高中化學(xué) 第四章 元素與材料世界 第1節(jié) 硅無機(jī)非金屬材料學(xué)案1 魯科版必修1.doc

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第1節(jié)　硅　無機(jī)非金屬材料 課堂合作探究 問題導(dǎo)學(xué) 一、H2SiO3的制備 活動與探究1 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)論及化學(xué)方程式 硅酸鈉溶 液顯__性 溶液的紅色逐漸______直至______，有____________生成 酸性：鹽酸____硅酸 有____________生成 酸性：碳酸____硅酸 思考與交流 1．將CO2通入CaCl2溶液中，是否有白色沉淀生成？ 2．能否用SiO2和水反應(yīng)來制取H2SiO3? 1．硅酸的性質(zhì) (1)弱酸性(比H2CO3的酸性弱) H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O (2)熱不穩(wěn)定性 H2SiO3受熱易分解：H2SiO3SiO2＋H2O。 2．硅酸的制備 可溶性的硅酸鹽與較強(qiáng)的酸反應(yīng)可制得硅酸，如：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。 二、SiO2和CO2的性質(zhì)比較 活動與探究2 (1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，它們的物理性質(zhì)相似嗎？ (2)在一定條件下，下列物質(zhì)能和SiO2反應(yīng)的是________，能和CO2反應(yīng)的是________。 ①焦炭?、诩儔A　③碳酸鈣?、軞浞帷、菹跛帷、逇溲趸洝、哐趸}?、喾鷼狻、崴? 遷移與應(yīng)用 下列關(guān)于SiO2和CO2的說法中正確的是(　　) A．CO2、SiO2都能與堿及堿性氧化物反應(yīng) B．CO2和SiO2與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是兩性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相應(yīng)的分子構(gòu)成的 二氧化碳與二氧化硅的比較 CO2 SiO2 存在 空氣 巖石、石英、 水晶、硅藻土 化學(xué)式意義 表示其分子組成 晶體內(nèi)沒有SiO2分子，僅表示硅原子和氧原子以1∶2結(jié)合 不 同 點(diǎn) 物理 性質(zhì) 熔沸點(diǎn)低，常溫時(shí)是氣體，可溶于水 熔沸點(diǎn)高、硬度大的固體，不溶于水 與水 反應(yīng) CO2＋H2O===H2CO3 與水不反應(yīng) 與酸 反應(yīng) 不反應(yīng) 只與氫氟酸反應(yīng)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 相 同 點(diǎn) 與堿性氧 化物反應(yīng) CO2＋CaO===CaCO3 CaO＋SiO2CaSiO3 與堿 反應(yīng) CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O CO2＋NaOH===NaHCO3 SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 與C 反應(yīng) CO2＋C2CO SiO2＋2CSi＋2CO↑ 與鹽 反應(yīng) Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3 Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑ 三、硅酸鹽的表示方法 活動與探究3 地震是由于地下深處巖石破裂、錯動把長期積累起來的能量急劇釋放出來，以地震波的形式向四面八方傳播出去，傳到地面會引起房搖地動，再引起一系列的變化從而造成破壞性的自然災(zāi)害。地球的表層大多是巖石，而大多數(shù)巖石的主要成分都是硅酸鹽，下面用鹽或氧化物的形式表示巖石的組成，其中不正確的是(　　) A．鈣沸石Ca(Al2Si3O10)3H2O表示為CaOAl2O33SiO23H2O B．鎂橄欖石Mg2SiO4可表示為2MgOSiO2 C．北京奧運(yùn)會獎牌所用玉的主要成分透閃石[Ca2Mg5Si8O22(OH)2]表示為2CaSiO35MgSiO3H2O D．高嶺石Al2Si2O5(OH)4可表示為Al2O32SiO22H2O 思考與交流 物質(zhì)的組成可用不同形式表示： (1)將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式(改寫時(shí)注意金屬氧化物在前，非金屬氧化物在后，低價(jià)在前，高價(jià)在后，H2O一般寫在最后)。 ①鎂橄欖石(Mg2SiO4)____________；②高嶺石[Al2Si2O5(OH)4]______________。 (2)許多含氧酸及其鹽類均可以類似地改寫成氧化物形式，請繼續(xù)改寫下列物質(zhì)： HNO3________；HCOOH________。通過以上改寫可知，HNO3的酸酐為________，HCOOH與濃硫酸反應(yīng)可制________氣體。 (3)已知在一定條件下，鐵在氯氣中燃燒可以生成Fe3Cl8，它可以看做是__________(化學(xué)式)。生成該物質(zhì)的條件可能是____________。 1．硅酸鹽的組成及表示方法 硅酸鹽由于組成比較復(fù)雜，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時(shí)的規(guī)律為： (1)氧化物的排列順序：活潑金屬氧化物―→較活潑金屬氧化物―→二氧化硅―→水。 (2)氧化物之間以“”隔開。 (3)氧化物前的化學(xué)計(jì)量數(shù)配置原則：各元素原子總個數(shù)比符合原來的組成。 (4)化學(xué)計(jì)量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)，例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成Na2OAl2O33SiO2，應(yīng)寫成Na2OAl2O36SiO2。 2．材料分類 材料 3．傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料與新型無機(jī)非金屬材料的對比 傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 新型無機(jī)非金屬材料 所屬 范疇 硅酸鹽材料 具有特殊結(jié)構(gòu)、功能的新材料 常見 產(chǎn)品 水泥、玻璃、傳統(tǒng)陶瓷 半導(dǎo)體材料、氮化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷、光導(dǎo)纖維 主要 性能 ①抗腐蝕、耐高溫 ②質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊 ①耐高溫、高強(qiáng)度 ②有光學(xué)特性 ③有電學(xué)特性 ④有生物功能 當(dāng)堂檢測 1．將足量的CO2通入下列溶液中，能產(chǎn)生沉淀的是(　　) A．硅酸鈉溶液 B．石灰水 C．氯化鋇溶液 D．氯化鈣溶液 2．現(xiàn)有下列五個轉(zhuǎn)化，其中不能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是(　　) ①SiO2―→Na2SiO3?、贑uSO4―→CuCl2　③SiO2―→H2SiO3?、蹸uO―→Cu(OH)2?、軳a2O2―→Na2SO4 A．①② B．③④ C．②③④ D．②③④⑤ 3．生石灰中常含有雜質(zhì)CaCO3和SiO2，檢驗(yàn)它是否存在著兩種雜質(zhì)的最好試劑是(　　) A．水 B．鹽酸 C．硫酸 D．燒堿溶液 4．中國北京曙光公司研制出了第一款具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能CPU芯片——“龍芯”1號。請回答以下問題： (1)“龍芯”(芯片)的主要化學(xué)成分是__________。 (2)計(jì)算機(jī)長距離聯(lián)網(wǎng)使用的光纖電纜，其使用的材料是__________，主要化學(xué)成分為____________。 (3)如果這種埋在地下的材料裸露在堿性土壤中，結(jié)果會斷路，用離子方程式說明原因__________________。 5．試試看，你能用化學(xué)方程式解釋下列現(xiàn)象嗎？ (1)氫氟酸可用于雕刻玻璃：_____________________________________________。 (2)氫氧化鈉等堿性溶液不能存放在磨口玻璃塞的試劑瓶中：______________________。 (3)硅酸鈉溶液暴露在空氣中易變質(zhì)：_________________________________________。 答案： 課堂合作探究 【問題導(dǎo)學(xué)】 活動與探究1：溶液顯紅色　堿　變淺　消失　白色膠狀沉淀　＞　白色膠狀沉淀?。? 思考與交流：1．答案：因?yàn)辂}酸的酸性比碳酸強(qiáng)，所以將CO2通入CaCl2溶液中，不會有CaCO3白色沉淀生成。 2．答案：SiO2不溶于水，也不與水反應(yīng)，所以不能用SiO2和水反應(yīng)來制取H2SiO3，制取H2SiO3的方法如下：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓或Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 活動與探究2：(1)答案：SiO2和CO2的結(jié)構(gòu)不同，SiO2是由Si原子和O原子直接構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體，硬度大，熔沸點(diǎn)高；而CO2是由CO2分子構(gòu)成的分子晶體，常溫下為氣體，所以二者的物理性質(zhì)差別較大。 (2)答案：①②③④⑥⑦?、佗冖邰蔻撷? 遷移與應(yīng)用：A　解析：CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能與堿及堿性氧化物反應(yīng)，故A正確，C不正確；SiO2不溶于水，也不能和水反應(yīng)生成硅酸，B不正確；CO2是由分子構(gòu)成的，SiO2是由Si、O原子直接構(gòu)成的，故D不正確。 活動與探究3：C　解析：2CaSiO35MgSiO3H2O中Ca與Si的原子個數(shù)比為2∶7，而Ca2Mg5Si8O22(OH)2中Ca與Si原子個數(shù)比為2∶8，故選C。 思考與交流：答案：(1)①2MgOSiO2　②Al2O32SiO22H2O (2)N2O5H2O　COH2O　N2O5　CO (3)FeCl22FeCl3　氯氣的量不足(或鐵過量) 【當(dāng)堂檢測】 1．A　解析：因?yàn)镠2CO3的酸性比H2SiO3的酸性強(qiáng)，所以將CO2通入Na2SiO3溶液中會生成H2SiO3沉淀。 2．B　解析：因?yàn)镾iO2、CuO均不能溶于水，所以它們的水化物H2SiO3、Cu(OH)2均不能直接制得。其中①可由SiO2與NaOH溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，②可由CuSO4與BaCl2溶液反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，⑤Na2O2與稀硫酸反應(yīng)即可。 3．B　解析：生石灰能溶于鹽酸(2HCl＋CaO===CaCl2＋H2O)，CaCO3溶于鹽酸時(shí)產(chǎn)生氣體，SiO2不溶于鹽酸。將生石灰放入鹽酸，若觀察到既有不溶物，還有氣體產(chǎn)生，則生石灰中同時(shí)含有CaCO3和SiO2。 4．解析：芯片的主要成分是Si，光導(dǎo)纖維的主要成分是SiO2，二者都能與NaOH溶液反應(yīng)。 答案：(1)Si　(2)光導(dǎo)纖維　SiO2　(3)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O 5．答案：(1)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (3)Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3