第三单元　含硅矿物与信息材料特级教师教学实录

第三单元

含硅矿物与信息材料

【学习目标】

1.了解硅在自然界中的存在形式，了解硅及其化合物的性质与应用。

2.知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。(难点) 3.以自然界存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。(难点) 4.认识单晶硅的使用给现代文明进程所带来的重大影响，激励自身研究、发现新材料的意识。

【教材预览1】硅酸盐矿物与硅酸盐产品

阅读教材P78[硅酸盐矿物与硅酸盐产品]至P80[二氧化硅与信息材料]以上内容，完成以下问题：

1．硅酸盐矿物

硅酸盐的组成相当复杂，通常人们以氧化物的形式来表示其组成。如

锆石

ZrO2·SiO2

红柱石

Al2O3·SiO2

钙铝石榴子石

3CaO·Al2O3·3SiO2

镁橄榄石

2．硅酸盐产品

(1)硅酸钠水溶液呈

，建筑行业使用的一种

化学式

、水溶液俗名

易吸收空气中的CO2，化学方程式

(2)三大硅酸盐产品

硅酸盐产品

水泥

玻璃

陶瓷

原料

、

主要设备

【教材预览2】

二氧化硅与信息材料

阅读教材P80[二氧化硅与信息材料]至P82[练习与实践]以上内容，完成以下问题

1．二氧化硅(SiO2) (1)物理性质

熔沸点

、硬度

，溶解度：

溶于水。

(2)化学性质

①常温下性质

，不与水、酸(HF除外)反应。

②酸性氧化物

与NaOH与CaOSiO2―

―→――

→(3)特征：

SiO2能与HF反应，化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O (4)用途

用于制

。

2．硅单质

(1)性质

①物理性质：硅晶体的熔点和沸点都

，硬度

，是一种

材料。

②化学性质：常温下，单质硅比较

，与O2、Cl2、硝酸、硫酸等都

发生反应。

【判断】

1．二氧化硅溶于水能制得硅酸(

) 2．SiO2不与任何酸发生反应，可与强碱溶液反应(

) 3．硅单质可溶于强酸、强碱溶液(

)

4．晶体硅是良好的半导体材料，广泛应用于电子工业的各个领域(

) 5．盛放强碱溶液的试剂瓶不用玻璃塞(

) 【要点初探1】三大硅酸盐材料---水泥、玻璃和陶瓷

主要性能

典型设备

共同特点

玻璃态物质，没有固定的熔沸抗氧化、抗酸碱腐蚀、点，可在一定温度范围内软化

耐高温、绝缘

水硬性

水泥回转窑

玻璃熔炉

陶瓷窑

高温条件下发生的复杂的物理化学变化，冷却后成为成分复杂的硅酸盐

【活学活用】

1．(1)制备陶瓷和水泥共同的原料是(

) A．石灰石

B．黏土

C．石英

D．石膏

(2)对硅酸盐水泥的叙述不正确的是(

) A．是硅酸盐、铝酸盐、石膏等物质的混合物

B．水泥砂浆又称混凝土

C．具有水硬性，在空气和水中都能硬化，硬化是化学变化过程

D．水泥的热膨胀系数几乎跟钢铁一样

【要点初探2】二氧化硅与二氧化碳的比较

不

同

点

熔、沸点

状态

与水反应

与酸反应

相

同

点

与碱性氧

化物反应

与碱反应

CO2

低

气态

CO2＋H2O⇌H2CO3

不反应

CO2＋CaO===CaCO3

CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O

SiO2

高

无色晶体

不反应

只与氢氟酸反应

高温CaO＋SiO2=====

CaSiO3

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

与某些

盐反应

CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3

CO2＋H2O＋Na2SiO3

===Na2CO3＋H2SiO3↓

高温CO2＋C=====2CO 高温SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑

高温SiO2＋CaCO3=====CaSiO3＋CO2↑

高温SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

与碳反应

【活学活用】

2．(双选)下列关于碳和硅的叙述中，不正确的是(

) A．＋4价氧化物都与氢氧化钠溶液反应

B．单质在加热时都能与氧气反应

C．氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．碳和硅都有＋2价氧化物

【分组探究】硅酸盐的组成与性质

[探究背景1] 用高岭石(主要成分是Al2Si2O5(OH)4，并含少量的CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤，弃去残渣，溶液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。

[探究问题1] 1．高岭石的主要成分若用氧化物的形式，如何表示？

2．写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al2O3和SiO2与纯碱反应相似，生成偏铝酸盐)。

3．最后的沉淀物是什么？写出生成该沉淀的离子方程式。

4．实验中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚。本实验在熔融时，应选________坩埚。

[探究背景2] A元素的一种单质是一种重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

[探究问题2] 1．A、C各是什么物质？

2．写出A、C分别与HF反应的化学方程式。

3．写出A、C分别与NaOH溶液反应的化学方程式。

4．由上可以看出A、C既能与酸反应又能与碱反应，能否说明这两种物质是两性物质？

【点拨疑难】

地球的表层大多是岩石，而大多数岩石的主要成分都是硅盐酸，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·Al2O3·3SiO2·3H2O B．镁橄榄石(Mg2SiO4)可表示为2MgO·SiO2

C．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·H2O D．高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O 硅酸盐的分子中元素的括号为氧→→

化学式原子个数比化物形式例题2(双选)下列说法不正确的是(

) A．SiO2是酸性氧化物，它不与任何酸反应

B．硅的非金属性比碳的非金属性强

C．硅的化学性质不活泼，常温下与氧气、氯气、浓硫酸、硝酸等强氧化剂均不反应

D．SiO2和CO2在物理性质上有很大差别

【课堂小结】

含硅矿物与碱反应性质与碱性氧化物反应SiO2用途——光导纤维

Si——晶体硅水泥硅酸盐玻璃陶瓷

【即时应用】

1．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

2．下列叙述正确的是(

) A．自然界中存在大量的单质硅

B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅

C．二氧化硅的化学性质活泼，溶于水形成难溶的硅酸

D．自然界中的二氧化硅都存在于水晶矿中

3．过量的泥沙、纯碱和生石灰熔化后生成(

) ①水泥

②玻璃

③瓷器

④混凝土

⑤一种硅盐酸产品

A．①④

B．②⑤ C．③

D．①③⑤

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．下列有关物质的性质和该性质的应用均正确的是(

) A．二氧化硅溶于水显酸性

B．二氧化碳通入水玻璃中可以得到硅酸

C．单质硅常用作半导体材料和光导纤维

D．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器

6．已知硅和某些化合物间存在如图所示关系，其中A是制造芯片的主要原料，F是一种气态含硅化合物，E是普通玻璃的主要成分之一。

请回答下列问题。

(1)写出A、B、D的化学式：

A________，B________，D________。

(2)写出B→C反应的离子方程式_________________________。

(3)B生成E的反应条件是高温，其化学方程式为________________________。