高中化学41无机非金属材料的主角—硅期末复习学案新人教版必修1.pdf
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1、用心爱心专心1 第四章非金属及其化合物 第一节无机非金属材料的主角硅 【本节学习要点】 1了解硅在自然界中的存在,主要物理性质、用途 2了解二氧化硅的存在,知道石英、水晶、硅石、玛瑙与SiO2的关系,了解SiO2的网状结构,掌握 SiO2的化学性质。 3了解硅酸的性质和制备 4了解常见硅酸盐的性质和主要用途 【重难点讲解】 重难点一、二氧化硅和硅酸 SiO2与 CO2的比较 物质SiO2CO2 晶体微粒 Si 原子和 O 原子 (不存在 SiO2分子 ) CO2分子 物 熔点高(1723) 低(57 ) 沸点高(2230) 低(79 ) 硬度大小 溶解性不溶于水常温微溶于水 与水反应不反应 C
2、O2H2O = H2CO3(可 逆) 化 学 性 质 与 HF 酸反应 4HF SiO2SiF4 2H2O 不反应 与 NaOH 溶液 SiO2 2NaOHNa2SiO3 H2O CO2NaOHNaHCO3 或 CO22NaOHNa2CO3 H2O 与盐反应 SiO2Na2CO3高 温 Na2SiO3 CO2 SiO2CaCO3高温 CO2 Na2SiO3 用心爱心专心2 CaSiO3CO2(制玻 璃) H2OH2SiO 3 Na2CO3 CO2 Na2CO3 H2O2NaH CO3 与碱性氧化物反 应 CaOSiO2高温CaSiO3 CaO CO2CaCO 3 Na2O CO2Na2C O3
3、 与 C 反应 SiO22C 高温 =Si2CO CCO2 =2CO 相同点都是酸性氧化物、都能与强碱、碱性氧化物反应。都有弱氧化性 特别提醒 (1)SiO2中硅元素为4 价,是 Si 元素的最高价态,具有较弱的氧化性能与C 在高温下反应。 (2)SiO2是酸性氧化物与水不反应,只能用相应的可溶性硅酸盐与酸反应制得。 (3)实验室中,盛放Na2SiO3溶液、 NaOH 溶液的试剂瓶不能用玻璃塞,要用橡胶塞。原因是玻璃中含 有 SiO2,与 NaOH 溶液反应生成Na2SiO3,Na2SiO3溶液有很强的黏合性,能将玻璃塞和玻璃瓶黏合在一 起,久之不能打开。 (4)Na2SiO3溶液易与空气中的
4、CO2反应生成H2SiO3,故应密封保存。 (5)因 HF 能腐蚀玻璃,所以实验室不能用玻璃瓶保存氢氟酸,也不能用玻璃塞。氢氟酸可用于雕刻玻 璃。 重难点、酸盐和硅单质 1硅的化学性质与制备 (1)硅的化学性质 常温下,除与F2、 HF 酸、强碱反应外,硅不与O2、 Cl2、H2SO4、HNO3等其他物质反应 与 F2反应: Si2F2=SiF4 与氢氟酸反应:Si4HF=SiF 4 2H2 与 NaOH 溶液反应: Si2NaOH H2O=Na2SiO32H2 加热时, Si 能与 O2、Cl2等反应 SiO2=高温 SiO2 Si2Cl2=高温 ,SiCl4 (2)硅的制备 用心爱心专心3
5、 制取粗硅 SiO22C 高温 ,Si2CO 粗硅的提纯:SiCl2,SiCl4H2,Si HCl Si2Cl2高温 ,SiCl4,SiCl42H2高温 ,Si4HCl 特别提醒 C 与 SiO2反应,产物为CO,而不是 CO2,粗硅先与Cl2反应,生成挥发性的SiCl4,挥发出来的SiCl4 再与 H2反应生成Si 和 HCl。 2硅及其化合物的“特性”小结 (1)硅的“特性” 非金属单质一般为非导体(石墨能导电 ),硅的晶体是良好的半导体材料。 Si 的还原性大于C,但 C 能在高温下还原出Si: SiO2(石英砂 )2C(焦炭 )高温 ,Si(粗硅 )2CO。 非金属单质跟碱作用一般无H
6、2放出,但Si 能跟强碱溶液作用放出H2:Si2NaOH H2O,Na2SiO3 2H2。 金属2金属氧化物 高温 金属 H2O,单质一般不跟非氧化性酸作用,但Si 能跟 HF 作用: Si 4HFSiF4 2H2。 ,(2) 硅的化合物“特性”,酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能与 HF 作用。 ,SiO2 4HFSiF4 2H2O,SiO2是 H2SiO3的酸酐,但它不溶于水,不能直接与水作用制备H2SiO3。 ,无机酸 一般易溶于水,但H2SiO3难溶于水。 ,硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃,但却是盐溶液,并不是 碱。 ,H2CO3的酸性强于H2SiO3,所以有Na2SiO3CO2 H
7、2OH2SiO3 Na2CO3,但高温下,Na2CO3 SiO2高温 ,Na2SiO3CO2也能发生。 ,3.硅酸盐的表示方法,方法和步骤 ,(1)将硅酸盐中所有元素都写成氧化 物,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水,(2)在各氧化物前添上未知数x、y、z 等,(3)依据 原子守恒列出等式,求出x、y、z等 ,(4)x、y、z 的具体数值写在氧化物前面,(5)氧化物之间以“ ”隔开,若 系数配置出现分数应化为整数。,例如:正长石KAlSi3O8不能写成 1 2K 2O 1 2Al 2O3 3SiO2,应写成 K2O Al2O3 6SiO2。,特别提醒,(1)由于硅酸盐的组成与结构很复杂
8、,为了简化对硅酸盐组成的表示方法, 采用了氧化物法。 实际上硅酸盐不是以简单氧化物形式存在的,而是以种种结构复杂的盐的形式存在的。,(2) 在硅酸盐氧化物的表示式中,氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用,对其他氧化物不起作用。如 2MgO SiO2表示 2 个 MgO 和 1 个 SiO2,不能认为是2(MgO SiO2)。 【典例精讲】 题型 1 硅及其化合物的应用 【例 1】下列表述正确的是() 人造刚玉熔点很高,可用作高级耐火材料,主要成分是二氧化硅 化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐,提前建成的三峡 大坝使用了大量水泥,水泥是硅酸盐材料,夏天到了,
9、游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作 的变色眼镜来保护眼睛,太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于环保、节能 A.B.C.D. 用心爱心专心4 解析本题主要考查学生对身边常见的化学制品的了解情况。侧重考查学生应用化学知识解释和解决 身边化学问题的能力。人造刚玉主要成分为Al2O3,错;玛瑙的主要成分是SiO2;水泥主要成分 是硅酸盐,正确;变色眼镜镜片应是在普通硼酸盐玻璃中加入光敏物质AgBr 等,并加入极少光敏 化剂如 CuO 等制成,故错。 答案D 变色眼镜的玻璃片中含有少量溴化银和微量的氧化铜(作催化剂 ), 当玻璃受到阳光照射时,发生 2AgBr 光,CuO2Ag Br2反应,而
10、使玻璃由无色变成灰黑色,把玻璃放到暗处,又因发生2Ag Br2CuO,2AgBr 反应,而使玻璃由灰黑色变成无色。在制造普通玻璃时常加入少量Cu2O 可使玻璃显红色。 题型 2 硅酸盐组成表示方法 【例 2】高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y,其中 x、y 的数值分别是() A.7、2 B.5、4C.6、 3 D.3、6 解析本题涉及两个未知数x、 y, 但由化合价规则只能列出一个方程,因而要用不定方程的知识求解。, 根据化合价规则,Al 为 3 价,Si 为 4 价,O 为 2 价,则有 2( 3) 2(4)x (2)y( 1)0,化简得2xy14,将 A、 B、C、D 中的 x
11、、y 值代入,只有B 项符合方程。 答案B 考查硅酸盐的表达形式,一般利用化合物中化合价的代数和等于零的规则来列方程求解。解此类题时 所列方程要正确。, 题型 3 硅及其化合物的转化关系, 【例 3】X、Y、Z、 W。,有如下图所示的转化关系:, (1)推断各、物质的名称:X_,Y_, Z_, W,_。 (2)写出化学方程式:W X , (3)写出离子方程式: Y Z, X Y_ 。 解析由 X 和 X。,的转化条件分析,X 是硅, X。,是二氧化硅,且这两种物质都能与NaOH 溶液反 应,生成硅酸钠 (Na2SiO3),SiO2又可以由硅酸加热分解制得,所以, 推断正确。 ,答案(1)硅硅酸
12、钠硅 酸二氧化硅 ,(2)SiO22C 高温 ,Si2CO,(3)SiO 2 3 CO2 H2OH2SiO3 CO 2 3,SiO22OH SiO2 3 H2O,。,B0001#。25 善于根据特殊反应或特殊反应条件或特殊反应现象作出假设,然后以验证的形式进行判断,对于解答较隐 用心爱心专心5 蔽的推断题,是一种较好的策略。 题型 4 硅酸盐 【例 4】矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中的一部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物 与水和 CO2作用的过程。例如,钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土Al2Si2O5(OH)4,此反应的离子方程式 为 2KAlSi3O82H2CO35H2
13、O2K 2HCO 34H2SiO3 Al2Si2O5(OH)4 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形 式:, KAlSi3O8_。,Al2Si2O5(OH)4_。(2)这个反应能够 发生的原因是。,较活泼金属氧化物较活泼金属氧化物非金属氧化物二氧化硅水。,则 KAlSi3O8为 K2O Al2O3 6SiO2,Al2Si2O5(OH)4为 Al2O3 2SiO2 2H2O,(2)从方程式可知H2CO3制硅酸符合 强酸制弱酸,所以这个反应能够发生。 答案(1) K2O Al2O3 6SiO2,Al2O3 2SiO2 2H2O,(2) 因为碳酸酸性比硅酸强,由较强的酸可制得较弱的酸, 硅酸盐无论以
14、何种形式表示,其组成及成分是固定不变的,即性质是不变的;硅酸盐用氧化物的形式 表示时,必须遵循各元素化合价不变的原则。, 【自测题】 用心爱心专心6 1.下列 说法不正确的是 () A.因 SiO2不溶于水,故H2SiO3不是 SiO2对应 的酸,或者SiO2不是 H2SiO3对应 的酸 酐 B.CO2通入硅酸 钠 溶液可以得到硅酸沉淀 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,故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸 答案A 解析SiO2中 Si 呈 4 价, H2SiO3中 Si 呈 4 价,且 H2SiO3,SiO2H2O,SiO2是 H2SiO3的
15、酸 酐,故 A 项错误 。 2.实验 室中固体 试剂 可以放在广口瓶中保存,液体试剂 放在 细口瓶中 储存,但是有些 试剂 必须储 存在具有 橡胶塞的 试剂 瓶中。以下物 质 必须储 存在具有橡胶塞的试剂 瓶中的是 (),KOH 溶液Na2SiO3溶液 盐 酸氢 氟酸澄清石灰水硝酸NaOH 溶液 A.B. C.D. 答案D 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.硅在地壳中含量居第二位,可以以游离态存在于自然界中 C.晶体硅是一 种良好的半 导体
16、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 解析本题考 查硅的性 质。晶体硅的 结构与金 刚石相似,是具有空间立体网状 结构的原子晶体,所以物理 性质与金 刚石相似,熔、沸点高,硬度大;硅在地壳中含量居第二位,但在自然界中没有游离态的存在, 主要以硅酸 盐 和二氧化硅的形式存在于自然界中;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.将过量的 CO2分别通入 CaCl2溶液; Na2SiO3溶液; Ca(OH)2溶液; 饱 和 Na2CO3溶液。 最终溶液 中有白色沉淀析出的是(
17、) A.B.C.D. 答案B 用心爱心专心7 解析H2CO3的酸性比 盐酸弱,而比硅酸强。根据酸与 盐反应 的规律, CO2通入 CaCl2溶液无明 显现 象(弱 酸不能制 强酸 );过量 CO2通入 Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成; CO2通入 Ca(OH)2溶液至 过 量发 生反 应:Ca(OH)2CO2CaCO3 H2O,CaCO3 H2OCO2Ca(HCO3)2,最 终生成 Ca(HCO3)2而无沉淀 产 生; 过量 CO2通入 饱和 Na2CO3溶液中: Na2CO3H2OCO22NaHCO3,生成的 NaHCO3溶解度比Na2CO3 溶解度小而 结 晶析出。 5.在
18、下 图所示的物 质相互 转化关 系中, A 是一 种固体 单质 ,E 是一 种白色不溶于水的物质。据此填空。, (1)写出各物 质的化学式: ,A.、B.、C.、 E.、,F._。,(2)D_。,与 a 溶液反 应的离子方程式是。, C 与过量 HNO3反 应的离子方程式是。 答案(1)SiSiO2Na2SiO3H2SiO3H2,(2)Si 2OHH2O=SiO 2 3 2H2,SiO 2 3 2H =H 2SiO3 (或 SiO 2 32H H2OH4SiO4) 解析A 是单质 ,则 B 是 A 的氧化物, E 是一 种白色沉淀。由 图中所 给出的 关系知, E、C 中均 应含有 A 元素。
19、加 过量的 HNO3能生成白色沉淀,中学阶 段只有 H2SiO3(或 H4SiO4)符合 题意,因此, B 为 SiO2, A 为 Si,C 为 Na2SiO3,D 为 H2O, F 为 H2。 6.某普通玻璃中,Na2SiO3、CaSiO3、SiO2的物 质的量之比 为 114,请回答下列 问题 :,(1) 该玻璃如以 aNa2O bCaO mSiO2表示其 组成, 则 abm_。,(2)若要制 备 1 000 kg 上述玻璃需原料的质量分 别是 _,生 产过 程中 产生_L CO2(标准状况 )。,Na2O SiO2, CaSiO3Na2O SiO2,CaSiO3CaO SiO2,则可得到
20、: abm116。(2)制玻璃的原料是Na2CO3、 CaCO3、SiO2,由 (1)可知玻璃的 组成为 Na2O CaO 6SiO2,根据原子守恒可以得到下列计算关 系,Na2O CaO 6SiO2Na2CO3,478 g106 g,1 000 10 3 g m(Na2CO3),CaCO3。 ,B6SiO2。,B2CO2,100 g。,660 g。,222.4 L,m(CaCO3)。,m(SiO2)。,V(CO2),解得: m(Na2CO3)。,B 106 g1 00010 3 g 478 g ,。,221.810 3 g 221.8 kg, m(CaCO3) 100 g1 00010 3
21、g 478 g 20910 3 g 209 kg,m(SiO2) 360 g1 00010 3 g 478 g 753.110 3 g753.1 kg,V(CO 2)44.8 L 1 00010 3 g 478 g 9.3710 4 L,答案 (1)11 6,(2)Na2CO3:221.8 kg;CaCO3:209 kg;SiO2:753.1 kg,9.37 10 4 用心爱心专心8 第 1 课时二氧化硅和硅酸盐 【考点讲练】 知识点一SiO2的性质和用途 1下列说法正确的是() A二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟碱反应,但不能与任何酸反应 B根据反应SiO2CaCO3高温 ,CaSiO3CO2
22、可推知硅酸的酸性比碳酸强 C二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以制得澄清的硅酸溶液 D二氧化硅常被用来制造光导纤维 答案D 解析二氧化硅是酸性氧化物,但它可以与氢氟酸发生反应。SiO24HFSiF4 2H2O;反应 SiO2 CaCO3高温 ,CaSiO3CO2只有在高温下才能进行,由于CO2是气体,生成后脱离反应体系使反应得以继 续进行,但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强;只要比较硅酸和碳酸的酸性强弱就是要比较它们在水 溶液中电离出H 的难易程度,如 CO2 H2ON a2SiO3Na2CO3H2SiO3,符合强酸制弱酸的规律,也可 说明碳酸的酸性比硅酸的强,但由于硅酸难溶于水,不能得到溶液;Si
23、O2是光导纤维的主要成分,光导纤 维可以用SiO2来制造。 误区警示(1)酸性氧化物是指与碱反应生成盐和水的氧化物,不一定与水反应生成酸。SiO2不溶于水, 但与碱反应生成盐和水,是酸性氧化物,对应酸为H2SiO3。 (2)强酸制弱酸的反应是在水溶液中反应的规律 CaCO3SiO2高温 ,CaSiO3CO2是在高温下的反应,不符合强酸制弱酸的原理。 知识点二硅酸的制备与性质 2写出以 SiO2为原料制备H2SiO3的化学方程式_ 。 答案SiO22NaOHNa2SiO3H2O, Na2SiO32HCl2NaCl H2SiO3 或 Na2SiO3CO2H2ONa2CO3 H2SiO3, Na2S
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