课堂新坐标学年高中化学苏教版必修一+教师备课专题三+第三单元+含硅矿物与信息材料.docx

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课堂新坐标学年高中化学苏教版必修一+教师备课专题三+第三单元+含硅矿物与信息材料

第三单元

含硅矿物与信息材料

（教师用书独具）

●课标要求

通过实验了解硅及其重要化合物的主要性质，认识在生产中的应用和对生态环境的影响。

●课标解读

1.了解硅、SiO2在信息技术上的应用。

2．了解硅、SiO2、硅酸及其盐的主要性质和应用。

●教学地位

硅是重要的半导体材料，二氧化硅是制造光导纤维的主要原料，硅胶是重要的干燥剂和载体，因此硅及其化合物的性质和应用非常重要，也是近几年高考特别关注的内容。

（教师用书独具）

●新课导入建议

在我们日常生活中涉及的岩石、沙子、水晶饰物、玛瑙工艺品、玻璃、水泥、陶瓷等物质中，其中含有的同一元素，主要物质组成及其性质，你知道吗？

今天我们来探讨这些物质的性质及其应用。

●教学流程设计

【课前预习安排】：

建议课前用18分钟预习完成【课前自主导学】和“思考交流”⇒步骤1：

新课导入，分析教学地位⇒步骤2：

对“思考交流1”指出碳酸比硅酸酸性强，且难溶。

对“思考交流2”让学生知道不用玻璃塞的反应原理。

⇒步骤3：

对“探究1”要让学生通过CO2和SiO2性质的比较，清楚CO2和SiO2的相似性和各自特性。

然后让学生完成“例1”和“变式训练1”，最后教师提问、点评、纠错。

⇓

步骤6：

6分钟完成“当堂双基达标”，然后教师提问、点评、纠错。

⇐步骤5：

回顾课堂所讲内容，点评归纳“课堂小结”。

⇐步骤4：

对“探究2”要引导学生师生共同讨论硅及其化合物的性质和转化。

然后结合“例2”和“变式训练2”体会硅及其化合物的性质并给予掌握。

对“教师备课资源”教师可以熟悉。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.了解硅酸、盐及其硅酸盐产品。

2.了解SiO2、Si的性质和信息材料应用

1.硅酸盐产品的生产。

（重点）

2.SiO2、Si的主要性质及应用。

（重难点）

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

1.硅酸盐矿物

（1）硅酸钠

Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，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。

（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。

说明：

书写方法与原则

①氧化物的书写顺序：

活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物：

SiO2·H2O；

②氧化物的化学式之间用“·”隔开；

③氧化物前化学计量数的配置原则：

化学计量数配置出现分数时，应把分数化为整数，其余氧化物前的化学计量数要做相应的改变。

2．硅酸盐产品

（1）水泥

①原料：

黏土、石灰石。

②主要设备：

水泥回转窑。

③反应流程：

原料

水泥。

（2）玻璃

①原料：

石灰石、纯碱、石英。

②主要设备：

玻璃熔炉。

③反应条件：

高温。

④主要成分：

Na2O·CaO·6SiO2。

（3）陶瓷

我国古代人民掌握的制陶技术是人类最早进行的硅酸盐加工工艺。

（4）分子筛

①组成：

铝硅酸盐，如Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O等。

②应用

（ⅰ）分离、提纯气体或液体混合物。

（ⅱ）作干燥剂、催化剂及催化剂的载体等。

1．已知H2SiO3是一种比H2CO3酸性弱且难溶的酸，则向Na2SiO3溶液中通入CO2，有什么现象？

【提示】　变浑浊或有白色沉淀。

二氧化硅和信息材料

1.二氧化硅（SiO2）

（1）性质

SiO2存在于沙子、石英、水晶、硅藻土中，熔沸点很高，硬度很大，不溶于水。

SiO2酸性

氧化物

SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

（2）用途

制取单质硅、制作光学镜片、石英坩埚和光导纤维、生产玻璃，用作建筑材料、耐磨材料等。

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

2．盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶能不能用玻璃塞？

为什么？

【提示】　不能，玻璃中的SiO2与NaOH反应生成黏合剂Na2SiO3，可能将塞子黏结。

二氧化硅和二氧化碳的比较

【问题导思】　

①CO2和SiO2均是酸性氧化物，有哪些共性？

【提示】　均可以与碱性氧化物（如CaO、Na2O等）、碱（如NaOH、KOH等）反应

②SiO2作为酸性氧化物有什么特性？

【提示】　SiO2可与氢氟酸反应。

二氧化碳

二氧化硅

物理性质

熔、沸点低，常温

时是气体，微溶于水

坚硬难熔的固体，不溶于水

化

学

性

质

与碳

CO2＋C

2CO

SiO2＋2C

Si＋2CO↑

与水

CO2＋H2O

H2CO3

不反应

与酸

不反应

除氢氟酸外不反应

与NaOH

溶液

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

与CaO

CO2＋CaO===

CaCO3

SiO2＋CaO

CaSiO3

H2CO3和H2SiO3比较

1．酸性H2CO3＞H2SiO3

2．溶解性：

H2CO3溶于水，H2SiO3不溶于水

3．稳定性：

H2CO3＜H2SiO3，

H2CO3△,H2O＋CO2↑

H2SiO3

H2O＋SiO2

　下列说法或方程式正确的是（　　）

A．碳和硅都是非金属元素，原子结构相似，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性质相似

B．二氧化硅既溶于氢氧化钠溶液又溶于氢氟酸，所以二氧化硅属于两性氧化物

C．二氧化碳和二氧化硅均属于酸性氧化物，均与H2O反应生成相应的酸

D．向Na2SiO3溶液中通入CO2发生的离子方程式为SiO

＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO

【解析】　A项，SiO2和CO2的结构不同，物理性质差别很大，B项，SiO2只能与氢氟酸反应，与其他酸不反应且反应生成的不是盐和水，不属于两性氧化物；C项，SiO2与H2O不反应；D项，H2CO3酸性比H2SiO3强，根据强酸可以制弱酸原理，D正确。

【答案】　D

1．SiO2不是两性氧化物，但可以与酸碱反应。

2．H2SiO3是难溶于水的酸。

3．SiO2与CO2的结构不同，物理性质不同。

1．下列说法不正确的是（　　）

A．SiO2是酸性氧化物，它不与任何酸反应

B．CO2和SiO2均与碱反应生成盐和水

C．硅的化学性质不活泼，常温下与氧气、氯气、浓硫酸、硝酸等强氧化剂均不反应

D．SiO2和CO2在物理性质上有很大差别

【解析】　SiO2可与氢氟酸反应。

【答案】　A

硅及其化合物的主要性质和转化关系

【问题导思】　

①SiO2作原料，如何制备H2SiO3？

写出转化关系。

【提示】　SiO2

Na2SiO3

H2SiO3

②通过什么反应说明酸性H2CO3比H2SiO3强？

写出化学方程式。

【提示】　CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓

说明：

与NaOH溶液反应生成H2的两种单质为Al和Si，其反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑

Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑

　根据右图所示A、B、D、E的变化关系，其中

A、B在信息技术上应用广泛。

回答下列问题：

（1）写出A、D的名称：

A________，D________。

（2）写出B→A的化学方程式：

_________________。

（3）写出下列反应的离子方程式：

A→E：

________________________；

B→E：

______________________。

【解析】　根据A、B在信息技术上应用广泛，再由图示分析，A与O2反应生成B，而B与碳在高温下反应生成A，可推知A是单质，B是氧化物。

而A、B均能与NaOH溶液反应，结合A、B的用途，应确认A是硅，B是二氧化硅，则E是硅酸钠，D是硅酸。

【答案】　

（1）硅　硅酸　

（2）SiO2＋2C

Si＋2CO↑　（3）Si＋2OH－＋H2O===SiO

＋2H2↑　SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O

2．下列变化不可能通过一步反应实现的是（　　）

A．Si→SiF4　　　　　

B．Si→SiO2

C．SiO2→H2SiO3

D．CuSO4→CuCl2

【解析】　SiO2与H2O不反应，不能直接转化为H2SiO3。

【答案】　C

【教师备课资源】

硅及其化合物的“反常”性质

1．碳、硅是同主族的两种非金属元素，碳位于硅的上一周期，二者应具有类似的性质，但硅及其化合物有许多“反常”的性质，与碳及其化合物有较大的差别。

2．碳元素的主要化合价是“＋2”、“＋4”价，而硅通常表现为“＋4”价。

3．非金属单质一般为非导体，但硅却为半导体。

4．在通常情况下，硅的化学性质不活泼，但在自然界里却没有单质硅存在。

5．酸性氧化物一般不与酸反应，但二氧化硅却能与氢氟酸反应，生成四氟化硅和水，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，雕花玻璃就是利于该反应原理在玻璃上进行蚀刻制得的。

6．非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，但硅与强碱溶液反应却生成氢气。

Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑

7．SiO2不溶于水，但其是硅酸的酸酐，因此硅酸不能用SiO2直接与水反应制得，只能采用可溶性硅酸盐与酸作用生成，如Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

8．CO2通常状况下是气体，SiO2却是立体网状结构的固体，因此二者的物理性质相差很大。

9．HCl、H2CO3等无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。

10．在水溶液中，碳酸的酸性比硅酸强，因此二氧化碳能与硅酸钠反应生成碳酸钠和硅酸沉淀：

CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，但在高温下碳酸钠与二氧化硅却能反应生成硅酸钠和二氧化碳，SiO2＋Na2CO3

Na2SiO3＋CO2↑，其原因是在高温条件下生成的二氧化碳离开反应体系而使反应进行到底。

11．硅酸钠的水溶液俗称“泡花碱”或“水玻璃”，但它与玻璃的成分不同，其本身是盐溶液，不是碱溶液。

硅酸盐

二氧化硅

（与CO2相比）

信息材料

1．关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是（　　）

A．它是一种矿物胶，既不能燃烧，也不受腐蚀

B．可作建筑工业上的黏合剂、耐酸水泥掺料

C．木材、纺织物浸过水玻璃后，具有防腐性能且防火

D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质

【解析】　水玻璃是矿物胶，可作黏合剂、防腐剂、耐火材料等，显碱性，可作耐酸水泥掺料，但其易与空气中的CO2反应而变质，D不正确。

【答案】　D

2．下列说法中不正确的是（　　）

A．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅

B．水泥、普通玻璃都是混合物

C．生产水泥和玻璃都必须用石灰石

D．用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器

【解析】　A项中，硅酸盐工业是以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品，并不是每一种原料都含硅；B项中，水泥和普通玻璃都是硅酸盐产品，是混合物；C项中，石灰石是玻璃及水泥生产的主要原料；D项中，石英玻璃具有膨胀系数小、纯度高、强度大等优点，常被用来制造耐高温的化学仪器。

【答案】　A

3．下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是（　　）

A．＋4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应

B．单质在加热时都能与氧气反应

C．氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．最外层电子数均为4

【解析】　碳和硅的＋4价氧化物分别为CO2和SiO2，均能与氢氧化钠溶液反应：

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；碳和硅单质在加热的条件下都能与氧气反应，分别生成CO2和SiO2；CO2能溶于水生成碳酸H2CO3，SiO2的化学性质不活泼，不溶于水也不跟水反应，C错；C、Si的原子结构示意图分别为

【答案】　C

4．（2012·北京市朝阳区高一期末）下列物质的用途叙述不正确的是（　　）

A．硅是制造光导纤维的材料

B．硅是制造太阳能电池的常用材料

C．二氧化硅是制取粗硅的原料

D．水玻璃可用作木材防火剂

【解析】　制造光导纤维的原料是二氧化硅。

【答案】　A

5．（2012·扬州高一期末）几种含硅的物质之间相互转化关系如下图所示：

（1）试判断并写出下列物质的化学式：

A________，B________，C__________，D_______，

E________。

（2）写出下列反应的化学方程式：

①B→A_____________________________；

②B→D___________________________。

（3）写出下列反应的离子方程式：

①C→D______________________________；

②C→E_________________________________。

【解析】　框图推断要分析框图关系，抓题中题眼，本题中“B与碳混合强热得A”是题眼。

据Si及其化合物的性质得出：

B为SiO2，A为Si，进而解题。

【答案】　

（1）Si　SiO2　Na2SiO3　CaSiO3　H2SiO3

（2）①SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑

②SiO2＋CaO高温,CaSiO3

（3）①SiO

＋Ca2＋===CaSiO3↓

②SiO

＋CO2＋H2O===CO

＋H2SiO3↓

1．硅是带来人类文明的重要元素之一，它伴随着人类历史发展的脚步，在从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。

下列有关硅及其化合物的说法正确的是（　　）

A．自然界中存在硅晶体，它是电子工业中重要的半导体材料

B．砖瓦、水泥、石英都是硅酸盐产品

C．制造普通玻璃的主要原料是黏土和石灰石

D．二氧化硅可制成光导纤维，也可制成光学镜片

【解析】　本题主要考查硅及其化合物的性质。

自然界中没有游离态的硅，因此A选项错误；石英为SiO2，不属于硅酸盐产品，因此，B选项错误；制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英，因此，C选项错误；二氧化硅是光导纤维的主要原料，同时也具有透光性，故可制成光学镜片，选项D正确。

【答案】　D

2．（2012·宁波市高一期末）下列说法中，错误的是（　　）

A．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的

B．二氧化硅溶于水生成硅酸

C．NaOH溶液不能存放在磨口玻璃塞的试剂瓶中

D．二氧化硅是一种熔沸点很高、硬度很大的氧化物

【解析】　SiO2不溶于水。

【答案】　B

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·Al2O3·3SiO2·3H2O

B．镁橄榄石Mg2SiO4表示为2MgO·3SiO2

C．正长石KAlSi3O8表示为K2O·Al2O3·6SiO2

D．高岭石Al2（Si2O5）（OH）4表示为Al2O3·2SiO2·2H2O

【解析】　Mg2SiO4应表示为2MgO·SiO2。

【答案】　B

4．（2012·江苏省盐城中学高一期期末）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

【解析】　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。

【答案】　C

5．下列离子方程式书写不正确的是（　　）

A．大理石与盐酸反应：

CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O

B．向“水玻璃”中加入稀硫酸：

Na2SiO3＋2H＋===H2SiO3↓＋2Na＋

C．硅酸酐与苛性钠溶液反应：

SiO2＋2OH－===SiO

＋H2O

D．澄清石灰水中通入过量的CO2气体：

CO2＋OH－===HCO

【解析】　A是正确的；B中Na2SiO3是溶于水的盐，是强电解质，在水溶液中全部电离，所以应写成离子的形式，B错；C中SiO2是难溶于水的物质，苛性钠溶液是强电解质溶液，所以写成离子形式是正确的；D实际上是CO2＋Ca（OH）2===CaCO3↓＋H2O和CO2＋CaCO3＋H2O===Ca（HCO3）2两个方程式叠加得到的化学方程式：

2CO2＋Ca（OH）2===Ca（HCO3）2，然后将化学方程式改写成离子方程式即是D。

【答案】　B

6．（2012·镇江期末）下列说法正确的是（　　）

A．二氧化硅广泛应用于光纤通讯

B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品

C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品

D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

【解析】　B项，工艺师利用HF刻蚀石英制作艺术品；C项，水晶项链的成分是SiO2，餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品，D项，粗硅制备单晶硅先用Cl2氧化粗硅，再用H2还原SiCl4，这两个反应都是氧化还原反应。

【答案】　A

7．能证明碳酸比硅酸的酸性强的事实是（　　）

A．CO2在通常状况下是气体，而SiO2是固体

B．高温下能发生反应：

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑

C．CO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水

D．CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成

【解析】　D中，反应的化学方程式为：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，符合强酸制弱酸的规律，可证实碳酸比硅酸酸性强；A是CO2和SiO2状态的比较，C中是CO2和SiO2溶解性的对比，都不能证明碳酸的酸性比硅酸强；B中的反应可以说明高温下硅酸盐比碳酸盐稳定，但不能证实碳酸比硅酸的酸性强。

【答案】　D

8．下列物质在一定条件下能与SiO2起反应的是（　　）

①浓硝酸；②H2O；③盐酸；④氢氟酸；⑤KOH溶液

A．①②　　　B．②④　　　C．④⑤　　　D．③④

【解析】　SiO2与H2O、一般酸不反应，与氢氟酸、强碱反应。

【答案】　C

9．吸入石棉纤维者易患肺癌。

已知石棉是硅酸盐矿物，某种石棉的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22（OH）2，x、y的值分别为（　　）

A．8,3B．5,8C．3,8D．5,5

【解析】　根据化合价规则可知

2×2＋2x＋4y＋2＝22×2＋2×2

x＋2y＝21代入选项可得。

【答案】　B

10．石英沙（主要成分为SiO2）是一种工业原料，其中混有少量CaCO3，除去其中CaCO3，应采用的方法（　　）

A．用水溶解后过滤分离

B．用NaOH溶液溶解后过滤分离

C．用酒精灯加热

D．用稀盐酸溶解后过滤分离

【解析】　CaCO3易溶于盐酸，不溶于NaOH溶液，且分解温度很高，酒精灯不能达到分解温度。

【答案】　D

11．（2012·徐州高一期末）为确认下面三种酸的酸性强弱：

HCl＞H2CO3＞H2SiO3，某同学设计了如图所示的装置，通过一次实验即可达到目的。

请回答下列问题：

（1）锥形瓶中装有某可溶性正盐溶液，该盐在分类上属于________（填“碳酸盐”、“硫酸盐”或“硅酸盐”）。

（2）装置B中所盛的试剂为饱和NaHCO3溶液，其作用是__________________________________________________________。

（3）装置C中所盛的试剂是________（填“NaCl”、“Na2CO3”或“Na2SiO3”）溶液，C中反应的离子方程式是_________________________________________________

__________________________________________________________。

【解析】　要证明酸性强弱：

HCl＞H2CO3＞H2SiO3，可依据原理“较强酸＋较弱酸盐→较弱酸＋较强酸盐”设计实验，则锥形瓶中应放入碳酸盐，C中应放入Na2SiO3，盐酸与碳酸盐反应生成CO2，CO2通入Na2SiO3溶液产生白色胶状沉淀（H2SiO3），则证明了三者酸性强弱；因为盐酸具有挥发性，A中产生的气体CO2中会混有少量HCl气体，可通过饱和NaHCO3溶液除去，排除干扰。

【答案】　

（1）碳酸盐

（2）除去CO2中的HCl气体

（3）Na2SiO3　SiO

＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO

（或SiO

＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2HCO

）

12．（2012·厦门市高一测试）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）○＋14

　＋4　

（2）SiO2　SiO2＋2C

Si＋2CO↑

（3）CaSiO3　Na2SiO3

13．如何除去下列各粉末状混合物中的杂质（括号内为杂质），请选用下面提供的试剂和操作，将标号填在表内。

试剂：

A.盐酸，B.烧碱溶液，C.氧气，D.水，E.CO2，F.不用其他试剂。

操作：

①加热，②加热熔融，③过滤，④结晶。

含杂质的物质

所加试剂

主要操作

（1）Na2CO3（NaHCO3）

（2）SiO2（CaCO3）

（3）SiO2（Si）

（4）NaCl（SiO2）

【解析】　

（1）除去Na2CO3中的NaHCO3可用加热法：

2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O。

（2）除去SiO2中的CaCO3可用盐酸溶解：

CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，然后再过滤。

（3）除去SiO2中的Si可用加热法：

Si＋O2

SiO2。

（4）除去NaCl中的SiO2可用过滤、结晶法。

因为NaCl溶于水而SiO2不溶于水。

【答案】　

（1）F　①　

（2）A　③　（3）C　①　（4）D　③④

14．氯碱工业中，通过电解饱和食盐水获得重要的化工原料。

其中氯气用途十分广泛，除用于净水、环境消毒外，还用于生产盐酸、聚氯乙烯、氯苯等。

氯气用于生产半导体材料硅的流程如下：

石英沙

粗硅

四氯化硅

纯硅

①石英沙的主要成分是________，在制备粗硅时，焦炭的作用是________。

②粗硅与氯气反应后得到的液态四氯化硅中常混有一些杂质，必须进行分离提纯，其提纯方法为________。

③由四氯化硅得到高纯硅的化学方程式为__________________________________________