网上教案.docx

网上教案.docx

《网上教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网上教案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

网上教案

第二节硅酸盐工业简介

教学目的：

了解硅酸盐工业中水泥和玻璃的生产原理及原料。

教学过程：

以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业，如制造水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业叫做硅酸盐工业。

水泥、玻璃和陶瓷的生产情况及产品的主要性能

硅酸盐工业

水泥工业

玻璃工业

陶瓷工业

主要原料

石灰石、粘土、石膏

纯碱、石灰石、石英

粘土

生产阶段和主要化学方程式

原料

生料

熟料

成品

原料

按比例混合

熔化

成型

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2↑

混合→成型→干燥→烧结→冷却

主要成分及种类

硅酸三钙

（3CaO·SiO2）

硅酸二钙

（2CaO·SiO2）

铝酸三钙

（3CaO·Al2O3）

普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3和SiO2）、石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃

种类：

土器、陶器、瓷器

主要性能

有水硬性，跟水掺和搅拌后凝固变硬，在水中也能硬化

玻璃态物质无固定熔点，在一定温度范围内软化

抗氧化，抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘易成型

典型设备

回转窑

玻璃熔炉

陶瓷窑

共同特点

高温条件下发生复杂的物理、化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐

碳族元素总结

碳族元素

C

Si

Ge

Sn

Pb

原子结构示意图

原子半径

（10-10米）

单质：

色态

密度（克/厘米3）

熔点（℃）

沸点（℃）

气态氢化物

*CH4

氧化物分子式

氧化物对应水化物酸碱性

H2CO3

弱酸

H2SiO3

弱酸

比H2CO3弱

R（OH）4两性偏酸，酸性→渐弱

R（OH）2两性偏碱，碱性→渐强

元素的非金属性或金属性

非金属性或金属性的递变规律

单质的化学性质

碳

硅

化学性质

还

原

性

碳在加热时表现还原性，如：

1.C+O2

CO2,2C+O2

2CO

2.C+CuO

Cu+CO2↑

3.C+CO2

2CO

4.C+2H2SO4（浓）

CO2↑+SO2↑+2H2O

5.C+4HNO3（浓）

CO2↑+4NO2↑+2H2O

6.C+2S

CS2

7.C+H2O（气）

CO+H2

硅有还原性，如：

1.Si+O2

SiO2

（温度要求比碳高）

2.Si+2X2

SiX4

（F2常温）

3.Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

4.Si+2F2=SiF4

5.Si+4HF=SiF4+2H2↑

氧化性

C+2H2

CH4（CH4是可燃性气体）

Si+2H2

SiH4

（SiH4在空气中自燃）

用途

焦碳用于冶金、电石、合成氨造气、燃料等；碳黑作橡胶填充剂、制油墨。

制造合金、半导体材料。

制法

焦碳——煤的干馏

SiO2+2C

Si+2CO

氧化物

组成结构

SiO2

CO2

C=O=C非极性分子，分子晶体

不存在分子，由Si原子及O原子构成的立体网状原子晶体。

物理性质

1.状态

2.熔点

3.硬度

（差异原因）

气体

78℃升华

小

（是分子晶体，微粒间是微弱的分子间力。

）

固体

（石英）1600℃

坚硬

（是原子晶体，微粒间是较强的共价键。

）

化学性质

溶解性

可溶于水

不溶于水

与碱性氧化物

与碱

（均为酸酐）

CO2+CaO=CaCO3

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

SiO2+CaO

CaSiO3（炼铁造渣）

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

（盛NaOH溶液的试剂瓶要用橡皮塞0

特性

——

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O

用途

制纯碱、小苏打、碳铵、干冰制冷剂，灭火剂。

1.水晶——电子工业、光导纤维、光学仪器；2.制石英玻璃；3.石英砂——建筑材料及制造玻璃。

制法

工业：

CaCO3

CaO+CO2↑

实验室：

CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O

——

碳酸正盐和酸式盐的比较

盐

正盐

酸式盐

水溶性

除K+、Na+、NH4+的盐易溶于水外，其余都不溶于水

一般都溶于水，碱金属的酸式碳酸盐溶解度较小

热稳定性

碱金属正盐稳定：

1K2CO3、Na2CO3受热难分解

2CaCO3、（NH4）2CO3等受热易分解

受热易分解：

2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O

Ca（HCO3）2

CaCO3↓+CO2↑+H2O

（鉴别固态正盐、酸式盐的方法）

与酸反应

CO32-+2H+=CO2↑+H2O

CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O

HCO3-+H+=CO2↑+H2O

相同条件下，反应速度较正盐快

与碱反应

Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH

（工业制烧碱的原理）

HCO3-+OH-=CO32-+H2O

Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3↓+2H2O

（酸式盐转化成正盐的方法）

转化关系

Na2CO3

NaHCO3NaHCO3

Na2CO3

其他

Na2CO3：

纯碱或苏打晶体Na2CO3·10H2O易风化，用于制造玻璃、造纸、纺织、洗涤剂；NaHCO3用于食品发酵粉，治疗胃酸过多

“碳硅”一章疑难解析

1.实验室盛放碱液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞，原因是玻璃成分中的SiO2要和NaOH反应生成Na2SiO3，将玻璃瓶口和玻璃粘住。

但为什么试剂瓶却不与NaOH溶液反应呢？

分析：

瓶口内壁和瓶塞经磨砂处理后，表面变得粗糙，这既增加了反应的活性，又造成了溶液的滞留，且由于水分的逐渐蒸发会使NaOH溶液浓度增大，常温下碱溶液长时间与玻璃塞附近的玻璃接触就发生了反应生成Na2SiO3，使瓶口与瓶塞粘在一起。

而光滑度很好的玻璃与碱液接触，即使加热也极难反应。

2.SiO2是立体网状的晶体，其中最小的封闭环上有几个原子？

分析：

观察金刚石的结构模型，可知在金刚石的晶体中，有许多共价键形成的碳原子环，其中最小的环上有6个碳原子。

硅的结构类似于金刚石，如果在硅的结构中每个Si-Si中间嵌入一个O原子，就可以得到SiO2的结构模型，即SiO2晶体中最小的封闭环上有6个O原子、6个Si原子，共12个原子。

3.硅酸和常见含氧酸相比有什么特点？

分析：

（1）组成复杂。

主要有：

硅酸（H2SiO3）、原硅酸（H4SiO4）

（2）制法不同。

SiO2为硅酸的酸酐，由于SiO2不溶于水，所以不能用SiO2与水直接反应得到硅酸，而只能用可溶性硅酸盐与酸反应制取。

（3）难溶弱酸。

在常见含氧酸中，只有硅酸难溶于水，且酸性极弱，它不能使指示剂变色。

（4）易成凝胶。

在可溶性硅酸盐中加入酸，开始生成单分子硅酸，当单分子硅酸逐渐缩合为多酸时，就形成硅酸溶胶。

在此溶液中加入电解质，或者在适当浓度的Na2SiO3溶液中加入酸则得到半凝固状态、软而透明、且有弹性的硅酸凝胶。

4.为什么金刚石的熔沸点和硬度比晶体硅高？

分析：

金刚石和晶体硅都是一种具有空间网状结构的原子晶体，所以它们的熔点高、硬度大，但是由于硅的原子半径大于碳的原子半径，所以在晶体中，C-C键的键长小于Si-Si键，而键能大于Si-Si键。

因此金刚石的熔沸点和硬度比晶体硅高。

5.Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4↓+Na2CO3同Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2↑是否矛盾？

分析：

前者是在水溶液中进行的，由于碳酸的酸性比硅酸的酸性强，所以碳酸跟硅酸盐反应生成原硅酸和碳酸盐。

后者是在高温条件下进行的，由于只有CO2为气体，生成后立即离开反应体系，使反应能正向进行。

6.从元素周期表的位置看，铅比锡的金属性强，但在金属活动性顺序表里，铅反而排在锡的后面，为什么？

分析：

金属性和金属活动性的含义不同，判断其强弱的标准也不同，因此金属性和金属活动性的顺序不完全一致。

金属性的强弱反映金属元素的原子失去电子变成阳离子能力的大小，可从它的氧化物的水化物的酸碱性的强弱来判断。

金属活动性顺序是固态金属在水中或酸溶液中失去电子成为水合离子的能力大小的顺序。

7.反应Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑中，NaOH和H2O是氧化剂吗？

分析：

上述反应分为两步进行：

①Si+3H2O=H2SiO3+2H2↑②H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O反应中起氧化作用的只是水，而NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，只是一种反应物。

8.SiO2不溶于水，如何证明它是酸性氧化物？

怎样用SiO2制取硅酸？

分析：

酸性氧化物的定义：

凡是只能与碱反应生成盐和水的氧化物，称为酸性氧化物，SiO2能与NaOH溶液反应生成盐（Na2SiO3）和水。

将SiO2溶于烧碱溶液中，再向溶液中加入足量盐酸或通入过量CO2，析出的胶状物就是原硅酸，将原硅酸在空气中脱水即得白色粉末状硅酸。

有关几个主族元素的比较

碱金属元素族

碳族元素

氧族元素

卤族元素

周期表

中的位置

ⅠA

ⅣA

ⅥA

ⅦA

元素的名称

锂、钠、钾、铷、铯；典型的金属元素，其在自然界里都以化合态存在

碳、硅、锗、锡、铅；碳是明显的非金属，硅外貌像金属，但在化学反应中更多显非金属性；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属

氧、硫、硒、碲；氧和硫是典型的非金属元素，硒、碲均带有金属光泽，可做半导体

氟、氯、溴、碘；均是典型的非金属元素，但碘单质具有金属光泽

性质的

递变规律

金属性逐渐增强

非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强

非金属性逐渐减弱

非金属性逐渐减弱

氢化物CH4SiH4

非金属C、Si

金属

碳、硅的单质、氧化物、酸、碱、盐之间的相互关系

盐

盐Na2CO3Na2SiO3

碱NaOHCa（OH）2

酸H2CO3H2SiO3

碱性氧化物CaO

酸性氧化物CO2、SiO2

主要化学方程式：

①C+O2

CO2C+2S

CS2C+2H2

CH4（CH4是可燃性气体）

②Si+O2

SiO2Si+2X2

SiX4（F2常温）

Si+2H2

SiH4（SiH4在空气中自燃）

③CO2+CaO=CaCO3CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

④SiO2+CaO

CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

特殊性：

⑤C+2H2SO4（浓）

CO2↑+SO2↑+2H2O

C+4HNO3（浓）

CO2↑+4NO2↑+2H2O

⑥Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑Si+4HF=SiF4+2H2↑

⑦SiO2+Na2CO3

Na2SiO3+CO2↑

SiO2+CaCO3

CaSiO3+CO2↑

“硅和硅酸盐工业”综合练习答案

一、选择题：

1.下列物质的晶体中，不存在分子的是（A）

A.二氧化硅B.二氧化硫C.二氧化碳D.二硫化碳

2.下列含氧酸的酸酐不能由单质和氧气直接反应得到的是（A）

A.H2SO4B.H2CO3C.H2SiO3D.H2SO3E.H3PO4

3.下列化合物中最容易脱水的是（D）

A.NaOHB.Mg（OH）2C.Al（OH）3D.H4SiO4

4.CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（A）

A.CaCl2溶液B.石灰水C.饱和Na2CO3D.Na2SiO3溶液

5.下列各组物质中：

①Cl2O7HClO②SO2H2SO4③NO2HNO3④SiO2H2SiO3⑤Mn2O7HMnO4前者都是后者酸酐，正确的是（C）

A.②③B.③④C.④⑤D.①③④

6.下列说法正确的是（B）

A.二氧化硅溶于水显酸性

B.二氧化碳通入水玻璃可以得到原硅酸

C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠的反应放出二氧化碳，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

7.某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O（水蒸气）、H2中的一种或几种，依次进行如下处理（假定每次处理均反应完全）：

①通过碱石灰时，气体体积变小；②通过炽热的氧化铜时，固体变为红色；③通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；④通过澄清石灰水时，溶液变浑浊。

由此可以确定原混合气体中（D）

A.一定含有CO2、H2O，可能含有H2、CO

B.一定含有H2O、CO，可能含有CO2、H2

C.一定含有CO、CO2，可能含有H2O、H2

D.一定含有CO、H2，可能含有H2O、CO2

8.下列关于碳族元素的描述不正确的是（A）

A.RH4的稳定性随相对分子质量的增大而增强

B.主要化合价为+2价和+4价

C.单质均可由RO2与碳在一定条件下反应获得

D.由碳至铅元素原子半径逐渐增大

9.下列各组物质间，能发生反应的是（B）

A.常温下二氧化硅与盐酸B.常温下二氧化硅与氢氟酸

C.常温下二氧化硅与碳D.常温下二氧化硅与硝酸

10.下列物质中不与水反应的是（C）

A.F2B.Na2O2C.SiO2D.SO3

11.下列物质中，属于原子晶体的是（B）

A.干冰B.二氧化硅C.氯化铝D.C60

12.下列离子方程式不正确的是（CD）

A.碳酸氢钙溶液和稀盐酸反应HCO3-+H+=CO2↑+H2O

B.二氧化硅与氢氧化钠溶液反应SiO2+2OH-=SiO32-+H2O

C.水玻璃中通入过量二氧化碳SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3↓+CO32-

D.碳酸氢钙溶液和足量的氢氧化钠溶液反应Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O

13.能够说明碳比硅非金属性强的事实是（BC）

A.二氧化碳为分子晶体，二氧化硅为原子晶体

B.碳酸的酸性比硅酸强

C.硅烷可在空气中自然，而甲烷不能在空气中自然

D.在常温下，碳不与氢氟酸反应，而硅可与氢氟酸暗影

14.二氧化硅是酸性氧化物，这是因为（C）

A.它对应的水化物是可溶性酸B.它与水反应生成硅酸

C.它与强碱反应生成盐和水D.它与碱性氧化物发生反应

15.下列各组物质中，属于同种物质的是（C）

A.一氧化碳和二氧化碳B.干冰和冰

C.石英和水晶D.玻璃和二氧化硅

16.下列各组物质中，两者不属于同素异形体的是（B）

A.金刚石和石墨B.石英和干冰

C.C60和C70D.O2和O3

17.工业上制取金刚砂（SiC）的化学方程式为：

SiO2+3C

SiC+2CO↑，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为（A）

A.1∶2B.2∶1C.1∶1D.3∶5

18.如果发现的新元素X位于第七周期，第ⅣA族，关于该X下列说法错误的是（D）

A.X的+2价化合物比+4价化合物稳定

B.XO2具有强氧化性

C.X原子的核电荷数可能是114

D.X为非金属，它有稳定的氢化物

19.证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（D）

A.加入过量盐酸，观察是否有气泡产生

B.加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解

C.加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成

D.先加入过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中，看其是否溶解

20.碳化硅的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，在下列三种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（A）

A.①③②B.②③①C.③①②D.②①③

21.常温下，下列能发生反应的一组物质是（B）

①硅与浓硝酸②硅与盐酸③硅与氢氟酸④二氧化硅与氢氧化钠⑤二氧化碳与硅酸钠⑥二氧化硅与浓硝酸

A.①②④B.③④⑤C.②⑤⑥D.②④⑥

22.10g不纯的碳酸钙样品，与足量的盐酸反应后，共收集到4.4gCO2，且溶液中残留有不溶物。

据此分析，样品中肯定有的杂质是（C）

A.SiO2BaCO3B.SiO2K2CO3C.SiO2MgCO3D.BaCO3MgCO3

23.不加任何试剂可将①Na2SiO3②Na2SO4③CuCl2④KCl⑤Ba（NO3）2等5种溶液检验出来，其鉴别的顺序是（B）

A.③④⑤①②B.③①⑤②④

C.①③④②⑤D.③②①④⑤