高中化学第四章非金属及其化合物4.1无机非金属材料的主角__硅第2课时学案新人教版必修1

1 第2课时 硅酸盐和硅单质 [学习目标定位] 1.知道硅酸钠的性质和用途。2.学会用氧化物的形式表示复杂硅酸盐的方法。3.知道玻璃、水泥和陶瓷是硅酸盐制品以及生产它们的主要原料。4.知道晶体硅是良好的半导体材料，能说出它的主要用途。

一、硅酸盐 1.有下列含硅物质：①硅酸钙(CaSiO3)，②长石(KAlSi3O8)，③石棉(CaMg3Si4O12)，它们都属于硅酸盐。 (1)硅酸盐在组成上的相同点是都是由硅、氧和金属元素组成的化合物。 (2)硅酸盐常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成，如硅酸钙CaSiO3可表示为CaO·SiO2，长石表示为K2O·Al2O3·6SiO2，石棉表示为CaO·3MgO·4SiO2。 2.硅酸钠是最简单的硅酸盐，俗名泡花碱，是一种白色固体，易溶于水，其水溶液俗称水玻璃。 (1)硅酸钠化学性质相对稳定，不易腐蚀，不能燃烧，常用于制备黏合剂、防腐剂和防火剂。 (2)硅酸钠能与酸反应生成沉淀，其离子方程式是SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓。 3.硅酸盐产品有着广泛的应用，大家熟悉的玻璃、水泥和陶瓷是常见的硅酸盐产品，也是使用量最大的无机非金属材料。 (1)阅读教材填写下表：

硅酸盐产品 原料 主要设备 主要成分 水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 3CaO·SiO2， 2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3 玻璃 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 Na2O·CaO·6SiO2 陶瓷 黏土 硅酸盐

(2)硅酸盐产品水泥与陶瓷的共同原料是黏土，水泥与玻璃的共同原料是石灰石。 4.特殊功能的含硅物质 (1)金刚砂(SiC)具有类似金刚石的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮磨料。 (2)硅钢(含硅4%)具有很高的导磁性，主要用作变压器铁芯。 2

(3)硅橡胶：既耐高温又耐低温，用于制造火箭、导弹、飞机的零件和绝缘材料等。 (4)人工制造的分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)，主要用作吸附剂和催化剂。

用氧化物形式表示硅酸盐的组成 (1)氧化物的书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。 (2)氧化物之间以“·”隔开。 (3)在氧化物前面按化学式中的比例添加数字。 (4)若出现分数时应化为整数。

1.用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是( ) A.钙沸石(CaAl2Si3O10·3H2O)，表示为Al2O3·CaO·3SiO2·3H2O

B.镁橄榄石(Mg2SiO4)，表示为MgO·12SiO2 C.钾云母(K2Al6Si6H4O24)，表示为K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2 D.滑石(Mg3H2Si4O12)表示为3MgO·4SiO2·H2O 答案 D 解析 根据硅酸盐改写氧化物的要求可以判断，A中Al2O3和CaO的排列顺序有误；B中化学

计量数出现了12；C中正确的写法应为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O；D的写法完全符合要求。 2.《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)。下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( ) A.可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2 B.性质稳定，不易脱色 C.易溶解于强酸和强碱 D.x等于6 答案 C 解析 “硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。 二、硅单质 1.单质硅可分为晶体硅和无定形硅两种。 3

(1)晶体硅结构如图所示，为具有正四面体形网状结构的晶体，与金刚石结构相似。 (2)晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。 (3)晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。 2.硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。

(1)加热时硅能与氧气、氯气、碳等发生反应。写出硅与氯气反应的化学方程式Si＋2Cl2=====加热

SiCl4。 (2)常温下，硅能与F2、HF和强碱溶液反应，写出硅与氢氟酸反应的化学方程式：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。 3.单质硅常用二氧化硅来制取，主要分为两个阶段：

(1)用碳还原二氧化硅制备粗硅，反应的化学方程式是SiO2＋2C=====高温电炉Si(粗)＋2CO↑。 (2)将粗硅先与氯气反应，其产物用氢气还原制备纯硅，反应的化学方程式是Si(粗)＋2Cl2=====加热SiCl4，SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl。

(1)硅在自然界中以化合态存在，工业上常以二氧化硅为原料来制取单质硅。 (2)单质硅常用作半导体材料和合金材料。

3.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( ) A.晶体硅和金刚石的物理性质相似 B.晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应 C.晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵 D.晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电 答案 A 解析 晶体硅的结构与金刚石相似，是具有正四面体形的空间立体网状结构，所以物理性质与金刚石相似，熔、沸点高，硬度大；硅的化学性质不活泼，但常温下可与F2、HF和强碱反应；晶体硅是一种良好的半导体材料，被广泛使用；晶体硅是一种非金属单质，虽然它具有金属光泽。 4

4.下列关于碳和硅的比较，正确的是( ) A.它们的氧化物都能与水反应生成对应的酸 B.碳和硅的最高正价都是＋4价 C.硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位 D.碳和硅在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态 答案 B 解析 SiO2不溶于水，也不与水反应；地壳中含量最多的元素是氧，其次是硅；自然界中有游离态的碳(金刚石)，没有游离态的硅。故正确答案为B。

硅及其化合物的转化关系

1.下列有关硅酸盐的说法中正确的是( ) A.硅酸盐中的阴离子都是SiO2－3 B.硅酸盐都难溶于水 C.通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的 D.Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂 答案 D 解析 硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐(如Na2SiO3)，也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。 2.硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是( ) A.陶瓷餐具 B.石英钟表 C.计算机芯片 D.光导纤维 答案 C 3.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是( ) A.这是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀 B.在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 5

D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 答案 D 解析 水玻璃是一种矿物胶，可作黏合剂、耐酸水泥掺料，木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧，水玻璃的化学性质稳定，但在空气中易与二氧化碳反应生成硅酸。 4.青石棉(crocidolite)是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2，青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，下列说法不正确的是( ) A.青石棉是一种硅酸盐产品 B.青石棉中含有一定量的石英晶体 C.青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D.1mol青石棉能使1molHNO3被还原 答案 B 解析 硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，所以青石棉是一种硅酸盐产品，A正确；硅酸盐中不含二氧化硅，所以青石棉中不含石英晶体，B错误；硅酸盐写成氧化物形式的先后顺序为活泼金属氧化物、较活泼金属氧化物、二氧化硅、水，所以青石棉的化学组成用氧化物的形式可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O，C正确；青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO，N元素由＋5价降低到＋2价，得三个电子，因为青石棉中含有二价亚铁离子，根据氧化还原反应中得失电子相等可得青石棉与被还原硝酸的关系式为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O～HNO3，所以1 mol青石棉能使1 mol硝酸被还原，D正确。 5.硅是带来人类文明的重要元素之一，从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个又一个奇迹。

(1)工业上生产粗硅的反应：SiO2＋2C=====3273KSi(粗)＋2CO↑；SiO2＋3C=====3273KSiC＋2CO↑。若产品中单质硅与碳化硅的物质的量之比为1∶1，则参加反应的C和SiO2的物质的量之比为________。 (2)工业上可以通过如图所示的流程制取纯硅：

①若反应Ⅰ为Si(粗)＋3HCl=====△SiHCl3＋H2，则反应Ⅱ的化学方程式为__________。 ②整个制备过程中必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：________________________________。 ③假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失。反应Ⅰ中HCl的利用率为