高一化学《硅酸盐和硅单质》导学案

详细内容

高一化学《硅酸盐和硅单质》导学案
第2课时　硅酸盐和硅单质
[学习目标定位]　1.知道硅酸钠的性质和用途。2.学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。4.知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。

1．盐酸、碳酸、硅酸都能与碱反应，请写出它们分别与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式和离子方程式：
(1)________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(2)________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。(3)________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
2．用化学方程式表示：
(1)盐酸的酸性比碳酸强：________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)碳酸的酸性比硅酸强：_________________________________________________
________________________________________________________________________。
3．二氧化硅是硅酸的酸酐。请写出由二氧化硅制取硅酸的化学方程式和离子方程式：
(1)________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。 (2)________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。

知识点一　硅酸盐

[探究活动]
1．下列含硅物质：①硅酸钙CaSiO3，②长石KAlSi3O6，③石棉CaMg3Si4O12，它们在组成上的相同点是______________________________________________，共同的物质类别是____________。它们种类繁多，结构复杂，组成各异，通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙CaSiO3可表示为CaO•SiO2，长石表示为__________，石棉表示为________________________。
2．硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多________溶于水，化学性质________稳定。最简单的硅酸盐是硅酸钠，是一种白色固体，能溶于水，其水溶液俗称____________。若取两个小木条(或滤纸条)，分别放入蒸馏水和硅酸钠饱和溶液中浸泡，取出稍沥干后，同时分别放置在酒精灯外焰处，观察到的现象是_______________________________，由此可得出的实验结论是________________________。
3．硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的无机非金属材料。阅读教材填写下表：
硅酸盐产品原料主要设备主要成分
水泥
玻璃
陶瓷
[归纳总结]
1．硅酸盐的概念是________________________________________。硅酸盐的表示方法：
(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化物(二氧化硅和氧化物的组合)。氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
(2)氧化物之间以“•”隔开。
(3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。
2．最常见的硅酸盐――硅酸钠化学性质相对稳定，不易腐蚀，不能燃烧，热稳定性强，其水溶液呈碱性，能与酸反应，其离子方程式为__________。
3．硅酸盐产品水泥与陶瓷的共同原料是________，水泥与玻璃的共同原料是
____________；玻璃的主要成分是_____________________________________，玻璃生产
过程中发生的主要化学反应的方程式是_____________________________。
4．其他含硅物质(如：碳化硅、硅钢、硅橡胶、分子筛等)的应用。
[迁移应用]
1．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　)
A．钙沸石[CaAl2Si3O10•3H2O]，表示为Al2O3•CaO•3SiO2•3H2O
B．镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO•12SiO2
C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O•2H2O•3Al2O3•6SiO2
D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO•4SiO2•H2O
2．下列叙述正确的是(　　)
A．Na2SiO3是硅酸盐，所以不溶于水
B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐
C．建筑工业常用水玻璃作粘合剂
D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火
3．在制玻璃、制水泥两种工业生产中，都需要原料(　　)
A．纯碱 B．石灰石
C．石英 D．黏土
知识点二　硅单质

[探究活动]

1．单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。晶体硅结构如图所示，为________________型晶体，与____________结构相似。晶体硅是一种带有______________的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点________、硬度________、有脆性。
晶体硅的导电性介于________________之间，是良好的____________材料。
2．硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质____________。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。加热时，能与O2、Cl2、C发生化合反应。
[归纳总结]
晶体硅的结构和性质：___________________________________________________
________________________________________________________________________。
[迁移应用]
4．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．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应
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
5．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

1．硅具有亲氧性，自然界中以SiO2及硅酸盐的形式存在，具有很好的半导体性和化学稳定性，常用作信息技术与光电技术材料。
2．硅酸盐种类繁多、结构复杂，常用氧化物的形式表示其组成。最常见的硅酸盐是Na2SiO3，主要用作黏胶剂(水玻璃)、防火胶。
第2课时　硅酸盐和硅单质
课前准备区
1．(1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O　H＋＋OH－===H2O
(2)H2CO3＋2NaOH===Na2CO3＋2H2O　H2CO3＋2OH－===CO2－3＋2H2O
(3)H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O　H2SiO3＋2OH－===SiO2－3＋2H2O
2．(1)Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O
(2)Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
3．(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O
(2)Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl　SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓
课堂活动区
知识点一
探究活动
1．都是由硅、氧和金属元素组成的化合物　硅酸盐　K2O•Al2O3•6SiO2　CaO•3MgO•4SiO2
2．不　很　水玻璃　用蒸馏水浸泡的木条燃烧，用硅酸钠溶液浸泡的不燃烧　硅酸钠耐高温，不能燃烧
3．石灰石、黏土　水泥回转窑　3CaO•SiO2,2CaO•SiO2,3CaO•Al2O3　纯碱、石灰石、石英　玻璃窑　Na2O•CaO•6SiO2　黏土　硅酸盐
归纳总结
1．由硅、氧和金属组成的化合物的总称
2．SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓
3．黏土　石灰石　Na2O•CaO•6SiO2或Na2SiO3•CaSiO3•4SiO2(混合物)
Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑
迁移应用
1．D　[根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学计量数出现了12；C正确的写法应为K2O•3Al2O3•6SiO2•2H2O；D的写法完全符合要求。]
2．C　[Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有粘合作用，常作粘合剂。]
3．B　[这是一道硅酸盐工业中理论联系实际问题的试题。解答本题时应熟悉生产玻璃、水泥产品的原料情况。制玻璃的原料是纯碱、石灰石和石英；制水泥的原料是石灰石、黏土等。相互对比后可知B项为正确答案。]
知识点二
探究活动
1．正四面体　金刚石　金属光泽　高　大　导体和绝缘体 半导体
2．不活泼
归纳总结
晶体硅具有正四面体型结构；熔点高、硬度大、良好的半导体；常温下，化学性质稳定
迁移应用
4．A　[晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体型的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱等反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。]
5．B　[SiO2不溶于水也不与水反应，A不正确；在地壳中含量第一的是氧元素，硅占第二位，C不正确；自然界中有游离态的碳(金刚石等)，但是没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素，D不正确。]
课后练习区
1．B　2.C
3．B　[航空材料的特点是质轻、高强度、稳定性好，故A项正确，B项错误；复合材料属于混合物，没有固定的熔、沸点，碳化硅属于新型无机非金属材料，C、D项正确。]
4．C　[合成这些无机非金属材料的过程中应杜绝氧气的存在，否则会生成相应的氧化物。]
5．D
6．D　[在反应②中Si元素化合价升高，被氧化。]
7．C　[在周期表中，硅位于金属和非金属分界线附近，是导体材料，既有金属性又有非金属性。常温下，硅的化学性质不活泼，但可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应；在加热或高温条件下，硅能与氧气、氯气、氢气、碳等起反应，C项不正确。]
8．B　[Si化学性质不活泼，但能与O2高温下反应：Si＋O2=====高温SiO2，也可与HF反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；是一种亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在。]
9．(1)2MgO•3SiO2•nH2O　(2)2MgO•3SiO2•nH2O＋4HCl===2MgCl2＋(n＋2)H2O＋3SiO2
解析　用氧化物的形式表示硅酸盐的时候，应注意书写顺序：活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水。第二问若直接写三硅酸镁与盐酸反应，许多同学会感到无从下手。应以氧化物形式书写。碱性氧化物(MgO)能与盐酸反应，而SiO2不能与盐酸反应，可当成杂质，最后写出正确的方程式。
10．(1)SiO2　CO　CO2　H2SiO3
(2)SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑
(3)SiO2－3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO2－3
解析　本题主要考查SiO2的特性。其突破口应从“A是一种高熔点的化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸”推断出A为SiO2，然后依次推断出B为CO、C为CO2、D为H2SiO3。
11．(1)稀盐酸　无色气体　碳酸钙　(2)二氧化硅
12．(1)①SiHCl3＋H2=====1 357 KSi＋3HCl　②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3↓＋3HCl＋H2↑　高温下H2与O2混合发生爆炸　(2)ABC
解析　(1)①H2还原SiHCl3可制备Si，化学方程式为SiHCl3＋H2=====1 357 KSi＋3HCl。
②SiHCl3与H2O反应生成H2SiO3、HCl和H2；用H2还原SiHCl3过程中若混入O2，则高温下H2与O2反应发生爆炸。
(2)A项，碳化硅硬度很大，可用于生产砂纸、砂轮等；B项，含4%硅的硅钢具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯；C项，高纯度的SiO2可以制造光导纤维；D项，普通玻璃的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3，是由石英(SiO2)、石灰石、纯碱高温下反应产生的，化学方程式为Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑；E项，Si与HCl不反应。