第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角一硅

一、三維目標：

1.知識與技能

⑴使學生了解硅的用途。

⑵使學生掌握硅酸鹽的性質(zhì)。

⑶使學生掌握硅酸鹽工業(yè)的原理。

2.過程與方法

⑴通過對硅和硅酸鹽知識的學習，培養(yǎng)學生的學習興趣。

⑵通過對硅酸鹽知識的學習，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。

3.情感與態(tài)度

⑴通過對硅和硅酸鹽知識的學習，培養(yǎng)學生了解一些重要的新型無機非金屬材料。

⑵通過對硅和硅酸鹽的學習，激發(fā)學生熱愛自然，熱愛化學。

二、教學重點：硅和硅酸鹽的性質(zhì)。

三、教學難點：硅酸鹽工業(yè)及相關產(chǎn)品的知識。

四、教學過程：

1.學案導學

(1)硅酸鹽概述：

①硅酸鹽是由、和組成的化合物的忘稱，硅酸鹽是一大類結(jié)構(gòu)復雜的固

體物質(zhì)，大多數(shù)—溶于水，化學性質(zhì)最簡單的硅酸鹽是硅酸鈉，其水溶液俗稱―

可作肥皂填料、木材—劑及黏膠劑，也是制備—膠的原料。

［答案］硅、氧、金屬、不、穩(wěn)定、水玻璃、防火、硅

②土壤膠體膠體顆粒表面積大，帶負電，有保肥作用，土壤膠體的膠粒帶一電荷。

從古至今，人類創(chuàng)造性地生產(chǎn)出了幾大類硅酸鹽產(chǎn)品_、_等，它們是使用量最大的無

機非金屬材料。

［答案］負、玻璃、陶瓷、水泥。

(2)硅的概述：

①單質(zhì)硅分—形硅和晶體硅，晶體硅的結(jié)構(gòu)與相似，它是有—光澤

色固體。它熔點_、硬度_、導電性介于導體和絕緣體之間。

［答案］無定、金剛石、金屬、灰黑、高、大。

2.難點突破：

(1)有關硅的知識結(jié)構(gòu)圖

SiF,

②

Si①ASiOz④ANazSith⑤?HzSiCh

③

CaSiOi

(2)金剛砂:

SiC(俗稱金剛砂)是硅與碳的化合物，是硬度很大的原子晶體。其晶體的空間結(jié)構(gòu)類似金

剛石，只是在其結(jié)構(gòu)中碳原子和硅原子是交替排列的。金剛砂可用作砂紙、砂輪的磨料。至

此，我們所遇到的原子晶體已經(jīng)有四種了：金剛石、晶體硅、二氧化硅晶體、金剛砂。

(3)硅酸鹽工業(yè):

粘土：化學成分主要是：A12Si2O5(OH)4,土壤膠體一般帶負電荷，具有保肥能力。

水泥：硅酸三鈣：3CaO-SiO?硅酸二鈣：2CaO-SiO2鋁酸三鈣：3CaO-A1A

玻璃：Na2SiO3>CaSiO3>Si02

硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復雜，通常可用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成。

書寫時，應把金屬元素的氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序?qū)?/p>

出其氧化物，然后寫Si&,最后寫乩0,且各氧化物之間要用“門隔開。如：

Na2SiO；lNa20-Si02

Al2(Si20.5)(OH),AI2O3-2SiO2?2H2O

硅酸鹽產(chǎn)品簡介：

產(chǎn)品主要原料主要反應或主要成分主要性

主要設備反應條件

質(zhì)

水泥粘土、石灰石、硅酸三鈣：3CaO?Si6,硅酸二鈣：

水泥回轉(zhuǎn)窯高溫水硬性

(石膏)適量2CaO6地鋁酸三鈣：3CaO-ALO；,

玻璃高溫

NaEQj+SiO?-----NaSQ,+CO/t

純堿

CaCO+SiO^^CaSiCh+CO?t

石灰石3

玻璃窯高溫

石英

成分：Na2SiO：<>CaSiOa>SiO2

種類特性用途

普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

化學儀器；高壓水銀燈、紫外

石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強度大，濾光燈等的燈殼；光導纖維、壓電

晶體等

眼鏡片；照相機、顯微鏡、望

光學玻璃透光性能好，有折光和色散性

遠鏡用凹凸透鏡等光學儀器

耐腐蝕、不怕燒、不導電、不吸水、隔熱、

玻璃纖維太空飛行員的衣服、玻璉鋼等

吸聲、防蟲蛀

運動器材；微波通訊器材；汽

鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震裂

車、火車窗玻璃等

(4)硅在高新技術中的應用

硅以化合態(tài)存在于自然界，硅元素主要存在于地殼的各種礦物和巖石里；硅有晶體硅和無定

形硅兩種同素異形體。

物理性質(zhì)：熔、沸點高，硬度大，半導體。

硅化學性質(zhì)：

Si+2『==SiaSi+4HF====SiF4+2H21

Si+2NaOH+lL0====Na2Si03+2IhtSi+02帝”SiO，

硅半導體是集成電路的主要材料。據(jù)估計在21世紀內(nèi)，硅仍然會占半導體材料的95%以上。

石英的主要成分是SiOc,可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物,它們

以溶解狀態(tài)存在于石英中,呈各種顏色。此外，由于SiOz的結(jié)構(gòu)不同也會使石英產(chǎn)生不同顏

色。純凈的SiOz晶體叫做水晶,它是六方柱狀的透明晶體，是較貴重的寶石。

光導纖維從高純度的二氧化硅或稱石英玻璃熔融體中，拉出直徑約100um的細絲，稱為石

英玻璃纖維。玻璃可以透光，但在傳輸過程中光損耗很大，用石英玻璃纖維光損耗大為降低,

故這種纖維稱為光導纖維，是精細陶瓷中的一種。利用光導纖維可進行光纖通信。激光的方

向性強、頻率高.是進行光纖通信的理想光源c

硅谷（SiliconValley）是美國新興的高技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，電子技術研究中心和計算機生產(chǎn)的

重要基地。硅谷位于加利福尼亞州圣弗朗西斯科南端的圣克拉拉縣（SantaClara）o20世

紀60年代以來，蘋果電腦公司帶動了其他企業(yè)，使硅谷迅速發(fā)展，高技術企業(yè)約有2600

家。90年代后成為美國多媒體產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地。硅谷在發(fā)展過程中得到了該地區(qū)斯坦福大學

技術上的扶持，是教育與技術相結(jié)合的典范。

石英的主要成分是SiO.可用來制造石英玻璃。石英晶體中有時含有其他元素的化合物，

它們以溶解狀態(tài)存在于石英中，呈各種顏色。此外，由于Si02的結(jié)構(gòu)不同也會使石英產(chǎn)生

不同顏色。

3.典例剖析

1.下列兩個反應的反應原理是否存在矛盾?為什么？

①NaaSiOa+CO^+FM）^=H2Si0.31+Na2c（h

高溫

②siQ+Na￡Q,烙融Na,SiOs+CO,t

［解析］該題從反應之所以能夠發(fā)生的條件出發(fā)，在水溶液中、溫度等條件考慮。

［答案］本題利用C02、SiMNazSiO：,、H2CO3、HzSiO.等化合物的性質(zhì)，考查同學們的邏輯推

理能力以及思維的敏捷性和深刻性。反應①是在溶液中進行的反應，反應之所以能夠發(fā)生，

足由于酸性112co>112SiO3,反應符合“強酸制弱酸”的復分解反應原理；而反應②足在高溫

熔融狀態(tài)下的反應，由于CO?可從熔融體中逸出，使得反應可以發(fā)生，而與酸性HEOsAEBiQi

無關，不矛盾。

五、達標檢測：

1.下列敘述正確的是（）

A硅能與氯氣化合生成四氯化硅，碳也能與氯氣化合生成四氯化硅

B硅酸鹽及其制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點高，都難溶于水

C玻璃是由硅酸鈉、硅酸鈣和二氧化硅熔合成的晶體

D氧化鋁陶瓷屬于新型無機非金屬材料，但它不是高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

2.給下列溶液中通入C8氣體，不可能產(chǎn)生沉淀的是（）

A氯化鈣和硝酸鋼的混合液B稀的水玻璃

C偏鋁酸鈉溶液D碳酸鈉飽和溶液

3.應用帶膠塞的玻璃試劑瓶保存的溶液是（）

A燒堿B硫酸鈉溶液C水玻璃D濃硫酸

4.純凈的碳酸氫鈣試樣在高溫下分解，當剩余的固體物質(zhì)質(zhì)最為原試樣質(zhì)品一半時，碳酸

氫鈣的分解率是（）

A.50%B.75%C.92.7%D.100%

5.物質(zhì)A是一種高熔點化合物，不溶于H.-SO..硝酸，卻溶于氫氟酸；C是一種氣體；D是

白色膠狀沉淀；E是白色固體。A、B、C、I）、E之間的轉(zhuǎn)化如右圖，試推斷：