成才之路·化学 人教版 · 必修1 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

第四章 非金属及其化合物 1.1.1　集合的概念

第四章 第一节　 无机非金属材料的主角——硅

第四章 第2课时　硅酸盐和单质硅

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新情境·激趣入题

随处可见的含硅化合物及产品 在科学技术不断发展的今天，“硅”已经不仅意味着黄土、飞沙、岩石，它已经成为高科技的代名词。如高科技工业园区被称为“硅谷”，并且硅已经成为现代电子工业中的支柱。硅与我们生活密切相关，除了电子产品的材料中含有硅外，建造房屋所用的水泥、窗户上的玻璃，日常使用的碗碟，等等，它们都是含硅的物质制造出来的。

陶瓷是中华民族一项最伟大的创造，具有悠久而辉煌的历史。原始陶器大约是在1万年前出现在中国的。“陶”作为历史上第一种人造材料成为人类摆脱蒙昧的时代标志，秦兵马俑的制造展示了当时的制陶规模和艺术水平。瓷器在东汉晚期发明，至宋朝形成了举世闻名的“柴”、“汝”、“哥”、“钧”、“定”、“官”几大名窖，其制品工艺精湛达到“青如天”、“薄如纸”、“声如磬”的水平。而陶瓷主要含硅元素。

相传第一批瓷器抵达欧洲时，欧洲人面对这玲珑剔透的瓷器爱不释手，赞不绝口，一时不知如何称呼它，这样的好东西来自中国，干脆就叫它“中国”吧！这里的陶瓷是一种重要的硅酸盐产品。本课时的问题：Na2SiO3有哪些重要性质、用途？玻璃、陶瓷、水泥是如何制备的？硅单质有怎样的性质和用途？

新知识·预习探究

●学习目标 1．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。 2．了解硅的性质和用途。 3．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。

●新知预习 1．硅酸盐是由____、_____和______元素组成的化合物的总称。最简单的硅酸盐是________，它是________固体，________溶于水，水溶液俗称________，是无色黏稠状的液体，是一种矿物胶。 2．向Na2SiO3溶液中分别滴加盐酸和通入少量CO2，发生反应的离子方程式为：______________________、______________________________________________。 3．硅单质分为________和___________两种。晶体硅的结构和________相似，常温下化学性质不活泼。 硅 氧 金属 硅酸钠 白色 可 水玻璃 晶体硅 无定形硅 金刚石

●自主探究 1．不法商人常用玻璃加工成“水晶”并高价出售给消费者，作为一个高中生，你有区分水晶和玻璃的简单方法吗？ 提示：水晶是一种高纯度的二氧化硅，而玻璃是由硅酸钠、二氧化硅等原料加工而成，从元素种类上看玻璃中必含有一定量的钠元素，只要你有办法能区分是否含有钠元素，则相信你就一定有方法。查阅资料，钠元素具有焰色反应这一特殊性质，即将市售水晶球(最好是破损的部分)放在酒精喷灯上灼烧，火焰呈黄色，说明是假货。

新思维·名师讲堂

硅酸盐 ●思维导图

(3)实验探究硅酸钠的性质 ①耐火性

②碱性 (4)用途：①制备硅酸和硅胶；②用作黏合剂、防腐剂；③用作木材防火剂。

3．硅酸盐产品 (1)传统硅酸盐产品

(2)新型功能材料 材 料 用 途 特 点 金刚砂(SiC) 作砂纸、砂轮的磨料 具有金刚石结构，硬度很大 硅钢 作变压器铁芯 材　料 用　途 特　点 金刚砂(SiC) 作砂纸、砂轮的磨料 具有金刚石结构，硬度很大 硅钢 作变压器铁芯 具有很高的导磁性 硅橡胶 作高弹性绝缘材料 既耐高温又耐低温 分子筛 作吸附剂、催化剂 具有均匀微孔结构

●典例剖析

【答案】　D

东京电力公司于2011年4月5日表示，向福岛第一核电站2号机组下方碎石注入俗称水玻璃的Na2SiO3溶液后，放射性污水的泄漏有所减少。下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中，不正确的是(　　) B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料 C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质

【答案】　D

●活学巧练 1．钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4]时反应的离子方程式为：2KAlSi3O8＋2H2CO3＋5H2O===2K＋＋2HCO＋4H2SiO3＋Al2Si2O5(OH)4 (1)将上述复杂硅酸盐改写成氧化物形式： ①KAlSi3O8_____________________________________； ②Al2Si2O5(OH)4_______________________________________。 (2)上述反应能够发生的原因是_____________________。 【答案】　(1)①K2O·Al2O3·6SiO2 ②Al2O3·2SiO2·2H2O (2)H2CO3的酸性比H2SiO3的酸性强

2．(2014·经典习题选萃)下列叙述正确的是(　　) A．Na2SiO3是硅酸盐，所以不溶于水 B．电影银幕用水玻璃浸泡，主要是为了防腐 C．建筑工业常用水玻璃作黏合剂 D．用水玻璃浸泡铁道的木制枕木，主要是为了防火 【解析】　Na2SiO3既是硅酸盐，又是钠盐，硅酸盐大多难溶于水，而钠盐均易溶于水；浸泡银幕主要是为了防火，而浸泡枕木主要是为了防腐；水玻璃有黏合作用，常作黏合剂。 【答案】　C

硅单质 ●思维导图

●细品教材 1．分类：晶体(有单晶、多晶两种)和无定形两类。 2．晶体硅的物理性质与结构：结构类似于金刚石，带有金属光泽的灰黑色固体，熔点高、硬度大、有脆性，导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。

●典例剖析 A、B、C、D、E五种含硅元素的物质，相互转化关系如图所示：

(1)推断A～E的化学式：A________，B________，C________，D________，E________。 (2)①写出B→A的化学方程式______________________。 ②A→C的离子方程式_____________________________。

●活学巧练 3．(2013·汶上一中高一期末)下面关于硅的叙述中，正确的是(　　) A．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料

【解析】　常温下硅的化学性质不活泼，只能与F2、HF和强碱溶液反应，A项错误；在地壳中含量居第一位的是氧元素，B项错误；硅是亲氧元素，自然界中没有游离态的硅，C项错误。 【答案】　D

新考题·随堂自测

1．下列装修材料中，主要成分不属于硅酸盐的是(　　) A．陶瓷　　　　　　　 B．大理石 C．玻璃 D．水泥 【解析】　硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，大理石的主要成分为CaCO3，所以不属于硅酸盐材料。 【答案】　B

2．(2013·桐城十中高一期末)硅及其化合物在材料领域中应用广泛。下列叙述中，正确的是(　　) A．晶体硅是良好的半导体材料 B．硅是地壳中含量最多的元素 C．SiO2不溶于水，也不溶于任何酸 D．用带玻璃瓶塞的试剂瓶盛放NaOH溶液 【解析】B．氧是地壳中含量最多的元素；C.SiO2不溶于大部分酸，但溶于HF；D.用带橡胶塞的试剂瓶盛放NaOH溶液。 【答案】　A

3．(2013·广雅中学高一期末)下列关于硅元素的说法，不正确的是(　　) A．光导纤维的主要成分是二氧化硅 B．二氧化硅可以和水直接反应来制取硅酸 C．硅可用作太阳能电池 D．硅酸钠是制备硅胶和木材防火剂等的原料 【解析】　SiO2难溶于水且不和水反应。 【答案】　B

4．(2013·应县一中高一期末)将铁、铝、硅的混合物分为等质量的两份，一份跟足量的NaOH溶液反应，另一份跟足量稀H2SO4反应，最终产生的H2一样多，则铁与硅物质的量之比为(　　) A．21 B．41 C．11 D．31

【答案】　A

5．(2013·吉安市高一期末)由A元素组成的一种单质是重要的半导体材料，含A元素的一种化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。 a．沙子　　　　　　 b．水玻璃 c．黏土 d．玛瑙

(3)将C与纯碱混合，高温熔融时也能发生反应生成D，同时还生成B元素的最高价氧化物E；将E通入足量D的水溶液中，又发生反应生成含A元素的化合物F。

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新视点·专家博客

有关玻璃制取的计算 玻璃中有关成分的计算问题是常见题型之一，题目中往往先给出玻璃中各种元素的物质的量之比，由此再推出制造玻璃的原料各是多少，在计算过程中要注意计算的准确性。 【例】　钾玻璃中含有18.4%的K2O、11.0%的CaO、70.6%的SiO2，计算三种氧化物的物质的量之比。若需制取5.1 t钾玻璃，需用碳酸钾、石灰石和二氧化硅各多少吨？写出制取钾玻璃的化学方程式。