魯科版高中化學必修一學案：第四章元素與材料世界第1節(jié)硅無機非金屬材料

1、第 4 章第 1 節(jié)硅無機非金屬材料【本講教育信息】一 .教學內容：第 4 章第 1 節(jié)硅無機非金屬材料二 . 教學目的1、掌握硅及二氧化硅的重要性質，了解其應用。2、體會物質的性質與材料性能的密切關系。3、認識新材料的開發(fā)對人類生產、生活的重要影響。三 . 教學重點、難點硅及二氧化硅的性質四 .知識分析（一）導體材料與單質硅1、半導體材料半導體材料特指導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料。最早使用的半導體材料是鍺，但因其含量低，提煉工藝復雜，價格昂貴，而不適合廣泛使用。目前廣泛使用的半導體材料是硅元素，在地殼中含量居第二位，該元素全部以化合態(tài)存在于自然界中，儲量豐富。常見的有晶體硅和無定形

2、硅等形式存在。2、單質硅（ 1）物理性質：單質硅有晶體硅和無定形硅兩種。晶體硅呈灰黑色，有金屬光澤，硬而脆，熔點很高（ 1410），是良好的半導體材料。（ 2）化學性質 : 常溫下不活潑，只與 f2 及 hf 和強堿反應。在加熱時純硅與某些非金屬單質發(fā)生反應。si + 2f2 sif 4si + 4hf sif 4 + 2h 2si+ 2naoh + h2o nasio +2 h223si+ o2sio2si + 2cl2sicl 4（ 3）硅的制備由于自然界中沒有單質硅的存在，因此我們使用的硅，都是從它的化合物中提取的。在工業(yè)上，用碳在高溫下還原二氧化硅的方法可制得含有少量雜質的粗硅，將粗硅

3、提純后，可以得到半導體材料的高純硅。制粗硅： sio 2 + 2c高溫si + 2co制高純硅： si + 2cl 2sicl 4 sicl4 + 2h 2si + 4hcl第 1頁（ 4）硅的用途：硅可用來制造集成電路，太陽能電池，硅整流器等。硅合金可用來制造變壓器鐵芯，耐酸設備等。思考：判斷下列說法是否正確： 非金屬單質不能與堿液反應放出氫氣 非氧化性酸不能與非金屬單質反應 自然界中含大量的硅單質，其含量僅次于氧（解答： ）（二）二氧化硅與光導纖維1 、二氧化硅的存在二氧化硅廣泛存在與自然界中，常見的有沙子石英和水晶，另外二氧化硅也是構成巖石的重要成分。2 、二氧化硅的物理性質純凈的二氧化

4、硅晶體呈無色，熔點高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶劑。3 、二氧化硅的化學性質二氧化硅化學性質不活潑。是一種酸性氧化物。常溫下與氫氟酸反應，與堿溶液緩慢反應，高溫下與堿性氧化物反應。si o 2+ 4hf sif 4 + 2h 2osio+ 2naoh na sio + h2o223si o高溫casio 32 + cao注意：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。4、二氧化硅的用途（ 1）石英可用于制作石英表和石英玻璃。（ 2）石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。（ 3）水晶常用來制造電子部件、光學儀器

5、和工藝品等。（ 4） sio2 被用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料光導纖維，光導纖維除用于通訊外，還可用于能量傳輸，信息處理遙測遙控和醫(yī)療器械（如光導纖維內窺鏡）制造等方面。光導纖維作為通訊材料的優(yōu)點是克服了聲音信號和圖像信號在銅絲和鋁絲這兩種傳統(tǒng)媒介中傳播損耗大的缺點，并節(jié)約了大量的金屬資源。（三）硅酸鹽與無機非金屬材料1 、硅酸第 2頁硅酸為白色粉末狀固體，不溶于水，其酸性比碳酸還弱（也可由硅的非金屬性比碳弱推出），其化學式為 h2sio3。sio2 是硅酸的酸酐， 但 sio 2 不溶于水，所以不能用 sio 2 與水直接反應得到 h 2sio3 而只能用可溶性硅酸鹽與酸反應制得。如： na

6、2 sio3 + co 2 + h 2 o na 2co3 + h 2sio3h2sio3 在加熱條件下失水變?yōu)閟io2 ： h 2sio3sio2 + h 2o2、硅酸鹽（ 1）硅酸鹽在自然界中的存在硅酸鹽是構成地殼中巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦石，約占地殼的 5，粘土的主要成分也是硅酸鹽。粘土的種類很多，常見的有高嶺土和一般粘土，前者含雜質較少，后者含雜質較多。（ 2）硅酸鹽組成的表示方法硅酸鹽的種類很多，結構復雜，無論是天然的還是人工制成的硅酸鹽，其組成的表示方法有兩種。 化學式法：一般用于組成較簡單的硅酸鹽。如：硅酸鈉 na 2sio3；硅酸鈣 ca2sio3 氧化物

7、法：常用的表示方法。如：鎂橄欖石（ mg2sio4）2mgo sio2高嶺石 al 2(si 2o5)(oh) 4 al2o3 2sio2 2h2o正長石 (2kalsi 3o8 )k2o al 2o3 6sio2說明：用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成時，各氧化物的排列順序為：較活潑金屬氧化物較不活潑金屬氧化物二氧化硅水（ 3）硅酸鈉硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃，它是一種礦物膠，具有粘合性。3、無機非金屬材料（ 1）傳統(tǒng)無機非金屬材料 玻璃原料：生產普通玻璃的主要原料是純堿（na2co3），石灰石（ caco3）和石英（ sio2 ）。主要設備：玻璃熔爐反應原理：將粉碎混勻的原料加強熱使之熔化，發(fā)生

8、復雜的物理化學變化，冷卻即成玻璃。其中主要化學反應是：caco3 + sio 2高溫casio3 + co 2 na2co3 + sio 2高溫na2sio3 + co 2 第 3頁主要成分：制造玻璃的原料中，石英是過量的，所以，普通玻璃是casio3， na2sio3 和 sio2 熔化在一起得到的物質，其物質的量之比為1： 1： 4，因此玻璃可表示為：na2o cao 6sio2。主要性質：硬而脆，受熱時在一定溫度范圍內逐漸軟化，沒有一定的熔點，故作玻璃態(tài)物質，耐酸腐蝕（ hf除外）。水泥a.普通水泥的主要成分為硅酸三鈣（ 3caosio2），硅酸二鈣（2caosio2）和鋁酸三鈣（ 3c

9、aoal 2o3）等。b. 水泥的特點是水泥具有水硬性，與水攙和攪拌并靜置后，很容易凝固變硬。c. 混凝土是指水泥、沙子和碎石的混合物，混凝土常用鋼筋作結構，這就是通常所說的鋼筋混凝土。（ 2）新型無機非金屬材料類別示例特性用途高溫結氮化硅陶瓷硬度極高，耐磨損，耐高溫，汽輪機葉片、軸承、發(fā)動構陶瓷抗腐蝕，抗氧化能力強，電機部件、永久性模具絕緣性好碳化硅陶瓷硬度僅次于金剛石， 耐高溫，電熱元件且在室溫下能導電生物氧化鋁陶瓷強度高，耐磨，無毒，不溶人造牙齒、人造骨骼陶瓷氧化鋯陶瓷于水，對人體組織有較好的適應性，可直接植于人體壓電鈦酸鋇陶瓷可將極其微弱的機械振動轉聲吶系統(tǒng)、氣象檢測、遙陶瓷鈦酸鉛陶瓷

10、換成信號控環(huán)境保護、家用電器、壓電地震儀【典型例題】例 1. 有一粗硅，含鐵和硅兩種雜質，取等質量的樣品分別投入足量的稀鹽酸和足量的稀氫氧化鈉溶液中，放出等量的氫氣，則該粗硅中鐵和硅的關系正確的是（）a. 物質的量之比為 1： 1b. 物質的量比為 2： 1c. 質量比為 4： 1d. 質量比為 2： 1答案： b c解析： 粗硅與鹽酸反應是鐵與鹽酸反應fe +2hcl fecl 2 + h 2 ；粗硅與堿反應是硅與堿反應 si+ 2naoh+ h o nasio + 2h 因放出等量氫氣，則鐵與硅的物質的量之比為2： 1，223質量比為4：1。點評：本題綜合考查了鐵、硅的性質，是定性分析與簡

11、單定量計算相結合的，解題要注意書寫化學方程式的準確性。第 4頁例 2.下列說法不正確的是（）a.因為 sio2不溶于水，故hsio 不是 sio2對應的酸或者說sio不是 h sio 對應的酸酐23223b. co2 通入水玻璃可以得到硅酸沉淀c. sio2 是一種空間立體網狀結構的晶體，熔點高、硬度大d. 氫氟酸能夠雕刻玻璃，故不能用玻璃瓶來盛氫氟酸答案： a解析： sio2中 si呈 4 價， h sio中 si 為 4 價，且 h sio （加熱）sio2 h o , 故 a23232項錯誤， b 項發(fā)生的反應： na2sio3 + co 2 (少量 ) h 2o h2sio3 + na

12、 2co3d 項發(fā)生的反應為：4hf+ sio2 sif 4 + 2h 2o點評：學習物質的性質既要注意共性，還要注意特性；既要知道一般規(guī)律，還要知道特殊規(guī)律。例 3.下列溶液中加入氯化鋇溶液生成白色沉淀，在加入稀硝酸震蕩， 白色沉淀不消失的是 （）a. na2siob. na coc. na sod. na po3232334答案： a c解析： baco 和 ba 3(po4 ) 2均為白色沉淀， 二者均溶于 hno,basio3溶于 hno 后又生成 h2sio3，333baso溶于硝酸后生成baso。34點評：本題表面上是考查復分解反應，實際卻包含了氧化還原反應的知識，解題要注意思維的全面性和靈活性 。例 4.三硅酸鎂晶體被用來治療胃潰瘍病患者的胃酸過多癥，是因為該物質不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅酸鎂晶體化學式為： mg si o nh o。2382（ 1）用氧化物的形式表示三硅酸鎂的化學式。（ 2）寫出該藥物中和胃酸的化學方程式。答案：（1） 2mgo 3sio 2 nh2o（ 2） 2mgo 3sio 2 nh2o + 4hcl 2mgcl 2 + (n+2) h 2o + 3sio 2 解析： 用氧化物的形式表示硅酸