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必修①·RJ版·化学必修①·RJ版·化学1．了解硅、硅酸盐的主要性质。2．了解常见的硅酸盐工业及产品——玻璃、水泥、陶瓷。3．了解新型结构陶瓷、特殊性能和主要用途。4．了解硅酸盐的性质和丰富性及组成的表示方法。5．了解硅单质的特殊性能及电子信息、光电材料的广泛用途。必修①·RJ版·化学我们身边宏伟的现代建筑物，如摩天大楼、桥梁、水坝，美丽多彩的装饰品都离不开建筑材料，同学们知道建筑材料的主要成分吗？美国旧金山东南的圣克拉拉有一个规模宏大的高科技工业园区，是世界上最大的计算机和电脑软件产地。因为制造电子元件的主要材料是半导体硅，这个工业区被称为“硅谷”。硅在地壳中的含量仅次于氧，其氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，半导体工业也常说“从沙滩到用户”，你知道是怎么回事吗？我们现在用到的玻璃、陶瓷、水泥都是硅酸盐产品，它们与硅有什么联系呢？必修①·RJ版·化学必修①·RJ版·化学知识梳理(对应学生用书81页)一、硅酸盐硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，结构复杂，大多数不溶于水，化学性质很稳定。1．最简单的硅酸盐——硅酸钠最简单而又最常用的硅酸盐是Na2SiO3，用氧化物表示其组成Na2O·SiO2，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。硅酸盐的种类很多，结构复杂，无论是天然的还是人工制成的硅酸盐，其组成的表示方法有两种。必修①·RJ版·化学(1)化学式法：一般用于组成较简单的硅酸盐，如硅酸钠(Na2SiO3)；硅酸钙(CaSiO3)。(2)氧化物法：常用的表示方法。例如：镁橄榄石(Mg2SiO4)：2MgO·SiO2高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]：Al2O3·2SiO2·2H2O正长石(2KAlSi3O8)：K2O·Al2O3·6SiO2说明：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→二氧化硅→水2．硅酸盐的复杂性：(1)由于Al与Si在元素周期表中位置相邻、粒子大小相近，Al3＋常或多或少地置换硅酸盐中的＋4价硅而形成铝硅酸盐。为了保持电中性，会伴随引入其他正离子，从而大大增加了硅酸盐的丰富性和复杂性。必修①·RJ版·化学(2)硅酸盐岩石长期在水和大气中二氧化碳的侵蚀下，风化为黏土，并且形成土壤胶体(硅酸盐与硅酸相似，有形成胶体的性质)。土壤胶体因其表面积巨大且一般带负电，能吸收NH4＋、K＋等数十种生物所需的营养离子，所以土壤具有保肥能力。(3)现在出土的各种陶瓷制品、雄伟古建筑上留下的陶瓷砖瓦以及英文的“中国”一词又指“瓷器”等等，所有这些都反映了在西方人眼中，中国作为“陶瓷故乡”的形象。3．硅酸盐产品：玻璃、水泥、陶瓷。它们都是以硅酸盐为主要原料经过高温烧制而成。(1)生产普通玻璃的主要原料：纯碱、石灰石和石英。(2)生产水泥的主要原料：黏土和石灰石。(3)生产陶瓷的主要原料：黏土。必修①·RJ版·化学4．功能特殊的含硅新产品(1)金刚砂：硬度大，用作磨料。(2)硅钢：具有导磁性。(3)硅橡胶：耐高温、耐低温、良好的弹性、绝缘性。(4)分子筛：催化剂、吸附剂。5．陶瓷(1)传统陶瓷：土器(砖瓦)、陶器、炻器、瓷器。(2)新型陶瓷必修①·RJ版·化学类别特性用途高温结构陶瓷硬度高，耐磨损，耐高温，抗腐蚀，抗氧化能力强，电绝缘性好汽轮机叶片、轴承、发动机部件、永久性模具，电热元件压电陶瓷可将极其微弱的机械振动转换成信号声呐系统、气象检测、遥控环境保护、家用电器、压电地震仪透明陶瓷高纯、无气孔、透明，具有光学性能，耐高温、绝缘性好高压钠灯管、防弹汽车玻璃、坦克观察窗超导陶瓷高温超导材料生物陶瓷强度高，耐磨，无毒，不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植于人体人造牙齿、人造骨骼必修①·RJ版·化学二、硅单质单质硅有晶体和无定形两种，晶体硅的结构类似于金刚石。硅呈灰黑色，有金属光泽，熔点高，硬度大，有脆性，化学性质不活泼，是重要的半导体材料。必修①·RJ版·化学问题探究(对应学生用书81页)探究1：请结合硅酸盐的性质，分析在实验室里如何保存Na2SiO3溶液？如果敞口放置一段时间，溶液会出现什么现象？提示：硅酸的酸性比碳酸弱，易发生Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，溶液会变混浊。探究2：单质硅在常温下化学性质不活泼，所以硅在自然界中以游离态存在，这种说法是否正确？提示：虽然硅单质在常温下不活泼，但自然界却没有单质硅存在，说明在形成地壳时高温下很活泼。必修①·RJ版·化学探究3：HF能刻蚀玻璃，盛放碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞的原因是什么？提示：玻璃中含有SiO2，SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，Na2SiO3具有黏性，能将玻璃塞和玻璃瓶粘在一起。必修①·RJ版·化学要点一硅及其化合物的性质1.硅具有一定的金属性，能像铝一样从水中置换出氢，但通常情况下很难反应，然而在强碱溶液中反应能顺利进行。反应实际分两步进行：Si＋3H2O=====△H2SiO3＋2H2↑①H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O②必修①·RJ版·化学其中，反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。合并①②两式得总反应方程式。其中NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，只是反应物，起氧化作用的是H2O。所以，H2O是反应①的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示反应的实质，可写成必修①·RJ版·化学2．SiO2既能与碱反应也能与氢氟酸反应，但不能认为它是两性氧化物，首先应当明确两性氧化物的概念，然后看SiO2是否符合相应条件：SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。SiO2和碱反应的生成物是盐和水，而与氢氟酸反应生成的SiF4不是盐类，因此SiO2不是两性氧化物，而是酸性氧化物。必修①·RJ版·化学3．在硅酸钠溶液中通入CO2，发生反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3。这一反应说明硅酸的酸性比碳酸还要弱，是很弱的酸，如果将SiO2与Na2CO3或者CaCO3混合，在高温下会发生反应SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑和SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑，这怎么理解呢？这是因为在高温下遵循的规律是高沸点物质制取低沸点物质，而强酸制弱酸这一规律适用于溶液中。必修①·RJ版·化学例1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，可以导电必修①·RJ版·化学【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。【答案】A必修①·RJ版·化学变式练习1下列有关硅的叙述中，正确的是()A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应，单质硅有多种不同的结构B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在常温下不与任何物质反应D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料，也是制造光导纤维的原料必修①·RJ版·化学【解析】A项正确，因为硅有晶体硅和无定形硅，硅的化学性质稳定，常温下除了少数物质外，它不易与其他物质如氢气、氧气、氯气等反应；B项不正确，氧元素在地壳中的含量居第一位；C项不正确，硅的化学性质不活泼，但可与F2、HF和强碱等反应；D项不正确，硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，广泛应用于计算机技术领域，但是，用硅作原料制造二氧化硅的成本太高，通常用天然的石英作为光导纤维的原料。【答案】A必修①·RJ版·化学要点二硅酸盐的表示方法硅酸盐的种类多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：1．盐化学式法如：硅酸钠Na2SiO3，硅酸钙CaSiO3等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。2．氧化物法如：高岭石：Al2O3·2SiO2·2H2O石棉：CaO·3MgO·4SiO2方沸石：Na2O·Al2O3·4SiO2·2H2O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。氧化物前化学计量数配置原则：除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数守恒配置。必修①·RJ版·化学注意：(1)氧化物之间以“·”隔开；(2)化学计量数配置出现分数时应化为整数。例如：长石KAlSi3O8不能写成12K2O·12Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。必修①·RJ版·化学例2矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的，此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如长石(KAlSi3O8)风化生成黏土[Al2(Si2O5)(OH)4]，此时反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO3－＋4H2SiO3＋Al2(Si2O5)(OH)4(1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式：①KAlSi3O8：___________________________________；②Al2(Si2O5)(OH)4：______________________________；(2)上述反应能够发生的原因是___________________。必修①·RJ版·化学【解析】(1)将复杂硅酸盐化学式改写成氧化物时，需将除O以外所有的元素写出其常见氧化物，并用“·”将它们合起来，但需注意各种原子个数比符合原来的组成，并在某种(或几种)氧化物前加合适的化学计量数。①K2O·Al2O3·6SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)分析反应前后物质的种类，可知属于酸与盐发生的复分解反应，由于H2CO3酸性强于H2SiO3，发生了“较强的酸制较弱的酸”的反应。【答案】(1)①K2O·Al2O3·6SiO2②Al2O3·2SiO2·2H2O(2)H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强，由较强的酸可制得较弱的酸必修①·RJ版·化学变式练习2用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是()A．钙沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]：CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB．镁橄榄石(Mg2SiO4)：2MgO·SiO2C．钾云母(K2H4Al6Si6O24)：K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]：Al2O3·2SiO2·2H2O【解析】在C中，改写时氧化物的排列顺序不正确，应将水写在最后，正确的形式为：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。【答案】C必修①·RJ版·化学要点三硅及其化合物的特性1.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。2．Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑。3．非金属单质跟碱作用一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液作用放出H2。4．非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si能跟HF作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。必修①·RJ版·化学5．酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能与HF作用。6．SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接与水作用制备H2SiO3。7．无机酸一般易溶于水，但H2SiO3难溶于水。8．硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。9．H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但高温下，Na2CO3＋SiO2=====高温Na2SiO3＋CO2↑也能发生。必修①·RJ版