学案412 硅酸盐和硅单质.docx

1、学案412 硅酸盐和硅单质第2课时硅酸盐和硅单质学习目标核心素养建构1.了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。2.认识硅的性质、用途和制法。3.了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。 知 识 梳 理一、硅酸盐1硅酸盐的组成和性质2最简单的硅酸盐Na2SiO33三种常见的硅酸盐产品硅酸盐产品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2CaOSiO2硅酸三钙3CaOSiO2铝酸三钙3CaOAl2O3玻璃纯碱、石灰石、石英砂玻璃窑Na2OCaO6SiO2陶瓷黏土Al2O32SiO22H2O4.特殊功能的含硅物质(1)金刚砂(SiC)具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮磨料。(2

2、)硅钢(含Si 4%)具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯。(3)硅橡胶，既耐高温又耐低温，用于制造火箭、导弹的零件。(4)人造分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)主要作吸附剂和催化剂。【自主思考】1制造玻璃时发生以下反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？为什么？提示SiO2与Na2CO3反应，是在高温下，且生成的产物是CO2气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3酸性强于H2CO3。二、硅单质1形态及结构2性质(1)物理性质色、态光泽熔点硬度质地导电性灰黑色固体金属光泽高大脆良好半导体(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能

3、与氢氟酸、强碱发生反应。Si与NaOH溶液：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。Si与氢氟酸：Si4HF=SiF42H2。3用途(1)半导体材料，如硅芯片等。(2)新型能源，如光电池等。【自主思考】2单质硅在常温下化学性质不活泼，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？提示错误。硅是一种亲氧元素，在自然界中总是与氧相互化合，以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。所以自然界中无游离态的硅存在。效 果 自 测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)硅酸钠可以改写为Na2OSiO2，故硅酸钠是混合物，含有Na2O和SiO2。()(2)硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂。()(3)硅

4、酸盐是一大类结构复杂的固态物质。()(4)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。()(5)光电池可以将光能直接转化为电能。()答案(1)(2)(3)(4)(5)2下列有关硅及其化合物的说法正确的是()ASi用途广泛，是太阳能电池和光导纤维的主要成分BSiO2是硅酸的酸酐，只能与NaOH溶液反应，不能与任何酸反应C硅酸酸性比碳酸弱，所以SiO2不能跟Na2CO3反应D绝大多数硅酸盐难溶于水，组成复杂，通常用氧化物的形式表示其组成解析A项，光导纤维的主要成分是SiO2不是Si；B项，SiO2与氢氟酸反应；C项，SiO2在高温下与Na2CO3可以反应。答案D3材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是(

5、)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光导纤维、石英二氧化硅答案A4下列关于硅、硅酸盐的说法正确的是_(填序号)。(1)硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫硅石。(2)硅的导电性介于导体与绝缘体之间。(3)硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应。(4)硅酸钠可以写成Na2OSiO2，故硅酸钠是混合物。(5)水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐材料。(6)高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维。解析(1)硅在自然界中只有化合态，没有游离态，硅主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，硅石的主要成分是SiO2，(1)不正确；(2)正确；(3)硅在常温下能与F

6、2、HF和强碱溶液反应，(3)不正确；(4)Na2SiO3属于纯净物，(4)不正确；(5)水晶的成分是SiO2，(5)不正确；(6)SiO2用于制光导纤维而不是硅。答案(2)探究一、硅及其化合物的特性和制备【探究讨论】1能与NaOH溶液反应产生H2的单质一定是金属Al吗？提示Si和Al都能与NaOH溶液反应生成H2。2如何利用二氧化硅制取纯硅？提示SiO22CSi2CO，Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。【点拨提升】1硅及其化合物特性(1)Si、SiO2都能与氢氟酸反应。(2)常见单质中能与NaOH溶液反应产生H2的有金属Al，非金属Si。(3)粗硅制备时，要隔绝空气，在电

7、炉中进行，且生成的是CO而不是CO2。(4)硅酸是不溶于水的弱酸。2硅单质的化学性质(1)在常温下，能与F2、氢氟酸和强碱溶液反应与氟气反应：Si2F2=SiF4与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2与NaOH溶液反应Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2(2)加热和高温时，能与O2、Cl2、C等反应与O2反应：SiO2SiO2与Cl2反应：Si2Cl2SiCl4与C反应：SiCSiC3硅的制备硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：(1)粗硅的制备：2CSiO2Si(粗硅)2CO(2)纯硅的制备：Si(粗硅)2Cl2SiCl4、SiCl42H2Si(纯硅)4HCl。【典题例证1】晶

8、体硅是一种重要的非金属材料。制备纯硅的主要步骤如下：高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；粗硅与干燥的HCl气体反应制得SiHCl3：Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3与过量H2在1 0001 100 反应制得纯硅。已知SiHCl3能与H2O剧烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：(1)第步制备粗硅的化学反应方程式为_。(2)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如下图所示(热源及夹持装置均已略去)：装置B中的试剂是_。装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_。反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_ _，装置D不能采用普通玻璃管的原因是_，装置D中发生反应的化学方程式为_。为保证制备纯硅实

9、验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_。解析(1)在高温条件下，用C还原SiO2生成Si和CO。(2)用Zn、稀硫酸制得的H2中会混有少量水蒸气，而SiHCl3能与H2O剧烈反应，所以要对H2进行干燥，根据装置应选择液态干燥剂浓硫酸。装置C用水浴加热SiHCl3使其汽化，和H2进入装置D反应。因为SiHCl3与H2在1 0001 100 下反应，温度很高，在此温度下普通玻璃会软化，因此不能使用普通玻璃管。SiHCl3在空气中易自燃，实验时还要注意先通一段时间H2以排尽装置中的空气。答案(1)SiO22CSi2CO(2)浓硫酸使滴入烧瓶中的SiHCl3汽化有固体物质生成

10、在此反应温度下，普通玻璃会软化SiHCl3H2Si3HCl排尽装置中的空气【学以致用1】下列关于硅的说法中，错误的是()A硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体B单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应D加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应解析硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼，常温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。答案C探究二、硅酸盐的组成和

11、性质【探究讨论】1思考：硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？提示不可以。硅酸盐结构复杂，只是用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示，并不是它们的混合物。2请结合硅酸盐的性质，分析在实验室里如何保存Na2SiO3溶液？如果敞口放置一段时间，溶液会出现什么现象？提示由于Na2SiO3溶液能与空气中的CO2反应而变质，故Na2SiO3要密封保存，并放在带橡胶塞的玻璃瓶中。化学方程式为Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SO3(胶体)，所以，敞口放置的Na2SiO3溶液会出现白色胶状沉淀。【点拨提升】硅酸盐的氧化物形式的改写硅酸盐由于组成比较复

12、杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：例如：钠长石NaAlSi3O8不能写成Na2OAl2O33SiO2，应写成Na2OAl2O36SiO2。【典题例证2】矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O82H2CO35H2O=2K2HCO4H2SiO3Al2Si2O5(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式。KAlSi3O8_；Al2Si2O5(OH)4_；(2)上述反应能够发生的原因是_。

13、解析(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，只需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“”将它们合并起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成比。在某种(或几种)氧化物前加合适的系数。KAlSi3O8：K2OAl2O36SiO2；Al2Si2O5(OH)4：Al2O32SiO22H2O。(2)分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，是由于酸性：H2CO3H2SiO3，发生了较强的酸制取较弱的酸的反应。答案(1)K2OAl2O36SiO2Al2O32SiO22H2O(2)较强的酸能制取较弱的酸【学以致用2】下列有关叙述中正确的是()A大部分硅酸盐都难溶于水，Na2SiO3是常

14、见的可溶性硅酸盐，其水溶液俗称水玻璃，可用作建筑黏合剂BH2SiO3既可由SiO2溶于水制得，也可由Na2SiO3和其他酸(如盐酸)反应制得C制普通玻璃、普通水泥时都用到了石灰石和黏土D石棉Mg3Ca(SiO3)4可表示为氧化物组合的形式：3MgOCaO4SiO2解析B项SiO2与水不反应也不溶于水，故错误；C项制玻璃的原料为纯碱、石灰石和石英砂，没有黏土，故错误；D项由于Ca比Mg活泼，故应写为CaO3MgO4SiO2，故错误。答案A1有关硅元素的下列叙述中正确的是()A硅与任何酸都不反应B硅元素是构成矿物岩石的主要成分之一，其化合态几乎全部是氧化物和硅酸盐C硅的性质很稳定，能以游离态形式存

15、在于自然界中D常温时硅不与任何物质反应解析硅是亲氧元素，在自然界中全以化合态形式存在，主要是氧化物和硅酸盐的形式，B对，C错误；常温时，硅能与氟气、氢氟酸、氢氧化钠溶液等发生反应，A、D都错误。答案B2单晶硅是制作电子集成电路的基础材料，其功能远比我们想象的要大得多，这对硅的纯度要求很高。用化学方法可制得高纯度硅，其化学方程式为：()SiO22CSi2COSi2Cl2SiCl4SiCl42H2Si4HCl。下列对上述三个反应的叙述中，错误的是()A为置换反应B为化合反应C均为氧化还原反应D三个反应的反应物中硅元素均被还原解析反应中硅元素被还原，反应中硅元素被氧化，D错误。答案D3用氧化物的形式

16、表示硅酸盐的组成，其中正确的是()A钙沸石CaAl2Si3O103H2O表示为Al2O3CaO3SiO23H2OB镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgOSiO2C钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O2H2O3Al2O36SiO2D滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO4SiO2H2O解析根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学计量数出现了；C中正确的写法应为K2O3Al2O36SiO22H2O；D的写法完全符合要求。答案D4硅被誉为无机非金属材料的主角。下列有关说法正确的是()A硅在地壳中含量居第二位，在地球上有丰富的硅资源，如石英、

17、水晶、玛瑙的主要成分都是单质硅B在野外，用硅、烧碱的混合物可以制取氢气C硅的性质稳定，不与任何酸反应D硅是一种良好的半导体材料，所以是制造光导纤维的基本原料解析A项，石英、水晶、玛瑙的主要成分为SiO2，错误；C项，硅可与氢氟酸反应，错误；D项，制造光导纤维的基本原料为SiO2，错误。答案B5硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。(1)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为_ _，工艺师常用_(填物质名称)来雕刻玻璃。(2)用Na2SiO3溶液浸泡过的棉花不易燃烧，体现Na2SiO3的用途可作_的原料。(3)工业上常用2CSiO2Si2CO制备硅单质，该反应中有元素化合价升高的物质是_(填化学式，下同)，氧化剂是_。解析(1)SiO2能与NaOH溶液发生反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；氢氟酸能与SiO2发生反应SiO24HF=SiF42H2O，故常用来雕刻玻璃。(2)Na2SiO3的水溶液可用作防火材料。(3)反应2CSiO2Si2CO中，碳元素化合价升高，硅元素化合价降低，故单质碳作还原剂，SiO2作氧化剂。答案(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O氢氟酸(2)防火剂(3)CSiO2