人教版 (新课标)必修1第一节 无机非金属材料的主角--硅教案及反思

课时2　硅酸盐和硅单质

目标与素养：1.了解硅酸盐的组成和性质及应用；知道硅的性质和用途。(宏观辨识与变化观念)2.了解无机非金属材料的生产及用途。(宏观辨识与社会责任)

一、硅酸盐

1．概念

由硅、氧和金属组成的化合物的总称。

2．组成的表示

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如：硅酸钠(Na2SiO3)：Na2O·SiO2。

3．最简单的硅酸盐——Na2SiO3

二、硅酸盐产品——无机非金属材料

三、其他含硅物质

1．SiC：俗称金刚砂，类似金刚石的结构和性能。

2．含4%硅的硅钢具有导磁性，用作变压器铁芯。

3．硅橡胶：既耐高温又耐低温。

4．人造分子筛：作吸附剂和催化剂。

四、硅单质

1．形态和结构

2．单质硅的性质

(1)物理性质

①晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。

②导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

(2)化学性质：常温下化学性质稳定，除氢氟酸和强碱外，不与其他物质发生反应。

Si与氢氟酸、NaOH溶液发生反应的化学方程式分别为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

3．重要用途

(1)半导体材料，如硅芯片等。

(2)新型能源，如光电池等。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2，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。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√

2．下列有关普通玻璃的说法不正确的是    (　　)

A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英砂

B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

[答案]　B

3．举例说明晶体硅的用途有                                                      

                                                     。

[答案]　半导体材料，用于制硅芯片等；新型能源，用于制硅光电池等(合理即可)

硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的方法为：

(1)方法：找出组成元素；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。

(2)氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。氧化物之间用“·”隔开。

(3)氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。

例如：钠长石(NaAlSi3O8)不能写成Na2O·Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。

1．用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是(　　)

A．钙沸石[CaAl2Si3O10·3H2O]表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O

B．镁橄榄石(Mg2SiO4)表示为MgO·SiO2

C．钾云母(K2Al6Si6H4O24)表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2　

D．滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O

[答案]　D

2．和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐。某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述中正确的是(　　)

A．将该和田玉的化学式改写成氧化物的形式表示如下：2CaO·3MgO·Fe2O3·8SiO2·H2O

B．该和田玉能抵抗任何酸或碱的腐蚀

C．该和田玉中Fe的化合价为＋2价

D．该和田玉是由5种氧化物组成的混合物

C　[根据化合价规则，Fe为＋2价，不是＋3价，A错、C正确；该玉可能溶于某些酸或碱，B错；该玉中不含有氧化物，只是盐的一种表示法，D错。]

1.硅及其化合物的转化关系

2．硅的制备与提纯

SiO2Si(粗)SiCl4Si(纯)。

3．下图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。其中，B是一种单质，其余物质也都是含B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去)。请填写空白：

(1)A、D、E的化学式分别为          、          、        。　

(2)A和B的相互转化在工业上有什么实际意义？

                                                     。

(3)写出D→C反应的化学方程式：                         。

(4)写出E→D反应的化学方程式：                         。

 [解析]　本题的突破口是：“B是一种单质”，“B的结构类似金刚石”。据此，容易推断出B是晶体硅。硅与氯气在加热条件下生成SiCl4，因此，A为SiCl4，SiCl4可以被氢气还原得纯净的硅。根据D为B的氧化物且能转化成B(Si)，可知D为SiO2，由此可知其他答案。

[答案]　(1)SiCl4　SiO2　H2SiO3

(2)粗硅提纯

(3)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

(4)H2SiO3SiO2＋H2O

C、Si及其化合物的特性及应用

(1)一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石熔、沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质。

(2)一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。

(3)Si的还原性大于C，但单质C在高温下能从SiO2中还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。

(4)非金属单质与碱反应一般既作氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

(5)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

(6)SiO2为酸性氧化物，但与氢氟酸反应。

(7)酸性H2CO3强于H2SiO3，但可以发生反应SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑。

1．下列说法正确的是    (　　)

A．硅、二氧化硅都能与NaOH溶液反应放出氢气

B．泡花碱的主要成分不属于硅酸盐

C．可用H2在高温下还原SiCl4的方法制取硅

D．硅的性质较稳定，不会与氯气、氧气反应   

C　[A项，SiO2与NaOH反应不生成H2；B项，泡花碱为Na2SiO3，属于硅酸盐；D项，Si与Cl2、O2可以反应。]

2．下列有关硅酸盐的说法中正确的是    (　　)

A．硅酸盐中的阴离子都是SiO

B．硅酸盐都难溶于水

C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的

D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂

D　[A项，硅酸盐是一类复杂的化合物，其中阴离子不一定全是SiO；B项，Na2SiO3可溶于水；C项，硅酸盐可用氧化物表示，但不是由氧化物组成的。]

3．我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是 (　　)

A．晶体硅和金刚石的结构相似

B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应

C．晶体硅是一种良好的半导体材料，可以用H2还原SiO2制备

D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料

A　[B项，Si可以与NaOH溶液、HF、O2等反应；C项，H2不能还原SiO2；D项，晶体硅不是金属材料。]

4．下列有关硅的说法不正确的是(　　)

A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料

C．单质硅常用作光电池和光导纤维

D．加热到一定程度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应

C　[单质硅不能用于光导纤维。]

5．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的用途为可作        的原料。

(3)工业上常用2C＋SiO2Si＋2CO↑制备粗硅，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与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。由于SiO2能溶于氢氟酸，因此工艺师常用氢氟酸来雕刻玻璃。

(2)Na2SiO3的水溶液又称“水玻璃”，它具有阻燃的功能，因此可作防火剂。

(3)反应中C被氧化，SiO2被还原，因此SiO2作氧化剂。

[答案]　(1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　氢氟酸

(2)防火剂　(3)C　SiO2