1、合作探究自主预习第 4 章 材料家族中的元素合作探究自主预习第 1 节 硅 无机非金属材料合作探究自主预习目标导航预习导引 1.了解硅单质的结构、组成和主要的化学性质及用途;2.掌握二氧化硅和硅酸盐的主要化学性质;3.了解二氧化硅、硅酸盐制品和新型无机非金属材料的应用。1.掌握硅和二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用,能书写相关反应的化学方程式;2.能举例说明硅在半导体工业以及二氧化硅在现代通信业、传统硅酸盐制品生产、一些新型无机非金属材料研发等方面的主要应用。合作探究自主预习目标导航预习导引一二三一、单质硅与半导体材料 1.硅的分布与存在(1)分布:硅在自然界中分布广泛,在地壳中居第二
2、位,仅次于氧,是构成矿物和岩石的基本元素。(2)存在:自然界中没有游离态的硅,全部以化合态的形式存在。2.半导体材料(1)特点:特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。(2)常见的半导体材料:最早使用锗(Ge),现在最广泛使用的是硅。3.硅单质(1)物理性质:颜色 光泽 熔点 质地 导电性 灰黑色 有金属光泽 高 硬而脆 半导体 合作探究自主预习目标导航预习导引一二三(2)化学性质:(3)硅的制取与提纯:(4)硅的主要用途:作半导体材料;制造太阳能电池;制造硅合金等。粗硅:2C+SiO2Si+2CO纯硅:Si+2Cl2SiCl4 SiCl4+2H2Si+4HCl合作探究自主预习目标导航预习
3、导引一二三预习交流1 请同学们思考交流以下问题:(1)在SiO2+2C Si+2CO反应中,氧化剂是什么?还原剂是什么?答案:在SiO2+2C Si+2CO反应中,SiO2是氧化剂,C是还原剂。(2)在SiO2+3C SiC+2CO反应中,氧化剂是什么?还原剂是什么?答案:在SiO2+3C SiC+2CO反应中,C既是氧化剂又是还原剂。(3)非金属单质不能与碱反应产生氢气,对吗?答案:不对。硅可以与强碱溶液(如NaOH溶液)反应产生氢气。合作探究自主预习目标导航一二预习导引三二、二氧化硅与光导纤维 1.存在:水晶、石英、沙子的主要成分是二氧化硅。2.构成:SiO2晶体是由硅原子和氧原子构成的氧
4、化物。3.性质:(1)物理性质:不溶于水的固体,硬度大,熔沸点高。(2)化学性质:合作探究自主预习目标导航一二预习导引三4.光导纤维(1)主要成分:SiO2。(2)用途:用于光纤通信、能量传输、信息处理等方面。预习交流2(1)保存氢氟酸、NaOH溶液时应该注意什么问题?答案:氢氟酸不能保存在玻璃瓶中,应保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中,应保存在橡胶塞的玻璃瓶中。(2)酸性氧化物能否与酸反应?试举例说明。答案:能。如SiO2可与HF反应,化学方程式为SiO2+4HF SiF4+2H2O。合作探究自主预习目标导航一二预习导引三三、硅酸盐与无机非金属材料 玻璃 水泥 陶瓷 原料
5、 纯碱、石灰石、石英 黏土、石灰石 黏土 反应原理 CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 高温下发生复杂的物理、化学变化 烧结时发生复杂的物理、化学变化 反应条件 高温 高温 高温 主要成分 SiO2、CaSiO3、Na2SiO3 硅酸二钙:2CaOSiO2、硅酸三钙:3CaOSiO2、铝酸三钙:3CaOAl2O3 硅酸盐 特性 非晶体,透明、无固定熔点,可在一定温度范围内软化 水硬性:无论在水中还是在空气中均能硬化(不可逆过程)耐酸碱腐蚀 合作探究自主预习目标导航一二预习导引三预习交流3 为什么玻璃没有固定的熔点?答案:因为玻璃是混合物,所以玻
6、璃没有固定的熔点,只是在某一温度范围内逐渐软化。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三一、硅与二氧化硅的特殊性 活动与探究 1.硅的单质与氢氟酸反应的化学方程式是什么?属于何种反应类型?有何特殊性?答案:化学方程式为Si+4HF SiF4+2H2;反应类型为置换反应;该反应的特殊性表现为非金属单质与酸反应,生成两种气体产物且产物之一为氢气。2.能与NaOH溶液反应产生氢气的非金属单质是哪一种?试写出化学反应方程式。答案:非金属单质能与NaOH溶液反应产生氢气的是硅,化学方程式为Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三3.SiO2是酸性氧化物,能与
7、酸反应吗?答案:能与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HF SiF4+2H2O。4.SiO2是两性氧化物吗?答案:不是。两性氧化物是指既能与酸反应又能与碱反应,生成盐和水的氧化物。SiO2与HF反应不生成盐。5.能否用SiO2和水反应来制取H2SiO3?答案:SiO2不溶于水,也不与水反应,所以不能用SiO2和水反应来制取H2SiO3,制取H2SiO3的方法如下:Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3或Na2SiO3+CO2+H2O Na2CO3+H2SiO3。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用 例1下列关于硅的说法中不正确的是()A.硅是非金属元素,它的单质晶体是
8、灰黑色、有金属光泽的固体 B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是优良的半导体材料 C.硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应 D.加热到一定温度时,硅能与氧气、氯气等非金属单质反应 解析:硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体;单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是优良的半导体材料;在常温下,硅的化学性质不活泼,除能与F2、HF、强碱溶液反应外,硅不易跟其他物质反应,但在加热条件下,硅能与一些非金属单质(如氧气、氯气等)反应。答案:C 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练1有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,下列
9、关于其有利因素的说法中,你认为不妥的是()A.便于运输、储存,从安全角度考虑,硅是最佳的燃料 B.自然界的含硅化合物易开采 C.硅燃烧放出的热量多,燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制 D.自然界中存在大量的单质硅 解析:有些燃料,如氢气具有热值大、无污染等优点,但从运输、储存角度就不如硅了,硅是固体、常温下性质稳定,是非常安全的;另外,硅在自然界存在广泛,含硅化合物易开采,其燃烧产物为SiO2,对环境污染程度低。但需注意的是,自然界中没有游离态的硅,因此,D是错误的。答案:D 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三(1)硅是非金属元素,但硅的单质晶体是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,是优
10、良的半导体材料。(2)Si能与HF反应生成H2:Si+4HF SiF4+2H2。(3)Si能与NaOH溶液反应生成H2:Si+2NaOH+H2O Na2SiO3+2H2。(4)SiO2是酸性氧化物,但能与HF反应:SiO2+4HF SiF4+2H2O。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三二、SiO2和CO2的性质比较 活动与探究 1.SiO2和CO2都是酸性氧化物,它们的物理性质相似吗?答案:SiO2和CO2的结构不同,SiO2是由Si原子和O原子直接构成的空间网状结构的晶体,硬度大,熔沸点高;而CO2是由CO2分子构成的晶体,常温下为气体,所以二者的物理性质差别较大。2.在一定条件下,下列
11、物质能和SiO2反应的是 ,能和CO2反应的是 。焦炭 纯碱 碳酸钙 氢氟酸 硝酸 氢氧化钾 氧化钙 氟气 水 答案:合作探究自主预习问题导学即时检测一二三3.根据反应:SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2,能否说明酸性:H2SiO3H2CO3?如何证明这两种酸酸性的强弱?答案:根据上述反应不能证明酸性:H2SiO3H2CO3。因为该反应不是在溶液中进行的,通常情况下,一种酸与另一种盐在溶液中反应生成新的酸和新的盐时,可以证明反应物的酸比生成物的酸的酸性强,如在Na2SiO3溶液中通入CO2气体,生成H2SiO3,证明酸性:H2CO3H2SiO3。4.CO2、SiO2是否具有氧化性,
12、为什么?请举例说明。答案:CO2、SiO2中的C、Si均为+4价,具有氧化性。如CO2+C 2CO,SiO2+2C Si+2CO。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用 例2下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A.CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应 B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物 D.CO2和SiO2都是由相应的分子构成的 解析:CO2、SiO2都是酸性氧化物,都能与碱及碱性氧化物反应,故A正确,C不正确;SiO2不溶于水,也不能和水反应生成硅酸,B不正确;CO2是由分子构成的,SiO2是由Si、O原子直接构成
13、的,故D不正确。答案:A 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练2下列说法中不正确的是()A.因为SiO2不溶于水,故H2SiO3不是SiO2对应的酸 B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸沉淀 C.SiO2是一种空间立体网状结构的晶体,熔点高、硬度大 D.氢氟酸能够雕刻玻璃 解析:SiO2中Si呈+4价,H2SiO3中Si为+4价,且H2SiO3 SiO2+H2O,故A项错误;B项发生的反应为Na2SiO3+CO2(少量)+H2O H2SiO3+Na2CO3,B项正确;D项发生的反应为4HF+SiO2 SiF4+2H2O,D项正确。答案:A 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三二氧化碳
14、与二氧化硅的比较 CO2 SiO2 存在 空气 岩石、石英、水晶、硅藻土 化学式意义 表示其分子组成 晶体内没有 SiO2 分子,仅表示硅原子和氧原子以 12 结合 不同点 物理性质熔沸点低,常温时是气体,可溶于水 熔沸点高、硬度大的固体,不溶于水 与水反应CO2+H2OH2CO3 与水不反应 与酸反应不反应 只与氢氟酸反应 SiO2+4HFSiF4+2H2O 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三 CO2 SiO2 相同点 与碱性氧化物反应 CO2+CaOCaCO3 CaO+SiO2CaSiO3 与碱反应CO2+2NaOHNa2CO3+H2OCO2+NaOHNaHCO3 SiO2+2NaOH
15、Na2SiO3+H2O 与 C 反应CO2+C2CO SiO2+2CSi+2CO 与盐反应Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3+Na2CO3 Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三三、硅酸盐的表示方法 活动与探究 1.光导纤维属于硅酸盐材料吗?答案:光导纤维的主要成分为SiO2,不属于硅酸盐材料。2.钢化玻璃是新型无机非金属材料吗?答案:钢化玻璃是将普通玻璃骤冷形成的,成分与普通玻璃相同,属于传统无机非金属材料,不属于新型无机非金属材料。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用 例3地震是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量
16、急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,传到地面会引起房摇地动,再引起一系列的变化从而造成破坏性的自然灾害。地球的表层大多是岩石,而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐,下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成,其中不正确的是()A.钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O表示为CaOAl2O33SiO23H2O B.镁橄榄石Mg2SiO4可表示为2MgOSiO2 C.北京奥运会奖牌所用玉的主要成分透闪石Ca2Mg5Si8O22(OH)2表示为2CaSiO35MgSiO3H2O D.高岭石Al2Si2O5(OH)4可表示为Al2O32SiO22H2O 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三解析:
17、2CaSiO35MgSiO3H2O中Ca与Si的原子个数比为27,而Ca2Mg5Si8O22(OH)2中Ca与Si原子个数比为28,故选C。答案:C 合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练3物质的组成可用不同形式表示:(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式(改写时注意金属氧化物在前,非金属氧化物在后,低价在前,高价在后,H2O一般写在最后)。镁橄榄石(Mg2SiO4);高岭石Al2Si2O5(OH)4 。(2)许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写成氧化物形式,请继续改写下列物质:HNO3 ;HCOOH 。通过以上改写可知,HNO3的酸酐为 ,HCOOH与浓硫酸反应可制 气体。(3)已知在一
18、定条件下,铁在氯气中燃烧可以生成Fe3Cl8,它可以看作是 (化学式)。生成该物质的条件可能是 。答案:(1)2MgOSiO2 Al2O32SiO22H2O(2)N2O5H2O COH2O N2O5 CO(3)FeCl22FeCl3 氯气的量不足(或铁过量)合作探究自主预习问题导学即时检测一二三氧化物的排列顺序:活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三(2)材料分类:材料合作探究自主预习问题导学即时检测一二三(3)传统无机非金属材料与新型无机非金属材料的对比:传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 所属范畴 硅酸盐材料 具有特殊结构、功能的新材料 常见产
19、品 水泥、玻璃、传统陶瓷 半导体材料、氮化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、光导纤维 主要性能 抗腐蚀、耐高温质脆、经不起热冲击 耐高温、高强度有光学特性有电学特性有生物功能 合作探究自主预习问题导学即时检测123451.将足量的CO2通入下列溶液中,能产生沉淀的是()A.硅酸钠溶液B.澄清石灰水 C.氯化钡溶液D.氯化钙溶液 解析:因为H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强,所以将CO2通入Na2SiO3溶液中会生成H2SiO3沉淀。答案:A 合作探究自主预习问题导学即时检测123452.现有下列五个转化,其中不能通过一步反应实现的是()A.B.C.D.解析:因为SiO2、CuO均不能溶于水,所以它们的水
20、化物H2SiO3、Cu(OH)2均不能直接制得。其中可由SiO2与NaOH溶液反应实现,可由CuSO4与BaCl2溶液反应实现,由Na2O2与稀硫酸反应即可。答案:B SiO2Na2SiO3 CuSO4CuCl2 SiO2H2SiO3 CuOCu(OH)2 Na2O2Na2SO4合作探究自主预习问题导学即时检测123453.生石灰中常含有杂质CaCO3和SiO2,检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是()A.水B.盐酸 C.硫酸D.烧碱溶液 解析:生石灰能溶于盐酸(2HCl+CaO CaCl2+H2O),CaCO3溶于盐酸时产生气体,SiO2不溶于盐酸。将生石灰放入盐酸,若观察到既有不溶物,还有气体产生,则生石灰中同时含有CaCO3和SiO2。答案:B 合作探究自主预习问题导学即时检测123454.下列物质的主要成分不是硅酸盐的是()A.石英玻璃B.陶瓷 C.普通玻璃D.高岭土 解析:石英玻璃主要成分是SiO2,不是硅酸盐,陶瓷、普通玻璃、高岭土主要成分均为硅酸盐。答案:A 合作探究自主预习问题导学即时检测12345