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第一节无机非金属材料的主角——硅

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高中化学审核员

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授课班级                      第一节      无机非金属材料的主
                                                            所需    3
授课日期      9.25     课题
                中国现代教育网    www.30edu.com  全国最大教师交流平台角——硅    学时


                        1.了解碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用。

    知识与技能               2.了解碳、硅单质及其重要化合物对环境质量的影响。
 教
                       3.了解常见无机非金属材料的性质和用途

 学                     使学生学会运用对比方法来认识物质的共性和个性,
    过程与方法              培养学生对知识的迁

 目                     移和类比能力。
                       通过增强教学的直观性,展示硅酸盐的丰富性和多样

 标  情感态度           性,促进学生之间的交流,激发学生学习的兴趣,培养学
    与价值观           生热爱科学的情感。知道二氧化硅和硅酸在日常生活生产
                   中的应用感受化学的实用性增强学习化学的兴趣

 重 点    碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用

 难 点    碳、硅单质及其重要化合物的主要性质及应用

 教学方法                                 讲授法
 教学手段                                 多媒体
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

                            教    学    过    程
一、C、Si     单质性质及其用途的比较。
1.物理性质

                             碳                             硅

                 既有游离态,又有化合态;主               在地壳中的含量仅次于氧,全部以化

    存在形态         要单质有:金刚石、石墨、                合态存在;主要单质有:晶体硅和无

                 C60 等同素异形体                  定性硅两大类

                 金刚石熔点很高,硬度很大;               晶体硅,灰黑色,有金属光泽;与金

                 石墨熔点很高(比金刚石高)               刚石相似,熔点很高,硬度很大;是
 单质的物理性质
                 硬度较小,能导电,有滑腻感。              良好的半导体材料。


                                             含硅  4%的硅钢具有很高的导磁性,

                    金刚石用作切割工具;               主要用作变压器铁芯;含硅            15%的
      用途
                   石墨用作电极、铅笔芯。               硅钢具有很好的耐酸性能,作为耐酸

                                             材料;制光电池等

2.化学性质

(1)碳单质的化学性质——还原性


                           点燃
①与   O2 反应:O2  不足:2C+   O2       2CO;
               点燃
O2 充足:C+O2           CO2
②与其他物质反应:

a.与  CuO 反应:

          △
2CuO+C         2Cu+CO2↑ (可用于某些金属的冶炼);
                        高温
b.与  CO2 反应:CO2+C              2CO;
c.与水蒸气反应:

         高温
C+H2O(g)       CO+H2 (用于生产水煤气);
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

d.与浓硫酸反应:

              △
C+2H2SO4(浓)        CO2↑+2SO2↑+2H2O。
(2)硅的化学性质——还原性 


①  与氢氟酸反应:Si+4HF====SiF4↑+2H2↑;

②  ②与   NaOH 溶液反应:Si+2NaOH+H2O=====Na2SiO3+2H2↑;
                    △
③与   O2 反应:Si+O2         SiO2。

二、CO2   和  SiO2 的比较

       物  质                     二氧化硅                         二氧化碳

      晶体类型                      原子晶体                         分子晶体

      物理性质           硬度大、熔沸点高、常温下为                    熔沸点低,常温下为气体,

                     固体、不溶于水                     微溶于水

         ①与水反应            不反应                         CO2  +  H2O            

                                                 H2CO3[

         ②与酸反应       SiO2 + 4HF = SiF4↑+ 2H2O         不反应
                                 高温
         ③与碱反应       SiO2 +  2NaOH =  Na2SiO3 +  CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O 或

                     H2O                              CO2 + NaOH = 2NaHCO3
                          盛碱液的试剂瓶用橡皮
                                 高温
                     塞

         ④与盐反应       SiO2 +  Na2CO3 =Na2SiO3  +  Ca(ClO)2 +   CO2  +  H2O  = 

                     CO2↑                        CaCO3↓ + 2HClO

                     SiO2 +  CaCO3 =   CaSiO3 +  CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3

                     CO2↑
                                   高温
         ⑤与碱性氧            SiO2 + CaO = CaSiO3    CO2 + Na2O = Na2CO3

         化物反应

                                高温
         ⑥与碳反应                                   2C+SiO   高温Si+2CO   
                          CO2+C       2CO;               2
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

      主要用途           化工原料、灭火剂。干冰用作               制光学仪器、石英玻璃。水晶

                     制冷剂,人工降雨。                   可制作饰品,常用来制造通讯

                                                 材料光导纤维。 

3、硅酸及硅酸盐

   (1)硅酸

   ①物理性质:与一般的无机含氧酸不同,硅酸难溶于水。

   ⑵化学性质:a.弱酸性:是二元弱酸,酸性比碳酸弱,与                        NaOH 溶液反应的化学方程式

为:

   H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O。

                                               △    
   b.不稳定性:受热易分解,化学方程式为:H                  SiO      H O+ SiO 。
                                         2   3      2     2

   ⑶制备:通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得,如                      Na2SiO3 溶液与盐酸反应:

   Na2SiO3+2HCl== H2SiO3↓+2NaCl
   ⑷用途:硅胶可用作干燥剂、催化剂的载体等。

   2、硅酸盐

   ⑴硅酸盐:硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主

要成分。

   ⑵硅酸钠:硅酸钠溶液俗称水玻璃,是无色黏稠液体,常用于制备黏合剂、防腐剂、

耐火材料。

   ⑶硅酸盐组成的表示

   通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成:如硅酸钠(Na2SiO3)可

表示为   Na2O·SiO2。长石(KAlSi3O8)可表示为         K2O·Al2O3·6SiO2。(注意:硅酸盐写法

与氧化物写法中各元素的化合价保持不变,原子个数比相等;表示顺序一般为:活泼金属

的氧化物·较活泼        金属的氧化物·二氧化硅·水。

   三、常见无极非金属材料及其主要用途

     1.传统的无极非金属材料

     硅酸盐材料是传统的无机非金属材料:玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英

和长石等为原料生产的硅酸盐制品,比较如下

 硅酸盐产               水  泥                  玻  璃                     陶瓷

 品
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

 原    料           石灰石、黏            纯碱、石灰石、石英                 黏土

             土

 反应原理             发生复杂的                  高温

             物理化学变化           SiO2 + Na2CO3 =Na2SiO3 + 
                                        高温
             (不作要求)           CO2↑

                              SiO2 + CaCO3 =  CaSiO3 + 

                              CO2↑

 主要设备             水泥回转窑            玻璃窑                       陶瓷窑

 主要成分        3CaO·SiO2、            Na2SiO3、CaSiO3、SiO2

             2CaO·SiO2、

             3CaO·Al2O3

 反应条件             高温               高温                        高温

(2)主要用途

陶瓷、玻璃、水泥是主要建材,也广泛应用于生活中。

2.特殊功能的含硅物质

(1)碳化硅具有金刚石结构,可用作磨料。

(2)含硅元素    4%的硅钢具有导磁性。

(3)硅橡胶具有既耐高温又耐低温的性质。

                            【热点难点全析】

1. 硅及其化合物的特殊性质

1.硅

(1)硅的非金属性弱于碳,但碳在自然界中既有游离态又有化合态,而硅却只有化合态。

(2)硅的还原性强于碳,但碳能还原              SiO2:SiO2+2C      2CO↑+Si 。

(3)非金属单质跟碱溶液作用一般无              H2 产生,但   Si 能跟碱溶液作用放出         H2:

Si+2NaOH+H2O====Na2SiO3+2H2↑。

(4)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但硅能跟氢氟酸反应。

(5)非金属单质一般为非导体,但硅为半导体。

2.二氧化硅
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(1)非金属氧化物的熔沸点一般较低,但                SiO2 的熔点却很高。

(2)酸性氧化物一般不跟酸反应,但              SiO2 能跟氢氟酸反应。
3.硅酸

(1)无机酸一般易溶于水,但           H2SiO3 难溶于水。

(2)H2CO3 的酸性强于     H2SiO3,所以有    Na2SiO3+CO2+H2O====H2SiO3↓+Na2CO3,但在高温

下  Na2CO3+SiO2    Na2SiO3+CO2↑能发生是因为生成的          CO2 容易挥发。
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