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第四章非金属元素及其化合物第一节无机非金属材料的主角-硅教学目标:1.了解硅元素在自然界中的存在和含量及硅元素的位置与结构,2.从硅的亲氧性知道硅主要存在的两种形式——二氧化硅和硅酸。
3.了解二氧化硅的结构,并能掌握其存在和性质.4.掌握硅酸制取原理、性质和硅胶的用途教学重点:二氧化硅和硅酸的性质及硅酸的制取原理教学难点:硅酸盐的丰富性和多样性、硅酸盐的丰富性和多样性教学过程:Si 最外层电子数是4,碳也是。
思考2:碳、硅原子主要显几价?正四价(+4价①碳、硅都是亲氧元素。
硅的亲氧性强于碳的亲氧性。
②因此硅元素在自然界都是与氧的化合物的形态存在。
思考1:硅原子最外层电子数是多少?我们很熟悉的哪种元素最外层电子数与它相同?思考3:比较碳、硅亲合氧的能力。
一、二氧化硅和硅酸[投影]金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。
硅为亲氧元素,在地球上硅主要是以熔点很高的氧化物及硅酸盐形式存在;而碳主要形成石灰岩和碳酸盐矿物,碳的氧化物二氧化碳通过光合作用进入以碳为骨架的有机世界。
1、二氧化硅(SiO 2地球上天然二氧化硅成为硅石,约占地壳质量的20%,存在形态有结晶性和无定性两种。
[投影]二氧化硅晶体模型: 其性质主要与结构有关:正四面体空间网状结构SiO 2的结构正四面体空间网状结构硅氧原子比例:1 : 2没有SiO 2 分子存在,只存在硅氧原子[讲解]将晶体硅结构中的每一个“硅-硅”共价键打开,并在其间夹入一个氧原子,就形成了二氧化硅的晶体。
这样,每个硅原子和四个氧原子以共价键结合,形成以该硅原子为中心的正四面体型结构,这种正四面体型结构向空间伸展,就形成了具有空间网状结构的原子晶体。
由于每个氧原子同时和两个硅原子成键,所以二氧化硅晶体中,硅氧原子数之比为1:2,SiO2只表示一种比例关系,并不表示晶体中存在SiO2的小分子。
[展示]水晶与玛瑙示意图:[讲述]水晶—石英中无色透明的晶体;具有彩色环带状或层状的称为玛瑙。
第1讲无机非金属材料的主角——硅[考纲要求] 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。
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。
考点一碳、硅单质的存在与性质1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途(1)自然界中碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有化合态。
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碳硅结构金刚石：空间网状结构石墨：层状结构晶体硅：与金刚石类似的空间网状结构物理性质金刚石熔点高、硬度大石墨熔点高、质软，有滑腻感晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯晶体硅用作半导体材料、硅芯片和硅太阳能电池2.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。
(2)Si ⎩⎪⎨⎪⎧与非金属单质反应⎩⎨⎧ O 2：Si ＋O 2=====△SiO 2F 2：Si ＋2F 2===SiF4Cl 2：Si ＋2Cl 2=====△SiCl4与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑深度思考1．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA 元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？答案 没有，因为硅有很强的亲氧性，在地壳形成时硅与氧易结合，难分离，因而硅在自然界中主要以氧化物和硅酸盐形式存在。
2．硅单质有广泛的用途，用化学方程式表示工业上获取硅单质的过程。
答案 粗硅的制取：SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO↑ 由粗硅制取纯硅(常用方法)： Si(粗)＋2Cl 2=====加热SiCl 4 SiCl 4＋2H 2=====高温Si(纯)＋4HCl题组一 新材料、新技术下C 、Si 的考查 1．下列关于硅的说法中，不正确的是( )A ．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料B ．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料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，硅能与氯气、氧气等非金属反应 答案 C解析 硅在常温下能与F 2、氢氟酸等发生反应。
第四章非金属及其化合物教学目的1：1. 了解碳、硅及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。
2. 知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其用途。
教学课时：2.5课时知识体系11. 硅及其化合物⑴碳和硅的比较碳硅位置、原子结构示意图第2周期第AⅣ族第3周期第AⅣ族原子半径相对较小相对较大成键特点难以得失电子，主要靠共价键与其它原子结合晶体硅的结构与金刚石的结构相似，具有正四面体型结构的原子晶体物理性质晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。
硅和锗是重要的半导体材料化学性质在高温和点燃下有强还原性2C + O22COC + O2 CO23C + Fe2O32Fe + 3CO↑①加热条件下，能跟一些非金属单质起反应。
Si + O2 SiO2Si + 2H2 SiH4②常温下，不能强酸、强氧化性酸反应，只能与氟气、氢氟酸（HF）和烧碱等物质反应。
Si + 2F2 == SiF4Si + 4HF==SiF4 +H2↑Si + 2NaOH + H2O == Na2SiO3 + 2H2↑工业制法SiO2 + 2C Si + 2CO↑（焦炭在电炉中还原二氧化硅得到粗硅）粗硅提纯后，可以得到可用作半导体材料的高纯硅。
用途作还原剂、吸附剂①作半导体材料晶体管、集成电路、硅整流器和太阳能电池等；②制合金：含硅4%的钢具有良好的导磁性——变压器铁芯；含硅15%左右的钢具有良好的耐酸性——耐酸设备等。
22SiO2 酸性氧化物CO2 酸性氧化物结构空间网状原子晶体分子晶体物性熔点高，硬度大熔点低，硬度小化学共与H2O反应不反应，但仍是硅酸酸酐生成H2CO3是碳酸酸酐与碱反应2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O NaOH + CO2=== NaHCO32NaOH + CO2===Na2CO3+H2O（注意：NaOH与CO2的量不同，则产物不同）与盐反应SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2Na2CO3 + CO2 + H2O == 2NaHCO3点燃点燃性质性CaCO3 + SiO2 CaSiO 3 + CO2↑Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3↓+ NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2 + CaO CaSiO3CO2 + CaO == CaCO3氧化-还原性SiO2 + 2C Si + 2CO↑（工业制硅）C+42CO2CO特性.：与酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2O常温溶于HF，所以，盛放氢氟酸不能用玻璃瓶，应用塑料瓶。
第四章非金属及其化合物第五章第一单元无机非金属材料的主角—硅一课时安排：（共两课时）第一课时：一、二氧化硅和硅酸第二课时：二、硅酸盐三、硅单质二教材内容分析1、教材的内容和特点内容：（1）、二氧化硅的性质及用途（2）、硅酸的性质及用途（3）硅酸盐及用途（4）硅的用途特点：（1）、在内容编排上打破常规，首先从硅的亲氧性引出硅主要存在的两种形式──二氧化硅和硅酸盐。
先学习比较熟悉的硅的化合物，再学习单质硅的顺序符合认知规律，有利于学生接受（2）、硅及其化合物知识的介绍，既体现了元素存在的广泛性又体现了应用的前瞻性，既有亲近感又可以使学生开阔眼界，同时也能使学生增强对学习化学的重要性的认识2教材的编写意图一方面本单元教材安排在必修一第四章第一单元，是非金属及其化合物的第一单元内容；安排在“金属及其化合物”之后，也是常见无机物及其性质等知识的继续。
通过对硅和二氧化硅性质的学习，突出它在社会发展、科学现代化中的重要性和应用价值。
从而丰富学生的知识，开拓学生的视野。
另一方面有利于学生对元素及其化合物学习方法的巩固，同时也为学生学习选修模块2“化学与技术”中的主题2“化学与材料的制造、应用”奠定了知识基础。
3 教材内容前后关系和地位①．本单元内容属于元素及化合物知识，是在学生初中已学习非金属元素碳的基础上，具有一定知识背景，充分借助已有知识，通过比对、演绎方法来认识、掌握本单元的知识，同时也是在学习了物质的分类、离子反应、氧化还原反应理论之后来学习，对本单元学习具有一定指导作用，也达到了对理论应用和巩固作用。
②．本单元内容与生产、生活、社会、工业及高科技联系较为密切，知识性、趣味性强，有利调动学生学习积极性。
③．本单元和本章是中学化学重要的非金属元素及化合物知识，有利于形成知识网络，为物质结构和元素周期律提供坚实支撑。
④．本单元内容从学生已有的知识为背景，生活中事实为情景，通过图片为学生提供许多感性知识，符合认知规律。
[对接高考——高考命题常设误区汇总]可以满足[随堂强化落实]1．将CO2气体通入下列溶液中，一定不会出现浑浊的是()A．CaCl2溶液B．石灰水C．饱和Na2CO3溶液D．水玻璃解析：CO2与B、C、D项中的物质反应分别生成CaCO3、NaHCO3、H2SiO3。
答案：A2．(2011·临沂模拟)下面有关硅的叙述中正确的是()A．硅的非金属性比碳弱，在高温下也不能跟氢气起化合反应B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，在地壳中的含量是在所有元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料解析：A项可在高温下与H2化合生成SiH4；B项氧元素在地壳中含量第一，C项自然界中无游离态的硅存在。
答案：D3．(2011·江西名校联考)诺贝尔物理学奖曾授予“光纤之父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。
光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，因此能与水反应生成硅酸B ．用二氧化硅制取单质硅时，当生成2.24 L 气体(标准状况)时，得到2.8 g 硅C ．6 g 的二氧化硅中含有0.2 mol 的共价键D ．二氧化硅不能与碳酸钠溶液反应，但能与碳酸钠固体在高温时发生反应解析：A 项SiO 2不溶于水；B 项SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑，可知当生成2.24 L 气体时，得到1.4 g Si ；C 项6 g SiO 2为0.1 mol ，含有0.4 mol Si －O 键；D 项正确。
答案：D4．下列叙述可以肯定溶液中大量存在CO 2－3的是( )A ．加入AgNO 3溶液有白色沉淀产生B ．加入稀盐酸有无色无味气体产生，该气体可使澄清的石灰水变浑浊C ．加入MgCl 2溶液有白色沉淀产生，再加入稀盐酸沉淀溶解，并产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D ．加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生解析：A 选项中Cl －、SO 2－3、SO 2－4等均会干扰CO 2－3的检验；B 选项中也可能存在HCO －3，而非CO 2－3；D 选项中SO 2－4、SO 2－3、HCO －3等均会干扰CO 2－3的检验。
答案：C5．有报道称，2011年太阳能晶体硅供不应求情况恐持续，其价格可望持稳。
下列有关硅及其化合物的说法中正确的是( )A ．在粗硅的制取中发生反应2C ＋SiO 2=====高温2CO ↑＋Si ，硅被还原，所以碳的还原性大于硅的还原性B ．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C ．用SiO 2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO 2D ．由Na 2CO 3＋SiO 2=====高温CO 2↑＋Na 2SiO 3可知硅酸的酸性大于碳酸解析：Si 的还原性比C 强，但却能发生反应2C ＋SiO 2=====高温2CO ↑＋Si; H 2CO 3的酸性比H 2SiO 3强，但却能发生反应Na 2CO 3＋SiO 2=====高温CO 2↑＋Na 2SiO 3。
这两个反应均在高温下进行，且产物中均有气体生成，有利于反应的发生。
因为SiO 2不与水反应，所以制取硅酸只能用可溶性硅酸盐与CO 2或酸反应：Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓或Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓。
实验室中不能用磨口玻璃塞盛放显碱性的液体，如NaOH 溶液、Na 2SiO 3溶液、Na 2CO 3溶液等。
答案：C6．(2011·广州模拟)世博会中国馆——“东方之冠”由钢筋混凝土、7 000多块红色铝板和1 200多块玻璃等建成。
(1)铝________(填“是”或“不是”)红色的，铝板和玻璃均易被烧碱腐蚀，原因为________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。
(用化学方程式表示)(2)生产硅酸盐水泥和普通玻璃都需要用到的主要原料是________________。
(3)石英玻璃化学稳定性强、膨胀系数小，是一种特种玻璃，石英玻璃的主要成分是________；有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)实际上不是硅酸盐材料，而是一种________(选填“橡胶”、“纤维”或“塑料”)，有机玻璃是由甲基丙烯酸甲酯在一定条件下通过________反应合成的有机高分子材料。
(4)三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为该物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。
三硅酸镁化学式为Mg 2Si 3O 8，改写为氧化物形式为________，该药物中和胃酸的化学方程式为______________________。
答案：(1)不是 2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑ SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O(2)石灰石(3)SiO 2 塑料 加聚(4)2MgO·3SiO 2Mg 2Si 3O 8＋4HCl===2MgCl 2＋3SiO 2＋2H 2O[提能综合检测]一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1．下列关于SiO 2和CO 2的叙述中不．正确的是( ) A ．都是共价化合物B ．都是酸性氧化物，都能与强碱溶液反应C ．都能溶于水且与水反应生成相应的酸D ．SiO 2可用于制光导纤维，干冰可用于人工降雨解析：CO 2能溶于水，但SiO 2不溶于水也不与水反应。
答案：C2．下列物质：①氢氟酸 ②浓H 2SO 4 ③烧碱溶液④Na 2CO 3固体 ⑤氧化钙 ⑥浓HNO 3，其中在一定条件下能与SiO 2反应的有( )A ．①②⑥B ．全部C ．①③④⑤D ．②③⑥解析：SiO 2只能与酸类物质中的氢氟酸反应；SiO 2是酸性氧化物，与③⑤能反应；Na 2CO 3＋SiO 2=====高温Na 2SiO 3＋CO 2↑是制取玻璃时发生的一个反应。
答案：C3．(2011·淄博模拟)下列说法正确的是( )A ．硅是人类将太阳能转变为电能的常用材料B ．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品C ．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D ．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应解析：A 项硅可用于制造太阳能电池；B 项刻蚀石英用的是氢氟酸而不是盐酸；C 项水晶是SiO 2；D 项粗硅――→Cl 2SiCl 4――→H 2Si ，涉及到氧化还原反应。
答案：A4．下列不能说明碳元素的非金属性比硅元素强的是( )A ．甲烷比硅化氢稳定B ．硅酸钠溶液的碱性比碳酸钠溶液的碱性强C ．碳酸与硅酸钠溶液反应生成硅酸D ．高温下SiO 2和Na 2CO 3反应解析：D 项SiO 2和Na 2CO 3在高温条件下反应生成CO 2并不能说明碳的非金属性强。
答案：D5．下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是( )A ．SiO 2―→SiB ．CO 2―→C C ．SiO 2―→H 2SiO 3D ．Si ―→Na 2SiO 3 解析：A 项，SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑；B 项，CO 2＋2Mg=====点燃2MgO ＋C ；C 项，SiO 2不能与水反应生成H 2SiO 3，更无法与其他物质反应生成H 2SiO 3；D 项，Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。
答案：C6．(2011·马鞍山模拟)大多数物质的俗名是根据其特殊的物理性质或用途得来的。
下列物质的俗名与化学式或用途不相符的一组是( )解析：石英主要用于生产玻璃(光导纤维)，晶体硅才用于制作集成电路。
答案：A7．青石棉(cricidolite)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Na 2Fe 5Si 8O 22(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·H2OD．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原解析：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，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟足量硝酸反应时，失去3 mol电子，而还原产物只有NO，故能使1 mol HNO3被还原。
答案：B8．(2011·浙江质检题)以下各组物质在一定条件下反应，所得产物不因反应物的量比关系不同而不同的是()①AlCl3＋NH3·H2O；②Na2CO3＋HCl；③CO2＋NaOH；④Na2CO3(s)＋SiO2；⑤Na2SiO3＋HClA．①③④B．①④⑤C．④⑤D．②④⑤解析：题目的意思是要选出不管哪种反应物过量产物都不发生变化的几组反应。
AlCl3溶液与氨水反应只生成Al(OH)3和NH4Cl，Na2CO3与SiO2高温条件下反应生成Na2SiO3和CO2，Na2SiO3溶液与盐酸生成NaCl和H2SiO3，①、④、⑤符合题意。
②可能生成NaHCO3或CO2，③中可能生成NaHCO3或Na2CO3。
答案：B9．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是()解析：因溶解度Na2CO3>NaHCO3，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时有固体NaHCO3生成。
B项CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，H2SiO3与CO2不反应，浑浊不会消失。
C项CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3＋2HClO，溶液变浑浊后加入品红溶液，被HClO氧化褪色。
D项，首先CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O。
答案：B10．在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为()A．Na2SiO3B．Na2SiO3与Na2CO3C．SiO2与Na2CO3D．SiO2、Na2SiO3及Na2CO3解析：通入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。
