥剂。3.硅酸的制备:Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3(写出反应的化学方程式)。三、硅酸盐1.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称,大多不溶于水,化学性质很稳定。2.最简单的硅酸盐是硅酸钠,可溶于水,其水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂等的原料。3.三种常见的硅酸盐产品:陶瓷、玻璃、水泥。四、硅单质1.物理性质:带有金属光泽的灰黑色固体,熔点高(1410 ),硬度大、有脆性,单质硅有晶体和无定形两种,晶体硅的结构与金刚石类似,硅是良好的半导体材料。2.制备:(1)石英砂(SiO2)和焦炭在电炉中高温反应生成粗硅和一氧化碳:+2CO(2)粗硅转变为纯硅:Si(粗)+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si(纯)+4HCl。1.酸性氧化物一定能与水反应生成对应的酸,这句话是否正确?2.熔融烧碱时,为什么不能使用石英坩埚?3.盛NaOH溶液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是什么?(未被磨砂的玻璃在常温下不易被强碱腐蚀)探究1:考查二氧化硅、硅酸及硅酸盐的性质据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取了一种叫作生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量的这种材料掺入混凝土中,即可轻易制备出超高强度和超高耐久性的高性能混凝土。下列说法中正确的是()。A.二氧化硅溶于水显酸性,所以二氧化硅属于酸性氧化物B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出了二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸强D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸1.盛放水玻璃的试剂瓶为什么要密封保存?可以使用玻璃塞吗?2.SiO2既能与NaOH反应,又能与HF反应,能否说明SiO2是两性氧化物?3.某和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2,试将其改写成氧化物的形式。探究2:硅的制备及用途工业上冶炼高纯硅有以下几个过程:SiO2+2CSi+2COSi+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl请回答下列问题:(1)反应中的氧化剂和还原剂分别是和。(2)反应中Cl2的作用是,此反应中,Si还要再次生成化合态硅的原因是。(3)每生产14 kg高纯硅,理论上消耗焦炭和Cl2的质量分别为kg和kg。1.能与氢氧化钠溶液反应产生氢气的单质是否只有金属铝?试举例说明并写出化学方程式。2.写出硅的原子结构示意图,并与碳原子的结构相比较,分析硅单质的化学性质。1.汉代器物上的颜料“汉紫”至今尚没有发现其自然存在的记载。20世纪80年代科学家进行超导材料研究时,偶然发现其成分为紫色的硅酸铜钡(化学式:BaCuSi2Ox,Cu为+2价),下列有关“汉紫”的说法中不正确的是()。A.用盐的形式表示:BaSiO3CuSiO3B.用氧化物形式表示:BaOCuO2SiO2C.易溶于强酸和强碱 D.性质稳定,不易褪色2.下列关于SiO2的说法中正确的是()。A.SiO2是酸性氧化物,不能跟任何酸反应B.SiO2是优良的半导体材料C.石英、水晶的主要成分均为SiO2D.SiO2能跟水反应生成H2SiO33.下列关于硅的说法不正确的是()。A.硅是非金属元素,但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体B.硅的导电性能介于金属和绝缘体之间,是良好的半导体材料C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质起反应D.硅是制备太阳能电池的重要材料4.A、B、C、D、E代表单质或化合物,它们之间的相互转化关系如图所示。已知A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质,其晶体结构与金刚石相似。请回答下列问题:(1)形成单质A的原子的结构示意图为,它的最高化合价为。(2)B的化学式(分子式)为,B和碳反应生成A和E的化学方程式是。(3)C的化学式(分子式)为,D的化学式(分子式)为。 答案知识体系梳理结晶形无定形硅石12立体网状二氧化硅水晶玛瑙4HF+SiO2SiF4+2H2OSiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OSiO2光纤制品石英玛瑙弱弱硅胶干燥Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3由硅、氧和金属组成的化合物不水玻璃陶瓷、玻璃、水泥金属灰黑高大脆晶体无定形半导体基础学习交流1.不正确,例如SiO2是酸性氧化物,但SiO2不能与H2O反应生成对应的酸。2.因为烧碱可与石英发生反应而导致石英坩埚熔化,发生的化学反应为SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O。3.因NaOH溶液易与玻璃塞的主要成分SiO2发生反应:SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O,Na2SiO3有黏性,使瓶塞与瓶口处发生黏结而不易打开。重点难点探究探究1:B探究拓展1.Na2SiO3水溶液可与空气中的CO2反应,生成Na2CO3和H2SiO3而变质,又因水玻璃可粘住玻璃,故需要密封保存且不能用玻璃塞。2.不能,因为SiO2与HF反应是SiO2的特性,SiO2属于酸性氧化物。3.2CaO3MgO2FeO8SiO2H2O。探究2:(1)SiO2;C(2)氧化剂;因为反应生成的为粗硅,只有经过提纯才能变成高纯硅(3)12;71探究拓展1.不是。硅也能与NaOH溶液反应产生H2,化学方程式为Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2。2.Si: ;硅和碳原子的最外层均有4个电子,Si与C一样,其原子既不易失去也不易得到电子,主要形成Si的+4价化合物。基础智能检测1.C2.C3.C4.(1);+4(2)SiO2;SiO2+2CSi+2CO(3)CaSiO3;Na2SiO3思维导图构建灰黑高大半导体太阳能电池SiO2+4HFSiF4+2H2OSiO2+CaOCaSiO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O很弱的酸,不溶于水Si+H+H2SiO3干燥剂,催化剂载体黏土纯碱、石灰石、石英黏土、石灰石