第一节无机非金属材料的主角——硅

1、第四章非金属及其化合物第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角第一节无机非金属材料的主角硅硅第第1课时二氧化硅和硅酸课时二氧化硅和硅酸三维目标三维目标知识与技能知识与技能1了解二氧化硅的物理性质和用途了解二氧化硅的物理性质和用途2掌握二氧化硅的化学性质掌握二氧化硅的化学性质(重点重点)3了解硅酸的用途了解硅酸的用途过程与方法过程与方法活动探究，通过对硅与碳、活动探究，通过对硅与碳、SiO2与与CO2的比较，培养归纳能力、比较能力的比较，培养归纳能力、比较能力情感、态度情感、态度与价值观与价值观培养学生学习元素化合物的正确方法：培养学生学习元素化合物的正确方法：结构决定性质，性质决定用途

2、结构决定性质，性质决定用途思维激活思维激活传说三千多年以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一传说三千多年以前，地中海沿岸的贝鲁斯河口旁，有一块美丽的沙洲。有一天，一艘贩运纯碱的腓尼基人的商船在块美丽的沙洲。有一天，一艘贩运纯碱的腓尼基人的商船在这里搁浅了。大家从船上搬来大锅，又扛了几块纯碱，用纯这里搁浅了。大家从船上搬来大锅，又扛了几块纯碱，用纯碱支着锅做起饭来。饭熟后，商人们惊奇地发现碱支着锅做起饭来。饭熟后，商人们惊奇地发现“灶灶”变成变成了晶莹透明的固体。聪明的腓尼基人在无意中发现了这个秘了晶莹透明的固体。聪明的腓尼基人在无意中发现了这个秘密，就开始生产这种晶莹透明的固体，由此发了大财。你

3、可密，就开始生产这种晶莹透明的固体，由此发了大财。你可知道这种晶莹透明的固体是什么？为什么会有如此变化？知道这种晶莹透明的固体是什么？为什么会有如此变化？自学导引自学导引一、二氧化硅一、二氧化硅1存在形态存在形态二氧化硅的存在形态有二氧化硅的存在形态有结晶结晶形和形和无定无定形两大类。石英晶形两大类。石英晶体是结晶的体是结晶的二氧化硅二氧化硅，具有不同的晶形和色彩，其中无色透，具有不同的晶形和色彩，其中无色透明的晶体就是明的晶体就是玛瑙玛瑙。2结构结构二氧化硅晶体中硅原子和氧原子按二氧化硅晶体中硅原子和氧原子按1 2的个数比组成立的个数比组成立体体网状网状结构。结构。3物理性质物理性质熔点熔点

4、高高、硬度、硬度大大、难难溶于水。溶于水。4化学性质化学性质二氧化硅的化学性质很不活泼，常见的反应如下：二氧化硅的化学性质很不活泼，常见的反应如下：(1)与氢氟酸与氢氟酸(唯一能与唯一能与SiO2反应的酸反应的酸)反应：反应：SiO24HFSiF42H2O(刻蚀玻璃刻蚀玻璃)(2)与碱性氧化物的反应：与碱性氧化物的反应：CaOSiO2 CaSiO3(3)与强碱的反应：与强碱的反应：SiO22NaOHNa2SiO3H2O二、硅酸二、硅酸SiO2对应的水化物是硅酸对应的水化物是硅酸(H2SiO3)，可通过可溶性硅酸，可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应而制得。硅酸的酸性很盐与其他酸反应而制得。硅酸的酸性

5、很弱弱，甚至比，甚至比H2CO3还还要要弱弱，所以将，所以将CO2通入通入Na2SiO3溶液中可以得到硅酸，也可用溶液中可以得到硅酸，也可用盐酸与盐酸与Na2SiO3溶液反应生成溶液反应生成H2SiO3，反应的方程式如下：，反应的方程式如下：Na2SiO3溶液与盐酸反应：溶液与盐酸反应：Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3Na2SiO3溶液与溶液与CO2反应：反应：Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3所生成的所生成的H2SiO3能形成能形成胶体胶体溶液，浓度大时形成软而溶液，浓度大时形成软而透透明明的、胶冻状的的、胶冻状的硅酸硅酸凝胶，经脱水干燥形成凝胶，经脱水干燥形成硅

6、胶硅胶。硅胶疏松。硅胶疏松多孔，多孔，吸附水分能力吸附水分能力强，常用做强，常用做干燥剂干燥剂和催化剂的载体。和催化剂的载体。名师解惑名师解惑一、硅的含量、存在及结构一、硅的含量、存在及结构1含量：地壳中，硅的含量在所有的元素中居第二位含量：地壳中，硅的含量在所有的元素中居第二位(质量分数为质量分数为26.3%)，仅次于氧。，仅次于氧。2存在形态：自然界中无游离态的硅。硅的化合物几存在形态：自然界中无游离态的硅。硅的化合物几乎全部是二氧化硅和硅酸盐，它广泛地存在于地壳的各种矿乎全部是二氧化硅和硅酸盐，它广泛地存在于地壳的各种矿物和岩石中。硅是构成矿物和岩石的主要元素。物和岩石中。硅是构成矿物和

7、岩石的主要元素。3结构：硅位于元素周期表中第结构：硅位于元素周期表中第A族碳的下方，最外族碳的下方，最外层有层有4个电子，原子结构为个电子，原子结构为 Si所以硅原子既不易得电子，也不易失电子。所以硅原子既不易得电子，也不易失电子。二、二、CO2和和SiO2的性质比较的性质比较CO2和和SiO2都属于酸性氧化物，化学性质有一定的相似都属于酸性氧化物，化学性质有一定的相似性，但在物理性质和某些化学性质方面却有很大的差异。性，但在物理性质和某些化学性质方面却有很大的差异。三、硅酸三、硅酸1硅酸的制法硅酸的制法二氧化硅对应的水化物是硅酸，二氧化硅是硅酸的酸酐。二氧化硅对应的水化物是硅酸，二氧化硅是硅

8、酸的酸酐。与一般的酸相比，硅酸的组成和结构复杂得多，常用化学式与一般的酸相比，硅酸的组成和结构复杂得多，常用化学式H2SiO3来表示硅酸。来表示硅酸。由于二氧化硅不能直接与水化合，所以只能用间接的方由于二氧化硅不能直接与水化合，所以只能用间接的方法来制取硅酸，如：法来制取硅酸，如：Na2SiO32HClH2SiO32NaClSiO32-2HH2SiO3硅酸为白色固体，难溶于水。硅酸为白色固体，难溶于水。2硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性还弱，在与碱反应时只能与强碱反应。时只能与强碱反应。H2SiO32NaOHNa2SiO32H2OH2SiO32OHSiO

9、32-2H2O3硅酸具有热的不稳定性硅酸具有热的不稳定性典例导析典例导析知识点知识点1：二氧化硅的性质：二氧化硅的性质例例1 1下列关于二氧化硅的叙述中不正确的是下列关于二氧化硅的叙述中不正确的是()A二氧化硅晶体是一种具有立体网状结构的晶体二氧化硅晶体是一种具有立体网状结构的晶体B二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸C二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸发生反二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸发生反应应D二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差别二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差别解析解析二氧化硅虽然是酸性氧化物，但它能与氢氟酸反二氧化

10、硅虽然是酸性氧化物，但它能与氢氟酸反应，所以应，所以C选项是不正确的。选项是不正确的。答案答案C跟踪练习跟踪练习1地壳中含量占第一、二位的元素之间形成地壳中含量占第一、二位的元素之间形成的化合物不具有的性质是的化合物不具有的性质是()A熔点高，硬度大熔点高，硬度大B常温下能与烧碱溶液反应常温下能与烧碱溶液反应C高温时能与纯碱反应高温时能与纯碱反应D能与水反应生成酸能与水反应生成酸答案答案D知识点知识点2：硅酸的性质：硅酸的性质例例2 2下列实验事实中能证明碳酸的酸性比硅酸强的是下列实验事实中能证明碳酸的酸性比硅酸强的是()ACO2是气体，而是气体，而SiO2是固体是固体B高温下能发生反应：高温

11、下能发生反应：CCO2溶于水生成碳酸，而溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水却不溶于水DCO2通入通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成溶液中有胶状沉淀生成解析解析可以用在溶液中强酸制备弱酸的反应原理来说明可以用在溶液中强酸制备弱酸的反应原理来说明酸性的强弱关系，而不能用是否与水反应，熔、沸点的高低酸性的强弱关系，而不能用是否与水反应，熔、沸点的高低等依据进行判断。等依据进行判断。答案答案D跟踪练习跟踪练习2在水玻璃中通入足量的在水玻璃中通入足量的CO2气体，充分反应气体，充分反应后加热蒸发，再灼烧，则最后所得的固体物质为后加热蒸发，再灼烧，则最后所得的固体物质为 ()ASiO2与与NaHCO

12、3BSiO2与与Na2CO3CSiO2DNa2SiO3答案答案B第第2课时硅酸盐和硅单质课时硅酸盐和硅单质三维目标三维目标知识与技能知识与技能1了解硅酸盐的重要用途及组成了解硅酸盐的重要用途及组成2了解硅的重要用途及硅单质的物理性质了解硅的重要用途及硅单质的物理性质3掌握掌握Na2SiO3的化学性质的化学性质(重点重点)过程与方法过程与方法通过自主学习，培养学生自主学习的能力通过自主学习，培养学生自主学习的能力情感、态度与情感、态度与价值观价值观通过了解化学在科学技术方面的重要作用通过了解化学在科学技术方面的重要作用,激发学生学习化学的兴趣，树立学以致用激发学生学习化学的兴趣，树立学以致用的思

13、想的思想思维激活思维激活2002年中科院计算所的科研人员成功地研制出了中国首年中科院计算所的科研人员成功地研制出了中国首枚高性能通用微处理器芯片枚高性能通用微处理器芯片龙芯龙芯号号CPU(中央处理器中央处理器)；装载这颗装载这颗“龙芯龙芯”的中国第一台具有自主核心技术的服务的中国第一台具有自主核心技术的服务器器“龙腾龙腾”也应运诞生。这颗也应运诞生。这颗CPU之所以被称为之所以被称为“龙龙芯芯”，是因为龙是中国的象征。，是因为龙是中国的象征。“龙芯龙芯”和和“龙腾龙腾”的研制的研制成功，标志着中国已初步掌握当代成功，标志着中国已初步掌握当代CPU的关键设计技术，从的关键设计技术，从此改变了中国

14、信息产业的无此改变了中国信息产业的无“芯芯”历史。在所用的材料中，历史。在所用的材料中，“硅硅”这种物质起着不可替代的作用。你知道硅有哪些性质这种物质起着不可替代的作用。你知道硅有哪些性质吗？吗？自学导引自学导引一、硅酸盐一、硅酸盐1硅酸盐的概念和性质硅酸盐的概念和性质(1)概念：由概念：由硅、氧和金属硅、氧和金属组成的化合物的总称。组成的化合物的总称。(2)性质：是一类结构复杂的固态物质，大多性质：是一类结构复杂的固态物质，大多难难溶于水，溶于水，化学性质很化学性质很稳定稳定。2硅酸钠硅酸钠(1)溶解性：溶解性：可可溶于水，水溶液俗称溶于水，水溶液俗称水玻璃水玻璃，呈，呈碱碱性。性。(2)用

15、途：制备用途：制备硅胶硅胶和木材和木材防火剂防火剂。3常见硅酸盐产品常见硅酸盐产品陶瓷陶瓷、玻璃玻璃、水泥水泥是使用量最大的无机非金属材料。是使用量最大的无机非金属材料。二、硅单质二、硅单质1硅单质的分类硅单质的分类单质硅有单质硅有晶体晶体和和无定形无定形两种。两种。2晶体硅的物理性质和结构晶体硅的物理性质和结构(1)物理性质：晶体硅是物理性质：晶体硅是灰黑灰黑色、有色、有金属金属光泽的固体，熔光泽的固体，熔点高点高(1410 )、硬度、硬度大大，有，有脆性脆性，是良好的，是良好的半导体半导体材料。材料。(2)结构：与结构：与金刚石金刚石相似。相似。3硅的用途硅的用途(1)半导体半导体材料，如

16、硅芯片等。材料，如硅芯片等。(2)新型新型电池电池，如光电池等。，如光电池等。名师解惑名师解惑一、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不一、为什么实验室中盛放碱液的试剂瓶要用橡皮塞而不能用玻璃塞能用玻璃塞(玻璃中含有玻璃中含有SiO2)?当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含砂处理。玻璃中含SiO2，磨砂玻璃遇到强碱，磨砂玻璃遇到强碱(NaOH)溶液时，溶液时，SiO2会与强碱会与强碱(NaOH)反应生成硅酸盐反应生成硅酸盐(Na2SiO3)，使试剂瓶，使试剂瓶受到腐蚀。硅酸盐受到腐蚀。硅酸盐(Na2SiO3)溶液

17、有良好的黏结性，它易使瓶溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。口与瓶塞黏在一起而难以开启。SiO22NaOHNa2SiO3H2O二、硅酸盐氧化物的表达式的书写规则二、硅酸盐氧化物的表达式的书写规则1保持原有各元素的化合价不变，按顺序写出各元素保持原有各元素的化合价不变，按顺序写出各元素的氧化物。的氧化物。表示的顺序是：活泼金属氧化物表示的顺序是：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅二氧化硅水，化合价低的金属氧化物放在前面，如普通玻水，化合价低的金属氧化物放在前面，如普通玻璃：璃：Na2OCaO6SiO2。2除氧元素外，其他元素的原子个数之比符合原来的除氧元素

18、外，其他元素的原子个数之比符合原来的组成，配置出现分数时应化为整数。如正长石组成，配置出现分数时应化为整数。如正长石KAlSi3O8先写先写成成K2OAl2O33SiO2，再改写为，再改写为K2OAl2O36SiO2。三、无机非金属材料三、无机非金属材料工业生产玻璃的基本知识工业生产玻璃的基本知识四、硅单质的性质四、硅单质的性质1常温时，硅的化学性质不活泼，不能与硫酸、硝酸常温时，硅的化学性质不活泼，不能与硫酸、硝酸等反应，但能跟等反应，但能跟F2反应：反应：Si2F2SiF4；在加热条件下，硅能与在加热条件下，硅能与O2反应生成反应生成SiO2,反应的化学方程式为反应的化学方程式为SiO2

19、SiO2。2工业上用碳在高温下还原工业上用碳在高温下还原SiO2的方法制得含有少量杂的方法制得含有少量杂质的粗硅，经过提纯后可以得到高纯硅，其主要反应的化质的粗硅，经过提纯后可以得到高纯硅，其主要反应的化学方程式为学方程式为2CSiO2 2COSi。五、硅及其化合物的特性五、硅及其化合物的特性1非金属单质一般为非导体非金属单质一般为非导体(石墨能导电石墨能导电)，硅的晶体是，硅的晶体是良好的半导体材料。良好的半导体材料。2Si的还原性大于的还原性大于C，但，但C却能在高温下还原出却能在高温下还原出Si：SiO22C Si2CO。3非金属单质跟碱作用一般无非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但放出

20、，但Si能跟强碱溶能跟强碱溶液作用放出液作用放出H2：Si2NaOHH2ONa2SiO32H2。4非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟能跟HF作用：作用：Si4HFSiF42H2。5酸性氧化物一般不与酸作用，但酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与能与HF作用。作用。6SiO2是是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备水作用制备H2SiO3。7无机酸一般易溶于水，但无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。难溶于水。8硅酸钠的水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却是盐溶硅酸钠的水溶液称为泡花碱或水玻璃，但却

21、是盐溶液。液。9H2CO3的酸性强于的酸性强于H2SiO3，所以有反应：，所以有反应：Na2SiO3CO2H2OH2SiO3Na2CO3，但高温下，反应：，但高温下，反应：Na2CO3SiO2 Na2SiO3CO2也能发生。也能发生。典例导析典例导析知识点知识点1：硅酸盐和无机非金属材料：硅酸盐和无机非金属材料例例1 1假设原子晶体假设原子晶体SiO2中中Si原子被原子被Al原子取代，不足的原子取代，不足的价数由价数由K原子补充，当有原子补充，当有25%的的Si原子被原子被Al原子取代时可形原子取代时可形成正长石，则正长石的化学组成为成正长石，则正长石的化学组成为()AKAlSi2O6BKAl

22、SiO4CKAlSi4O10DKAlSi3O8解析解析由于铝为由于铝为Al3，硅为，硅为Si4，当一个，当一个Al3取代一个取代一个Si4时，必须引入一个时，必须引入一个K，SiO2中有中有25%的的Si原子被取代，原子被取代，可设可设SiO2为为Si4O8，即有一个硅原子被一个铝和一个钾代替，即有一个硅原子被一个铝和一个钾代替，为为KAlSi3O8，即正长石的化学组成。，即正长石的化学组成。答案答案D跟踪练习跟踪练习1下列有关陶瓷和光导纤维的说法中不正确下列有关陶瓷和光导纤维的说法中不正确的是的是()A高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但硬度却远高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但硬度却远远

23、低于金属材料远低于金属材料B压电陶瓷可实现机械能与电能的相互转化压电陶瓷可实现机械能与电能的相互转化C光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维D光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听量高，能防窃听答案答案A知识点知识点2：硅酸盐氧化物形式的表示：硅酸盐氧化物形式的表示例例2 2已知某硅酸盐可表示为已知某硅酸盐可表示为MgaSi4O10(OH)b(其中其中a、b为正整数为正整数)，试回答：，试回答：(1)a与与b应满足的关系是应满足的关系是_(写表达式写表达式)。(2)a能否等于能否等于2？_(填

24、填“能能”、“不能不能”或或“无法确定无法确定”)，理由是，理由是_。(3)a3的硅酸盐的表示式为的硅酸盐的表示式为_(以氧化物的形以氧化物的形式表示式表示)。(4)三硅酸镁三硅酸镁(Mg2Si3O8nH2O)可用于治疗胃酸过多和胃可用于治疗胃酸过多和胃溃疡，它中和胃酸溃疡，它中和胃酸(HCl)的化学方程式是的化学方程式是_。解析解析(1)由正、负化合价代数和等于由正、负化合价代数和等于0，可得到，可得到2a4410(2)b(1)0即即2a4b(2)显见若显见若a2时，时，b0，不符合题意。，不符合题意。(3)当当a3时，时，b2，则化学式为，则化学式为Mg3Si4O10(OH)2，改写，改写

25、为为3MgO4SiO2H2O。(4)写化学方程式时，结合氧化物的形式，只需考虑写化学方程式时，结合氧化物的形式，只需考虑MgO与与HCl反应即可。反应即可。答案答案(1)2a4b(2)不能；若不能；若a2，则，则b0，与题意不符，与题意不符(3)3MgO4SiO2H2O(4)Mg2Si3O8nH2O4HCl 2MgCl23SiO2(n2)H2O 跟踪练习跟踪练习2将下列硅酸盐的化学式改写为氧化物的形将下列硅酸盐的化学式改写为氧化物的形式：式：(1)钙长石钙长石(CaAl2Si2O8)_。(2)透闪石透闪石Ca2Mg5Si8O22(OH)2_。(3)许多含氧酸也可以类似地改写为氧化物的形式，请继许多含氧酸也可以类似地改写为氧化物的形式，请继续改写下列物质：续改写下列物质：HNO3_；H3PO4_。答案答案(1)CaOAl2O32SiO2(2)2CaO5MgO8SiO2H2O(3)N2O5H2O；P2O53H2O知识点知识点3：单质硅的性质及应用：单质硅的性质及应用例例3 32002年年9月月16日，中国北京曙光公司研制出第一款日，中国北京曙光公司研制出第一款具有我国自主知识产权的高性能具有我国自主知识产权的高性能CPU芯片芯片“龙芯龙芯” 1号。号。(1)“龙芯龙芯”芯片的主要化学成分是芯片的主要化学成分是_。(2)计算机长距离联网使用信息传