無機非金屬材料的主角-硅教案.doc

金牌教練 助力一生學科教師輔導教案教師： 學生： 日期： 優(yōu)學教育學科教師輔導教案 主任簽字 學員編號： 年 級： 課時數(shù)：學員姓名： 輔導科目： 學科教師：課 題 授課日期及時段教學目的教學內容1、了解硅在自然界中的含量、存在、用途2、了解二氧化硅的物理性質，掌握二氧化硅的化學性質第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角-硅(一)硅在地殼中含量豐富，僅次于氧，排在第二位，約占26.3%一、二氧化硅和硅酸1、二氧化硅(SiO2 )(1) 存在C、Si的原子結構簡圖，并由此分析：硅的化學性質活不活潑，為什么？硅的化合價主要是多少？Si原子最外層有四個電子,既不易失電子,也不易得電子,所以,硅的化學性質不活潑。主要形成四價的化合物。硅是一種親氧元素，在自然界它總是與氧相互化合。所以在氧化氣氛包圍的地球上，硅主要以熔點很高的氧化物及硅酸鹽的形式存在。思考常溫下，單質碳、硅的化學性質都不活潑，為什么碳在自然界中有穩(wěn)定的單質（金剛石）存在，而硅卻沒有，說明了什么？單質硅的化學性質雖然穩(wěn)定，但硅是一種親氧元素，硅原子和氧原子的結合非常牢固，形成的二氧化硅或硅酸鹽中的硅氧化學鍵非常牢固，硅氧鍵一旦形成就很難被破壞，所以，自然界中硅都是以二氧化硅或硅酸鹽的形式存在，沒有游離態(tài)的硅。SiO2 是硅的重要化合物。地球上存在的天然二氧化硅約占地殼質量的12，其存在形態(tài)有結晶形和無定形兩大類，通稱硅石。水晶是自然界中六方柱狀的透明晶體，瑪瑙的成分也是SiO2，它們除了一些常見的可作飾物等用途外，SiO2 在工業(yè)上用途也非學廣泛，例如，以石英為材料而制成的纖維在電信行業(yè)的應用等。(2) 用途硅石結晶形：瑪瑙、石英、水晶無定形：硅藻土、制光導纖維 、石英玻璃制化學儀器 、石英表、石英鐘、水晶制光學儀器和工藝品 、瑪瑙制精密軸承和裝飾品(3) 物理性質：熔點高，硬度大的固體、不溶于水，純凈的SiO2 晶體無色透明為什么SiO2與CO2的性質上有著這么大的差別呢？主要取決于結構的不同。CO2是C與O通過化學鍵所連接的分子結構，而SiO2 是SiO四面體結構硅氧四面體結構SiO4四面體：每1個Si原子周圍結合4個O原子，Si在中心,O在四個頂角. 同時每1個O原子周圍結合2個Si原子相結合。二氧化硅中氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1,通常用SiO2 來表示二氧化硅的組成. (4) 結構：空間網狀結構(5) 化學性質：穩(wěn)定，不活潑 具有酸性氧化物的性質：(不溶于水且不和水反應)與強堿反應 ：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O 與堿性氧化物反應：SiO2+CaOCaSiO3 與HF的反應：SiO2+4HF=SiF4 +2H2O 除此之外，SiO2在制水泥、玻璃、純硅時，還有一些特殊反應 弱氧化性：SiO2+2CSi +2CO (工業(yè)上制粗硅) 與某些鹽反應：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2 (工業(yè)上制玻璃的主要反應)1、實驗室為什么不用玻璃瓶盛裝氫氟酸？HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。2、實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？NaOH溶液能與玻璃中的SiO2 反應生成Na2SiO3 ，使瓶塞部分粘結而無法打開。因此盛裝NaOH溶液的試劑瓶不能用玻璃塞而要用橡膠塞。剛才我們提到SiO2不能溶于H2O得到相應的酸，但它對應的酸叫硅酸，那么硅酸是一種怎樣制得的酸呢？2、硅酸(H2SiO3)硅酸是一種弱酸，是一種比H2CO3還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。制備硅酸原理Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3 Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3 Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 所生成的硅酸逐漸聚合而形成膠體硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。如果對硅酸加熱，其可以分解生成SiO2 H2SiO3 H2O +SiO2 1、制造光導纖維的主要原料是（ ） A.晶體硅 B.二氧化硅 C.石墨 D.硅酸鈉2、下列說法正確的是（）ASiO2溶于水顯酸性 BCO2通入水玻璃(硅酸鈉的水溶液）可得硅酸CSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 DSiO2晶體中不存在單個SiO2分子3、下列物質中,不能用玻璃瓶來盛裝的是( )A.燒堿溶液 B.濃硫酸 C.氫氟酸 D.碳酸鈉溶液4、要除去SiO2 中的CaO雜質，最適宜的試劑是（ ）A.純堿溶液 B 鹽酸 C 硫酸 D 苛性鈉溶液5、加熱熔融燒堿時應使用下列哪種坩堝（ ）A.石英坩堝 B.普通玻璃坩堝 C.鐵坩堝 D.陶瓷坩堝6、CO2 通入下列各溶液中,不可能產生沉淀的是 ( )A 石灰水 B 飽和碳酸鈉溶液 C 硅酸鈉溶液 D 氯化鈣溶液 二、硅酸鹽 (silicate)1、定義：硅酸鹽是由硅、氧、金屬所組成的化合物的總稱。硅酸鹽結構復雜，一般不溶于水，性質很穩(wěn)定。最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉2、硅酸鈉(1) 物理性質：白色固體，易溶于水，水溶液俗稱水玻璃或泡花堿，是一種泡花堿(2) 化學性質：相對穩(wěn)定，不能燃燒，不易被腐蝕，熱穩(wěn)定性強3、表示方法：原則：金屬氧化物（較活潑-較不活潑 ）方法找組成元素 寫成氧化物的形式 原子個數(shù)比不變 檢查有無遺漏例、請用氧化物的形式表示下列硅酸鹽的組成：硅酸鈉（Na2SiO3） 鎂橄欖石（Mg2SiO4） 高嶺土 Al2(Si2O5)(OH)4 傳統(tǒng)硅酸鹽材料：(1) 陶瓷：日用器皿、建筑飾材、衛(wèi)生潔具 (2) 玻璃：(3) 水泥：以黏土和石灰石為主要原料具有特殊功能的含硅物質：(1) 碳化硅（金剛砂）(2) 硅鋼：導磁性良好，用作變壓器鐵芯(3) 硅橡膠 (4) 分子篩：具有均勻微孔結構的鋁硅酸鹽 (5) 生物陶瓷：人造骨三、硅( silicon) 單質1、存在形態(tài)：有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體2、晶體結構：正四面體形3、物理性質：灰黑色具有金屬光澤的固體、熔點高、硬度大、質脆、導電性介于導體和絕緣體之間，是好的半導體材料。因為Si在元素周期表中的位置僅次于金屬與非金屬分界線附近，因此硅有些性質與金屬相似。硅的化學性質不活潑，常溫下硅的化學性質很穩(wěn)定，除F2、HF和NaOH外，Si不跟其他物質起反應。4、化學性質(1) 常溫下的反應：Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2 Si+2NaOH +H2O = Na2SiO3+2H2(2) 高溫下的反應：Si+O2SiO2 Si+2Cl2 SiCl45、硅的制備(1) 工業(yè)上制粗硅 SiO2 + 2C Si+2CO 石英砂 焦炭 電爐中 粗硅(2) 由粗硅制純硅 Si+2Cl2 SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl 第四章 第一節(jié) 無機非金屬材料的主角硅一、選擇題(本題包括10小題，每小題5分，共50分)1(2010廣州綜合測試)有些科學家提出硅是“21世紀的能源”，這主要是由于作為半導體材料的硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要的作用下列關于硅的說法不正確的是A高純度的單質硅被廣泛用于制作計算機芯片B硅可由二氧化硅還原制得C常溫時硅與水、空氣和酸不反應，但能與氫氟酸反應D自然界硅元素的貯量豐富，并存在大量的單質硅2下列關于碳和硅的敘述中，正確的是 ()A其氧化物都能與NaOH溶液反應 B其單質在加熱時都能跟O2反應C其氧化物都能溶于水生成相應的酸 D碳和硅兩種元素共有兩種單質3下列物質：氫氟酸；濃H2SO4；燒堿溶液；Na2CO3固體；氧化鈣；濃HNO3，其中在一定條件下能與SiO2反應的有 ()A B.全部 C D4下列離子方程式不正確的是 ()A硅酸鈉溶液與澄清石灰水反應： SiOCa2=CaSiO3B向澄清的石灰水中通入過量的CO2： CO2OH=HCOC向小蘇打溶液中加入過量的石灰水：2HCOCa22OH=CaCO32H2OCOD向水玻璃中加入過量鹽酸：2HSiO=H2SiO35下列說法正確的是 ()A硅材料廣泛應用于光纖通訊 B工藝師利用鹽酸刻蝕石英制作藝術品C水晶項鏈和餐桌上的瓷盤都是硅酸鹽制品 D粗硅制備單晶硅不涉及氧化還原反應6下列敘述正確的是 ( )A高溫下二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，說明硅酸(H2SiO3)的酸性比碳酸強B陶瓷、玻璃、水泥容器都能貯存氫氟酸C石灰抹墻、水泥砌墻的硬化過程原理相同D玻璃窯中出來的氣體的主要成分是二氧化碳7青花瓷中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”、“色白花青的錦鯉躍然于碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為2價)，下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是 A可用氧化物形式表示為BaOCuO2SiO2 B性質穩(wěn)定，不易脫色C易溶解于強酸和強堿 Dx等于68將過量的CO2分別通入CaCl2溶液；Na2SiO3溶液；Ca(OH)2溶液；飽和Na2CO3溶液最終溶液中有白色沉淀析出的是 ()A BC D解析：根據(jù)酸與鹽反應的規(guī)律，CO2通入CaCl2溶液無明顯現(xiàn)象(一般弱酸不能制強酸)；過量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至過量，Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最終生成Ca(HCO3)2而無沉淀產生；過量CO2通入飽和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而結晶析出答案：B9下列敘述正確的是 ()氧化鋁是一種比較好的耐火材料，可用來制造耐火坩堝氧化鐵常用作紅色油漆和涂料硅酸鈉是制備硅膠和木材防火劑的原料以純堿、石灰石、石英為原料可制普通玻璃石灰石、高嶺石、石英和水晶的主要成分都是SiO2A B C D解析：中石灰石的主要成分是碳酸鈣，化學式是CaCO3，高嶺石的主要成分是硅酸鹽，化學式是Al2(Si2O5)(OH)4或Al2O32SiO22H2O，石英、水晶的主要成分是SiO2.答案：D10對于第A族元素，下列敘述中不正確的是 ()ASiO2和CO2中Si和O，C和O之間都是共價鍵BC、Si、Ge的最外層電子數(shù)都是4，次外層電子數(shù)都是8CCO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定條件下都能和氧化鈣反應D該族元素的主要化合價是4價和2解析：第A族元素最外層電子數(shù)都是4，但C原子的次外層電子數(shù)是2，Ge的次外層電子數(shù)是18.答案：B二、非選擇題(本題包括4小題，共50分)11(10分)硅單質和碳單質及相應氧化物、氫化物、鹽在性質上有很多相似的地方如它們的最高價氧化物都是酸性氧化物，都能與堿反應生成鹽和水，都能和堿性氧化物(如CaO)反應生成鹽等；它們的氫化物都能燃燒生成對應的氧化物和水把河沙(主要成分是SiO2)跟鎂粉按一定質量比(稍大于1524)混合均勻，裝入試管中加熱大約1分鐘后發(fā)生劇烈反應，生成一種白色固體化合物和一種硅化物待生成的混合物冷卻后放入盛有稀硫酸的燒杯中，立即產生氣泡并伴有爆炸聲，產生的氣體是一種能在空氣中自燃的氣態(tài)氫化物(1)寫出河沙與鎂粉在加熱條件下的化學方程式：_該反應是_反應(填“放熱”或“吸熱”)(2)生成的混合物放入稀硫酸中，產生的氣體是(填化學式)_(3)寫出產生“爆炸聲”的化學方程式：_.解析：m(SiO2)m(Mg)1524，則n(SiO2)n(Mg)14.SiO2與Mg反應生成的硅化物必定是Mg2Si，則還要生成MgO.SiO2與Mg的混合物僅被加熱1分鐘后就劇烈反應，這說明反應放熱MgO與Mg2Si的混合物中加入稀硫酸后生成的氣態(tài)氫化物應是SiH4，SiH4在空氣中自燃的產物是SiO2和H2O.答案：(1)SiO24MgMg2Si2MgO放熱(2)SiH4(3)SiH42O2=SiO22H2O12(15分)硅單質及其化合物應用范圍很廣(1)制備硅半導體材料必須先得到高純硅，工業(yè)上可以按如下步驟制備純硅.高溫下用碳還原二氧化硅制得粗硅.粗硅與干燥的氯氣在450500條件下反應制得SiCl4.SiCl4液體經精餾提純后與過量H2在11001200條件下反應制得純硅已知SiCl4沸點為57.6，能與H2O強烈反應.1 mol H2與SiCl4氣體完全反應吸收的熱量為120.2 kJ.請回答下列問題：第步反應的熱化學方程式是_整個制備純硅的過程中必須嚴格控制無水無氧SiCl4在潮濕的空氣中因水解而產生白色煙霧，其生成物是_；H2還原SiCl4過程中若混入O2，可能引起的后果是_解析：根據(jù)水解定義和實驗現(xiàn)象判斷，SiCl4水解生成硅酸和HCl，產生白色煙霧圖示是陽離子交換膜電解槽，Na移向陰極，因此進入陽極室的應精制飽和食鹽水玻璃的化學組成可根據(jù)反應原理得到，n(CO2)n(Na2CO3)n(CaCO3)n(SiO2反應)1000 mol.n(SiO2過量)(283505360)1000/602000 mol，所以x4.答案：(1)2H2(g)SiCl4(g)=Si(s)4HCl(g)H240.4 kJ/mol(2)413(15分)(2009韶關調研)某活動課程小組擬用50 mL NaOH溶液吸收CO2氣體，制備Na2CO3溶液為了防止通入過量的CO2氣體生成NaHCO3，設計了如下實驗步驟：a取25 mL NaOH溶液吸收過量的CO2氣體，至CO2氣體不再溶解；b小火煮沸溶液12 min，趕走溶解在溶液中的CO2氣體；c在得到的溶液中加入另一半(25 mL)NaOH溶液，使其充分混合反應(1)此方案能制得較純凈的Na2CO3，寫出c步驟的離子方程式_此方案第一步的實驗裝置如下圖所示：(2)加入反應物前，如何檢驗整個裝置的氣密性_(3)若用大理石與鹽酸制CO2，則裝置B中盛放的試劑是_，作用是_(4)在實驗室通常制法中，裝置A還可作為下列_(填序號)氣體的發(fā)生裝置CH4H2Cl2CH2=CH2解析：a步發(fā)生的化學反應：NaOHCO2=NaHCO3，c步發(fā)生的化學反應：NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O.對于裝置氣密性的檢驗，要注意儀器的特點，可以一次檢查A、B的氣密性：用止水夾夾住B、C間的乳膠管；然后從漏斗中注入一定量的水，使漏斗中的水面高于錐形瓶內的水面，過一會，觀察漏斗內與錐形瓶中的液面差，若保持不變，說明裝置不漏氣；也可分別檢查A、B的氣密性：用彈簧夾夾住A、B間的乳膠管，先檢查A的氣密性：塞緊橡皮塞，從漏斗注入一定量的水，使漏斗中的水面高于錐形瓶內的水面，停止加水后，漏斗內與錐形瓶中的液面差保持不變，說明裝置不漏氣然后檢查B的氣密性：向燒杯中注入少量水，使導管口