高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 4.1 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角-硅教學(xué)設(shè)計(jì)

1、第四章 非金屬及其化合物第一課時(shí) 無(wú)機(jī)非金屬材料的主角硅復(fù)習(xí)目標(biāo)（1）掌握碳、硅及其化合物的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系以及應(yīng)用。（2）了解硅酸鹽工業(yè)、常見(jiàn)無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途，新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性及其應(yīng)用。（3）以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si元素及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用。（4）了解C、Si單質(zhì)及其重要化合物對(duì)環(huán)境的影響。教學(xué)重點(diǎn)碳、硅及其化合物的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系以及應(yīng)用、常見(jiàn)無(wú)機(jī)非金屬材料的性質(zhì)和用途教學(xué)難點(diǎn)以新材料、新技術(shù)為背景考查C、Si元素及其重要化合物的性質(zhì)及應(yīng)用教學(xué)過(guò)程【知識(shí)精講】1、碳、硅元素及單質(zhì)（1）存在形態(tài)自然界中碳元素既有游離態(tài)，又有化合態(tài)，而硅元素僅有化合態(tài)。碳單質(zhì)主要

2、有金剛石、石墨、C60等同素異形體，硅單質(zhì)主要有晶體硅和無(wú)定形硅兩大類。（2）單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)與用途比較碳硅結(jié)構(gòu)金剛石：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨：層狀結(jié)構(gòu)晶體硅：與金剛石類似的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)金剛石熔點(diǎn)高、硬度大石墨熔點(diǎn)高、質(zhì)軟，有滑膩感晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高用途金剛石用作切割刀具，石墨用作電極、鉛筆芯晶體硅用作半導(dǎo)體材料、硅芯片和硅太陽(yáng)能電池（3）碳、硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)碳、硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。C Si （4）硅的工業(yè)制法制取粗硅工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅。SiO22CSi2CO粗硅提純a、Si2Cl2SiCl4SiCl42H

3、2Si4HClb、Si3HCl SiHCl3H2SiHCl3H2 Si3HCl注意問(wèn)題a、用焦炭還原SiO2，產(chǎn)物是CO而不是CO2。b、粗硅中含碳等雜質(zhì)，與Cl2反應(yīng)生成的SiCl4中也含CCl4等雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)分餾提純SiCl4后，再用H2還原，得到高純度硅。2、CO2和SiO2的比較物質(zhì)二氧化硅二氧化碳結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個(gè)分子存在單個(gè)CO2分子主要物理性質(zhì)硬度大，熔、沸點(diǎn)高，常溫下為固體，不溶于水熔、沸點(diǎn)低，常溫下為氣體，微溶于水化 學(xué) 性 質(zhì)與水反應(yīng)不反應(yīng)CO2H2OH2CO3與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O不反應(yīng)與堿反應(yīng)SiO22NaOH=Na2SiO3H

4、2O(盛堿液的試劑瓶用橡膠塞)O2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2過(guò)量：CO2NaOH=NaHCO3與鹽反應(yīng)如與Na2CO3反應(yīng)：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如與Na2SiO3反應(yīng)：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3與堿性氧化物反應(yīng)如與CaO反應(yīng)：SiO2CaOCaSiO3如與Na2O反應(yīng)：Na2OCO2=Na2CO3用途光導(dǎo)纖維、光學(xué)儀器、電子部件制飲料、制碳酸鹽3、硅酸（1）溶解性：溶解度很小。（2）化學(xué)性質(zhì)弱酸性：酸性比碳酸還弱。Na2SiO3CO2+H2O=Na2

5、CO3H2SiO3 。硅酸不穩(wěn)定，受熱易分解：H2SiO3SiO2H2O。硅酸能與堿溶液反應(yīng)，如與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。硅酸在水中易聚合形成膠體。硅膠吸附水分能力強(qiáng)，常用作干燥劑。（3）制備：可用硅酸鈉與鹽酸反應(yīng)制得：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO34、硅酸鹽（1）硅酸鹽：是由 硅、氧和金屬組成的化合物的總稱，是構(gòu)成地殼巖石的重要成分。（2）硅酸鈉：硅酸鈉的水溶液俗稱 水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。白色、可溶于水的粉末狀固體，其水溶液俗稱水玻璃，有黏性，水溶液顯堿性。它能與酸性比硅酸強(qiáng)的酸反應(yīng)，分別寫(xiě)出以下化學(xué)方程

6、式：與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。與CO2水溶液反應(yīng)：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。用途：黏合劑(礦物膠)，耐火阻燃材料。（3）硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示硅酸鹽的組成：如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為 Na2OSiO2，長(zhǎng)石(KAlSi3O8)可表示為：K2OAl2O36SiO2 。用氧化物形式表示硅酸鹽的注意事項(xiàng)氧化物的順序：活潑金屬氧化物較活潑金屬氧化物二氧化硅水。氧化物前系數(shù)配置原則：除氧元素外，其他元素按配置前后原子個(gè)數(shù)守恒原則配置系數(shù)。氧化物之間以“”隔開(kāi)；系數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。例如：長(zhǎng)石：K

7、AlSi3O8不能寫(xiě)成 K2OAl2O33SiO2，應(yīng)寫(xiě)成K2OAl2O36SiO2。5、無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。（1）普通玻璃 主要原料： 純堿、石灰石、石英。主要設(shè)備： 玻璃熔爐 主要成分： Na2SiO3 、CaSiO3 、 SiO2 。玻璃生產(chǎn)中的兩個(gè)重要反應(yīng)：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；CaCO3SiO2CaSiO3CO2。（2）普通硅酸鹽水泥主要原料： 石灰石 、 黏土 。主要設(shè)備： 水泥回轉(zhuǎn)窯主要成分（寫(xiě)出名稱和化學(xué)式）： 硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣(2CaOSiO2)、鋁酸三鈣(3CaOAl2O3)（3）陶瓷

8、主要原料： 黏土主要設(shè)備： 陶瓷窯（4）新型無(wú)機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、光導(dǎo)纖維、生物陶瓷、壓電陶瓷等?！痉椒ňv】1、碳、硅及其化合物的特性及應(yīng)用（1）熔沸點(diǎn)一般情況下，非金屬單質(zhì)熔沸點(diǎn)低，硬度小，但硅、金剛石熔沸點(diǎn)高，硬度大，其中金剛石為自然界中硬度最大的物質(zhì)，所以可用金剛石制作鉆頭和切割工具。（2）導(dǎo)電性一般情況下，非金屬單質(zhì)為絕緣體，但硅為半導(dǎo)體，石墨為電的良導(dǎo)體，所以晶體硅可作半導(dǎo)體材料，石墨可作電極。（3）SiO2作為酸性氧化物的特性一般情況下，只有堿性氧化物與酸反應(yīng)，酸性氧化物只與堿反應(yīng)，不與酸反應(yīng)，但SiO2是酸性氧化物，卻能與氫氟酸反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，

9、所以不能用玻璃容器盛放氫氟酸，可以用氫氟酸刻蝕玻璃。一般情況下，酸性氧化物與水反應(yīng)均能生成相應(yīng)的酸，如SO2H2OH2SO3，但SiO2不溶于水，不與水反應(yīng)。（4）碳與水的反應(yīng)一般情況下，只有活潑金屬（K、Na、Fe等）才能夠置換出水中的氫，但碳單質(zhì)卻能與水蒸氣反應(yīng)：CH2O（g）COH2，所以工業(yè)上用焦炭制取水煤氣或氫氣。（5）硅酸和硅酸鹽的溶解性一般情況下，大多數(shù)酸均可溶于水，如鹽酸、醋酸、碳酸，但硅酸不溶于水。硅酸鹽大多難溶于水，常見(jiàn)可溶性硅酸鹽是Na2SiO3，其水溶液俗稱水玻璃，是制備硅膠和木材防火劑等的原料。2、CO2的相關(guān)性質(zhì)（1）二氧化碳與弱酸鹽溶液反應(yīng)（強(qiáng)酸制弱酸）碳酸酸性比

10、硅酸、次氯酸、苯酚、偏鋁酸等強(qiáng)，將CO2氣體通入Na2SiO3、NaClO、NaAlO2鹽溶液中，均能發(fā)生反應(yīng)而生成相應(yīng)的弱酸和碳酸(氫)鹽，這是“強(qiáng)酸制弱酸”原理的應(yīng)用。如：CO2CO2Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO3(或CO2Na2SiO32H2O=H4SiO4Na2CO3)CO2Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClOCO2H2ONaHCO3CO2(過(guò)量)NaAlO22H2O=Al(OH)3NaHCO3CO2(少量)2NaAlO23H2O=2Al(OH)3Na2CO3【易錯(cuò)警示】CO2通入CaCl2或BaCl2溶液不會(huì)產(chǎn)生白色沉淀，因?yàn)樘妓岬乃嵝匀跤邴}酸。（2）二氧化碳

11、反應(yīng)先后關(guān)系當(dāng)有多種組分與一種物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，判斷反應(yīng)順序的方法：先假設(shè)與其中的一種組分反應(yīng)，若產(chǎn)物還能與另一種組分反應(yīng)，則假設(shè)錯(cuò)誤。如將CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假設(shè)CO2先與KOH反應(yīng)，則生成的K2CO3會(huì)與Ba(OH)2繼續(xù)反應(yīng)生成BaCO3，故假設(shè)錯(cuò)誤，應(yīng)該是CO2先與Ba(OH)2反應(yīng)。（3）CO2與堿反應(yīng)產(chǎn)物的定量判斷CO2通入NaOH、Ca(OH)2等強(qiáng)堿溶液的反應(yīng)與CO2氣體的通入量有關(guān)，當(dāng)CO2通入少量時(shí)生成碳酸鹽，當(dāng)CO2通入過(guò)量時(shí)生成碳酸氫鹽；當(dāng)CO2的通入量介于兩者之間時(shí)，既有正鹽又有酸式鹽生成，因此推斷時(shí)一定要注意CO2與堿之間量的關(guān)系。以CO2與NaO

12、H溶液反應(yīng)為例：CO22NaOH=Na2CO3H2OCO2NaOH=NaHCO3當(dāng)n(OH)n(CO2)的值不同時(shí)產(chǎn)物如下：3、碳、硅及其化合物之間綜合轉(zhuǎn)化關(guān)系（1）知識(shí)網(wǎng)絡(luò)碳及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖（2）推斷中常用題眼解答硅及其化合物的推斷題，高溫反應(yīng)條件、特征反應(yīng)、單質(zhì)與堿反應(yīng)、鹽溶液與過(guò)量鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀等往往是推斷題的“突破口”。 【典例精講】【例1】下列關(guān)于硅單質(zhì)及其化合物的說(shuō)法正確的是 （ ）硅是構(gòu)成一些巖石和礦物的基本元素水泥、玻璃、水晶飾物都是硅酸鹽制品高純度的硅單質(zhì)廣泛用于制作光導(dǎo)纖維陶瓷是人類應(yīng)用很早的硅酸鹽材料A B C D【答案】C【解析】硅在

13、自然界中以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在，構(gòu)成巖石和礦物的基本元素，故正確；水晶成分是二氧化硅，不屬于硅酸鹽，故錯(cuò)誤； 光導(dǎo)纖維的成分是二氧化硅，故錯(cuò)誤；陶瓷是人類應(yīng)用很早餓硅酸鹽材料，故正確；因此選項(xiàng)C正確?！纠?】在下列各溶液中逐漸通入CO2氣體直至過(guò)量，會(huì)出現(xiàn)先沉淀后消失現(xiàn)象的是 （ ）飽和Na2CO3溶液 澄清石灰水 Ca（ClO）2溶液CaCl2溶液 Na2SiO3溶液 NaAlO2溶液A只有 B只有 C除 D全部【答案】A【解析】飽和碳酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉，出現(xiàn)渾濁，不能消失，錯(cuò)誤；氫氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)先生成碳酸鈣沉淀，后轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈣，沉淀消失，正確；次氯酸鈣和二氧化碳反

14、應(yīng)先生成碳酸鈣沉淀和次氯酸，后碳酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈣，沉淀消失，正確；氯化鈣和二氧化碳不反應(yīng)，錯(cuò)誤；硅酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成硅酸沉淀，沉淀不溶解，錯(cuò)誤；偏鋁酸鈉和二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，沉淀不溶于二氧化碳，錯(cuò)誤。所以選A?！究碱}精練】1下列有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)或應(yīng)用的說(shuō)法不正確的是 （ ）A二氧化硅是生產(chǎn)光纖制品的基本原料B水玻璃可用于生產(chǎn)黏合劑和防火劑CNa2O、Na2O2與CO2反應(yīng)產(chǎn)物相同DSiO2是酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)【答案】C【解析】A、光導(dǎo)纖維的主要成分為二氧化硅，正確，不選A；B、水玻璃有黏性和耐火性，正確，不選B；C、氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，過(guò)氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣，二者產(chǎn)物不同，選C；D、二氧化硅是酸性氧化物，能和氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉和水，正確，不選D。2下列說(shuō)法：硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，因