2024-2025学年新教材高中化学第五章化工生产中的重要非金属元素3.1硅酸盐材料教案新人教版必修2

PAGE7-第1课时硅酸盐材料课前自主预习一、硅酸盐1．硅酸盐在自然界中的存在形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，古代的陶瓷、砖瓦、现代的玻璃、水泥等，都是硅酸盐产品。2．硅酸钠(1)物理性质：可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有强的黏合性。(2)化学性质：①过量的CO2通入到Na2SiO3溶液中，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO3，反应的缘由：酸性H2CO3>H2SiO3。②向Na2SiO3溶液中滴加CaCl2溶液，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋CaCl2=CaSiO3↓＋2NaCl。(3)用途：①建筑业常运用的黏合剂；②用水玻璃浸泡过的木材和纺织品既防腐蚀，又防火，故常被称为木材防火剂；③还可用作肥皂填料等。(4)硅酸盐的表示方法：二、硅酸盐产品1．三大传统硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备水泥石灰石、黏土水泥回转窑玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑陶瓷黏土2.分子筛很多硅酸盐具有多孔结构，孔径不同的硅酸盐具有筛分分子的作用，常用作分别、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体。3．传统硅酸盐工业(1)玻璃：①生产过程：eq\x(\a\al(纯碱、石灰,石、石英等))eq\o(→,\s\up17(粉碎后),\s\do15(适当比例))eq\x(玻璃熔炉)eq\o(→,\s\up17(冷却))eq\x(成品玻璃)②主要化学反应：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO3＋CO2↑。③主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。④几种常见玻璃：a．石英玻璃——成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。b．钢化玻璃——一般玻璃在电炉中加热软化，然后急速冷却而成，机械强度是一般玻璃的4～6倍。c．有色玻璃——一般玻璃中加入一些金属氧化物，如Cu2O：红色玻璃，Co2O3：蓝色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。(2)水泥：①生产过程：eq\x(\a\al(黏土、,石灰石))eq\o(→,\s\up17(粉碎后),\s\do15(适当比例))eq\x(水泥回转窑)eq\o(→,\s\up17(加入石膏),\s\do15(粉碎))eq\x(水泥)②改变：发生了困难的物理化学改变。③主要成分：硅酸二钙：2CaO·SiO2，硅酸三钙：3CaO·SiO2，铝酸三钙：3CaO·Al2O3。④加入石膏的作用：调整水泥的硬化时间。⑤用途：建筑材料——水泥砂浆、混凝土等。课堂互动探究硅酸盐及其产品1．硅酸盐及其性质硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如右图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；很多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特别性，确定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。2．几种硅酸盐产品中应留意的几点(1)水泥中加石膏的作用是调整水泥的硬化速度。(2)水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，与钢筋混合在一起就是钢筋混凝土。(3)制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以一般玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按114比例混合在一起得到的物质，因此其成分表示为Na2O·CaO·6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。(4)玻璃不属于晶体，没有固定的熔点，只在肯定范围内软化后熔化，称为玻璃态物质。硅酸盐的表示方法1．规律通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成。硅酸盐中的硅元素以SiO2的形式表示，金属元素如Na、K、Mg、Al、Ca等，以它们常见的氧化物形式表示，氢元素以H2O的形式表示。氧化物的一般依次：较活泼金属的氧化物·较不活泼金属的氧化物·二氧化硅·水。2．方法(1)找出组成元素。(2)写成氧化物的形式。(3)留意原子守恒。(4)检查有无遗漏。3．留意事项(1)氧化物之间以“·”隔开。(2)氧化物前面的计量数配置出现分数时应化为整数，且计量数只表示该氧化物的数目。(3)用氧化物形式表示时，各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。(4)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如：2MgO·SiO2不能认为是2(MgO·SiO2)。(5)这种组成只是代表物质的化学组成成分，并不是说从结构上看成是“分子式”或氧化物的“分子加合物”。典例题组训练题组一硅酸盐1．过量的泥沙、纯碱、石灰石熔融后生成(B)①水泥②玻璃③瓷器④混凝土⑤一种硅酸盐产品A．①和④ B．②和⑤C．③ D．②解析：本题主要考查了硅酸盐材料的制备和用途，泥沙的主要成分是SiO2和硅酸盐，SiO2、纯碱、石灰石可制玻璃，而玻璃是硅酸盐产品之一，故正确答案为B。2．下列对制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中，错误的是(A)A．生产设备相同B．原料中均有石灰石C．反应都在高温下进行D．发生的都是困难的物理改变和化学改变解析：水泥和玻璃的原料中均含有石灰石，但生产设备不同，水泥为水泥回转窑，而玻璃为玻璃熔炉。三种常见的硅酸盐产品——玻璃、水泥、陶瓷玻璃水泥陶瓷原料纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)主要原料：石灰石、黏土；协助原料：适量的石膏黏土设备玻璃窑水泥回转窑—主要成分硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)成分困难特点玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很简单凝固变硬抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘题组二硅酸盐组成的表示方法3．一般玻璃中Na2SiO3CaSiO3SiO2＝114(物质的量之比)。若以aNa2O·bCaO·mSiO2表示此玻璃的组成，则abm＝116。解析：由于硅酸盐的组成相当困难，通常人们用氧化物的形式来表示其组成，因此我们必需学会盐与氧化物形式间的相互改写。Na2SiO3可改写为Na2O·SiO2，CaSiO3可改写为CaO·SiO2，所以一般玻璃的组成可表示为Na2O·CaO·6SiO2。4．硅酸盐矿物的成分困难，多用氧化物的形式来表示它们的组成，如Mg2SiO4的氧化物形式表示为2MgO·SiO2；Al2Si2O5(OH)4(高岭石)的氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。有资料显示，三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)可用于治疗胃酸过多的疾病，是因为该物质难溶于水，服用后能中和胃酸，而且作用长久。(1)三硅酸镁的化学式改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。(2)三硅酸镁中和胃酸(HCl)的化学反应方程式为2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl=2MgCl2＋3H2SiO3＋(n－1)H2O。解析：由题中列举的硅酸盐的表示形式可知，三硅酸镁的化学式改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。由2MgO·3SiO2·nH2O知，三硅酸镁跟盐酸的反应可看做是“MgO”与“HCl”的反应。核心素养硅酸盐(如Na2SiO3)(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。(2)与酸反应：①与盐酸反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。②与CO2反应的化学方程式：Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓。③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。(3)硅酸盐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硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。提示：①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。【例1】美国“9·11”恐怖攻击事务给纽约带来了一场严峻的环境灾难——石棉污染，易使吸入石棉纤维者患肺癌。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，其中x、y的值分别为()A．5,8B．8,3C．3,8D．8,5【解析】Ca为＋2价，Mg为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，OH为－1价，则有(＋2)×2＋(＋2)×x＋(＋4)×y＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，化简得x＋2y＝21。将四个选项中x，y的值代入，只有A符合。依据化合价规律，物质中全部显正价的元素所带电荷总数与全部显负价的元素所带电荷总数的肯定值相等，通过此规律即可解题。【答案】A【例2】(双选)北京奥运金牌“金玉合璧”上的环形玉是产自新疆的和田玉，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·2FeO·8SiO2·H2OB．该和田玉能反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【解析】和田玉化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，结合元