资源简介

无机非金属材料的主角—硅
第一课时
课标要求
1、 能说出二氧化硅的主要物理性质,知道二氧化硅的主要化学性质。
3、 能了解硅酸的制取和性质。
4、指导学生搜集并观察身边及生活环境中的石英、砂石、水晶、各种含硅矿物、粘土等实物，分析比较其性状（硬度、色泽）等物理性质的异同，训练学生的观察能力。
重点难点
二氧化硅的主要化学性质和结构
学习过程
知识梳理
在地壳里，硅的含量在所有元素中居第次于氧全部以＿＿＿＿＿ 态存在。硅元素位于元素周期表中的第＿＿＿周期，族：＿＿其原子结构示意图：＿＿＿＿＿。
一、二氧化硅及硅酸
硅是一种 元素，主要以 及 形式存在。
1、二氧化硅
（1）SiO2是硅最重要的 ，约占地壳的 ，存在状态有 和 两类，统称 。 晶体是结晶的二氧化硅，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 。
（2）SiO2的结构
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4个O原子形成4个共价键，每1个O原子与两个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。SiO2是网状结构。
（3）物理性质
SiO2是一种 、 的固体， 溶于水。
（4）化学性质
1、酸性氧化物
SiO2+2NaOH=
SiO2+CaO===
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、特殊性
SiO2＋ HF＝
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。
3、弱氧化性
SiO2 + C ===
（5）用途：
2、硅酸
（1）硅酸是一种比碳酸还要 的酸，溶解度 ，硅酸是通过可溶性
与其他酸反应制得。
（2）制备：
[小组讨论]实睑4—1
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
硅胶 ，吸附 能力强。常用作实验室、 、
的 。也可做 。
典例剖析
【例1】　下列表述正确的是(　　)
人造刚玉熔点很高，可用作高级耐火材料，主要成分是二氧化硅
②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐,
③提前建成的三峡大坝使用了大量水泥，水泥是硅酸盐材料,
④夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛,
⑤太阳能电池可采用硅材料制作，其应用有利于环保、节能
A.①②③ B.②④ C.③④⑤　 D.③⑤
解析　本题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解决身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为Al2O3，①错；玛瑙的主要成分是SiO2；③水泥主要成分是硅酸盐，正确；④变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质AgBr等，并加入极少光敏化剂如CuO等制成，故④错。
答案　D
【例2】能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是(　　)
A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能跟水直接反应生成硅酸
B．在高温条件下，SiO2和Na2CO3能发生反应：SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑
C．SiO2熔点比CO2高
D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶
解析：选D。B项是在固体反应中难挥发性(高沸点)物质制取易挥发性(低沸点)物质，它是利用两者共熔时生成易挥发的CO2使反应发生；D项是较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应生成较强酸的盐和较弱酸的复分解反应，这是该类复分解反应发生的条件之一；A项是二者的水溶性，不能证明碳酸的酸性比硅酸强，C项是二者的熔点，也不能证明碳酸的酸性比硅酸强。
【例3】在一定条件下，既能跟二氧化碳反应，又能跟二氧化硅反应的是(　　)
A．Na2CO3溶液 B．浓H2SO4 C．NaOH溶液 D．木炭
解析：选CD。
因CO2及SiO2均为酸性氧化物，故都可与强碱反应生成相应的盐。
如SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O。
这两种氧化物也均可与木炭发生反应：
C＋CO22CO；
2C＋SiO2Si＋2CO↑。
课时作业
1．下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是 (　　)
A．NaOH溶液 B．Na2SiO3溶液 C．盐酸 D．氢氟酸
2．下列四种物质中，不能与水发生反应，但能与碱发生反应的是(　　)
A．Cl2 B．CO2 C．NO D．SiO2
3．下列说法正确的是 (　　)
①二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应
②根据反应SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸强
③二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸
④二氧化硅常被用来制造光导纤维
A．①② B．②③ C．③④ D．①④
4．从石英砂制取高纯硅的主要化学反应如下：
①SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ ②Si(粗)＋2Cl2SiCl4 ③SiCl4＋2H2Si(纯)＋4HCl
关于上述反应的分析不正确的是 (　　)
A．①、③是置换反应，②是化合反应
B．高温下，焦炭与氢气的还原性均强于硅
C．任一反应中，每消耗或生成28 g硅，均转移4 mol电子
D．高温下将石英砂、焦炭、氯气、氢气按一定比例混合可得高纯硅
5．下列有关Na2CO3溶液、Na2SiO3溶液的共同点的描述中不正确的是(　　)
A．水溶液均显碱性
B．滴入盐酸均有气泡产生
C．均能与CO2反应
D．均不能用带磨口玻璃塞的试剂瓶保存
6．工业制造金刚砂(SiC)的化学方程式如下：SiO2＋3CSiC＋2CO↑.在这个氧化还原反应中，
氧化剂和还原剂的物质的量之比是 (　　)
A．3∶5 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶1
7．用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)
选项 操作及现象 溶液
A 通入CO2，溶液不变浑浊．先通入CO2再通入氨气，溶液变浑浊 CaCl2溶液
B 通入CO2，溶液不变浑浊．继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液
C 通入CO2，溶液变浑浊．再加入品红溶液，红色褪去 Ca(ClO)2溶液
D 通入CO2，溶液变浑浊．继续通CO2至过量，浑浊消失．再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液
8．下列事实中能证明碳的非金属性比硅强的是 (　　)
①往Na2SiO3溶液中通入CO2产生白色沉淀　②石墨是导体，晶体硅是半导体　③制
玻璃过程中发生反应：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑　④CH4比SiH4稳定
A．①④ B．②③ C．③④ D．①②
9、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图所示，A
为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似．
请填空：
(1)形成单质A的原子的结构示意图为________，它的最高化合价为________价．
(2)B的化学式(分子式)为________，B的晶体类型为____________，B和碳反应生成A
和E的化学方程式是__________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)C的化学式(分子式)为________，D的化学式(分子式)为________.
课时作业解析
1、解析：玻璃中的SiO2能与HF发生反应，与NaOH溶液作用生成具有粘合性的Na2SiO3，
不与盐酸作用，故选C. 答案：C
2、解析：A、B项均能与水、碱反应，C项不能与水、与碱反应．答案：D
3、解析：①SiO2能与HF反应，②高温条件下反应并不能说明硅酸的酸性比碳酸强的结论．答案：C
4、解析：根据置换反应和化合反应的概念即可判断，A项正确；根据反应①可知还原性焦炭大于硅，根据反应③可知还原性氢气大于硅，B项正确；在三个反应中，硅元素的化合价从0价变为＋4价或从＋4价变为0价，故每消耗或生成28 g硅，转移电子均为4 mol，C项正确；反应中得到的易挥发的SiCl4分离出来后再用氢气还原才可以得到高纯硅，故操作不正确．答案：D
5、解析：二者水解均呈碱性，故A、D正确，均能与CO2反应生成NaHCO3、H2SiO3，
B项Na2SiO3与盐酸反应生成H2SiO3，不能放出气泡．答案：B
6、解析：在该反应中，3 mol C参加化学反应，生成1 mol的Si和2 mol的O，所以氧
化剂与还原剂均为C，且物质的量之比为1∶2，B正确．答案：B
7、解析：A项CaCl2溶液不与CO2反应，但通入NH3后溶液变为(NH4)2CO3可产生浑浊；
B项H2SiO3沉淀不溶于过量的CO2；C项生成的HClO漂白品红；D项CaCO3
Ca(HCO3)2CaCO3.答案：B
8、解析：①说明酸性H2CO3＞H2SiO3；②③不能说明碳比硅的非金属性强．答案：A
9、解析：根据“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”可确定A是Si单质，它
可由SiO2和C在高温条件下反应制取．
答案：(1)
(2)SiO2　原子晶体　SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑
(3)CaSiO3　Na2SiO3
无机非金属材料的主角—硅
第二课时
课标要求
1、了解硅的物理性质，知道单质硅的一些简单的化学性质。
2、使学生对硅酸盐工业及一些产品有大致印象。
3、激发学生学习化学兴趣，使学生对化学与生产、生活实际的联系有进一步的认识。
4、扩大学生的知识面，激发学生的求知欲。
重点难点
1、硅的性质与用途
2、硅酸盐的组成及氧化物的书写
学习过程
知识梳理
二、硅酸盐
1、硅酸盐是由 、 和 组成的化合物的总称。一般不溶于 ，
化学性质 。
2、最简单的硅酸盐是 （ ），其水溶液俗称 。
［演示实验］取两根一样的干燥布条(其中一根在硅酸钠溶液中浸过)在火焰上燃烧。
实 验 现 象
点燃晾干蒸馏水的布条
点燃晾干的硅酸钠布条
结 论
3、化学性质
Na2SiO3 + HCl ==
Na2SiO3 + CO2 + H2O ==
4、硅酸盐岩石长期在 的侵蚀下，风化为 ，形成的
一般带 电，能吸收 、 等营养离子而保证了 。
5、硅酸盐主要产品 、 、 。
6、SiC(俗称金刚砂)，具有 的结构， 很大，
可用作 、 的磨料，
7、硅酸盐组成的表示
Na2SiO3可以写成Na2O · SiO2
高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4 以氧化物形式表示为__________________________
石棉：CaMg3Si4O12 以氧化物形式表示为____________________________
三、硅单质
1、硅单质有 和 两种。晶体硅的结构类似
是带有 的 固体。 、 、
常温下化学性质 。
2、硅在元素周期表中处于 与 的 ，是一种 ，是良好的 材料。
3、20世纪中叶开始，硅成了信息技术的 ，半导体晶体管及芯片的出现，
促成了 的革命。
4、利用高纯硅的半导体性能，可以制成 ，将光能转换为 。
光电池可作 、 、 、
。等动力。
5、化学性质
（1）常温下
Si + F2 ===
Si +HF ===
Si + NaOH + H2O ===
（2）加热条件下
Si + O2 ====
典例剖析
【例1】　高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是(　　)
A.7、2 　B.5、4　 C.6、3 　D.3、6
解析　本题涉及两个未知数x、y，但由化合价规则只能列出一个方程，因而要用不定方程的知识求解。,根据化合价规则，Al为＋3价，Si为＋4价，O为－2价，则有2×(＋3)＋2×(＋4)＋x×(－2)＋y×(－1)＝0，化简得2x＋y＝14，将A、B、C、D中的x、y值代入，只有B项符合方程。
答案　B
【例2】　矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2作用的过程。例如，钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，此反应的离子方程式为2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4
将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：,①KAlSi3O8____________________。,②Al2Si2O5(OH)4____________________。(2)这个反应能够发生的原因是　。,较活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→非金属氧化物→二氧化硅→水。,则KAlSi3O8为K2O·Al2O3·6SiO2,Al2Si2O5(OH)4为Al2O3·2SiO2·2H2O,(2)从方程式可知H2CO3制硅酸符合强酸制弱酸，所以这个反应能够发生。
答案(1)①K2O·Al2O3·6SiO2,②Al2O3·2SiO2·2H2O,
(2)因为碳酸酸性比硅酸强，由较强的酸可制得较弱的酸,　
【例3】下列关于碳和硅的比较，正确的是(　　)
A．它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸
B．碳和硅的最高正价都是＋4价
C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位
D．碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态
答案　B
解析　SiO2不溶于水也不与水反应，A不正确；在地壳中含量第一的是氧元素，硅占第二位，C不正确；自然界中有游离态的碳(金刚石等)，但是没有游离态的硅，因为硅是一种亲氧元素，D不正确。选B。
课时作业
1．下列关于硅及硅的化合物的叙述不正确的是(　　)
①硅的结构和金刚石类似，所以都具有熔点高、硬度大等特点　②硅是地壳中含量最多的非金属　③晶体硅是良好的半导体材料　④二氧化硅是制造光导纤维的重要材料　⑤二氧化硅是酸性氧化物，不溶于任何酸
A．①②⑤ B.①⑤ C.③④ D.②⑤
2．下列试剂贮存方法正确的是(　　)
A．氢氟酸用玻璃瓶密封贮存
B．NaOH溶液用磨口玻璃瓶加玻璃塞封存
C．水玻璃用塑料桶敞口放置
D．纯碱溶液可用带橡胶塞的玻璃瓶封存
3．下列物质中，不含有硅酸盐的是(　　)
A．水玻璃 B.硅芯片 C.黏土 D .普通水泥
4．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是(　　)
A．这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀
B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料
C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧
D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质
5．有下列几个变化：①Na2CO3Na2SiO3，②SiO2H2SiO3，③Na2SiO3Na2CO3，④Ca(NO3)2CaSiO3。其中不能通过一步反应实现的是(　　)
A．①② B.②④
C．③④ D.只有②
6．用二氧化硅和金属氧化物的组成表示硅酸盐的组成，不正确的是(　　)
A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]　CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
B．镁橄榄石[Mg2SiO4]　2MgO·SiO2
C．正长石[KAlSi3O8]　K2O·Al2O3·SiO2
D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]　Al2O3·2SiO2·2H2O
7．月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学成分为BenAl2[Si6O18]也可用氧化物
形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值为(Be为＋2价)(　　)
A．1 B.2 C.3 D.4
8．露置于空气中一段时间后的水玻璃会变浑浊。向此浑浊溶液中加入稀盐酸，会生成白色沉淀，同时伴随有气泡产生。用化学方程式解释产生上述实验现象的原因：
(1)溶液变浑浊　。
(2)生成白色沉淀　。
(3)产生气泡　。
9、备课资源　某科研小组，用含有少量的CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：
已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。试回答下列问题：
①写出混合物A、B、滤液C、沉淀D的主要成分。
A________ B___________ C_________ D___________
②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式　。
③沉淀D的化学式是　　　　，生成该沉淀的离子方程式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
④该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有　　　　。
A．玻璃坩埚B.瓷坩埚
C．氧化铝坩埚D.铁坩埚
10．硅能与烧碱溶液反应(Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑)，现有42 g硅与足量的烧碱溶液反应，能产生多少升H2(标准状况下)？若把反应后的溶液和过量的盐酸反应，生成的沉淀经高温灼烧，可得到什么物质？质量是多少？
课时作业解析
1、答案　D
解析　硅虽然是非金属，但已经表现出一定的金属性，所以硅及其化合物在性质上表现出一定的特殊性。
2、答案　D
解析　氢氟酸会与玻璃中的SiO2反应；NaOH溶液会与玻璃中的SiO2反应，生成的Na2SiO3具有黏性，会使玻璃瓶颈与瓶塞粘住而不能打开；水玻璃中的Na2SiO3会与空气中的CO2反应而变质。
3、答案　B
解析　水玻璃、黏土、普通水泥中都含有硅酸盐，B项硅芯片其主要成分是单质硅。本题要了解常见硅酸盐及含硅物质。作为电脑硅芯片，所用硅为高纯硅，为单质。常见硅酸盐有水泥、玻璃、陶瓷、黏土等。
4、答案　D
解析　Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。在空气中发生反应Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3，故D不正确。
5、答案　D
解析　①Na2CO3＋SiO2高温,Na2SiO3＋CO2↑，③Na2SiO3＋CO2＋H2ONa2CO3＋H2SiO3↓，④Ca(NO3)2＋Na2SiO32NaNO3＋CaSiO3↓。由SiO2制H2SiO3不能一步实现，要先与碱反应，再与酸反应。
6、答案　C
解析　用化学式表示的硅酸盐和用氧化物形式表示的硅酸盐，各组成元素的原子个数比应该不变。
7、答案　C
8、答案　(1)Na2SiO3＋CO2＋H2OH2SiO3↓＋Na2CO3 (2)Na2SiO3＋2HCl2NaCl＋H2SiO3↓
(3)Na2CO3＋2HCl2NaCl＋CO2↑＋H2O
9、答案　①NaAlO2和Na2SiO3　 AlCl3和H2SiO3 AlCl3　H2SiO3
②Al2O3＋Na2CO3高温,2NaAlO2＋CO2↑ SiO2＋Na2CO3高温,Na2SiO3＋CO2↑
③H2SiO3　SiO＋2H＋H2SiO3↓
④D
解析　将土样和纯碱混匀，加热熔融时，土样中的Al2O3和SiO2将与纯碱发生反应，生成铝酸盐和硅酸盐，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不与纯碱反应而成为残渣。滤液中的铝酸盐和硅酸盐与盐酸反应，得到溶于水的偏铝酸盐和不溶于水的硅酸。由于陶瓷的成分是硅酸盐，它和氧化铝都会与纯碱反应，因此，在熔融土样时只能选用铁坩埚。
10、答案　67.2 L　SiO2　90 g
解析　设产生的H2在标准状况下的体积为x
Si＋2NaOH＋H2ONa2SiO3＋2H2↑
28 g　 　　　　　　　　　　　44.8 L
42 g　x
＝，得x＝67.2 L
反应后的溶液与过量盐酸混合
Na2SiO3＋2HClH2SiO3↓＋2NaCl
H2SiO3△,SiO2＋H2O
由Si元素守恒：生成SiO2的质量为：×60 g·mol－1＝90 g

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