第三单元　含硅矿物与信息材料教学实录与评析

合川龙市中学高一化学导学案——苏教版

《含硅矿物与信息材料》导学案

设计人：刘远福

审核人：

学习目标

（1）了解硅、二氧化硅、硅酸盐的存在与性质。

（2）通过对硅酸盐工业产品的了解，感受硅酸盐矿物的应用与人类文明的发展的密切关系。

（3）从传统材料到信息材料的学习，体会到“化学―人类进步的关键”,激发学习兴趣，增强学生研究、探索和发现新材料的意识。

（4）知道二氧化硅的一些性质及硅单质的制备，了解二氧化硅和单晶硅的用途，以及与人类文明发展的密切关系。

（5）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，激发学习化学的热情，提高社会责任感。

重点和难点

硅酸钠、单质硅、二氧化硅的性质；硅酸盐的氧化物形式的书写。

二氧化硅和单晶硅的应用，二氧化硅的性质。

第一部分

硅酸盐矿物与硅酸盐产品

课堂教学：

自学任务一：硅的存在

硅在地壳中分布广泛，也是人类接触最早的元素之一。从燧石取火到当今的单晶硅、光纤等高科技材料，人类对硅的认识从来就没有停止过。人们最初接触的主要是传统的硅酸盐产品——陶瓷、砖瓦、水泥和玻璃。在介绍硅酸盐工业前我们先来学习下面有关的知识。

（1）在地壳中的含量仅次于氧，居于第二位；

（2）在自然界中没有游离态的硅，只有以化合态态存在的硅。如硅酸盐、二氧化硅等；

（3）化合态的硅广泛存在于地壳的各种矿物和岩石里，是构成矿物和岩石的主要成分。

自学任务二：硅酸盐

阅读教材79页图3-16几种常见硅酸盐矿物的组成，完成下列问题。

硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。

（1）硅酸盐组成的表示方法

①盐化学式法

如:硅酸钠：Na2SiO3、硅酸钙：CaSiO3，此法用于组成简单的硅酸盐。

②盐氧化物法

1 其表示方式：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·二氧化硅·水。

如:锆石：__________________

红柱石___________________ 镁橄榄石：_______________

钙铝石榴子石______________ （2）硅酸盐的性质

①Na2SiO3是极少数可溶于水的硅酸盐的一种,其它可溶性的硅酸盐还有硅酸钾、硅酸铵。

②Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃,是建筑业中常用的一种粘合剂,也是一种矿物胶;用水玻璃浸泡过的木材、纺织品既耐腐蚀又耐火。

③Na2SiO3溶液呈碱性,易吸收空气中的CO2,化学方程式Na2SiO3

＋

CO2

＋

H2O === H2SiO3

＋

Na2CO3,因此Na2SiO3溶液要密封保存。

Na2SiO3 + 2HCl + H2O == H4SiO4↓+ 2NaCl（白色沉淀）

Na2SiO3 + 2H2O + CO2 == H4SiO4↓+Na2CO3

H4SiO4 + 2NaOH == Na2SiO3 + 3H2O 自学任务三：硅酸盐产品

1.水泥

阅读课本P79，并回答问题：

（1）特性：具有水硬性。

（2）工业制备：

①原料：黏土和石灰石

②设备：回转窑

③反应条件：高温煅烧

④添加：石膏（作用——调节水泥的硬化速度）。

（3）主要成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。

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

两个主反应：SiO2 + Na2CO3==Na2SiO3 + CO2↑,SiO2 + CaCO3==CaSiO3 + CO2↑.

扩张视野：水泥以黏土和石灰石为主要原料，经研磨，混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入适量石膏，并研磨成细粉就得到普通水泥。解放前，我国的水泥生产量很小，解放后，水泥工业有了迅速的发展。1985年，我国的水泥产量跃居世界第一位。1998年，产量约占世界总产量的37.5%。并且，我国的水泥制品工业发展也很迅猛，各种水泥制品被广泛使用，以代替钢材和木材。

2.玻璃

①主要性质：无固定熔点

②原料：纯碱、石灰石、石英

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③设备：玻璃熔炉

④反应条件：高温

⑤成分：Na2O·CaO·6SiO2

4）种类：钢化玻璃、有色玻璃、光学玻璃、防弹玻璃。

几种玻璃的特性和用途

种

类

普通玻璃

石英玻璃

特

性

在较高温度下易软化

用

途

窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

A．0.5

B．1

C．2

D．

5．在水泥中加石膏的目的是

（

B ）

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

（

B

）

6．关于水泥的下列说法，错误的是

A．水泥遇水就会发生硬化

B．水泥是化合物

膨胀系数小，耐酸碱，强度大，化学仪器；高压水银灯、紫外滤光

灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等

透光性能好，有折光和色散性

眼镜片；照相机、显微镜、望远镜用凹凸透镜等光学仪器

耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀

耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂

太空飞行员的衣服、玻璃钢等

运动器材；微波通讯器材；汽车、火车窗玻璃等

C．水泥砂浆和混疑土必定要有水泥

D．水泥回转窑中生料和空气、煤粉是逆向操作的

（

B ）

光学玻璃

玻璃纤维

钢化玻璃

7．下列物质中，制取时不需用石灰石作原料的是

A．硅酸

B．水泥

C．玻璃

D．生石灰

（

C ）

8．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；

试一试：To China for china ,China with china, dinner with china．是什么意思呢？

3．陶瓷

主要原料：粘土（其主要成分为Al2O3·2SiO2·2H2O）

中国是瓷器之都,新石器时代就已经掌握了炼陶技术,陶瓷不仅广泛应用于生活,而且在电子工业,原子能工业,宇航事业等方面发挥越来越重要的作用。

视野扩张：分子筛：Na2O·CaO·2SiO2·nH2O 分子筛可用于：分离、提纯气体或液体混合物；还可以作干燥剂、离子交换剂、催化剂、催化剂载体、净化水、净化空气、防毒器械、食品保鲜、电子产品处理、石油化工等方面。

随堂练习：

1．下列不属于硅酸盐工业产品的是

A．水泥

（

D ）

D．石英玻璃

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．①②③④

（

A ）

D．①③④

9．与普通玻璃主要成分一样的是

A．钢化玻璃

B．玻璃纸

C．有机玻璃

D．水玻璃

（

C ）

10．在玻璃工业、水泥工业中都用到的原料是

A．纯碱

B．石英

C．石灰石

D．粘土

任务布置

课时作业（二十一）

梳理小结

第二部分

二氧化硅与信息材料

课堂教学：

自学任务一：二氧化硅

1、存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石。

天然二氧化硅的矿物有：硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等。

2、物理性质：①状态：

；②熔、沸：

；③硬度：

；④水溶性

。

3、化学性质：

（1）结构：二氧化硅晶体与金刚石结构相似，具有高硬度、高熔沸点特征。

空间结构：立体网状结构

结构单元：正四面体

2 B．陶瓷

C．砖瓦

（

B

）

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

（

B ）

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

（

C ）

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思考：二氧化硅是什么氧化物？ 酸性氧化物

（2）具有酸性氧化物的通性；

状态

硬度

性质

化学性与碱性氧化物

质

熔沸点

与水

与碱溶液

二氧化硅

固态

大

很高

不反应

SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O

SiO2+CaO高温

这样制得的硅仍含有杂质，纯度不高，仍然不能满足工业生产的需要，所以要把粗硅提纯。

硅提纯：

Si+2Cl2

高温

SiCl4+2H2

SiCl4（400—500 ℃）

Si+4HCl 高温

阅读课本82页，然后归纳一下晶体硅的性质又怎样呢？。

2．硅的物理性质

灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点高，硬度大，难溶于水。

硅晶体的导电性介于导体和绝缘体之间，是一种重要的半导体材料。

3．硅的化学性质(ppt14) （1）常温下，性质稳定，与氧气、氯气、硝硫酸等都很难反应

（2）加热高温条件下，有强还原性与氧气、氯气等反应。

Si + O2

CaSiO3

高温

【归纳】从上面的比较我们看出，SiO2性质不活泼，不与水、酸（氢氟酸除外）反应，耐高温、耐腐蚀。但可与碱性氧化物和强碱溶液反应。

思考：盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞，你知道是什么原因吗？

氢氧化钠与玻璃中二氧化硅反应，生成硅酸钠，具有粘性，容易把瓶子和塞子粘住，不容易打开。

4、用途：即为硅石、水晶、石英、玛瑙、石英砂等的用途。

用于制造光导纤维、石英玻璃、电子光学仪器、精密仪器轴承、耐磨器皿等。

自学任务二：光导纤维

光导纤维，简称“光纤”，就是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。光纤通信发展很快，全世界总量超过1亿公里。我国在这方面起步并不算晚，1995年一年铺设了130万公里，全国已形成八横八纵的干线网。中日海底光缆已经开通，中美海底光缆工程也已经启动。1992年美国曾提出一项关于通信方面的计划，这就是“信息高速公路”计划，而光纤、光缆是信息高速公路的基石。

【交流讨论】刚才录像中提到了光导纤维有哪些用途呢？

自学任务三：硅

硅常作半导体材料。硅半导体材料的制备必须先制得高纯硅。

1．硅的制备

Si + 2Cl2

SiO2

SiCl4（液态）

高温

（3）常温下能与氟气（F2）、氢氟酸（HF）反应：

Si十

F2――

Si十

HF――

4．硅的用途：半导体材料，电子工业

随堂训练:

1．下列关于硅和二氧化硅的性质叙述中正确的是

（

C

）

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，不溶于常见的溶液中。

2．要除去SiO2中混有的少量杂质CaCO3，最适宜的试剂是

(

B

)

A.水

B.盐酸

C.稀硫酸

D.氢氧化钠溶液。

3．据2001年12月有消息报道，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点

。假如硅作为一种普通使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为不妥当的是

（

D

）

A.硅便于运输、储存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料；

3

制粗硅：2C+SiO2高温

Si+2CO↑

思考：这样制得的硅是否是纯硅？

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B.硅的来源丰富，易开采，且可再生；

C.硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度底，容易有效控制；

D.寻找高效催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术

4. 下列物质中在一定条件下能与SiO2起反应的是

( C

) ①浓H2SO4；②H2O；③浓硝酸；④氢氟酸；⑤KOH溶液；⑥氧化钙；⑦碳酸钠

A、①②⑥

B、②④

C、④⑤⑥⑦

D、③④⑤⑥

4.

铁与Cl2、

O2、

S 、I2

，

，

5.

铁与稀盐酸、稀硫酸

，

，

5. 下列各组物质间，不能发生反应的是

(

D

) A、二氧化硅与氧化钙（高温） C、二氧化硅与碳（高温）

B、二氧化硅与氢氧化钠（常温）

D、二氧化硅与浓硝酸（常温）

6.

铁片放入CuSO4溶液

，

7.

Fe3O4与稀盐酸

；

8.

FeCl2与NaOH

，

9.

FeCl2与NH3•H2O

，

10.

Fe(OH)2与O2

11.

FeCl3与NaOH

，

12.

FeCl3与NH3•H2O

，

13.

灼烧Fe(OH)3

14.

FeCl3与Fe

，

15.

FeCl3与Cu

，

16.

Fe2+与Cl2

17.

盛放氢氧化钠溶液的玻璃试剂瓶不能用玻璃瓶塞的原因：

化学方程式为

，

18.

工业上用C还原SiO2制得粗硅：

19.

粗硅的提纯（氯气、氢气）

，

6. 关于硅的说法不正确的是

(

AC

) A、晶体硅是非金属元素，它的单质是灰黑色的有金属光泽的固体

B、晶体硅的导电性介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体

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，硅能与碳、氧气等非金属反应

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

(

A

) A、1︰2

B、2︰1

C、1︰1

D、3︰5 8．A是一种高熔点的化合物，不溶于盐酸、硝酸中，A与纯碱在高温下反应生成化合物B和气体C；将C通入到B的溶液中得到化合物D，D在干燥的空气中又转变成化合物E，将E加热时又生成A。则各物质的分子式为A

、B

、C

、D

、E

。

任务布置

课时作业（二十二）

梳理小结

铁、铜、碳、硅及其化合物化学（离子）方程式练习

写出下列反应的化学方程式和是离子反应还要写出离子方程式

铁的冶炼

1.

在炼铁高炉中CO的形成过程：

，

2.

CO还原Fe2O3

3.

石灰石除二氧化硅

，

铁的性质

4