魯科版必修1 第4章第1節(jié)硅無機(jī)非金屬材料 學(xué)案（2）.doc

知識巧學(xué)升華 一、無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料分為傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料和新型無機(jī)非金屬材料。材料品種示例傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥和其他膠凝材料硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等陶瓷黏土質(zhì)、長石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等耐火材料硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等玻璃硅酸鹽、硼酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻璃等搪瓷鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等多孔材料硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等碳素材料石墨、焦炭和各種碳素制品等非金屬礦黏土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石等新型無機(jī)非金屬材料高頻絕緣材料氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等鐵電和壓電材料鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等磁性材料錳-鋅、鎳-鋅、錳-鎂、鋰-錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等導(dǎo)體陶瓷鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等半導(dǎo)體陶瓷鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金屬元素氧化物系材料等光學(xué)材料釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等難熔化合物生物陶瓷長石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體材料等二、半導(dǎo)體材料與單質(zhì)硅 1半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體材料特指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類材料。 使用最早的半導(dǎo)體材料是鍺（ge）。使用最廣泛的半導(dǎo)體材料是硅（si）。 常見的半導(dǎo)體材料還有鎵（ga）、（se）、砷化鎵（gaas）等。 2硅 （1）硅的存在 自然界中無天然存在的硅單質(zhì)，硅元素通常存在于sio2和硅酸鹽中。硅單質(zhì)都是人工制得的。 硅 （2）硅的物理性質(zhì) 晶體硅是灰黑色，有金屬光澤、硬而脆的固體。 記憶要訣 金屬光澤灰黑硅，半導(dǎo)材料硬而脆。 （3）硅的化學(xué)性質(zhì) 常溫下，si的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下，si跟強(qiáng)酸不反應(yīng)。但能發(fā)生下列反應(yīng)： si+2f2sif4 si+4hfsif4+2h2 si+2naoh+h2ona2sio3+2h2 加熱條件下，si能跟某些非金屬反應(yīng)： si+o2sio2 si+2cl2sicl4常溫下，sif4是氣體，sicl4是液體，sio2是固體。 （4）硅的制取 sio2+2csi（粗）+2co si（粗）+2cl2sicl4 sicl4+2h2si（純）+4hcl （5）硅的用途 硅 三、二氧化硅和光導(dǎo)纖維 1sio2的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu) sio2熔點(diǎn)高、硬度大。透明的石英晶體就是水晶，常用來制造電子部件和光學(xué)儀器。 要點(diǎn)提示 sio2廣泛存在于自然界中，沙子、石英的主要成分都是sio2。 2sio2的結(jié)構(gòu) sio2晶體是由si原子和o原子構(gòu)成的。每個o原子周圍連接著2個si原子，成直線型。每個si原子周圍連接著4個o原子，構(gòu)成以si原子為中心的正四面體型，4個o原子分別位于正四面體的4個頂點(diǎn)上（虛線示型）： 每個si原子通過o原子與周圍的4個si原子連接著，形成1個大的正四面體（虛線示型）： 每個最小的sio原子環(huán)上有12個原子（6個si原子和6個o原子），該sio原子環(huán)上的原子不在同一平面上。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格去掉sio2晶體中的o原子，所得即為si晶體；將si晶體中的si原子看作c原子，所得即為金剛石晶體。 3sio2的化學(xué)性質(zhì) （1）sio2具有酸性氧化物的通性，是h2sio3的酸酐硅酐。 跟堿反應(yīng)生成鹽和水： 2naoh+sio2na2sio3+h2o 玻璃中含有sio2，但光滑的玻璃與naoh不反應(yīng)，而磨砂的玻璃能與naoh（aq）等堿溶液反應(yīng)。 跟堿性氧化物反應(yīng)生成鹽：cao+sio2高溫casio3， （2oh+sio2+h2o） （2）sio2的特性 sio2能跟氫氟酸反應(yīng)：sio2+4hfsif4+2h2o sio2不溶于水，也不跟水反應(yīng)： h2o+sio2h2sio3（） 4sio2的用途 sio2 5二氧化碳和二氧化硅的比較酸性氧化物構(gòu)成物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)co2co2分子氣體熔沸點(diǎn)低，溶于水酸性氧化物與h2o反應(yīng)生成碳酸sio2硅原子，氧原子，無sio2分子固體熔沸點(diǎn)高；硬度大，不溶于水酸性氧化物不與h2o反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng) 四、硅酸鹽與無機(jī)非金屬材料 1硅酸鹽的表示方法 硅酸鹽通常表示為氧化物形式：金屬氧化物非金屬氧化物水。金屬性活潑的元素的氧化物要排在前面。 2玻璃 （1）生產(chǎn)普通玻璃的主要原料：純堿、石灰石和石英。 （2）生產(chǎn)普通玻璃的主要反應(yīng)原理： na2co3+sio2na2sio3+co2 caco3+sio2casio3+co2 （3）普通玻璃的主要成分：na2sio3、casio3和sio2。 （4）形形色色的玻璃 有色玻璃：a藍(lán)色玻璃：普通玻璃中加入了co2o3。b紅色玻璃：普通玻璃中加入了cu2o。 變色玻璃：普通玻璃中加入了agi、agbr等。 光學(xué)玻璃：普通玻璃中加入了pbo2。 鋼化玻璃：經(jīng)普通玻璃熔化后快速冷卻制成。 石英玻璃：石英熔化制成。 3水泥 (1)水泥的特性水硬性 水泥跟水摻和攪拌、靜置后變硬的特性。 水泥的水硬性是化學(xué)性質(zhì)，發(fā)生的變化屬于化學(xué)變化。 (2)生產(chǎn)普通水泥的原料： 主要原料：黏土和石灰石。 輔料：石膏調(diào)節(jié)水泥硬化速率。 普通水泥的主要成分：硅酸三鈣（3caosio2）、硅酸二鈣（2caosio2）和鋁酸三鈣（3caoal2o3）等。 水泥砂漿：水泥、沙子和水的混合物。 混凝土和鋼筋混凝土 水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土?；炷脸Ｓ娩摻钭鼋Y(jié)構(gòu)，這就是我們常說的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 4陶瓷 （1）傳統(tǒng)陶瓷 傳統(tǒng)陶瓷 （2）新型陶瓷 新型陶瓷 問題思路探究 問題 有下列幾種說法，請大家討論一下是否正確。 （1）金屬氧化物一定是堿性氧化物。 （2）非金屬氧化物一定是酸性氧化物。 （3）堿性氧化物不能與堿發(fā)生反應(yīng)。 （4）堿性氧化物放入堿溶液中不會發(fā)生反應(yīng)。 （5）酸性氧化物不能與酸發(fā)生反應(yīng)。 （6）酸性氧化物在酸溶液中不會發(fā)生反應(yīng)。 思路:本題是一組基本概念的辨析，它對金屬氧化物、堿性氧化物、非金屬氧化物、酸性氧化物的定義及相互關(guān)系的理解能有所幫助。解答此類問題的關(guān)鍵是要掌握一些特殊的物質(zhì)，如氧化鋁是金屬氧化物但不是堿性氧化物。 探究:（1）金屬氧化物不一定是堿性氧化物，如al2o3是兩性氧化物。 （2）非金屬氧化物不一定是酸性氧化物，如co、no，沒有對應(yīng)的水合物，它們被稱為不成鹽氧化物。 （3）堿性氧化物不能與堿發(fā)生反應(yīng)。 （4）堿性氧化物放入堿溶液中可以與水發(fā)生反應(yīng)，如：na2oh2o2naoh，caoh2oca（oh）2。 （5）有的酸性氧化物可以與酸發(fā)生反應(yīng)，如：sio24hfsif4+2h2o。 （6）酸性氧化物在酸溶液中有的可以發(fā)生反應(yīng)，有的不能發(fā)生反應(yīng)。如sio2在鹽酸中不能發(fā)生反應(yīng)，而so3在硫酸中卻可以發(fā)生反應(yīng)：so3h2oh2so4。典題熱題新題 例1實(shí)驗室貯存固體試劑可以放在廣口瓶中，液體試劑放在細(xì)口瓶中，但有些試劑必須貯存在具有橡皮塞的玻璃試劑瓶中。以下物質(zhì)必須貯存在具有橡皮塞的玻璃試劑瓶中的是_。 koh溶液飽和na2co3溶液（堿性溶液）鹽酸水玻璃氟氣氫氟酸澄清石灰水硝酸naoh溶液 解析：本題考查二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)。二氧化硅是酸性氧化物，能與堿發(fā)生反應(yīng)。若用玻璃塞的試劑瓶盛堿性溶液，sio2與堿反應(yīng)，生成的硅酸鹽能黏住瓶塞而不易打開。sio2不能與水和酸反應(yīng)。但氫氟酸腐蝕玻璃，不能用玻璃試劑瓶盛裝。 答案： 深化升華 h2sio3（硅酸）-h2osio2（硅酐），可用玻璃瓶盛裝堿性液體，但不能蓋磨砂玻璃塞，以防sio2與naoh（aq）等反應(yīng)，生成的一種黏合劑na2sio3使瓶塞和瓶口黏合在一起。 量筒、容量瓶、滴管上的刻線，就是用氫氟酸刻蝕上去的，sio2是中學(xué)所學(xué)酸性氧化物中，唯一不溶于水的物質(zhì)。 例2硅膠和石英的主要成分都是sio2，前者是結(jié)構(gòu)疏松的sio2，后者是結(jié)構(gòu)致密的sio2。二者成分相同，結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)上表現(xiàn)出差別，具有不同的用途。由石英制取硅膠，經(jīng)歷以下三步，試寫出每步反應(yīng)的化學(xué)方程式（是離子反應(yīng)的，寫出離子方程式）。 （1）用naoh（aq）溶解石英：_。 （2）過濾，向濾液中加入鹽酸，至沉淀不再產(chǎn)生：_。 （3）微熱，濃縮硅酸溶液，加熱蒸干溶液，并使固體完全分解：_。 寫出硅膠的一種用途：_。 解析：（1）石英主要成分是酸性氧化物sio2，與堿反應(yīng)生成鹽和水： 2naohsio2na2sio3h2o （2）過濾，除去石英中的雜質(zhì)，得濾液為na2sio3（aq），硅酸是弱酸，na2sio3與鹽酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)： na2sio32hcl2naclh2sio3 （3）微熱，h2sio3（aq）濃縮，h2sio3聚合為膠體，加熱硅酸溶膠脫水，生成多孔硅膠： h2sio3h2osio2 硅膠的主要用途有兩個：作干燥劑或作催化劑的載體。 硅膠的制備過程： 石英（sio2）na2sio3+h2sio3硅膠（sio2） 答案：（1）2ohsio2h2o （2）2hh2sio3 （3）h2sio3h2osio2干燥劑（或“催化劑載體”） 深化升華 此題的解題思路是，根據(jù)酸性氧化物（sio2）的性質(zhì)與堿反應(yīng)生成鹽（na2sio3），鹽（na2sio3）與強(qiáng)酸反應(yīng)生成新的弱酸（h2sio3），不溶于水的弱酸（h2sio3）分解生成酸性氧化物（sio2）。 例3三硅酸鎂被用來治療胃酸過多的胃潰瘍，是因為該物質(zhì)不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。把三硅酸鎂mg2si3o8nh2o改寫成氧化物的形式為_，它中和胃酸（hcl）的化學(xué)方程式是_。 解析：若直接寫mg2si3o8nh2o與hcl（aq）的反應(yīng)，則無從下手，先將mg2si3o8nh2o改寫成氧化物形式：2mgo3sio2nh2o，再寫與hcl（aq）的反應(yīng)則較易。 答案：2mgo3sio2nh2o 2mgo3sio2nh2o4hcl2mgcl23sio2（n2）h2o 深化升華 注意此處空半格硅酸鹽改寫成氧化物的形式，注意原子守恒和應(yīng)用化合價法則。 例4下列說法正確的是（） a硅是良好的半導(dǎo)體材料，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反應(yīng) b二氧化硅不導(dǎo)電，能與鹽酸或氫氧化鈉溶液反