第三单元　含硅矿物与信息材料教学设计及课堂实录

承德实验中学高二年级（

化学

）导学案

班级： ；小组： ；姓名： ；评价： ；

课 题

主备人

含硅物质与信息材料(二)

张利华

课

型

审核人

新授课

刘国忠

课时

0032 时间

20161102 1.了解C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用。

学习目标

2.了解C、Si元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。

3.以新材料、新技术为背景考查C、Si元素及其重要化合物的性质及应用。

重点难点

C、Si元素单质及其重要化合物的主要性质及应用

方 法

单元复习

一、

硅酸盐及无机非金属材料

1．硅酸盐

(1)概念__________________________________________________________。

(2)表示方法：___________________________________________________________ 如硅酸钠(Na2SiO3)写成_________，钾云母(KH2Al3Si3O12)写成____________________。

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。

常见硅酸盐材料比较

生产原料

主要设备

主要成分

主要反应

水泥

玻璃

陶瓷

课

堂

随

笔

(

)

(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。

（3）记忆点

(1)用于制作光导纤维的是_____，用于制作半导体材料、计算机芯片的是______。

(2)水晶、石英、玛瑙的主要成分是____；珍珠的主要成分是____；钻石是金刚石；宝石的主要成分是_______。

题组训练一

1．有报道称，2013年太阳能晶体硅供不应求情况恐持续，其价格可望持稳。下列有关硅及其化合物的说法中正确的是

A．硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中

B．反应①Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓，反应②Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，两反应是相互矛盾的，不可能都能发生

C．普通玻璃、石英玻璃，水泥等均属于硅酸盐材料

学案32--1

高温

D．祖母绿的主要成分为Be3Al2Si6O18，用氧化物形式表示为3BeO·Al2O3·6SiO2

2．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，下列说法不正确的是

(

) 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

二

碳、硅及化合物的相互关系及应用

1．完成碳及其化合物的转化关系的化学方程式

2．完成硅及化合物转化关系的化学方程式

题组一

碳、硅及其化合物的综合推断

1．已知甲、乙、丙、X是4种中学化学中常见的物质，其转化关系符合下图。则甲和X(要求甲和X能互换)不可能是

甲――→乙――→丙＋甲

＋X＋X

(

) A．C和O2

B．CO2和NaOH溶液

C．Cl2和Fe

D．AlCl3溶液和NaOH溶液

学案32--2

2．下列离子方程式不正确的是

－

－

(

) A．石英与烧碱反应：SiO2＋2OH===SiO23＋H2O B．硅与烧碱反应：Si＋2OH===SiO23＋H2↑

－－2C．硅酸钠溶液中通入少量CO2：SiO23＋CO2＋H2O===CO3＋H2SiO3↓

－－D．往水玻璃中加入盐酸：2H＋SiO23===H2SiO3↓

＋－3．将足量CO2气体通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中，然后加热蒸干，再在高温下充分灼烧，最后得到的固体物质是

(

) A．Na2SiO3

B．Na2CO3、Na2SiO3

C．Na2CO3、SiO2

D．SiO2

4．用足量的CO还原13.7 g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铅氧化物的化学式是

A．PbO

B．Pb2O3

C．Pb3O4

(

)

D．PbO2

5．A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种非金属元素，它们能发生如图所示的转化关系，该元素(用R表示)的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气。

请回答下列问题：

(1)写出各物质的化学式：A_________；B________；C________；D________；E_______。

(2)写出反应①的化学方程式：_____________________________________________，

该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。

(3)写出反应④的离子方程式：_____________________________________________。

(4)写出反应⑤的离子方程式：_____________________________________________。

(5)H2CO3的酸性强于E的，请用离子方程式予以证明：____________________。

题组二

工业制取高纯硅

6．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1 000～1 100 ℃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下(热源及夹持装置略去)：

300 ℃学案32--3

①装置B中的试剂是_____________________________________________________。

装置C中的烧瓶需要加热，其目的是_______________________________________。

②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是_______________________________，

装置D不能采用普通玻璃管的原因是_______________________________________，

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______(填写字母代号)。

7．单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450～500 ℃)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。

相关信息如下：

a．四氯化硅遇水极易水解；

b．硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；

c．有关物质的物理常数见下表：

物质

沸点/℃

熔点/℃

升华温度/℃

请回答下列问题：

(1)写出装置A中发生反应的离子方程式：____________________________________。

(2)装置A中g管的作用是____________；装置C中的试剂是__________；装置E中的h瓶需要冷却的理由是_______________________________________________。

(3)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元素是____________(填写元素符号)。

学案32--4

SiCl4

57.7 －70.0 －

BCl3

12.8 －107.2 －

AlCl3

－

－

180 FeCl3

315 －

300 PCl5

－

－

162

答案

题组一1．答案

D 解析

A项，硅酸钠本身是一种粘合剂，易造成磨口玻璃塞与瓶口粘结；B项，两反应条件不同，反应①是在溶液中进行，强酸可以制弱酸，而高温条件下，CO2是气体，逸出促使反应发生；C项，石英玻璃的成分为SiO2，SiO2是氧化物不是盐；D项正确。

2．答案

B 解析

硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；1 mol Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2O跟硝酸反应时，失去3 mol电子，故能使1 mol HNO3被还原。

题组二

碳、硅及其化合物的综合推断

1．答案

C 解析

A项正确，既可以实现C――→CO――→CO2――→CO的转化，也可以实现O2――→CO2――→CO――→CO2的转化；B项正确，既可以实现CO2――→NaHCO3――→Na2CO3――→NaHCO3的转化，也可以实现NaOH――→Na2CO3――→NaHCO3――→Na2CO3的转化；C项错误，可以实现Cl2――→FeCl3――→FeCl2――→FeCl3的转化，但不能实现Fe――→FeCl3――→FeCl2的转化；D项正确，既可以实现AlCl3――→Al(OH)3――→NaAlO2――→Al(OH)3的转化，也可以实现NaOH――→NaAlO2――→Al(OH)3――→NaAlO2的转化。

2．答案

B 解析

硅与烧碱溶液反应时，H2O参与反应，Si＋2OH＋H2O===SiO23＋2H2↑。

－－O2O2CCCO2NaOHCO2NaOHCO2CO2FeNaOHFeCl2Cl2Cl2NaOHAlCl3NaOHAlCl3AlCl3NaOH3．答案

A 解析

将足量CO2气体通入水玻璃中，发生反应：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3；加热蒸干，高温灼烧时发生反应：H2SiO3=====H2O＋SiO2；2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O；Na2CO3＋SiO2=====Na2SiO3＋CO2↑，所以最后所得固体物质是Na2SiO3，故选A项。

4．答案

C 解析

设此铅氧化物的化学式为PbxOy，

PbxOy～y[O]～yCO～yCO2～yCaCO3

16y

100y

m(O)＝1.28 g

8.0 g 所以m(Pb)＝13.7 g－1.28 g＝12.42 g 高温△△学案32--5

mPbmOx∶y＝∶＝3∶4。

MPbMO5．答案

(1)SiO2

CaSiO3

Na2SiO3

Si

H2SiO3

(2)SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

1∶2 (3)Si＋2OH＋H2O===SiO23＋2H2↑

－－高温2(4)SiO23＋Ca===CaSiO3↓

－＋2(5)SiO23＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO3

－－解析

解答本题的“突破口(1)”是非金属元素R的单质能与NaOH溶液反应生成盐(Na2RO3)和氢气，说明是硅及其化合物之间的转化。“突破口(2)”是反应条件“高温”，A在高温条件下，能与焦炭、CaCO3发生反应，则A为SiO2。从而顺藤摸瓜推知B为CaSiO3，D为Si，E为H2SiO3。

题组三

工业制取高纯硅

7．答案

(1)SiO2＋2C=====Si＋2CO↑

(2)分馏(或蒸馏) (3)①浓硫酸

使滴入烧瓶中的SiHCl3气化

②有固体物质生成

在反应温度下，普通玻璃会软化

SiHCl3＋H2=============Si＋3HCl ③排尽装置中的空气

④bd 解析

(1)根据题给信息，粗硅可以用碳还原二氧化硅的办法来制得，故反应方程式为SiO2＋2C高温,Si＋2CO↑。

(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3与H2O强烈反应，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下利用它们的沸点不同，采用分馏的方法进行。

(3)①因SiHCl3与水强烈反应，故A中产生的H2必须干燥，故B中的液体一定为浓H2SO4，且C中烧瓶需加热，其目的是使SiHCl3气化，加快与H2的反应。②根据题给信息石英管中产生的物质应为硅，故D中现象应有固体产生，由题给信息，制纯硅的反应条件为1 000～1 100 ℃，此温度下普通玻璃容易软化。③因高温下H2与O2容易反应而爆炸，故还应排尽装置中的空气。④铁与盐酸反应产生Fe2，其检验方法常常＋高温1 000～1 100 ℃采用先将Fe2氧化为Fe3然后再加入KSCN溶液看是否变血红色来检验。

＋＋7．答案

(1)MnO2＋4H＋2Cl=====Mn2＋Cl2↑＋2H2O ＋－＋△(2)平衡气压

浓H2SO4

SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4

(3)Al、B、P 解析

依题中信息可知A为Cl2的发生装置，B、C为Cl2净化装置，D中发生反应2Cl2＋Si=====SiCl4，生成SiCl4用E收集，B中为饱和食盐水将氯化氢气体除去，C中应为浓H2SO4除水，由表中数据可知SiCl4沸点较低，用冷却液可得到液态SiCl4；由题中信息粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，即可轻松完成第(3)问。

学案32--6

△

学案32--7