第三单元　含硅矿物与信息材料优秀获奖教案

清浦中学2017—2018学年一第学期高三年级化学教案（编号27）

执教：梁孟翔

专题4

常见的非金属及其化合物

含硅物质与信息材料

【教学目标】1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质和应用；

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境的影响；

3.以新材料和新技术为背景考察C、Si元素单质及其重要化合物的性质和应用

【教学重、难点】1.以新材料和新技术为背景考察C、Si元素单质及其重要化合物的性质和应用

【教学课时】第1学时

【教学辅助】对媒体

【教学过程】知识点梳理，夯实基础：

考点一

碳、硅单质及其重要化合物的性质

1．C、Si单质的存在形态、物理性质及用途

(1)自然界中的碳元素既有游离态，又有化合态，而硅元素因有亲氧性，所以仅有

态。碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体，硅单质主要有晶体硅和无定形硅两大类。

(2)单质的结构、物理性质与用途比较

结构

物理

性质

用途

碳

金刚石：

结构

石墨：层状结构

金刚石熔点高、硬度大

石墨熔点高、质软，有滑腻感

硅

晶体硅：与金刚石类似的

结构

晶体硅为灰黑色固体，有金属光泽、硬度大、熔点高

金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、晶体硅用作

材料、硅芯片和硅铅笔芯

太阳能电池

2.碳、硅单质的化学性质——还原性

碳、硅的最外层都是

个电子，位于元素周期表的第 族，不容易失也不容易得电子，通常化学性质稳定，但在一定条件下也能与许多物质发生化学反应，一般表现为还原性如：

(1)碳的还原性

1

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碳有重要的用途，除了在氧气中燃烧利用其热能外，还能用于金属冶炼(如铜)、制取粗硅、

生产水煤气等，完成上图转化关系中①～④的化学方程式。

①

；②

；

③

；④

。

碳的还原性还表现为可将强氧化性浓硫酸、浓硝酸分别还原为

和

，本身被氧化为

。

(2)硅的化学性质不活泼，在常温下只能与氟气(F2)、氢氟酸(HF)、强碱反应，不能与氢气、氧气、氯气、硫酸、硝酸反应，加热时能与氧气、氯气反应。

完成上图转化关系中⑥～⑧的化学方程式。

⑥

；⑦

；⑧

。

3．二氧化硅和二氧化碳的比较

物质

结构

主要物

理性质

与水

反应

与酸

反应

与碱

化

学

性

质

与盐

反应

反应

二氧化硅

结构，不存在单个分子

硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水

不反应

只与氢氟酸反应：

(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞) 二氧化碳

存在单个

CO2分子

熔、沸点低，常温下为气体，微溶于水

CO2＋H2OH2CO3

不反应

CO2少量：

；

CO2过量：

；

如与Na2SiO3反应：Na2SiO3＋如与Na2CO3反应：SiO2＋Na2CO3=====Na2SiO3＋CO2↑

高温H2O＋CO2(不足)===

3Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)===

与碱

性氧化

物反应

用途

深度思考

2 如与CaO反应：

如与Na2O反应：

光导纤维、光学仪器、电子部件

制饮料、制碳酸盐

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1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体( )(2)硅在自然界中只以化合态的形式存在( ) (3)晶体硅熔点高硬度大，故可用于制作半导体材料( )(4)Si和SiO2都可用于制造光导纤维(

) (5)非金属性：C＞Si，则热稳定性：CH4＞SiH4( ) (6)SiO2是酸性氧化物，可溶于强碱(NaOH)，不溶于任何酸( ) 2．从元素周期表的位置看，碳和硅均为ⅣA族元素，自然界中有碳的多种单质存在，自然界中有硅的单质吗？为什么？

3．写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：

(1)CO(CO2)：_______________________。(2)CO2(CO)：______________________。

(3)CO2(O2)：________________________。(4)CO2(SO2)：____________________。

(5)CO2(HCl)：_______________________。

4．写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：

(1)CO(CO2)：___________________________(2)CO2(CO)：____________________________ (3)CO2(HCl)：_________________________________ 4．写出除去下列固体粉末中混有杂质(括号内为杂质)可采取的方法，写出有关反应的方程式。

(1)CaCO3(SiO2)__________________________________________________________________ (2)SiO2(CaCO3)__________________________________________________________________ (3)SiO2(NH4Cl)__________________________________________________________________ 考点二

硅酸盐及无机非金属材料

1．硅酸和硅酸钠

(1)硅酸

硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸

(填“能”或“不能”)使紫色石蕊溶液变红色。

①硅酸不稳定，受热易分解：

。

②硅酸能与碱溶液反应，如与NaOH溶液反应的化学方程式为

。

③硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

(2)硅酸钠(Na2SiO3) ①白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称

，有黏性，水溶液显碱性。

3

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②它能与酸性比硅酸强的酸反应，分别写出以下化学方程式：

与盐酸反应：

与CO2水溶液反应：

。

③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。

2．无机非金属材料

(1)传统无机非金属材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。

①常见硅酸盐材料比较

生产原料

主要设备

水泥

石灰石、黏土

水泥回转窑

高温玻璃

纯碱、石灰石、石英

玻璃窑

陶瓷

黏土

陶瓷窑

②玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2=====

；

CaCO3＋SiO2=====

。

(2)新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、光导纤维、生物陶瓷、压电陶瓷等。

深度思考

1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)玻璃是一种晶体，有较高的熔点(

)(2)水玻璃是一种特殊的玻璃，泡花碱属于碱(

) (3)传统无机非金属材料是指玻璃、水泥、陶瓷等硅酸盐材料(

) (4)光导纤维、碳纳米管、氮化硅结构陶瓷等都是新型无机非金属材料(

) (5)高温结构材料具有耐高温、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点(

) (6)普通玻璃、石英玻璃、水泥、玛瑙都属于硅酸盐产品(

) 2．玻璃生产中的两个重要反应：Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑；CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑。由上述两个反应能说明H2SiO3的酸性比碳酸强吗？为什么？

3．实验室中要熔化烧碱固体，现有三种坩埚：石英坩埚、陶瓷坩埚、铁坩埚。你认为选哪一种？简述选择的依据。

4 高温高温高温

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专题4

常见的非金属及其化合物

含硅物质与信息材料

姓名

班级

评价

1．高考选项正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)硅胶可用作食品干燥剂( )(2)Si和SiO2都用于制造光导纤维( ) (3)SiO2既能和NaOH溶液反应又能和氢氟酸反应，所以是两性氧化物( ) (4)SiO2既能与KOH溶液反应又能与浓盐酸反应( ) (5)SiO2――→SiCl4――→Si，各步转化能够在给定条件下实现( ) 高温2．[2014·天津理综，7(4)]晶体硅(熔点1 410 ℃)是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下：

Si(粗)――→SiCl4――→SiCl4(纯)1 100 ――→Si(纯) 460 ℃℃写出SiCl4的电子式：______________；在上述由SiCl4制纯硅的反应中，测得每生成1.12 kg纯硅需吸收a kJ热量，写出该反应的热化学方程式：___________________________________ ________________________________________________________________________。

3．下列对于碳和硅的叙述中，正确的是(

) A．其氧化物都能与NaOH溶液反应

B．其单质在加热时都能跟O2反应

C．其氧化物都能溶于水生成相应的酸

D．碳和硅两种元素共有两种单质

4．下列叙述正确的是(

) A．利用高纯硅可以制成光电池，将光能直接转化为电能

B．CO、CO2均易与血红蛋白结合而中毒

C．SiO2可用于制造光导纤维

D．SiO2和H2O反应可直接制备H2SiO3

5．二氧化硅广泛存在于自然界中，在日常生活、生产、科研及新型材料等方面有着重要的用途。a～e是对①～⑤反应中SiO2所表现的化学性质或作用进行判断，其中正确的是(

) ①SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

②SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

③SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

④Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑

A．反应①中SiO2作为玻璃的成分被消耗，用于刻蚀玻璃

B．反应②中SiO2表现出氧化性

C．反应③中SiO2表现了酸性氧化物的通性

D．反应④符合用难挥发性的酸酐制取易挥发性的酸酐的道理

6．用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(

) 选项

高温高温Cl2蒸馏H2HClaqH2操作及现象

溶液

5

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A B C D 通入CO2，溶液变浑浊

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失

通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色褪去

通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量NaOH溶液，又变浑浊

饱和Na2CO3溶液

Na2SiO3溶液

Ca(ClO)2溶液

澄清石灰水

7．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是(

) ①水玻璃是一种矿物胶，既不易燃烧也不易腐蚀②水泥、玻璃、沙子都是硅酸盐制品

③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②

B．②③ C．①④

D．③④

8．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是(

) A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为Si3N4

B．碳化硅(SiC)的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C．半导体是一种新型无机非金属材料，其主要成分为SiO2

D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为1∶2 9．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有NO。说法不正确的是(

) A．青石棉是一种硅酸盐材料B．青石棉中含有一定量的石英晶体

C．青石棉的化学组成可表示为Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O D．1 mol青石棉能使1 mol HNO3被还原

10．(2017·宿迁质检)下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是(

) A．过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”

B．一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合

C．金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大

D．石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应

11．(2016·镇江模拟)硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是(

) A．硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料

B．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应

C．反应Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑中，Si为还原剂，NaOH和H2O为氧化剂

D．硅能与氢氟酸反应但不与盐酸反应

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12．(2016·徐州一模)由下列实验事实得出的结论正确的是(

) A．由SiO2不能与水反应生成H2SiO3，可知SiO2不是H2SiO3的酸酐

B．由SiO2＋2C=====Si＋2CO↑，可知碳的非金属性大于硅

C．CO2通入Na2SiO3溶液产生白色沉淀，可知酸性H2CO3＞H2SiO3

D．SiO2可与NaOH溶液反应，也可与氢氟酸反应，可知SiO2为两性氧化物

13．(2017·苏州质检)寿山石主要成分为叶蜡石，叶蜡石组成为Al2O3·4SiO2·H2O，下列观点不正确的是(

) A．寿山石雕刻作品要避免与酸、碱接触

B．寿山石颜色丰富多彩是因为含有不同形态的金属氧化物

C．潮湿的空气可能导致寿山石作品表面溶解变质

D．寿山石作品久置于干燥空气中不会变质

14．(2016·淮安二模)晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：

Ⅰ.高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅；

Ⅱ.粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：Si＋3HCl=====SiHCl3＋H2；

Ⅲ.SiHCl3与过量H2在1 100 ℃反应制得纯硅，已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。

请回答下列问题：

(1)第Ⅰ步制备粗硅的化学反应方程式为____________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0 ℃)中含有少量SiCl4(沸点57.6 ℃)和HCl(沸点84.7 ℃)，提纯SiHCl3采用的方法为__________。

(3)用SiHCl3与过量H2反应制备纯硅的装置如图(热源及夹持装置略去)：

300 ℃高温

①装置B中的试剂是________，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是

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_____________________________________________________________________________ ②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是______________________，装置D中发生反应的化学方程式为____________________________________________________________。

③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及_______________________________________。

④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是________(填字母)。

a．碘水

b．氯水

c．NaOH溶液

d．KSCN溶液

e．Na2SO3溶液

【教学反思】

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