高三化学一轮复习 4_1 无机非金属材料的主角-硅教学设计

第四章非金属及其化合物第一课时无机非金属材料的主角—硅〖复习目标〗（1）掌握碳、硅及其化合物的性质、转化关系以及应用。

（2）了解硅酸盐工业、常见无机非金属材料的性质和用途，新型无机非金属材料的特性及其应用。

（3）以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。

（4）了解C、Si单质及其重要化合物对环境的影响。

〖教学重点〗碳、硅及其化合物的性质、转化关系以及应用、常见无机非金属材料的性质和用途〖教学难点〗以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用〖教学过程〗【知识精讲】1、碳、硅元素及单质（1）存在形态自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素仅有化合态。

碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

（2）单质的结构、物理性质与用途比较（3）碳、硅单质的化学性质碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。

①C ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎧与O 2反应⎩⎨⎧O 2（足量）：C ＋O 2=====点燃CO 2O 2（不足）：2C ＋O 2=====点燃2CO与氧化物反应⎩⎪⎨⎪⎧Fe 2O 3：3C ＋Fe 2O 3=====高温3CO↑＋2FeSiO 2：2C ＋SiO 2=====高温Si ＋2CO↑CO 2：C ＋CO 2=====高温2COH 2O ：C ＋H 2O （g ）=====高温CO ＋H2与强氧化性酸⎩⎪⎨⎪⎧浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4（浓）=====△CO 2↑＋2SO 2↑＋ 2H 2O浓HNO 3：C ＋4HNO 3（浓）=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O②Si ⎩⎪⎨⎪⎧与非金属单质⎩⎪⎨⎪⎧O 2：Si ＋O 2=====△SiO2F 2：Si ＋2F 2===SiF4Cl 2：Si ＋2Cl 2=====△SiCl4与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑（特性）与NaOH 溶液反应：Si ＋2NaOH ＋H 2O ===Na 2SiO 3＋2H 2↑（特性）（4）硅的工业制法 ①制取粗硅工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅。

SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑ ②粗硅提纯a 、Si ＋2Cl 2=====高温 SiCl 4 SiCl 4＋2H 2=====高温 Si ＋4HClb 、Si ＋3HCl =====250～300℃Cu 粉或Ag 粉 SiHCl 3＋H 2 SiHCl 3＋H 2 =====1 100～1 200℃ Si ＋3HCl ③注意问题a 、用焦炭还原SiO 2，产物是CO 而不是CO 2。

b 、粗硅中含碳等杂质，与Cl 2反应生成的SiCl 4中也含CCl 4等杂质，经过分馏提纯SiCl 4后，再用H 2还原，得到高纯度硅。

2、CO 2和SiO 2的比较CO 2＋H 2OH 2CO 33、硅酸（1）溶解性：溶解度很小。

（2）化学性质——弱酸性：酸性比碳酸还弱。

Na 2SiO 3＋CO 2+H 2O=Na 2CO 3＋H 2SiO 3 ↓ 。

①硅酸不稳定，受热易分解：H 2SiO 3=====△SiO 2＋H 2O 。

②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH 溶液反应的化学方程式为H 2SiO 3＋2NaOH===Na 2SiO 3＋2H 2O 。

③硅酸在水中易聚合形成胶体。

硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

（3）制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na 2SiO 3＋2HCl=2NaCl ＋H 2SiO 3↓ 4、硅酸盐（1）硅酸盐：是由 硅、氧和金属组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。

（2）硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称 水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。

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它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式： 与盐酸反应：Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓。

与CO 2水溶液反应：Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3↓＋Na 2CO 3。

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(Na 2SiO 3)可表示为 Na 2O·SiO 2，长石(KAlSi 3O 8)可表示为：K 2O·Al 2O 3·6SiO 2 。

用氧化物形式表示硅酸盐的注意事项①氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。

②氧化物前系数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配置系数。

③氧化物之间以“·”隔开；系数配置出现分数应化为整数。

例如：长石：KAlSi 3O 8不能写成 K 2O·Al 2O 3·3SiO 2，应写成K 2O·Al 2O 3·6SiO 2。

5、无机非金属材料传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

（1）普通玻璃①主要原料： 纯碱、石灰石、石英。

②主要设备： 玻璃熔炉③主要成分： Na 2SiO 3 、CaSiO 3 、 SiO 2 。

④玻璃生产中的两个重要反应：Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑；CaCO 3＋SiO 2=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

（2）普通硅酸盐水泥①主要原料： 石灰石 、 黏土 。

②主要设备： 水泥回转窑 ③主要成分（写出名称和化学式）：硅酸三钙(3CaO·SiO 2)、硅酸二钙(2CaO·SiO 2)、铝酸三钙(3CaO·Al 2O 3) （3）陶瓷①主要原料： 黏土 ②主要设备： 陶瓷窑（4）新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

【方法精讲】1、碳、硅及其化合物的特性及应用 （1）熔沸点一般情况下，非金属单质熔沸点低，硬度小，但硅、金刚石熔沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质，所以可用金刚石制作钻头和切割工具。

（2）导电性一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体，所以晶体硅可作半导体材料，石墨可作电极。

（3）SiO 2作为酸性氧化物的特性一般情况下，只有碱性氧化物与酸反应，酸性氧化物只与碱反应，不与酸反应，但SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ，所以不能用玻璃容器盛放氢氟酸，可以用氢氟酸刻蚀玻璃。

一般情况下，酸性氧化物与水反应均能生成相应的酸，如SO 2＋H 2O H 2SO 3，但SiO 2不溶于水，不与水反应。

（4）碳与水的反应一般情况下，只有活泼金属（K 、Na 、Fe 等）才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C ＋H 2O （g ）=====高温CO ＋H 2，所以工业上用焦炭制取水煤气或氢气。

（5）硅酸和硅酸盐的溶解性一般情况下，大多数酸均可溶于水，如盐酸、醋酸、碳酸，但硅酸不溶于水。

硅酸盐大多难溶于水，常见可溶性硅酸盐是Na 2SiO 3，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。

2、CO 2的相关性质（1）二氧化碳与弱酸盐溶液反应（强酸制弱酸）碳酸酸性比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，将CO 2气体通入Na 2SiO 3、NaClO 、、NaAlO 2盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这是“强酸制弱酸”原理的应用。

如：CO 2—⎩⎪⎨⎪⎧―――――――――――――――――→CaCl 2溶液、CH 3COO 2Ca 溶液酸性比H 2CO 3强的酸对应的盐不反应――――――――――――――→Na 2CO 3溶液自身对应的盐NaHCO 3CO 2＋Na 2SiO 3＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓ (或CO 2＋Na 2SiO 3＋2H 2O===H 4SiO 4↓＋Na 2CO 3) CO 2＋Ca(ClO)2＋H 2O===CaCO 3↓＋2HClO CO 2＋＋H 2O ―→＋NaHCO 3CO 2(过量)＋NaAlO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3 CO 2(少量)＋2NaAlO 2＋3H 2O===2Al(OH)3↓＋Na 2CO 3【易错警示】CO 2通入CaCl 2或BaCl 2溶液不会产生白色沉淀，因为碳酸的酸性弱于盐酸。

（2）二氧化碳反应先后关系当有多种组分与一种物质反应时，判断反应顺序的方法：先假设与其中的一种组分反应，若产物还能与另一种组分反应，则假设错误。

如将CO2通入KOH、Ba(OH)2混合溶液中，假设CO2先与KOH反应，则生成的K2CO3会与Ba(OH)2继续反应生成BaCO3，故假设错误，应该是CO2先与Ba(OH)2反应。

（3）CO2与碱反应产物的定量判断CO2通入NaOH、Ca(OH)2等强碱溶液的反应与CO2气体的通入量有关，当CO2通入少量时生成碳酸盐，当CO2通入过量时生成碳酸氢盐；当CO2的通入量介于两者之间时，既有正盐又有酸式盐生成，因此推断时一定要注意CO2与碱之间量的关系。

以CO2与NaOH溶液反应为例：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2OCO2＋NaOH===NaHCO3当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：3、碳、硅及其化合物之间综合转化关系（1）知识网络①碳及其化合物的转化关系图②硅及其化合物的转化关系图（2）推断中常用题眼解答硅及其化合物的推断题，高温反应条件、特征反应、单质与碱反应、盐溶液与过量盐酸反应产生白色沉淀等往往是推断题的“突破口”。

【典例精讲】【例1】下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（）①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料A．①② B．②③ C．①④ D．③④【答案】C【解析】①硅在自然界中以硅酸盐和二氧化硅的形式存在，构成岩石和矿物的基本元素，故正确；②水晶成分是二氧化硅，不属于硅酸盐，故错误；③ 光导纤维的成分是二氧化硅，故错误；④陶瓷是人类应用很早饿硅酸盐材料，故正确；因此选项C正确。

【例2】在下列各溶液中逐渐通入CO2气体直至过量，会出现先沉淀后消失现象的是（）①饱和Na2CO3溶液②澄清石灰水③Ca（ClO）2溶液④CaCl2溶液⑤Na2SiO3溶液⑥NaAlO2溶液A．只有②③ B．只有③⑥ C．除①⑤⑥ D．全部【答案】A【解析】①饱和碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，出现浑浊，不能消失，错误；②氢氧化钙和二氧化碳反应先生成碳酸钙沉淀，后转化为碳酸氢钙，沉淀消失，正确；③次氯酸钙和二氧化碳反应先生成碳酸钙沉淀和次氯酸，后碳酸钙转化为碳酸氢钙，沉淀消失，正确；④氯化钙和二氧化碳不反应，错误；⑤硅酸钠和二氧化碳反应生成硅酸沉淀，沉淀不溶解，错误；⑥偏铝酸钠和二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，沉淀不溶于二氧化碳，错误。