第三单元　含硅矿物与信息材料教学设计第一课时

第三单元

含硅矿物与信息材料

第1课时

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

一、硅酸盐

1．概念

硅酸盐是由______________组成的化合物的总称。

2．硅酸盐的性质

硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多________于水，化学性质很________。

3．硅酸盐组成的表示

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。

例如：Na2SiO3：__________________；

长石KAlSi3O8：______________________。

4．最常见的硅酸盐——Na2SiO3

Na2SiO3的水溶液俗称________，能制备________和____________。

二、三种常见的硅酸产品

主要

硅酸盐产品

原料

主要成分

设备

硅酸二钙

2CaO·SiO2

水泥

石灰石、黏土

水泥回转窑

硅酸三钙

3CaO·SiO2

铝酸三钙

3CaO·Al2O3

玻璃

陶瓷

纯碱、石灰石、石英

黏土

玻璃窑

Na2O·CaO·6SiO2

知识点1

硅酸盐的表示方法

1．用二氧化硅和金属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·Al2O3·3SiO2·3H2O B．镁橄榄石(Mg2SiO4)

2MgO·SiO2

C．长石(KAlSi3O8)

K2O·Al2O3·3SiO2

D．高岭石[Al2Si2O5(OH)4]

Al2O3·2SiO2·2H2O 2．高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是(

) A．7、2

B．5、4 C．6、3

D．3、6 知识点2

硅酸盐产品

3．属于硅酸盐材料的是(

) ①水泥

②玻璃

③陶瓷

④水晶

A．①③④

B．②③④

C．①②④

D．①②③

4．根据水泥和玻璃的生产，总结出硅酸盐工业的一般特点是(

) ①生成物是硅酸盐

②反应条件是高温

③含有硅的物质作原料

④反应原理是一系列复杂的物理化学变化

A．①③

B．①②③

C．①③④

D．①②③④

5．下列关于制取玻璃和水泥的共同特点的叙述不正确的是(

) A．生产设备都是高炉

B．原料中都有石灰石

C．反应都是在高温下进行

D．发生的都是复杂的物理化学变化

练基础落实

1．下列关于水玻璃的性质和用途叙述不正确的是(

) A．水玻璃是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀

B．在建筑工业上可作黏合剂耐酸水泥掺料

C．木材、织物浸过水玻璃后，具有防腐性能且不易燃烧

D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质

2．下列说法正确的是(

) A．水玻璃是硅酸钠

B．红柱石的化学式为Fe2O3·SiO2

C．玻璃、石英、水泥都是硅酸盐

D．普通玻璃的组成一般为Na2O·CaO·6SiO2

3．Al2O3·2SiO2·2H2O是(

) A．混合物

B．氧化物的结晶水合物

C．硅酸盐

D．氧化物

4．下列物质不属于硅酸盐的是(

) A．黏土

B．硅藻土

C．Al2(Si2O5)(OH)4

D．Mg2SiO4

5．关于硅酸盐的下列叙述中正确的是(

) ①大部分硅酸盐难溶于水

②硅酸盐是构成地壳岩石的主要成份

③可溶性硅酸盐中最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗称水玻璃

④硅酸盐是由氧化物组成的一类盐，能够稳定存在

A．①④

B．①②③

C．②③④

D．①③④

练方法技巧

6．月球上有丰富的绿柱石(绿宝石)矿藏，其主要化学成分为BenAl2Si6O18。也可用氧化物形式表示为nBeO·Al2O3·6SiO2，其n值为(

) A．1

B．2

C．3

D．4

练综合拓展

7．某科研小组，用含有少量CaO和Fe2O3的高岭土(主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O)试验新型的净水剂。试验程序如下：

已知：Al2O3与纯碱反应的产物是NaAlO2和CO2。试回答下列问题：

(1)写出混合物A、B、滤液C、沉淀D的主要成分：

A．________；B.________；C.________；D.________。

(2)写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式：__________________________，_______。

(3)生成D沉淀的离子方程式为________________________________。

(4)该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有____________。

A．玻璃坩埚

B．瓷坩埚

C．氧化铝坩埚

D．铁坩埚

8．氢氧化铝胶囊、碳酸氢钠粉剂都曾用来治疗胃酸过多。三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)和氢氧化铝胶囊一样，且治疗时间更持久。将三硅酸镁写成氧化物形式：________________，写出其中和胃酸(主要成分是HCl)的化学方程式：

________________________________ ________________________________________________________________________。

9．化合物A、D、E是中学化学中常见的物质，化合物B、C、F中含有两种相同的元素。这些化合物之间存在如图的关系。其中A和B的反应是一种重要化工生产中的主要反应之一，E是一种不可缺少的调味品，请回答：

(1)在A、C、E中含有相同的元素是______。

(2)化合物C的化学式是______，化合物A的水溶液显_______________________ 性( 填“酸”、“碱”、“中”) (3)C的水溶液和D能否发生反应？______理由是：________________________ ______________________。

第三单元

含硅矿物与信息材料

第1课时

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

基础落实

一、

1．硅、氧和金属

2．不溶

稳定

3．Na2O·SiO2

K2O·Al2O3·6SiO2

4．水玻璃

硅胶

木材防火剂

对点训练

1．C 2．B

[依据在化合物中正、负化合价的代数和为零，代入数值验证即可。] 3．D

[水晶的成分是SiO2，不是硅酸盐。] 4．D 5．A

[高炉是炼铁的设备。] 课后作业

1．D

[Na2SiO3的水溶液叫水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料，硅酸比碳酸弱，故在空气中易变质生成硅酸：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。] 2．D

3.C 4．C

[硅藻土的主要成分是SiO2，不属于硅酸盐。] 5．B 6．C

[将硅酸盐改写时，各氧化物按如下顺序书写：按金属的活泼性顺序写出各氧化物→二氧化硅→H2O；改写过程中应遵守元素守恒。

据氧原子守恒得：18＝n＋3＋6×2解得n＝3。] 7．(1)NaAlO2和Na2SiO3

AlCl3和H2SiO3

AlCl3

H2SiO3

(4)D 解析

将土样和纯碱混匀，加热熔融时，土样中的Al2O3和SiO2将与纯碱发生反应，生成偏铝酸盐和硅酸盐，并溶于水中；而CaO、Fe2O3不与纯碱反应而成为残渣。滤液中的偏铝酸盐和硅酸盐与盐酸反应，得到溶于水的铝盐和不溶于水的硅酸。由于陶瓷的成分是硅酸盐，它和氧化铝都会与纯碱反应，因此，在熔融土样时只能选用铁坩埚。

8．2MgO·3SiO2·nH2O 2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O 9．(1)Na

(2)Na2SiO3

碱

(3)能

碳酸的酸性强于硅酸

解析

由题意信息：A、B、C、D、E、F均为化合物，且A＋B―→C＋D的反应条件是高温，又是化工生产中的主要反应之一，所以，该反应为：Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，其他物质及性质便可顺势而推出。推断结果：

A．Na2CO3

B．SiO2

C．Na2SiO3

D．CO2

E．NaCl

F．H2SiO3

高温

第2课时

二氧化硅与信息材料

一、硅元素的存在

硅在地壳中的含量仅次于____，硅的________和__________约占地壳质量的90%以上；硅原子最外层有____个电子，主要形成______价的化合物。

二、二氧化硅的内容

1．SiO2的存在形式

石英：

的二

：无色透明的晶体SiO

氧化硅

：具有彩色环带状

或层状沙子：含有

的石英晶体2硅石：

二氧化硅

2．SiO2的结构

每个Si原子与周围的____个O原子相结合，每个O原子与____个Si原子相结合。实际上，二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按____的比例所组成的________结构的晶体，我们通常用“SiO2”表示二氧化硅的组成。

3．物理性质

二氧化硅是__________的固体，________于水。

4．化学性质

(1)与氢氟酸(HF)反应——HF是惟一可以与SiO2发生反应的酸：

__________________________________________(可用来雕刻玻璃)。

(2)SiO2作为酸性氧化物可以和______、____________反应，但与水________。

①和碱反应：___________________________________________________________；

②和碱性氧化物反应：______________________________。

5．二氧化硅的用途

(1)以SiO2为主要成分的沙子仍然是基本的建筑材料；

(2)电子工业的重要部件、光学仪器；

(3)是信息高速公路的骨架——__________的主要成分；

(4)用石英、玛瑙制作______。

三、硅单质

1．种类

单质硅有________和________两类。

2．结构

晶体硅的结构与________相似。

3．性质

(1)物理性质

色、态

光泽

熔点

硬度

质地

导电性

灰黑色固体

金属光泽

高

大

脆

半导体

(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与______、________发生反应。

4．用途

(1)__________，如硅芯片等。

(2)________，如光电池等。

知识点1

硅元素在自然界中的存在

1．硅在自然界中储量丰富，含量仅次于氧元素，硅存在于地壳的各种矿物和岩石中的形式是(

) A．单晶硅

B．二氧化硅

C．硅酸

D．无定形硅

知识点2

二氧化硅的结构与性质

2．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是(

) A．水晶的成分是二氧化硅

B．二氧化硅晶体中不存在单个SiO2分子

C．二氧化硅溶于水且显酸性

D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别

3．在一定条件下，下列不能与二氧化硅反应的物质是(

) 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

A．只有③⑤⑦

B．只有⑤⑦

C．只有②⑤

D．只有⑤

4．下列离子方程式书写不正确的是(

) －－A．二氧化硅与NaOH溶液反应：SiO2＋2OH===SiO23＋H2O －＋B．碳酸钡溶于稀盐酸：CO23＋2H===CO2↑＋H2O －－C．二氧化碳与足量NaOH溶液反应：CO2＋2OH===CO23＋H2O －＋D．把水玻璃滴入盐酸中：SiO23＋2H===H2SiO3↓

5．下列关于硅酸的叙述，错误的是(

) A．硅酸是一种很弱的酸

B．硅酸可由二氧化硅与水反应制得

C．硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅

D．硅酸可由可溶性硅酸盐和盐酸反应制得

知识点3

硅的性质及用途

6．硅和碳的比较，正确的是(

) A．都是非金属，而硅的非金属性较强

B．硅和碳的最高正价都是＋4价

C．硅元素在地壳中的含量占第二位，碳占第一位

D．硅和碳在自然界中的存在形式都是既有游离态也有化合态

7．下列关于硅的说法中，不正确的是(

) A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

B．硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，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起反应

D．当加热到一定温度时，硅能与氧气等非金属反应

练基础落实

1．在一定条件下，既不能与二氧化碳反应，又不能与二氧化硅反应的是(

) A．Na2CO3溶液

B．CaO C．NaOH溶液

D．木炭

2．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

3．材料与化学密切相关，下表中对应关系错误的是(

)

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

4.光纤通信是以光作为信息的载体，让光在光导纤维中传播，制造光导纤维的基本原料是(

) A．氧化钙

B．铜

C．石英砂

D．硅

5．光导纤维被认为是20世纪最伟大的发明之一，它使信息科学迅猛发展。光导纤维的主要成分是(

) A．CaCO3

B．SiO2

C．Na2SiO3

D．CaSiO3

6．能证明碳酸的酸性比硅酸强的事实是(

) A．CO2溶于水生成碳酸，SiO2不溶于水也不能与水直接反应生成硅酸

B．在高温下，SiO2和Na2CO3能发生反应：SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑

C．SiO2熔点比CO2高

D．CO2通入Na2SiO3稀溶液中，生成白色胶状沉淀

7．SiO2属于酸性氧化物的主要理由是(

) A．硅是非金属元素

B．SiO2对应的水化物是可溶性酸

C．SiO2与强碱反应生成盐和水

D．SiO2不能与酸反应

练方法技巧

高温

8．60 g石灰石在高温下与23 g石英反应产生的气体在标准状况下的体积是(

) A．5.6 L

B．11.2 L C．13.44 L

D．6.72 L 9.化合物A、D、F是中学化学中常见的物质，化合物B、C、E中含有两种相同的元素。这些化合物之间存在下列关系。其中A和B的反应是一种重要化工生产中的主要反应之一。

(1)在A、C、F中含有的相同元素是________。

(2)化合物C的化学式是________，化合物A的水溶液显________性(填“酸”、“碱”或“中”)。

(3)C的水溶液和D能否发生反应________(填“能”或“否”)，理由是____________。

练综合拓展

10．有三种透明、不溶于水的坚硬固体，A固体在氧气中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体能使澄清石灰水变浑浊，标准状况下测得此气体的密度为氧气密度的1.375倍。B固体可溶于热的苛性钠溶液，再往该溶液中加入过量酸时，析出白色胶状沉淀，此沉淀干燥后，为不溶于水的白色粉末，它是一种比碳酸还弱的酸。将B与石灰石、纯碱按比例混合加热后得到C，C在高温时软化，无固定熔点。

(1)A为__________，有关反应的化学方程式_______________________________ ________________________________________________________________________；

(2)B为__________，有关反应的化学方程式为_______________________________ ________________________________________________________________________；

(3)C为____________________。

11．获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动。

(1)光导纤维是一种能高质量传导光的玻璃纤维，利用光缆通讯能同时传输大量信息。制造光纤电缆的主要原材料的化学式是______________，它属于_________材料。

(2)信息产业的核心材料是高纯度的硅，高纯度的单晶硅生产方法之一是：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用得硅烷(SiH4)，再加热分解硅烷可得高纯硅。单晶硅可用来制作大规模集成电路、整流器等，硅纯度越高，大规模集成电路的性能就越好。写出上述方法中，生产高纯硅的两个化学方程式：____________________________，_______________。

12．把河沙(主要成分是SiO2)跟镁粉按一定质量比(质量比约大于15∶24)混合均匀，装入试管中加热大约一分钟后发生剧烈反应，生成一种白色固体化合物和一种硅化物，待生成的混合物冷却后放入盛有稀硫酸的烧杯中，立即产生气泡并伴有爆炸声，产生的气体是一种能在空气中自燃的硅的气态氢化物。

(1)写出河沙与镁粉在加热时反应的化学方程式：__________________________，该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。

(2)生成的混合物放入稀硫酸中，产生的气体是(填化学式)____________；

(3)写出产生“爆炸声”的化学方程式：_____________________________________。

第2课时

二氧化硅与信息材料

基础落实

一、

氧

氧化物

硅酸盐

4

＋4 二、

1．天然

结晶

水晶

玛瑙

小粒

2．4

2

1∶2

立体网状

3．坚硬难熔

不溶

4．(1)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

(2)碱

碱性氧化物

不反应

①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋CaO=====CaSiO3

5．(3)光导纤维

(4)首饰

三、

1．晶体

无定形

2．金刚石

3．(2)强碱

氢氟酸

4．(1)半导体材料

(2)新能源

对点训练

1．B 2．C

[CO2通常状况下为气体，与SiO2物理性质相差很大；SiO2晶体不溶于水，也不能与水反应生成H2SiO3；SiO2晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体，不存在单个SiO2分子。] 3．D

4.B

5.B

6.B

7.C 课后作业

1．A 2．A

[晶体硅的结构与金刚石相似，具有空间立体网状结构，所以物理性质相似；硅在地壳中含量居第二位，但在自然界中没有游离态的硅存在，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在；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。] 3．A

[刚玉的成分是Al2O3，金刚石的成分是C；大理石、石灰石的成分均是CaCO3；普通玻璃和普通水泥均是硅酸盐产品；沙子、石英的成分是二氧化硅。] 4．C 5．B

[光导纤维可以用SiO2来制造。] 6．D

[B项是在固体反应中难挥发性物质制取易挥发性物质，是利用两者共熔时生成易挥发的CO2，使反应能够发生；D项中是较强的酸与较弱的酸的盐溶液反应生成较强酸的盐和较弱酸的复分解反应，这是该类复分解反应发生的条件。] 7．C 8．C

[石灰石在高温下，即使不与SiO2反应，也可完全把CO2释放出来，故存在CaCO3～CO2。] 9．(1)Na

(2)Na2SiO3

碱

(3)能

硅酸盐能在水溶液中与CO2反应生成比碳酸酸性更弱的硅酸

解析

此题突破点为A＋B――→C＋D，A、D是常见物质且该反应为一种重要的化工生产的主要反应之一，即Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，然后再根据其他关系推出。

10．(1)金刚石

C＋O2=====CO2

(2)石英

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O (3)普通玻璃

解析

解答本题应从A的燃烧产物入手，该气体的相对分子质量为32×1.375＝44。该气体无色，且能使澄清石灰水变浑浊，应为二氧化碳。因为A为透明、不溶于水、坚硬的固体，由此推断A为金刚石。B同样为透明、不溶于水的坚硬固体，但可溶于热的苛性钠溶液，所得溶液中加入过量的酸时可析出白色固体，最终得到一种比碳酸还弱的酸，因此B为石英。C物质由石灰石、纯碱和B物质(石英)混合加热反应而制得的，在高温时软化，无固定熔点，这符合玻璃的性质特点，故C为普通玻璃。

11．(1)SiO2

新型无机非金属

(2)Mg2Si＋4HCl===2MgCl2＋SiH4↑

SiH4=====Si＋2H2

12．(1)SiO2＋4Mg=====2MgO＋Mg2Si

放热

(2)SiH4

(3)SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O △△点燃高温高温高温

解析

在做此题时首先应注意河沙和镁粉的质量比和物质的量之比的关系以及按此物质的量比例应发生何种反应。其次应注意，一些反应产物的信息，如在“空气中能自燃的硅的气态氢化物”等信息。另外要注意对实验的一些现象描述的特殊含义，如爆炸声应为剧烈的放热反应。

(1)河沙和镁粉的质量比约大于15∶24时，因河沙中还含有除SiO2之外的物质，故此时1524SiO2和Mg的质量比约为15∶24，则二者的物质的量之比为∶＝1∶4，即在反应中SiO26024和Mg应按1∶4的物质的量之比进行反应，故化学方程式为

SiO2＋4Mg=====2MgO＋Mg2Si，因为加热一分钟后即发生剧烈反应，故此反应为放热反应。(2)MgO和稀H2SO4反应：MgO＋H2SO4===MgSO4＋H2O，此反应为碱性氧化物和强酸的反应，不剧烈，不可能产生爆炸声。所以应是Mg2Si和H2SO4反应的结果，结合题意，再根据Mg2Si中各元素的化合价可推测反应产物为MgSO4和SiH4，SiH4在空气中自燃发出爆炸声。

△