新疆库车县第三中学人教版高中化学必修一4无机非金属材料的主角硅 导学案.docx
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新疆库车县第三中学人教版高中化学必修一4无机非金属材料的主角硅导学案
第四章常见的非金属及其化合物
无机非金属材料的主角——硅
[考纲要求]1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。
知识点一碳、硅的氧化物
1．碳的氧化物比较
2.二氧化硅与二氧化碳的性质比较
二氧化碳和二氧化硅都是酸性氧化物，其结构和主要性质可比较如下：
（1）SiO2是硅最重要的，天然二氧化硅称为，约占地壳的，存在状态有和。
（2）二氧化硅的结构（
代表硅原子；
代表氧原子）
SiO2是原子晶体。
1个Si原子与周围的个O原子结合，
每1个O原子与个Si原子相结合。
实际上，二氧化硅晶
体是由硅原子和氧原子按1：
2的比率所组成的立体网状原子晶
体，我们通常用“SiO2”的式子表示二氧化硅的组成。
（3）石英晶体是结晶的，具有不同的和。
石英中无色透明的晶体叫，具有彩色环带状或层状的称。
小结：
1二氧化硅能与成相应的盐和水，是一种氧化物，它不能溶于水得到相应的酸——硅酸。
2酸性氧化物一般不与酸发生化学反应，而二氧化硅却能与发生反应，这也是工业上用雕刻玻璃的反应原理。
问题思考
1．为什么不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液？
2．SiO2既能和NaOH溶液反应又能和HF溶液反应，一定是两性氧化物吗？
练习：
1.熔融烧碱应选用的器皿是
A.石英坩埚B.生铁坩埚C.普通玻璃坩埚D.陶瓷坩埚
2.下列说法正确的是
A.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在
B.二氧化碳通入水玻璃可以得到硅酸
C.二氧化硅溶于水显酸性
D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
知识点二硅酸、硅酸盐
硅酸
实验
在滴入酚酞的饱和硅酸钠溶液中逐滴滴入稀盐酸
现象
结论
化学方程式
硅酸____溶于水，其酸性比碳酸____，硅酸_______（填“能”或“不能”）使紫色石蕊试液变红色。
（1）硅酸不稳定，受热易分解：
_______________________________________________。
（2）硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为：
________________________________________________________________________。
（3）硅酸在水中易聚合形成胶体。
硅胶吸附水份能力强，常用作________。
2．硅酸钠
（1）物理性质
白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称________，有黏性。
（2）化学性质
①与酸性较硅酸强的酸反应，化学方程式分别为：
与盐酸反应：
____________________________________________________________。
与CO2水溶液反应：
______________________________________________________。
（3）用途：
黏合剂（矿物胶），耐火阻燃材料。
问题思考
反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，说明H2CO3的酸性强于H2SiO3。
反应②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，能否说明H2SiO3的酸性强于H2CO3？
3．硅酸盐
实验
现象
点燃晾干蒸馏水的布条
点燃晾干的硅酸钠布条
（1）概念：
__________________________的总称，是构成地壳岩石的主要成分。
（2）表示方法：
硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式表示它们的组成，如硅酸钠（Na2SiO3）写成________，钾云母（KH2Al3Si3O12）写成_______________________________。
问题思考
硅酸盐是否以氧化物的形式存在？
4．传统无机非金属材料
（1）普通玻璃
①主要原料：
____________________________________________________________。
②生产中主要化学方程式：
________________________________________________
________________________________________________________________________。
③主要成分：
________、________、________。
（2）普通硅酸盐水泥
①主要原料：
________、________。
②主要成分（写出名称和化学式）：
__________________________________________
________________________________________________________________________。
练习：
1.下列物质中属于纯净物的是
A.Na2CO3·10H2OB.水泥C.纯净的盐酸D.普通玻璃
2.下列物质有固定熔点的是
A.水泥B.玻璃C.Na2O·SiO2D.水玻璃
3、向下列溶液滴加稀盐酸，生成白色沉淀，继续滴加稀盐酸，沉淀又溶解的是（）。
A.Na2SiO3B.BaCl2C.AgNO3D.NaAlO2
知识点三碳、硅
1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途
（1）碳在自然界既有________态又有________态。
碳的同素异形体有__________、________、无定形碳、______等。
（2）硅在地壳中的含量占第____位，仅次于____，全部以________态存在，是一种亲____元素，单质硅有________和________形两种。
晶体硅是良好的________材料，它是带有的色固体，熔点，硬度，有脆性，在常温下化学性质不活泼。
在计算机等电子工业，可用作__________、大规模________等。
硅是人类将________能转化为____能的常用材料，所以硅还用于制造________。
2．C、Si的化学性质
（1）碳单质的化学性质
常温下____（填“不”或“很”）活泼，在高温条件下有强________性。
①可燃性：
2C＋O2
2CO、C＋O2
CO2。
②还原性
a．与CO2反应的化学方程式：
C＋CO2
2CO；
b．与水蒸气反应的化学方程式：
________________________________________________________________________；
c．与浓H2SO4反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
（2）硅单质的化学性质
常温下化学性质不活泼，但能与________、________、________反应。
①写出有关方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②加热时与O2、Cl2等非金属单质反应，其化学方程式为
________________________________________________________________________。
问题思考
1．哪些反应体现了单质硅具有一定的金属性？
知识点四无机非金属材料的使用
无机非金属材料在日常生活中有广泛的用途，这些知识大多数属于识记知识。
除了解前面所讲的传统无机非金属材料外，还应了解新型无机非金属材料的种类和用途。
材料类别
主要特性
示例
用途
高温结
构陶瓷
能承受高温，强度高
氮化硅陶瓷
汽轮机叶片、轴承、永久性模具等
半导体
陶瓷
具有电学
特性
氧化锡陶瓷
集成电路中的半导体
光学材料
具有光学
特性
光导纤维
光缆通讯、医疗、照明等
生物陶瓷
具有生物
功能
氧化铝陶瓷
人造骨骼、人造关节、接骨螺钉
典例导悟2下列关于无机非金属材料的说法中不正确的是（）
A．传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料
B．新型无机非金属材料虽然克服了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点
D．传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的主要成分不同
一、碳、硅及其化合物的特性
物质
一般规律
硅及其化合物特性
Si
硅还原性大于碳
非金属单质与强碱溶液一般不产生H2
非金属一般不与非氧化性酸反应
一般非金属单质为绝缘体
SiO2
酸性氧化物一般与水反应生成相应酸
酸性氧化物一般不与酸发生复分解反应
“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3酸性大于H2SiO3
H2SiO3
无机酸一般易溶于水
硅酸盐
大多数硅酸盐难溶于水
典例导悟1下列叙述正确的是（）
A．因为Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强
B．碳和硅都是ⅣA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似
C．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物
D．二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反应生成硅酸
1．某无色溶液中加入过量盐酸有沉淀产生，过滤后向滤液中加入过量氨水又有沉淀产生，下列溶液中符合此条件的是（）
A．Ag+、Al3+、K+B．SiO32、AlO2、K+
C．Ag+、Cu2+、Na+D．Ag+、Ba2+、Na+
2．下列离子方程式，正确的是（）
A．澄清石灰水中通入过量二氧化碳：
Ca2++2OH+CO2===CaCO3↓+H2O
B．碳酸钠溶液中加入二氧化硅：
CO32+SiO2==SiO32+CO2↑
C．二氧化硅与烧碱溶液反应：
SiO2+2OH===SiO32+H2O
D．硅酸与烧碱溶液中和：
H2SiO3+2OH===SiO32+2H2O
题组二硅及其化合物
3、判断下列说法是否正确：
（1）SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应（）（2010·山东理综－13A）
（2）A.二氧化硅是生产光纤制品的基本原料（）
B．水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂（）（2010·江苏－4A、B）
（3）可以用Si3N4、Al2O3制作高温结构陶瓷制品（）（2010·天津理综－2B）
（4）二氧化硅的分子式是SiO2（）（2010·上海－2B）
4、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）
①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品
③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料
A．①②B．②③C．①④D．③④
5、胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁（Mg2Si3O8·nH2O）等化合物。
（1）三硅酸镁的氧化物形式为____________。
（2）某元素与铝元素同周期且原子半径比镁原子半径大，该元素离子半径比铝离子半径________（填“大”或“小”），该元素和铝元素的最高价氧化物的水化物之间发生反应的离子方程式为______________________________________________________________。
（3）Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是
________________________________________________________________________。
a．Al2O3、MgO和SiO2都不溶于水
b．Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体
c．Al2O3、MgO和SiO2都是氧化物
d．Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点
6、根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊性的知识，判断下列说法正确的是（）
A．CO2、PbO2都是强氧化剂
B．CO2和PbO2都是弱氧化剂，CO和PbO都是还原剂
C．Sn（OH）4可与NaOH反应，但不与盐酸反应
D．Ge单质的熔点介于Si、Pb之间，是半导体材料
2．根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列填空：
（1）锡的＋2价化合物应具有较强的________性，铅的＋4价化合物应具有较强的________性。
（2）已知Sn2＋的还原性比Fe2＋的还原性强，PbO2的氧化性比Cl2的氧化性强。
试写出下列反应的化学方程式：
①氯气与锡共热：
_________________________________________________________；
②氯气与铅共热：
_________________________________________________________；
③PbO2与浓盐酸共热：
_____________________________________________________。
题组二无机非金属材料
3．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是（）
材料
主要化学成分
A
刚玉、金刚石
三氧化二铝
B
大理石、石灰石
碳酸钙
C
普通水泥、普通玻璃
硅酸盐
D
沙子、石英
二氧化硅
4.信息、材料、能源被称为新科技革命的“三大支柱”。
下列有关资讯错误的是（）
A．在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源
B．中、美、日等国已掌握的陶瓷发动机技术，能较大程度地降低能耗，节约能源
C．光导纤维在信息产业中应用广泛，制造光导纤维的主要材料是单质硅
D．结构陶瓷碳化硼（B4C3）常用于制造切削工具，它是一种新型无机非金属材料
题组三硅及其化合物的性质
5．下列关于硅的说法中，不正确的是（）
A．硅是非金属元素，晶体硅是灰黑色有金属光泽的固体
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应
6.如图所示物质的转化关系中，A是一种固体单质，E是一种白色沉淀。
请回答下列问题：
（1）B的化学式是__________，目前B已被用作________的主要原料。
（2）B和a溶液反应的离子方程式是__________________________________________。
（3）A和a溶液反应的离子方程式是_________________________________________。
（4）C和过量的盐酸反应的离子方程式是______________________________________。
题组四实验探究
7．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。
通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅（含铁、铝、硼、磷等杂质），粗硅与氯气反应生成四氯化硅（反应温度450～500℃），四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。
以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。
相关信息如下：
a．四氯化硅遇水极易水解；
b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；
c．有关物质的物理常数见下表：
物质
SiCl4
BCl3
AlCl3
FeCl3
PCl5
沸点/℃
57.7
12.8
－
315
－
熔点/℃
－70.0
－107.2
－
－
－
升华温度/℃
－
－
180
300
162
请回答下列问题：
（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：
___________________________________
________________________________________________________________________。
（2）装置A中g管的作用是____________；装置C中的试剂是__________；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏（类似多次蒸馏）得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是________（填写元素符号）。
（4）为了分析残留物中铁元素的含量，先将残留物预处理，使铁元素还原成Fe2＋，再用KMnO4标准溶液在酸性条件下进行氧化还原滴定，反应的离子方程式为5Fe2＋＋MnO
＋8H＋===5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O。
①滴定前是否要滴加指示剂？
________（填“是”或“否”），请说明理由：
________________________________________________________________________。
②某同学称取5.000g残留物，经预处理后在容量瓶中配制成100mL溶液，移取25.00mL试样溶液，用1.000×10－2mol·L－1KMnO4标准溶液滴定。
达到滴定终点时，消耗标准溶液20.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是________。
学案18无机非金属材料的主角——硅
【课前准备区】
知识点一
1．
（1）游离化合金刚石石墨C60
（2）二氧化合氧晶体无定半导体半导体芯片集成电路太阳电光电池
2．
（1）不还原
②b.C＋H2O（g）
CO＋H2
c．C＋2H2SO4（浓）
CO2↑＋2SO2↑＋2H2O
（2）F2HF强碱
①Si＋2OH－＋H2O===SiO
＋2H2↑
②Si＋O2
SiO2；Si＋2Cl2
SiCl4
知识点二
1.
分子式
CO
CO2
工业制法
（原理）
水煤气：
C＋H2O（g）
CO＋H2
CaCO3
CaO＋CO2↑
化学性质
①可燃性：
2CO＋O2
2CO2
②还原性（如还原Fe2O3）：
3CO＋Fe2O3
2Fe＋3CO2
①具备酸性氧化物的通性
②与Na2O2反应：
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
毒性
剧毒，能与人体内血红蛋白结合，使人体因缺氧而中毒
无毒，是造成温室效应的主要气体
2.
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学式
SiO2
CO2
主要物理
性质
硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水
熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水
化学性质
①与水反应
不反应
CO2＋H2O
H2CO3
②与酸反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
不反应
③与碱反应
SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；盛碱液的试剂瓶用橡胶塞
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O或CO2＋NaOH===NaHCO3
④与盐反应
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑；SiO2的难挥发性
Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO；CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应
SiO2＋CaO
CaSiO3
CO2＋CaO
CaCO3
知识点三
1．不弱不能
（1）H2SiO3
SiO2＋H2O
（2）H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O
（3）干燥剂
2．
（1）水玻璃
（2）①碱②Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓
Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
3．
（1）由硅、氧和金属元素组成的化合物
（2）Na2O·SiO2K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
4．
（1）①纯碱、石灰石、石英②Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑、CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑
③Na2SiO3CaSiO3SiO2
（2）①石灰石黏土
②硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）
问题思考
1．①Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑
②Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
2．由于玻璃中含有SiO2，能与碱反应生成具有粘性的物质，将瓶塞和瓶子粘在一起打不开。
3．不是，因为SiO2与HF反应生成的不是盐和水。
4．反应①是离子反应，实质是H2CO3电离出的H＋被SiO2－3结合生成H2SiO3，说明H2CO3的电离性强于H2SiO3，即酸性H2CO3>H2SiO3；而反应②是高温下的非离子反应，它之所以能发生是因为CO2气体离开了反应体系，其中并无H2CO3和H2SiO3两种物质，更谈不上二者酸性的比较。
5．由于硅酸盐的组成与结构很复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示方法，采用了氧化物法。
实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的，而是以结构复杂的盐的形式存在的。
【课堂活动区】
一、2C＋SiO2
Si＋2CO↑
硅可与强碱溶液反应产生H2
Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑
硅为半导体，常用于电子部件
SiO2不溶于水，不与水反应
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O
但以下反应不符合此规律Na2CO3＋SiO2
Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2
CaSiO3＋CO2↑
硅酸和原硅酸均难溶于水
常见的可溶性硅酸盐为Na2SiO3，水溶液称水玻璃、泡花碱
典例导悟
1D[根据酸盐之间复分解反应进行的方向判断酸性强弱一般是在常温湿态下适用，在高温干态下不适用，事实是碳酸酸性比硅酸强，故A项错误；CO2和SiO2的结构不同，在物理性质方面有很大的差异，故B项错误；SiO2与氢氟酸反应，不属于酸性氧化物与酸的一般反应，在此反应中SiO2没有表现碱性，故C项错误；SiO2虽属于酸性氧化物，但不能直接与H2O反应生成H2SiO3，D项正确。
]
2B[无机非金属材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类。
传统无机非金属材料是指我们常说的硅酸盐材料，包括玻璃、水泥、砖瓦、陶瓷等；新型无机非金属材料是指一些新型的具有特殊结构和特殊功能的非硅酸盐型材料。
新型无机非金属材料与传统无机非金属材料相比，具有许多优良性能，如耐高温、耐磨损、耐酸碱腐蚀、具有压电效应、具有生物功能等。
]
【课后练习区】
高考集训
1．
（1）如下图所示
（2）
仪器标号
仪器中所加物质
作用
B
饱和碳酸氢钠溶液
除去CO2中的HCl气体
C
浓硫酸
除去CO2中的水蒸气
D
干燥木炭粉
与CO2反应产生CO
E
氢氧化
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