2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第四章非金屬及其化合物1第2課時(shí)硅酸鹽和硅單質(zhì)學(xué)案新人教版必修1

PAGE9-第2課時(shí)硅酸鹽和硅單質(zhì)課程目標(biāo),1．了解硅酸鹽的性質(zhì)及組成的表示方法。2．了解硅的性質(zhì)和用途。3．了解幾種重要無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)及用途。圖說考點(diǎn),[新知預(yù)習(xí)]一、硅酸鹽1．硅酸鹽的組成和性質(zhì)(1)概念：由硅、氧和金屬組成的化合物的總稱(2)性質(zhì)：固態(tài)，大多不溶于水，化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定(3)表示方法：如Na2SiO3、Na2O·SiO22．最簡潔的硅酸鹽——Na2SiO33．三種常見的硅酸鹽產(chǎn)品硅酸鹽產(chǎn)品原料主要設(shè)備主要成分水泥石灰石、黏土水泥回轉(zhuǎn)窯硅酸二鈣：2CaO·SiO2硅酸三鈣：3CaO·SiO2鋁酸三鈣：3CaO·Al2O3玻璃純堿、石灰石、石英砂玻璃窯Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土Al2O3·2SiO2·2H2O二、硅單質(zhì)1．形態(tài)及結(jié)構(gòu)2．性質(zhì)(1)物理性質(zhì)色、態(tài)光澤熔點(diǎn)硬度質(zhì)地導(dǎo)電性灰黑色固體金屬光澤高大脆良好半導(dǎo)體(2)化學(xué)性質(zhì)：在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑，但能與氫氟酸、強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)。①Si與NaOH溶液：eq\o(□,\s\up1(29))Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。②Si與氫氟酸：eq\o(□,\s\up1(30))Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。3．用途(1)半導(dǎo)體材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光電池等。[即時(shí)性自測]1．推斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”(1)晶體硅與金剛石的結(jié)構(gòu)相像。()(2)硅是活潑的非金屬元素。()(3)自然界中存在單質(zhì)硅。()(4)硅酸鈉可以改寫為Na2O·SiO2，故硅酸鈉是混合物，含有Na2O和SiO2。()(5)硅酸鈉俗稱水玻璃，是一種防火劑。()(6)硅酸鹽是一大類結(jié)構(gòu)困難的固態(tài)物質(zhì)。()(7)一般玻璃和水泥的生產(chǎn)原料均含石灰石。()(8)光電池可以將光能干脆轉(zhuǎn)化為電能。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√(7)√(8)√2．從現(xiàn)有的考古資料來看，中國原始陶器起先于距今七千年前。時(shí)至今日陶瓷已廣泛應(yīng)用于人們的生活和生產(chǎn)中，下列不屬于陶瓷制品的是()解析：試管是玻璃制品。答案：C3．下列關(guān)于硅及二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)方程式書寫錯(cuò)誤的是()A．硅與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑B．硅與燒堿溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑C．硅與鹽酸反應(yīng)：Si＋4HCl=SiCl4＋2H2↑D．二氧化硅在高溫下被C還原：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑解析：常溫下，硅能與氫氟酸、燒堿溶液反應(yīng)，但不與鹽酸反應(yīng)。加熱或高溫條件下能與C、Cl2、O2等發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)方程式分別為Si＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC、Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4、Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2。答案：C4．硅酸鈉的水溶液俗稱水玻璃。下列關(guān)于水玻璃的說法中，正確的是()A．水玻璃是一種純凈物B．水玻璃可作木材防腐劑C．水玻璃與鹽酸反應(yīng)所得的白色膠狀沉淀是二氧化硅D．滴有酚酞的水玻璃呈紅色，說明水玻璃呈堿性解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是一種混合物；由于Na2SiO3的熱穩(wěn)定性極好，又不能燃燒，所以常用作木材防火劑而不是防腐劑；Na2SiO3溶液中滴入鹽酸發(fā)生反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl，產(chǎn)生的沉淀是H2SiO3而不是SiO2；Na2SiO3溶液能使無色酚酞溶液變紅色，說明水玻璃顯堿性。答案：D提升點(diǎn)一硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性[例1]下列關(guān)于硅的說法中，錯(cuò)誤的是()A．硅是非金屬元素，它的晶體單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體B．單質(zhì)硅和金剛石結(jié)構(gòu)相像，但比金剛石硬度小，熔點(diǎn)低C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)反應(yīng)D．加熱到肯定溫度時(shí)，硅能與氯氣、氧氣等非金屬反應(yīng)【解析】硅雖然外形像金屬(有金屬光澤)，但事實(shí)上屬于非金屬；硅原子與碳原子最外層電子數(shù)相同，晶體結(jié)構(gòu)相像，但硅晶體比金剛石的硬度小，熔點(diǎn)低；硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫能與氟氣、氫氟酸和NaOH溶液等發(fā)生反應(yīng)，加熱至肯定溫度時(shí)，硅還能與氯氣、氧氣等非金屬發(fā)生反應(yīng)?！敬鸢浮緾解答信息試驗(yàn)題時(shí)要特殊留意以下兩點(diǎn)：(1)分析題目信息，留意試驗(yàn)操作或具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)；(2)與已駕馭的學(xué)問進(jìn)行對比分析，充分利用信息進(jìn)行學(xué)問遷移。[提升1]硅在地殼中的含量較高。硅及其化合物在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸鹽材料。其中，生產(chǎn)一般玻璃的主要原料有________________________________________________________________________。(2)高純硅是現(xiàn)代信息、半導(dǎo)體和光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都須要的基礎(chǔ)材料。工業(yè)上提純硅有多種技術(shù)路途，其中一種工藝流程示意圖如下：①工業(yè)上用石英砂和焦炭在電弧爐中加熱到1600～1800℃，除生成粗硅外，也可以生成碳化硅，則在電弧爐內(nèi)可能發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。②在流化床反應(yīng)的產(chǎn)物中，SiHCl3大約占85%，還有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。(3)還原爐中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為________________________________________________________________________。解析：(1)生產(chǎn)一般玻璃的主要原料有純堿、石英砂、石灰石。(2)①二氧化硅與焦炭在高溫下發(fā)生反應(yīng)生成粗硅或碳化硅，化學(xué)方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑、SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑。②粗硅與氯化氫在250～300℃條件下反應(yīng)生成SiHCl3和氫氣。(3)還原爐內(nèi)，氫氣與SiHCl3發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成Si和HCl，化學(xué)方程式為SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋3HCl。答案：(1)純堿、石英砂、石灰石(2)①SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑、SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC＋2CO↑②Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(250～300℃))SiHCl3＋H2(3)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋3HCl,[關(guān)鍵實(shí)力]1．晶體硅的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類似于金剛石。硅的工業(yè)制法硅單質(zhì)是由其氧化物制得的，常見工藝流程如下：石英砂eq\o(→,\s\up7(1焦炭/高溫))粗硅eq\o(→,\s\up7(2Cl2/△))SiCl4eq\o(→,\s\up7(3H2/高溫))純硅有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：(1)2C＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(粗)＋2CO↑(2)Si(粗)＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4(3)SiCl4＋2H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Si(純)＋4HCl2．硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)(1)常溫下：①與氟氣反應(yīng)：Si＋2F2=SiF4；②與氫氟酸反應(yīng)：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑；③與NaOH溶液反應(yīng)：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(2)加熱條件下：①與O2反應(yīng)：Si＋O2eq\o(=,\s\up7(△))SiO2；②與Cl2反應(yīng)：Si＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(△))SiCl4；③與C反應(yīng)：Si＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))SiC提升點(diǎn)二含硅物質(zhì)的性質(zhì)應(yīng)用與轉(zhuǎn)化[例2]歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案生動形象，但古瓷中所用顏料的成分始終是個(gè)謎。近年來科學(xué)家才得知大多為硅酸鹽，如藍(lán)紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價(jià))，下列關(guān)于硅酸銅鋇的說法不正確的是()A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2B．性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色C．易溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿D．x等于6【解析】BaCuSi2Ox中，Ba為＋2價(jià)，Cu為＋2價(jià)，Si為＋4價(jià)，O為－2價(jià)，由化合價(jià)規(guī)則：(＋2)＋(＋2)＋2×(＋4)＋(－2)×x＝0，得x＝6，則用氧化物形式表示硅酸銅鋇為BaO·CuO·2SiO2，A、D項(xiàng)正確；由題干信息可知硅酸銅鋇的性質(zhì)穩(wěn)定，不易脫色，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾[提升2]A、B、C、D、E五種含硅元素的物質(zhì)，相互轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示：(1)推斷A～E的化學(xué)式：A________，B________，C________，D________，E________。(2)①寫出B→A的化學(xué)方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②A→C的離子方程式________________________________________________________________________。解析：在空氣中燃燒生成D，B可能為Si，B和D都能與NaOH溶液反應(yīng)生成A，則A為Na2SiO3，A和鹽酸反應(yīng)生成C，C為H2SiO3，H2SiO3受熱分解又生成SiO2，證明B為Si，E為CaSiO3。答案：(1)Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3(2)①Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑②SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2SiO3↓硅及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系題中的突破口(1)硅、二氧化硅的結(jié)構(gòu)：如硅與金剛石結(jié)構(gòu)相像。(2)硅、二氧化硅的物理性質(zhì)：如硬度大，熔、沸點(diǎn)高。(3)特征性質(zhì)：①與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出H2的非金屬單質(zhì)是硅。②不與H2O反應(yīng)、能與氫氟酸反應(yīng)(或雕刻玻璃)的酸性氧化物為SiO2。③難溶于水的無機(jī)酸是H2SiO3。[關(guān)鍵實(shí)力]1．硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系2．硅酸鹽的氧化物形式的改寫硅酸鹽由于組成比較困難，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時(shí)的規(guī)律為：書寫形式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(氧化物的排列依次：活潑金屬氧化物→較活潑,金屬氧化物→二氧化硅→水,氧化物之間以“·”隔開))化學(xué)計(jì)量數(shù)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(配置原則：各元素原子總個(gè)數(shù)比符合原來的組成,若出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù))),硅酸鹽組成式改寫實(shí)例：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。1．硅被譽(yù)為無機(jī)非金屬材料的主角，下列物品用到硅單質(zhì)的是()A．陶瓷餐具B．石英鐘表C．計(jì)算機(jī)芯片D．光導(dǎo)纖維答案：C2．科學(xué)家提出硅是“21世紀(jì)的能源”，這主要是由于作為半導(dǎo)體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用。下列關(guān)于硅的說法中正確的是()A．地殼中硅的含量稀有B．自然界中存在大量單質(zhì)硅C．高純度的硅被用于制作計(jì)算機(jī)芯片D．光導(dǎo)纖維的主要成分是Si解析：因?yàn)?1世紀(jì)是計(jì)算機(jī)廣泛普及和應(yīng)用的時(shí)代，而硅(高純度)又是制作計(jì)算機(jī)芯片的原料。答案：C3．關(guān)于硅及其化合物的敘述中，正確的是()A．硅是良好的半導(dǎo)體材料，可以與NaOH溶液和氫氟酸反應(yīng)B．二氧化硅與石灰石反應(yīng)：SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO↑C．用焦炭還原二氧化硅生產(chǎn)硅：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO2↑D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2解析：B項(xiàng)正確的化學(xué)方程式為CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑；C項(xiàng)正確的化學(xué)方程式為SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO↑＋Si；D項(xiàng)水泥的主要成分是3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。答案：A4．材料與化學(xué)親密相關(guān)，表中對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)材料主要化學(xué)成分A剛玉、金剛石三氧化二鋁B大理石、石灰石碳酸鈣C一般水泥、一般玻璃硅酸鹽D沙子、石英二氧化硅解析：剛玉的主要成分是三氧化二鋁，金剛石的成分是碳。大理石、石灰石的主要成分都是碳酸鈣；水泥、玻璃屬于硅酸鹽；沙子、石英的主要成分都是二氧化硅。答案：A5．如圖中的每一方格表示相關(guān)的一種反應(yīng)物或生成物。其中B是一種單質(zhì)，其余物質(zhì)也都是有B元素的化合物。C是一種鈉鹽，E是C對應(yīng)的酸，B的結(jié)構(gòu)類似金剛石，D為B的氧化物(其他不含B元素的反應(yīng)產(chǎn)物以及各步反應(yīng)添加的必要試劑和反應(yīng)條件已被略去)，請?zhí)顚懣瞻祝?1)A、D、E的化學(xué)式分別為________、________、________。(2)A和B的