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合作探究自主预习第4章材料家族中的元素合作探究自主预习第1节硅无机非金属材料合作探究自主预习目标导航预习导引1.了解硅单质的结构、组成和主要的化学性质及用途;2.掌握二氧化硅和硅酸盐的主要化学性质;3.了解二氧化硅、硅酸盐制品和新型无机非金属材料的应用。1.掌握硅和二氧化硅的主要性质及这些性质在材料中的应用,能书写相关反应的化学方程式;2.能举例说明硅在半导体工业以及二氧化硅在现代通信业、传统硅酸盐制品生产、一些新型无机非金属材料研发等方面的主要应用。合作探究自主预习目标导航预习导引一二三一、单质硅与半导体材料1.硅的分布与存在(1)分布:硅在自然界中分布广泛,在地壳中居第二位,仅次于氧,是构成矿物和岩石的基本元素。(2)存在:自然界中没有游离态的硅,全部以化合态的形式存在。2.半导体材料(1)特点:特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。(2)常见的半导体材料:最早使用锗(Ge),现在最广泛使用的是硅。3.硅单质(1)物理性质:颜色光泽熔点质地导电性灰黑色有金属光泽高硬而脆半导体合作探究自主预习目标导航预习导引一二三(2)化学性质:(3)硅的制取与提纯:(4)硅的主要用途:作半导体材料;制造太阳能电池;制造硅合金等。粗硅:2C+SiO2Si+2CO↑纯硅:Si+2Cl2SiCl4SiCl4+2H2Si+4HCl合作探究自主预习目标导航预习导引一二三预习交流1请同学们思考交流以下问题:(1)在SiO2+2CSi+2CO↑反应中,氧化剂是什么?还原剂是什么?答案:在SiO2+2CSi+2CO↑反应中,SiO2是氧化剂,C是还原剂。(2)在SiO2+3CSiC+2CO↑反应中,氧化剂是什么?还原剂是什么?答案:在SiO2+3CSiC+2CO↑反应中,C既是氧化剂又是还原剂。(3)非金属单质不能与碱反应产生氢气,对吗?答案:不对。硅可以与强碱溶液(如NaOH溶液)反应产生氢气。合作探究自主预习目标导航一二预习导引三二、二氧化硅与光导纤维1.存在:水晶、石英、沙子的主要成分是二氧化硅。2.构成:SiO2晶体是由硅原子和氧原子构成的氧化物。3.性质:(1)物理性质:不溶于水的固体,硬度大,熔沸点高。(2)化学性质:合作探究自主预习目标导航一二预习导引三4.光导纤维(1)主要成分:SiO2。(2)用途:用于光纤通信、能量传输、信息处理等方面。预习交流2(1)保存氢氟酸、NaOH溶液时应该注意什么问题?答案:氢氟酸不能保存在玻璃瓶中,应保存在塑料瓶中。NaOH溶液不能保存在玻璃塞的玻璃瓶中,应保存在橡胶塞的玻璃瓶中。(2)酸性氧化物能否与酸反应?试举例说明。答案:能。如SiO2可与HF反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。合作探究自主预习目标导航一二预习导引三三、硅酸盐与无机非金属材料玻璃水泥陶瓷原料纯碱、石灰石、石英黏土、石灰石黏土反应原理CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑高温下发生复杂的物理、化学变化烧结时发生复杂的物理、化学变化反应条件高温高温高温主要成分SiO2、CaSiO3、Na2SiO3硅酸二钙:2CaO·SiO2、硅酸三钙:3CaO·SiO2、铝酸三钙:3CaO·Al2O3硅酸盐特性非晶体,透明、无固定熔点,可在一定温度范围内软化水硬性:无论在水中还是在空气中均能硬化(不可逆过程)耐酸碱腐蚀合作探究自主预习目标导航一二预习导引三预习交流3为什么玻璃没有固定的熔点?答案:因为玻璃是混合物,所以玻璃没有固定的熔点,只是在某一温度范围内逐渐软化。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三一、硅与二氧化硅的特殊性活动与探究1.硅的单质与氢氟酸反应的化学方程式是什么?属于何种反应类型?有何特殊性?答案:化学方程式为Si+4HFSiF4↑+2H2↑;反应类型为置换反应;该反应的特殊性表现为非金属单质与酸反应,生成两种气体产物且产物之一为氢气。2.能与NaOH溶液反应产生氢气的非金属单质是哪一种?试写出化学反应方程式。答案:非金属单质能与NaOH溶液反应产生氢气的是硅,化学方程式为Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三3.SiO2是酸性氧化物,能与酸反应吗?答案:能与氢氟酸反应,化学方程式为SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。4.SiO2是两性氧化物吗?答案:不是。两性氧化物是指既能与酸反应又能与碱反应,生成盐和水的氧化物。SiO2与HF反应不生成盐。5.能否用SiO2和水反应来制取H2SiO3?答案:SiO2不溶于水,也不与水反应,所以不能用SiO2和水反应来制取H2SiO3,制取H2SiO3的方法如下:Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓或Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用例1下列关于硅的说法中不正确的是()A.硅是非金属元素,它的单质晶体是灰黑色、有金属光泽的固体B.硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是优良的半导体材料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,硅能与氧气、氯气等非金属单质反应解析:硅是非金属元素,晶体硅是灰黑色、有金属光泽的固体;单质硅的导电性介于导体和绝缘体之间,是优良的半导体材料;在常温下,硅的化学性质不活泼,除能与F2、HF、强碱溶液反应外,硅不易跟其他物质反应,但在加热条件下,硅能与一些非金属单质(如氧气、氯气等)反应。答案:C合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练1有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用,下列关于其有利因素的说法中,你认为不妥的是()A.便于运输、储存,从安全角度考虑,硅是最佳的燃料B.自然界的含硅化合物易开采C.硅燃烧放出的热量多,燃烧产物对环境污染程度低且容易有效控制D.自然界中存在大量的单质硅解析:有些燃料,如氢气具有热值大、无污染等优点,但从运输、储存角度就不如硅了,硅是固体、常温下性质稳定,是非常安全的;另外,硅在自然界存在广泛,含硅化合物易开采,其燃烧产物为SiO2,对环境污染程度低。但需注意的是,自然界中没有游离态的硅,因此,D是错误的。答案:D合作探究自主预习问题导学即时检测一二三(1)硅是非金属元素,但硅的单质晶体是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,是优良的半导体材料。(2)Si能与HF反应生成H2:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。(3)Si能与NaOH溶液反应生成H2:Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑。(4)SiO2是酸性氧化物,但能与HF反应:SiO2+4HFSiF4↑+2H2O。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三二、SiO2和CO2的性质比较活动与探究1.SiO2和CO2都是酸性氧化物,它们的物理性质相似吗?答案:SiO2和CO2的结构不同,SiO2是由Si原子和O原子直接构成的空间网状结构的晶体,硬度大,熔沸点高;而CO2是由CO2分子构成的晶体,常温下为气体,所以二者的物理性质差别较大。2.在一定条件下,下列物质能和SiO2反应的是,能和CO2反应的是。①焦炭②纯碱③碳酸钙④氢氟酸⑤硝酸⑥氢氧化钾⑦氧化钙⑧氟气⑨水答案:①②③④⑥⑦①②③⑥⑦⑨合作探究自主预习问题导学即时检测一二三3.根据反应:SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,能否说明酸性:H2SiO3H2CO3?如何证明这两种酸酸性的强弱?答案:根据上述反应不能证明酸性:H2SiO3H2CO3。因为该反应不是在溶液中进行的,通常情况下,一种酸与另一种盐在溶液中反应生成新的酸和新的盐时,可以证明反应物的酸比生成物的酸的酸性强,如在Na2SiO3溶液中通入CO2气体,生成H2SiO3,证明酸性:H2CO3H2SiO3。4.CO2、SiO2是否具有氧化性,为什么?请举例说明。答案:CO2、SiO2中的C、Si均为+4价,具有氧化性。如CO2+C2CO,SiO2+2CSi+2CO↑。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用例2下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A.CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应B.CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C.CO2是酸性氧化物,SiO2是两性氧化物D.CO2和SiO2都是由相应的分子构成的解析:CO2、SiO2都是酸性氧化物,都能与碱及碱性氧化物反应,故A正确,C不正确;SiO2不溶于水,也不能和水反应生成硅酸,B不正确;CO2是由分子构成的,SiO2是由Si、O原子直接构成的,故D不正确。答案:A合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练2下列说法中不正确的是()A.因为SiO2不溶于水,故H2SiO3不是SiO2对应的酸B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸沉淀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解析:SiO2中Si呈+4价,H2SiO3中Si为+4价,且H2SiO3SiO2+H2O,故A项错误;B项发生的反应为Na2SiO3+CO2(少量)+H2OH2SiO3↓+Na2CO3,B项正确;D项发生的反应为4HF+SiO2SiF4↑+2H2O,D项正确。答案:A合作探究自主预习问题导学即时检测一二三二氧化碳与二氧化硅的比较CO2SiO2存在空气岩石、石英、水晶、硅藻土化学式意义表示其分子组成晶体内没有SiO2分子,仅表示硅原子和氧原子以1∶2结合不同点物理性质熔沸点低,常温时是气体,可溶于水熔沸点高、硬度大的固体,不溶于水与水反应CO2+H2OH2CO3与水不反应与酸反应不反应只与氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O合作探究自主预习问题导学即时检测一二三CO2SiO2相同点与碱性氧化物反应CO2+CaOCaCO3CaO+SiO2CaSiO3与碱反应CO2+2NaOHNa2CO3+H2OCO2+NaOHNaHCO3SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O与C反应CO2+C2COSiO2+2CSi+2CO↑与盐反应Na2SiO3+CO2+H2OH2SiO3↓+Na2CO3Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑合作探究自主预习问题导学即时检测一二三三、硅酸盐的表示方法活动与探究1.光导纤维属于硅酸盐材料吗?答案:光导纤维的主要成分为SiO2,不属于硅酸盐材料。2.钢化玻璃是新型无机非金属材料吗?答案:钢化玻璃是将普通玻璃骤冷形成的,成分与普通玻璃相同,属于传统无机非金属材料,不属于新型无机非金属材料。合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移与应用例3地震是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,传到地面会引起房摇地动,再引起一系列的变化从而造成破坏性的自然灾害。地球的表层大多是岩石,而大多数岩石的主要成分都是硅酸盐,下面用盐或氧化物的形式表示岩石的组成,其中不正确的是()A.钙沸石Ca(Al2Si3O10)·3H2O表示为CaO·Al2O3·3SiO2·3H2OB.镁橄榄石Mg2SiO4可表示为2MgO·SiO2C.北京奥运会奖牌所用玉的主要成分透闪石[Ca2Mg5Si8O22(OH)2]表示为2CaSiO3·5MgSiO3·H2OD.高岭石Al2Si2O5(OH)4可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O合作探究自主预习问题导学即时检测一二三解析:2CaSiO3·5MgSiO3·H2O中Ca与Si的原子个数比为2∶7,而Ca2Mg5Si8O22(OH)2中Ca与Si原子个数比为2∶8,故选C。答案:C合作探究自主预习问题导学即时检测一二三迁移训练3物质的组成可用不同形式表示:(1)将下列硅酸盐改写成氧化物的形式(改写时注意金属氧化物在前,非金属氧化物在后,低价在前,高价在后,H2O一般写在最后)。①镁橄榄石(Mg2SiO4);②高岭石[Al2Si2O5(OH)4]。(2)许多含氧酸及其盐类均可以类似地改写成氧化物形式,请继续改写下列物质:HNO3;HCOOH。通过以上改写可知,HNO3的酸酐为,H