第三单元　含硅矿物与信息材料课时教学实录

专题三

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

教学目标：

（一）知识与技能目标

1、硅酸盐的组成

2、工业生产水泥、玻璃的原料、原理及产品性质

3、陶瓷材料应用及性能

（二）过程与方法目标

1．通过对自然界中存在的含硅化合物的学习，使学生了解硅元素在自然界的存在形式及硅酸盐的结构复杂性。

2．通过探究性实验掌握硅酸钠的有关知识；学会将硅酸盐的化学式书写氧化物的形式的方法和技巧。

3．通过对硅酸盐工业产品的了解，使学生了解到硅酸盐矿物的应用与人类文明的发展的密切关系。

（三）情感态度与价值观目标

1．

从传统材料到信息材料的学习，激发学生学习兴趣，增强学生研究、探索、发现新材料的意识；体会“化学――人类进步的关键”这句话的思想内涵，增强学生学习化学的兴趣。

2．了解我国材料科学发展的成就、社会及科学技术的发展对新型材料的要求，激发学生爱国主义热情，提高社会责任感。

教学重点：硅酸盐的氧化物形式的书写，硅酸钠的性质。

教学难点：硅酸盐的氧化物形式的书写。

教学方法：问题探究法、讲解法。

教学过程：

一、硅的存在：

1．硅的含量：硅元素在地壳中含量居第二位，地壳中含量仅次于氧。

2．硅的存在：主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，是构成矿物和岩石的主要成分。

二、硅酸盐

1.概念：硅酸盐是由硅

、氧和金属组成的化合物的总称。

2.性质：硅酸盐是一类结构复杂的物质，硅酸盐的硬度大，耐磨耐腐蚀，耐高温，一般都不溶于水

，化学性质很稳定

。

3.硅酸盐的表示方法

(1)化学式法

①适用范围：组成比较简单的硅酸盐。

②举例：硅酸钠(Na2SiO3)和硅酸钙(CaSiO3)。

(2)氧化物法

①适用范围：组成复杂的硅酸盐。

①

举例：硅酸钠：

Na2SiO3

Na2O·SiO2

石棉：

CaMg3Si4O12

CaO·3MgO·4SiO2

普通玻璃：

CaNa2Si6O14

Na2O·CaO·6SiO2

长石：

KAlSi3O8

K2O·Al2O3·6SiO2

书写规则：（一般顺序为：活泼金属氧化物+不活泼金属氧化物+二氧化硅+水）

①各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。

②顺序按先金属后非金属,金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“ · ”间隔。

1

③注意改写后应与原来化学式中的原子个数比不变。

4.最常见的硅酸盐——Na2SiO3

（1）．物理性质：白色、可溶于水的粉末状固体，Na2SiO3固体俗称泡花碱，

其水溶液俗称水玻璃，有黏性。

注意：硅酸钠可存放于玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞

（2）．化学性质：

①水溶液呈碱性（用PH试纸测），

②通CO2有白色沉淀：

Na2SiO3 + CO2 +2 H2O == Na2CO3 + H4SiO4↓（原硅酸，白色胶状沉淀），

或Na2SiO3 + CO2 + H2O = Na2CO3+ H2SiO3↓（硅酸，白色粉末）

（此反应证明硅酸酸性比碳酸弱）

注意：

a.原硅酸不稳定，易失水成硅酸【H2SiO3】：

H4SiO4 == H2SiO3 + H2O（硅酸在方程式中可代替原硅酸书写。）

b.硅酸受热分解：H2SiO3

△

H2O + SiO2

，

c.硅酸【H2SiO3】、原硅酸【H4SiO4】是不溶于水的白色胶状固体弱酸，

酸性：H2CO3强于H4SiO4或H2SiO3。

d.硅酸和氢氧化钠反应：H2SiO3 + 2NaOH == Na2SiO3 + 2H2O. －－离子方程式：H2SiO3

＋

2OH

＝＝SiO32

＋2H2O 。

e.可溶硅酸盐与酸反应生成硅酸【二氧化硅不溶于水，不能直接与水反应生成硅酸】。

SiO32- + 2H+ = H2SiO3↓

f.用途:硅胶多孔，吸附水份能力强，可作干燥剂和催化剂的载体

③硅酸钠溶液中滴加稀盐酸有白色沉淀：

Na2SiO3 + 2HCl == 2NaCl + H2SiO3↓

－离子方程式：SiO32

＋

2H+ == H2SiO3↓

5．用途：

(1)建筑业的黏合剂。

(2)木材、纺织品的防腐剂和防火剂。

三、硅酸盐产品（传统的硅酸盐工业产品：玻璃、陶瓷、水泥）

硅酸盐工业：以含硅物质为原料经加热制成硅酸盐材料的制造工业

1．水泥（重要的建筑材料，有水硬性，在水中可硬化）

（1）原料：粘土(SiO2 )、石灰石、石膏（适量，调节水泥的硬化速度）

（2）设备：水泥回转窑

（3）条件：高温锻烧

（4）成分：硅酸三钙：3CaO·SiO2 硅酸二钙：2CaO·SiO2 铝酸三钙：3CaO·Al2O3

高温煅烧适量石膏磨成细粉（5）流程：原料――――→――――→――――→水泥

生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分融化，冷却成块状熟料，再加入适量石膏磨成细粉，即普通水泥。

（6）主要反应：CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑

（7）用途：水泥砂浆：水泥、沙子和水混合而成。

混凝土：水泥、沙子、碎石和水混合而成。

2

钢筋混凝土：混凝土加钢筋结构。

注意：水泥的标号：325、425、525、625，水泥的标号越大其抗压强度越大。

2、玻璃

（1）原料：纯碱、石灰石、过量石英（SiO2) （2）设备：玻璃熔炉（玻璃窑）

（3）条件：高温熔融

（4）成分：

Na2SiO3

、CaSiO3

、SiO2 （5）主要反应：

Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2↑

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑

（6）种类：普通玻璃、钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃、铅玻璃等

种类

特性

用途

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等

眼镜片；照相机、显微镜、望远镜用凹凸透镜等光学仪器

普通玻璃

在较高温度下易软化

石英玻璃

膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光

光学玻璃

透光性能好，有折光和色散性

玻璃纤维

耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、太空飞行员的衣服、玻璃钢吸声、防虫蛀

等

运动器材；微波通讯器材；汽车、火车窗玻璃等

钢化玻璃

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂

注意：普通玻璃属于玻璃态物质，没有一定熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质，介于晶体与非晶体之间。

3、陶瓷

（1）主要原料：黏土（其主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O）

（2）设备：各种陶瓷窑

（3）陶瓷种类：土器（砖、瓦、盆）

陶器：（粗碗盘等）

炻器（各类缸，砂锅，瓦缸盆等）

瓷器（细碗、装饰品）

（4）优点：具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘等优点。

（5）中国瓷都：景德镇；陶都：宜兴

（6）用途：餐具，建筑材料、化学仪器、华贵装饰品等

4．分子筛

(1)组成：铝硅酸盐，如Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O。

(2)结构：具有多孔的结构，具有筛分分子的作用。

(3)应用：

①分离、提纯气体或液体混合物。

②作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂的载体等。

[练习一] 一、把下列式子改写成氧化物的形式

1、蛇纹石：H4Mg3Si2O9

2、钙长石：CaAl2SiO6

3、石棉：CaMg3Si4O12

3

4、长石：KAlSi3O8 5、普通玻璃：

CaNa2Si6O14

6、黏土：Al2(Si2O5)(OH)4

二选择题：

1．下列不属于硅酸盐工业产品的是（

）

A．水泥

B．陶瓷

C．砖瓦

D．石英玻璃

2．下列物质不属于硅酸盐的是（

）

A．粘土

B．硅藻土

C．Al2(Si2O5)(OH)4

D．Mg2SiO4

3．生产水泥的主要设备是（

）

A．熔炉

B．回转窑

C．沸腾炉

D．合成塔

4．某硅酸盐样品中锌的质量分数为58.6%，其化学组成用氧化物形式可表示为nZnO·SiO2，则n值等于（

）

A．0.5

B．1

C．2

D．3

5．在天然环境中用自然界中的物质，且在常温下必须在空气中才能硬化的是（

）

A．石灰抹墙后变硬不再溶于水

B．熟石膏调水后灌入模中变硬

C．水玻璃抹在蛋皮上不久变硬呈玻璃状 D．水泥砂浆浇灌后变硬

6．在水泥中加石膏的目的是（

）

A．调节水泥的机械强度

B．调节水泥的硬化速度

C．降低水泥的成本

D．扩大水泥的使用范围

7.下列物质有固定熔点的是（

）

A．玻璃

B．水泥

C．水玻璃

D．Na2O·SiO2

8、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、水玻璃可作木材防火剂

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，说明水玻璃与食盐水一样呈中性

9、在炼铁、制玻璃、制水泥三种工业生产中，都需要的原料是

（ ） A、生石灰 B、石灰石 C、石英 D、纯碱

10．下列说法中不正确的是 ( ) A．硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅

B．水泥、普通玻璃都是混合物

C．生产水泥和玻璃都必须用石灰石

D．用纯净的石英制成石英玻璃，它的膨胀系数小，常用来制造耐高温的化学仪器

二、填空题

11.制造普通水泥的主要原料有

和

.普通水泥的主要成分有(写名

称)

、

和

，它们的化学式分别是

、

和

.水泥的主要性能是

12.工业上制造普通玻璃的主要原料是

、

、

，主要设备是

，主要原料熔化后，发生的主要化学反应是

、

.普通玻璃的成分是

.

第2课时

二氧化硅与信息材料

教学目标：

（一）知识与技能目标

1．认识二氧化硅的性质和用途，了解工业上高纯硅的制备方法。

2．了解硅、二氧化硅在信息技术、材料科学等领域的应用。

4

（二）过程与方法目标

通过对自然界中存在的硅及其化合物的学习，了解一些含硅物质的性质。

（三）情感态度与价值观目标

培养学生对新旧知识进行归纳比较的逻辑思维能力，培养自主学习和创新能力。

教学重点：单质硅

、二氧化硅的性质

教学难点：单质硅和二氧化硅的结构

教学方法：探究式教学、讲解法，对比法。

教学过程：

一、硅单质

1.物理性质：（1）晶体硅是灰黑色有金属光泽，硬而脆的固体。

（2）熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂。

（3）导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

（4）有晶体硅和无定形硅之分，晶体硅属原子晶体，具有正四面体的立体网状结构，类似金刚石。

2.化学性质：

（1）稳定性：在常温下，硅的化学性质不活泼，不与氧气、氯气、硫酸、硝酸等起反应

（2）还原性：

①高温下，与氧气、氯气、氢气和碳反应：

Si + O2

高温

SiO2,

Si + 2Cl2

高温

SiCl4.

Si + 2H2

高温

高温SiH4 Si＋C=====SiC ②常温与碱反应：Si + 2NaOH + 2H2O 错误！未找到引用源。

Na2SiO3 + 2H2↑。

③常温与单质氟反应：Si + 2F2

错误！未找到引用源。

SiF4（气态）

④常温与氢氟酸反应：Si + 4HF 错误！未找到引用源。

SiF4 + 2H2↑。

特别提醒：硅及其氧化物的特殊性在于都能与氢氟酸反应，且非金属单质中只有硅与NaOH溶液反应产生H2。

（3）工业生产、提纯硅：

生产：SiO2 + 2C 提纯：Si + 2Cl2

高温

Si + 2CO↑(粗硅)。

高温

SiCl4（液态）

Si + 4HCl(纯硅)。

SiCl4 + 2H2

高温

3.硅的用途：（1）用于制造硅芯片、集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件；（2）制造太阳能；

（3）制造合金，如含硅4％（质量分数）的钢导磁性好制造变压器的铁芯；含硅15%(质量分数)的钢有良好的耐酸性等。

5

二、二氧化硅（SiO2）：

1.存在：天然二氧化硅叫硅石，有晶体和无定形两大类。晶体二氧化硅叫石英、水晶，石英砂。硅藻土是无定形SiO2

结构：在二氧化硅晶体中，一个硅原子跟4个氧原子结合，同时每个氧原子跟两个硅原子结合。实际上，二氧化硅晶体是由硅原子和氧原子按1 ：2的比例所组成的立体网状结构的晶体。

2物理性质：纯净的二氧化硅是无色、透明、硬度大、熔点高、不导电、难溶于水的固体。

3.化学性质

(1)稳定性：常温下与水、酸等不反应，耐高温、耐腐蚀。

(2)酸性氧化物（SiO2是酸性氧化物，是H2SiO3的酸酐，但不溶于水。）

高温①与CaO反应：SiO2＋CaO=====CaSiO3

②与NaOH溶液反应：SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 + H2O

（实验室装碱性溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用木塞或胶塞）

(3)特性：与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（雕刻玻璃）

（氢氟酸不能存在于玻璃瓶中，实验室氢氟酸常保存在铅制器皿中或塑料瓶中）

(4)弱氧化性：

SiO2＋2C ====== Si + 2CO （5）与盐反应：

SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2

SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2

特别提醒：虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。

4.用途：

(1)SiO2是制造光导纤维的主要原料。

(2)石英制作石英坩埚、石英玻璃、石英电子表、石英钟等。

(3)水晶用来制造电子工业的重要部件、光学仪器、光学眼镜片、工艺品等。

(4)石英砂常用作制玻璃和建筑材料。

简介：信息材料――光导纤维：它的主要成分是SiO2，是目前应用最广的信息材料，它有信息传输大，信号准确，便于铺设，耐磨耐腐蚀，试用寿命长等优点。一条通常的光缆可以同时传输十亿门电话的信号。

（1）光纤通信（光缆）：是利用激光作载波由光导纤维传送信息的有线通信方式。

(2)医生的好助手：光导纤维可以用于食道﹑胃等深部探查内窥镜的光学元件和外科手术激光刀。

（3）在国防军事上，可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜，装备在潜艇﹑坦克和飞机上，

用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。

6

[练习二] 1．下列叙述中，正确的是（ ）

A．自然界中存在大量单质硅

B．硅元素是形成地壳的主要元素，在地壳中的含量占第一位

C．纯硅可以通过下列反应制得：SiO2+2CSi+2CO↑ D．单晶硅是良好的半导体材料

2．下列溶液中可以盛在玻璃瓶中但不能用磨口玻璃塞的是

（ ）

A. 硫酸钠溶液 B. 氢氟酸 C. 氢氧化钠溶液 D. 氯化钠溶液

3．下列关于二氧化硅的说法中，正确的是（ ）

A．SiO2晶体易溶于水，水溶液呈酸性 B．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子组成

C．不能用二氧化硅跟水直接反应制取硅酸

D．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物

4．实验室里熔化氢氧化钠时，不能选用的坩埚是（ ）

A. 氧化铝坩埚 B. 石英坩埚 C. 铁坩埚 D. 瓷坩埚

5．光纤通信是一种现代化的通信手段，制造光导纤维的主要原料是

（ ）

A. SiO2 B. GaO C. CaCO3 D. Na2CO3 6．生产水泥、玻璃都用到的一种原料是（ ）

A. 石英 B. 纯碱 C. 石灰石 D. 粘土

7、下列物质中，不能与二氧化硅反应的是（ ）

A、烧碱 B、氢氟酸 C、硝酸 D、生石灰

8．①盐酸、②浓硫酸、③氧气、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液中，能与地壳中含量第一和第二的两元素形成的化合物起化学反应的是

（ ）

A．①② B．④⑤ C．②④ D．③④

9．下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是 （ ）

A．硅酸钠溶液 B．盐酸 C．氢氟酸 D．氢氧化钠溶液

10．下列关于硅的说法不正确的是 ( ) A．硅是非金属元素，它的单质是灰黑色有金属光泽的固体

B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，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反应

D．加热到一定温度时，硅能与氢气、氧气等非金属反应

11．给下列溶液中通入CO2气体，不可能产生沉淀的是 ( ) A．氯化钙和硝酸钡的混合液 B．稀的水玻璃

C．偏铝酸钠溶液 D．碳酸钠饱和溶液

12．下列离子方程式不正确的是 ( ) A．石英与烧碱反应：SiO2+2OH===SiO3+H2O B．往烧碱溶液中通入CO2：CO2+2OH===CO3+ H2O C．向小苏打溶液中加过量的石灰水：2HCO3+Ca+2OH=CaCO3↓+2H2O+CO3

D．往水玻璃中加入盐酸：2H+SiO3+H2O===H4SiO4↓

13．要除去SiO2中混有的少量杂质CaCO3，最适宜的试剂是 ( ) 十2一—2+一2一—2一—2一

7

A．水 B．盐酸 C．稀硫酸 D．氢氧化钠溶液。

14．下列反应能说明二氧化硅是酸性氧化物的是 （ ）

A．SiO2+2C==Si+2CO B．SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O C．SiO2+4HF==SiF4+2H2O D．SiO2+CaCO3==CaSiO3+CO2

15．下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中正确的是 （ ）

A．常温下O2能把Si氧化成SiO2

B．SiO2是酸性氧化物，能与水反应生成硅酸

C．石英、水晶、海沙的主要成分都是SiO2

D．硅通常很稳定，不溶于常见的溶剂中 16．玻璃的主要成分之一是二氧化硅，能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质（ ）

A．烧碱 B．纯碱 C．氢氟酸 D．盐酸

17．工业上制造金刚砂（SiC）的化学方程式为SiO2+3C===SiC+2CO↑，在这个氧化还原反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比是 （ ）

A．1：2 B．2:1 C．1：1 D．3：5 18、关于硅的化学性质的叙述中，正确的是：（

）

A、常温时不和任何酸反应

B、常温时可和强碱溶液反应

C、单质硅的还原性比碳的强

D、单质硅的氧化性比碳的强

19、室温下，下列物质不与晶体硅反应的是：（

）

A、F2 B、HF C、KOH溶液

D、Cl2

20、下列说法正确的是：（

）

A、因SiO2不溶于水，故SiO2不是H2SiO3的酸酐

B、CO2通入水玻璃（Na2SiO3溶液）可以得到硅酸

C、CO2通入饱和的氯化钙溶液中能生成白色沉淀

D、SiO2的俗名叫水晶

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