2019-2020年高中化学 专题3 第3单元 含硅矿物与信息材料教案 苏教版必修1

第三单元含硅矿物与信息材料目标与素养：1.了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。(宏观辨识与微观探析)2.知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。(宏观辨识与微观探析)3.以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。(宏观辨识与微观探析)一、硅酸盐矿物与硅酸盐产品1．硅酸钠Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”或“泡花碱”。是建筑行业的一种黏合剂，用水玻璃浸泡的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火。Na2SiO3水溶液呈碱性，能与酸反应，离子方程式为SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓。2．氧化物表示硅酸盐组成相对复杂的硅酸盐，用氧化物的形式表示其组成。如锆石：ZrO2·SiO2、红柱石：Al2O3·SiO2、镁橄榄石：2MgO·SiO2等。3．硅酸盐产品三种硅酸盐产品比较硅酸盐产品生产原料主要设备主要成分水泥石灰石、黏土水泥回转窑硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙石膏：调节水泥的硬化速率玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃熔炉Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2或Na2O·CaO·6SiO2陶瓷黏土－－特别提醒：用氧化物的形式表示硅酸盐组成的方法(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。(4)书写原则：硅酸盐中各元素化合价及原子个数比保持不变。二、二氧化硅与信息材料1．二氧化硅(1)存在沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。(2)二氧化硅的物理性质和用途SiO2是一种熔、沸点很高，硬度很大的氧化物，除可用于制作光学镜片、石英坩埚外，还可用于制造光导纤维。(3)化学性质2．信息材料的主角——硅(1)性质硅晶体的熔、沸点都很高，硬度也很大，是一种半导体材料。与氧气、氯气、硝酸、硫酸都很难发生反应。(2)硅的工业制备1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成CO而不是CO2?[提示]制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：C＋CO2=====△2CO，故产物是CO而不是CO2。2．在焦炭与SiO2制取粗硅的反应中，还原剂和还原产物分别是什么？[提示]焦炭；硅。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)Si是光导纤维的主要成分，SiO2是半导体材料(×)(2)硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2，故硅酸钠是混合物(×)(3)硅元素在自然界中既有游离态，又有化合态(×)(4)二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应(×)2．下列关于硅酸盐产品的说法正确的是()A．玻璃、水泥属于硅酸盐产品，陶瓷不属于硅酸盐产品B．普通玻璃的组成可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2C．生产水泥的主要原料是纯碱、石灰石和石英D．生产玻璃的主要原料是黏土、石灰石B[陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品；普通玻璃的组成不仅可用Na2O·CaO·6SiO2表示，还可表示为Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2；生产水泥的主要原料是黏土、石灰石；生产玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。]3．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。请回答下列问题：(1)黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox(OH)4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为_____________________________________________________。(2)在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是________________________(用化学方程式表示)。[解析](1)根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3×2＋4×2＋(－2)×x＋(－1)×4＝0，x＝5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。(2)传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。[答案](1)5Al2O3·2SiO2·2H2O(2)水泥厂、玻璃厂SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O硅及其化合物的特性1.单质硅的特性(1)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。(2)C与碱液、酸液一般不反应，但Si能与碱液，氢氟酸反应且放出H2。(3)非金属单质一般为非导体，但Si为半导体。2．二氧化硅的“四个特性”(1)一般情况，非金属氧化物熔、沸点低，硬度小，但二氧化硅熔、沸点高，硬度大。(2)一般情况，碱性氧化物＋酸―→盐＋水，SiO2是酸性氧化物却能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O(SiF4不属于盐)。(3)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下：Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑也能发生(CO2离开反应体系)。(4)一般情况，酸性氧化物与水反应生成相应的酸，如CO2＋H2O===H2CO3，但SiO2不溶于水，不与水反应。3．硅酸(1)酸一般易溶于水，但硅酸是难溶于水的弱酸，其酸性比碳酸弱。硅酸不能使紫色石蕊溶液变红色。①硅酸不稳定，受热易分解：H2SiO3=====△SiO2＋H2O。②硅酸能与强碱溶液反应：2NaOH＋H2SiO3===Na2SiO3＋2H2O。(2)制备方法：若将少量二氧化碳通入饱和硅酸钠溶液中，观察到的现象是有白色胶状沉淀生成，反应的化学方程式是Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。下列说法中正确的是()A．浓硫酸可刻蚀石英艺术品B．硅胶可作袋装食品的干燥剂C．SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应D．如右图，若①②③中分别盛有浓硝酸、Na2CO3、Na2SiO3溶液，则可得出结论：酸性：硝酸＞碳酸＞硅酸B[二氧化硅只与氢氟酸反应而不与浓H2SO4、浓盐酸反应，A、C两项错误；硅胶多孔、吸附水分能力强，可用作袋装食品的干燥剂，B项正确；由于浓HNO3易挥发，所以③中的白色沉淀可能是挥发出的HNO3与Na2SiO3溶液反应所致，不能得出相关的酸性强弱的结论，D项错误。](1)保存NaOH溶液的试剂瓶为什么不能用玻璃塞？[提示]玻璃中含有SiO2，能和NaOH发生反应：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，生成的Na2SiO3有黏性，将瓶口和瓶塞黏结。所以保存NaOH溶液的试剂瓶不用玻璃塞，一般用木塞或橡胶塞。(2)Na2SiO3为什么必须密封保存？[提示]Na2SiO3会吸收空气中的CO2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是()A．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2OB．SiO2＋CaO=====高温CaSiO3C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2OD．SiO2＋4HCl===SiCl4＋2H2OD[SiO2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D项不正确。]1．下列有关硅元素的叙述中，正确的是()A．光导纤维是以硅单质为主要原料制成的B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，主要以硅单质形式存在C．硅在电子工业中是最重要的半导体材料D．陶瓷、玻璃、水晶等都属于硅酸盐产品C[A项，光导纤维以SiO2为原料制成；B项，硅主要以化合态存在；D项，水晶为SiO2，不是盐。]2．下列关于玻璃的叙述正确的是()A．制普通玻璃的原料主要是纯碱和石英B．普通玻璃的主要成分不是二氧化硅C．玻璃是几种成分熔化在一起的晶体，有固定的熔点D．过量的泥沙、纯碱和石灰石熔融后生成玻璃D[普通玻璃的主要成分是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅，是一种混合物，没有固定的熔点。]3．可以用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，如Na2SiO3可以写成Na2O·SiO2。下列表示不正确的是()A．钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·3SiO2C．正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·6SiO2D．高岭石Al2(Si2O5)(OH)4表示为Al2O3·2SiO2·2H2OB[Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2。]4．晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：关于上述反应的分析不正确的是()A．3个反应都是置换反应B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅C．任一反应中，每消耗或生成28g硅，均转移4mol电子D．提纯SiHCl3采用的方法是分液D[高温下焦炭能将SiO2还原为Si，H2能将SiHCl3还原为Si，B项正确；硅在化合物中显＋4价，消耗或生成1molSi，则转移4mol电子，C项正确；SiHCl3中含有少量的SiCl4(和HCl)，它们的沸点有明显差异，用蒸馏(或分馏)的方法提纯，D项不正确。]5．A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中非金属含量处于第二位的元素的单质。请填空：(1)单质A的原子的结构示意图为________，它在化合物中的最高化合价为________。(2)B的化学式为________。B和碳反应生成A和E的化学方程式是______。(3)C的化学式为________，D的化学式为__________________。[解析]由题意可知：A为Si，B为SiO2，C为CaSiO3，D为Na2SiO3，E为CO。[答案](1)(2)SiO2SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑(3)CaSiO3Na2SiO3