2019-2020年高中化学 4.1.2 第2课时 硅酸盐和硅单质课件 新人教版必修1

第2课时硅酸盐和硅单质课程目标,1．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。2．了解硅的性质和用途。3．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。图说考点,[新知预习]一、硅酸盐1．硅酸盐的组成和性质(1)概念：由、和组成的化合物的总称(2)性质：固态，大多不溶于水，化学性质很(3)表示方法：如Na2SiO3、硅氧金属稳定Na2O·SiO22．最简单的硅酸盐——Na2SiO33．三种常见的硅酸盐产品硅酸盐产品原料主要设备主要成分水泥水泥回转窑硅酸二钙：硅酸三钙：铝酸三钙：玻璃玻璃窑陶瓷石灰石、黏土2CaO·SiO23CaO·SiO23CaO·Al2O3纯碱、石灰石、石英砂Na2O·CaO·6SiO2黏土Al2O3·2SiO2·2H2O二、硅单质1．形态及结构2．性质(1)物理性质色、态光泽熔点硬度质地导电性(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与、发生反应。①Si与NaOH溶液：。②Si与氢氟酸：。3．用途(1)半导体材料，如等。(2)新型能源，如等。灰黑色固体金属光泽高大脆良好半导体氢氟酸强碱Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑硅芯片光电池[即时性自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)晶体硅与金刚石的结构相似。()(2)硅是活泼的非金属元素。()(3)自然界中存在单质硅。()(4)硅酸钠可以改写为Na2O·SiO2，故硅酸钠是混合物，含有Na2O和SiO2。()(5)硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂。()(6)硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质。()(7)普通玻璃和水泥的生产原料均含石灰石。()(8)光电池可以将光能直接转化为电能。()√××××√√√2．从现有的考古资料来看，中国原始陶器开始于距今七千年前。时至今日陶瓷已广泛应用于人们的生活和生产中，下列不属于陶瓷制品的是()解析：试管是玻璃制品。答案：C3．下列关于硅及二氧化硅的化学性质的化学方程式书写错误的是()A．硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑C．硅与盐酸反应：Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑D．二氧化硅在高温下被C还原：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑解析：常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋C=====高温SiC、Si＋2Cl2=====△SiCl4、Si＋O2=====△SiO2。答案：C4．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃。下列关于水玻璃的说法中，正确的是()A．水玻璃是一种纯净物B．水玻璃可作木材防腐剂C．水玻璃与盐酸反应所得的白色胶状沉淀是二氧化硅D．滴有酚酞的水玻璃呈红色，说明水玻璃呈碱性解析：水玻璃是Na2SiO3的水溶液，是一种混合物；由于Na2SiO3的热稳定性极好，又不能燃烧，所以常用作木材防火剂而不是防腐剂；Na2SiO3溶液中滴入盐酸发生反应：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl，产生的沉淀是H2SiO3而不是SiO2；Na2SiO3溶液能使无色酚酞溶液变红色，说明水玻璃显碱性。答案：D提升点一硅的结构特点和特性[例1]下列关于硅的说法中，错误的是()A．硅是非金属元素，它的晶体单质是灰黑色有金属光泽的固体B．单质硅和金刚石结构相似，但比金刚石硬度小，熔点低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【解析】硅虽然外形像金属(有金属光泽)，但实际上属于非金属；硅原子与碳原子最外层电子数相同，晶体结构相似，但硅晶体比金刚石的硬度小，熔点低；硅的化学性质不活泼，常温能与氟气、氢氟酸和NaOH溶液等发生反应，加热至一定温度时，硅还能与氯气、氧气等非金属发生反应。【答案】C解答信息实验题时要特别注意以下两点：(1)分析题目信息，注意实验操作或具有特殊性质的物质；(2)与已掌握的知识进行对比分析，充分利用信息进行知识迁移。[提升1]硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有______________________________。纯碱、石英砂、石灰石(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种技术路线，其中一种工艺流程示意图如下：①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中加热到1600～1800℃，除生成粗硅外，也可以生成碳化硅，则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为_______________________________。SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑、SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，粗硅生成SiHCl3的化学方程式为___________________________________________。(3)还原炉中发生的化学反应为___________________________________________。Si＋3HCl=====250～300℃SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl解析：(1)生产普通玻璃的主要原料有纯碱、石英砂、石灰石。(2)①二氧化硅与焦炭在高温下发生反应生成粗硅或碳化硅，化学方程式为SiO2＋2C=====高温Si＋2CO↑、SiO2＋3C=====高温SiC＋2CO↑。②粗硅与氯化氢在250～300℃条件下反应生成SiHCl3和氢气。(3)还原炉内，氢气与SiHCl3发生氧化还原反应，生成Si和HCl，化学方程式为SiHCl3＋H2=====高温Si＋3HCl。[关键能力]1．晶体硅的结构结构类似于金刚石。硅的工业制法硅单质是由其氧化物制得的，常见工艺流程如下：石英砂―――――――→1焦炭/高温粗硅―――――――→2Cl2/△SiCl4――――――→3H2/高温纯硅有关反应的化学方程式为：(1)2C＋SiO2=====高温Si(粗)＋2CO↑(2)Si(粗)＋2Cl2=====△SiCl4(3)SiCl4＋2H2=====高温Si(纯)＋4HCl2．硅单质的化学性质(1)常温下：①与氟气反应：Si＋2F2===SiF4；②与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑；③与NaOH溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑(2)加热条件下：①与O2反应：Si＋O2=====△SiO2；②与Cl2反应：Si＋2Cl2=====△SiCl4；③与C反应：Si＋C=====高温SiC提升点二含硅物质的性质应用与转化[例2]歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案生动形象，但古瓷中所用颜料的成分一直是个谜。近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是()A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2B．性质稳定，不易脱色C．易溶于强酸和强碱D．x等于6【解析】BaCuSi2Ox中，Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，由化合价规则：(＋2)＋(＋2)＋2×(＋4)＋(－2)×x＝0，得x＝6，则用氧化物形式表示硅酸铜钡为BaO·CuO·2SiO2，A、D项正确；由题干信息可知硅酸铜钡的性质稳定，不易脱色，故B项正确，C项错误。【答案】C[提升2]A、B、C、D、E五种含硅元素的物质，相互转化关系如图所示：(1)推断A～E的化学式：A________，B________，C________，D________，E________。Na2SiO3SiH2SiO3SiO2CaSiO3(2)①写出B―→A的化学方程式_____________________________________________。②A―→C的离子方程式______________________________________________。Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓解析：在空气中燃烧生成D，B可能为Si，B和D都能与NaOH溶液反应生成A，则A为Na2SiO3，A和盐酸反应生成C，C为H2SiO3，H2SiO3受热分解又生成SiO2，证明B为Si，E为CaSiO3。硅及其化合物转化关系题中的突破口(1)硅、二氧化硅的结构：如硅与金刚石结构相似。(2)硅、二氧化硅的物理性质：如硬度大，熔、沸点高。(3)特征性质：①与强碱溶液反应放出H2的非金属单质是硅。②不与H2O反应、能与氢氟酸反应(或雕刻玻璃)的酸性氧化物为SiO2。③难溶于水的无机酸是H2SiO3。[关键能力]1．硅及其化合物的转化关系2．硅酸盐的氧化物形式的改写硅酸盐由于组成比较复杂，通常用二氧化硅和金属氧化物的形式表示其组成，改写时的规律为：书写形式氧化物的排列顺序：活泼金属氧化物―→较活泼金属氧化物―→二氧化硅―→水氧化物之间以“·”隔开化学计量数配置原则：各元素原子总个数比符合原来的组成若出现分数应化为整数,硅酸盐组成式改写实例：钠长石NaAlSi3O8不能写成12Na2O·12Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。1．硅被誉为无机非金属材料的主角，下列物品用到硅单质的是()A．陶瓷餐具B．石英钟表C．计算机芯片D．光导纤维答案：C2．科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法中正确的是()A．地壳中硅的含量稀少B．自然界中存在大量单质硅C．高纯度的硅被用于制作计算机芯片D．光导纤维的主要成分是Si解析：因为21世纪是计算机广泛普及和应用的时代，而硅(高纯度)又是制作计算机芯片的原料。答案：C3．关于硅及其化合物的叙述中，正确的是()A．硅是良好的半导体材料，可以与NaOH溶液和氢氟酸反应B．二氧化硅与石灰石反应：SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO↑C．用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2＋2C=====高温Si＋2CO2↑D．水泥的主要成分是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2解析：B项正确的化学方程式为CaCO3＋SiO2=====高温CaSiO3＋CO2↑；C项正确的化学方程式为SiO2＋2C=====高温2CO↑＋Si；D项水泥的主要成分是3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3。答案：A4．材料与化学密切相关，表中对应关系错误的是()选项材料主要化学成分A刚玉、金刚石三氧化二铝B大理石、石灰石碳酸钙C普通水泥、普通玻璃硅酸盐D沙子、石英二氧化硅解析：刚玉的主要成分是三氧化二铝，金刚石的成分是碳。大理石、石灰石的主要成分都是碳酸钙；水泥、玻璃属于硅酸盐；沙子、石英的主要成分都是二氧化硅。答案：A5．如图中的每一方格表示相关的一种反应物或生成物。其中B是一种单质，其余物质也都是有B元素的化合物。C是一种钠盐，E是C对应的酸，B的结构类似金刚石，D为B的氧化物(其他不含B元素的反应产物以及各步反应添加的必要试剂和反应条件已被略去)，请填写空白：(1)A、D、E的化学式分别为________、________、________。SiCl4SiO2H2SiO3(2)A和B的互相转化在工业上有什么实际意义？___________________________________________。(3)写出D→C反应的化学方程式：___________________________________________。(4)写出E→D反应的化学方程式：___________________________________________。粗硅提纯SiO2＋2NaO