人教版 (2019)必修 第二册第三节 无机非金属材料导学案

无机非金属材料

【学习目标】

1.通过阅读教材、分组实验，初步认识硅酸盐的组成、性质及基本用途。

2.通过阅读教材、观察图片、思考讨论，认识传统的硅酸盐产品和具有传统功能的含硅材料。

3.通过阅读填空、拓展探究，认识单质硅的存在、性质和用途，树立绿色化学是一种可持续发展的意识。

【学习重点】

硅和硅酸钠的重要性质。

【学习难点】

硅和硅酸钠的重要性质。

【学习过程】

旧知回顾：1.实验室盛放碱溶液的试剂瓶一般用橡皮塞的原理防止普通玻璃种含有的二氧化硅与碱液反应生成具有黏性的，导致瓶塞无法打开。。

2.（1）硅酸：硅酸不溶于水，其酸性比碳酸弱，硅酸 不能 （填“能”或“不能”）使紫色石蕊溶液变红色。

①硅酸不稳定，受热易分解：。

②硅酸能与碱溶液反应，如与溶液反应的化学方程式为：。

③硅酸在水中易聚合形成胶体。硅胶吸附水分能力强，常用作干燥剂。

3．硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到硅胶（或硅酸干凝胶），具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂载体。

新知预习：阅读教材并填写下列空白：

1.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。溶解性大多不溶于水，稳定性较好。常用的硅酸盐是，其水溶液称为水玻璃，可用作制硅胶及木材防火剂等。

2.硅酸盐的主要产品有陶瓷、水泥、玻璃。

3.硅的主要用途是半导体材料（硅芯片、光电池等）。

【同步学习】

情景引入：中国有着悠久历史的陶瓷，生活中的玻璃，以及盖房子用的水泥，它们的主要化学成分是什么？自然界中形形色色的各种矿石其组成成分又是什么？

硅酸盐材料

活动一 认识硅酸盐

1.阅读完善：阅读教材，进一步完善“新知预习1”。

2.阅读填表：阅读教材，认识硅酸盐的组成并填写下表：

3.分组实验：阅读教材，并填写对应表格。

4.阅读了解：阅读教材，了解硅酸盐的丰富性和多样性。

5.讨论交流：

（1）为什么必须密封保存？

（2）硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？

对应练习：1．下列有关硅酸盐的说法中正确的是（    ）

A．硅酸盐中的阴离子都是

B．硅酸盐都难溶于水

C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的

D．是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂

2．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（    ）

A．可用氧化物形式表示为

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶解于强酸和强碱

D．x等于6

活动二 硅酸盐工业

1.阅读填表：阅读教材，认识传统硅酸盐工业，并完成下表。

2.思考讨论：（1）在制备陶瓷、玻璃和水泥过程中是否都发生了化学变化？

【答案】是

（2）结合教材，说说您知道有哪些新型无机非金属材料？

3.阅读填表：阅读教材，认识特殊功能的含硅材料，并完成下表：

对应练习：1.下列说法正确的是（    ）

A．普通玻璃呈淡绿色是由于含

B．坩埚、蒸发皿都属于陶瓷制品

C．“唐三彩”是一种玻璃制品

D．高温下比稳定

2．下列有关说法中错误的是（    ）

A．氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中

B．玻璃、水晶、陶瓷的主要成分均是硅酸盐

C．灼烧固体时不能使用瓷坩埚，因为坩埚中的能与反应

D．由沙子制备光伏材料时的反应之一为

新型无机非金属材料

活动三、硅单质存在、性质和用途

1.阅读填空：阅读教材，完成下列空格。

（1）单质硅的存在形式有___________________两种，晶体硅的结构与________相似。硅在元素周期表中处于________与________的过渡位置，晶体硅的导电性介于________和________之间，是良好的________材料。

（2）硅的制备

硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：

①粗硅的制备：___________________________

②纯硅的制备：___________________________、___________________________。

利用高纯单质硅的半导体性能，可以制成光电池，将光能（如太阳光能）直接转换为电能。所以硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料。

（3）硅的物理性质主要有金属光泽（灰黑色）固体、熔点高（）、硬度大、有脆性，在常温下其化学性质不活泼，但在一定条件下，硅也能与其他物质发生反应，如：与溶液等反应。

（4）硅的用途：高纯硅是良好的半导体材料，用于制造集成电路、太阳能电池等。

2.拓展探究：用“位、构、性”的观点构建碳、硅部分转化关系图，并写出化学方程式。

3.讨论交流：

（1）用焦炭在电炉中隔绝空气还原制取粗硅时，为什么生成而不是？

（2）在焦炭与制取粗硅的反应中，哪种物质是还原剂？还原产物是什么？

4.归纳总结：硅及其化合物的“反常”

（1）非金属的单质跟碱反应一般无放出，但Si能跟强碱溶液反应放出。

（2）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能跟氢氟酸反应：。

（3）非金属氧化物的晶体中一般有分子，但晶体只含有O、Si原子。

（4）酸性氧化物一般不与酸反应，但能与氢氟酸反应生成气体。

（5）无机酸一般易溶于水，但却难溶于水。

（6）硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。

对应练习：1.在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（    ）

A．      B．氢氟酸

C．KOH溶液       D．

2．下列有关硅的叙述中，正确的是（    ）

A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应，单质硅有多种不同的结构

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，在常温下只与、、HF、强碱反应

D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料，也是制造光导纤维的原料

【反馈练习】：1.下列不是水玻璃用途的是（    ）

A．肥皂填料          B．木材防火剂

C．纸板黏胶剂          D．建筑装饰材料

2．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（    ）

A．是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀

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

3．硅酸铜钡是当今用最新科学技术合成的一种物质，然而，科学家惊奇地发现，我国秦朝兵马俑用的一种颜料竟也是硅酸铜钡。依据以上事实推测下列关于硅酸铜钡的说法错误的是（    ）

A．硅酸铜钡属于硅酸盐      B．硅酸铜钡难溶于水

C．硅酸铜钡难被氧化      D．硅酸铜钡易溶于水

4．下列说法错误的是（    ）

A．硅是制造太阳能电池的常用材料

B．二氧化硅是制造光导纤维的材料

C．常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等起反应

D．水玻璃可用作木材防火剂

5．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：“中国至少在距今3 000年以前，就已经使用玻璃了。”下列有关普通玻璃的说法不正确的是（    ）

A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英

B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

6．青石棉是一种致癌物质，是《鹿特丹公约》中受限制的46种化学品之一，其化学式为。青石棉用稀硝酸溶液处理时，还原产物只有。下列说法不正确的是（    ）

A．青石棉是一种硅酸盐材料

B．青石棉中含有一定量的石英晶体

C．青石棉的化学组成可表示为

D．青石棉能使被还原

【归纳梳理】

1.硅酸盐

           存在晶体硅、无定形硅。

2.单质硅     性质与强碱反应产生（注：具有该性质的唯一非金属单质）。

            用途半导体材料。

【提高训练】：1．下列物质中，不含有硅酸盐的是（    ）

A．水玻璃      B．硅芯片

C．黏土      D．普通水泥

2．下列叙述正确的是（    ）

A.酸均不能与酸性氧化物反应

B.玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸

C.石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同

D.石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同

3．下列离子方程式书写正确的是（    ）

A．二氧化硅跟氢氟酸反应：

B．碳酸钡溶于稀硝酸：

C．硅跟氢氧化钾溶液反应：

D．把水玻璃滴入盐酸中：

4．在水玻璃中通入少量气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为（    ）

A．

B．与

C．与

D．、及

5．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（    ）

①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素②水泥、玻璃、水晶饰物都是硅酸盐制品③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维④陶瓷是人类应用很早的硅酸盐材料

A．①②      B．②③

C．①④      D．③④

6．硅是构成无机非金属材料的一种主要元素，下列有关硅的化合物的叙述错误的是（   ）

A．氮化硅陶瓷是一种新型无机非金属材料，其化学式为

B．碳化硅（SiC）的硬度大，熔点高，可用于制作高温结构陶瓷和轴承

C．光导纤维是一种新型无机非金属材料，其主要成分为

D．二氧化硅为立体网状结构，其晶体中硅原子和硅氧单键个数之比为

7．月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层厚的沙土就含铁单质有上亿吨，月球上的主要矿物有辉石（）、斜长石（）和橄榄石[]等，下列说法或分析不正确的是（    ）

A．辉石、斜长石及橄榄石均属于硅酸盐矿

B．橄榄石中铁为价

C．月球表层沙土中有游离态铁是因为月球的表面几乎没有氧气

D．斜长石的氧化物形式可表示为

8．铝硅合金具有熔点低、凝固时收缩率小等优点，适合铸造。现取试样，放在纯净氧气中完全燃烧，燃烧后的固体经称量发现比原来试样增重，由此计算硅铝合金中硅的质量分数为（    ）

A．12.3%      B．15.4%

C．13.4%      D．17.0%

9．某学生兴趣小组想利用高岭土[其主要成分是]试验新型的净水剂。试验程序如下：

其中滤液C就是欲求的净水剂。

试回答下列问题：

①写出混合物A、B，滤液C、D的主要成分：

A：_______________________；B：_______________________；

C：_______________________；D：_______________________。

②写出高岭土与纯碱熔融的两个化学方程式：

_______________________________、_______________________________

③该试验中，熔融高岭土可以选用的坩埚有（    ）

A.玻璃坩埚   B．瓷坩埚

C．氧化铝坩埚   D．铁坩埚

10．A元素的单质是重要的半导体材料，含A元素的化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维，C与烧碱反应生成含A元素的化合物D。

（1）A的原子结构示意图为________。

（2）易与C发生化学反应的酸是_____________________________________________，发生反应的化学方程式是_______________________________________________。

（3）C与纯碱混合高温熔融时，发生化学反应生成D，同时还生成氧化物B；将全部的B与全部的D在足量的水中混合，又发生化学反应生成含A的化合物E。写出生成D和E的化学方程式：__________________________________________________________________________。

（4）C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为，混合物中石灰石的质量分数是________。

【参考答案】

活动一 认识硅酸盐

1.【答案】（见预习）

2.

【提示】：用氧化物的形式表示硅酸盐的组成时，各氧化物的排列顺序为：较活泼金属的氧化物→较不活泼金属的氧化物→二氧化硅→水。

3.【答案】浸过蒸馏水的纸条，放在酒精灯上灼烧变干后燃烧起来，浸过饱和溶液的纸条，放在酒精灯上灼烧变干后不易燃烧。

4.【答案】与Al形成铝硅酸盐，可大大增加硅酸盐品种的多样性；硅酸盐岩石在水和二氧化碳作用下，风化为黏土，形成土壤胶体，土壤胶体粒子表面积大且带负电，能与等多种生物的营养离子相互作用，使土壤教育保肥能力。

5.（1）【答案】：会吸收空气中的和水蒸气而变质，反应的化学方程式为。

（2）【答案】：否。硅酸盐结构复杂，通常用和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。

对应练习：1．【解析】：选D。硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐（如），也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如、等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。

2．【解析】：选C。“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。“硅酸铜钡”中Ba为价，Cu为价，Si为价，则，用氧化物形式表示为，A、B、D均正确。

活动二 硅酸盐工业

对应练习：1.【解析】：选B，“唐三彩”是陶瓷。

2．【解析】：选B。A项，氢氟酸能腐蚀玻璃，所以氢氟酸不能盛放在玻璃试剂瓶中，正确；B项，水晶的主要成分是，不是硅酸盐，错误；C项，瓷坩埚是硅酸盐产品，坩埚中的能与反应，正确；D项，沙子的主要成分是，光伏材料的成分是晶体硅，由沙子制备光伏材料时的反应之一为，正确。

活动三、硅单质存在、性质和用途

1.（1）晶体硅、无定形硅

金刚石

金属

非金属

导体

绝缘体

半导体

（2）

。

光电池

光能

电能

（3）金属光泽（灰黑色）固体、熔点高（）、硬度大、有脆性

不活泼

（4）半导体

2.【答案】①；②；

③；④。⑤⑥；⑦；⑧。

3.（1）【答案】：制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：，故产物是而不是。

（2）【答案】：焦炭；硅。

对应练习：1.【解析】：选D。Si的性质不活泼，常温下除与F2、氢氟酸和强碱溶液反应外，不与其他物质反应，加热时可与、等反应。

2．【解析】：选A。A项正确，硅的化学性质稳定，常温下不易与氢气、氧气、氯气等反应；B项不正确，氧元素在地壳中的含量居第一位；C项不正确，硅的化学性质不活泼，但可与、氢氟酸和强碱等反应，不与、反应；D项不正确，通常用天然的石英作为光导纤维的原料。

【反馈练习】：1.【解析】：选A。硅酸钠的溶液名：水玻璃，俗称泡花碱，是一种水溶性硅酸盐，其水溶液为水玻璃。粘结力强、强度较高，耐酸性、耐热性好，耐碱性和耐水性差。A项时食盐等。用途：分析试剂。防火剂。黏合剂。如D项修补砖墙裂缝 将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到粘结和补强作用。

2．【解析】：选D。的水溶液称为水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。在空气中发生反应：，故D项不正确。

3．【解析】：选D。根据名称判断，硅酸铜钡为硅酸盐，符合硅酸盐的通性，不溶于水，稳定不易被氧化，故D错。

4．【解析】：选C。硅单质性质稳定，常温下与、强酸等物质不反应，C项错误。

5．【解析】：选B。普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确。玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误。普通玻璃的大致组成为，C正确。二氧化硅易与碱液反应生成，具有很强的黏合性，因此盛等强碱溶液的试剂瓶不得用玻璃塞。

6．【解析】：选B。硅酸盐指的是硅、氧与其他化学元素(主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等)结合而成的化合物的总称，故青石棉是一种硅酸盐产品；青石棉是一种纯净物，不可能含有一定量的石英晶体；跟硝酸反应时，失去电子，故能使被还原。

【提高训练】：1．【解析】：选B。水玻璃中含有硅酸钠，普通水泥中含有硅酸钙、铝酸钙，黏土含有复杂的硅酸盐，硅芯片中含的是硅单质。

2．【答案】B

3．【解析】：选D。A项氢氟酸为弱酸，应写成化学式HF，生成的产物是挥发性物质，也应写成化学式；B项是难溶物质，应写成化学式；C项未配平，正确的离子方程式为。

4．【解析】：选A。通入少量气体时，发生的反应为，加热后分解为和，再高温灼烧，与反应生成和。

5．【解析】：选C。许多岩石和矿物中含有硅元素，①正确；水晶的主要成分是二氧化硅，所以水晶不是硅酸盐制品，②错误；光导纤维是由高纯度的二氧化硅制成的，③错误；陶瓷属于硅酸盐制品，④正确。

6．【解析】：选D。A项，在氮化硅中N元素为价，SI元素为价，则化学式为，正确；D项，在晶体中，一个硅原子与周围4个氧原子形成4个硅氧单键，错误。

7．【解析】：选D。A项，根据辉石（）、斜长石（）和橄榄石[]的元素组成可知，它们均属于硅酸盐矿，正确；B项，橄榄石[]中根据化合价的代数和等于0可得，解得，正确；C项，铁属于活泼金属，由于月球表面没有氧气，所以月球上有游离态的铁，正确；D项，斜长石的氧化物形式可表示为，错误。

8．【解析】：选C。铝、硅燃烧反应的化学方程式分别为，。固体增重质量就是参加反应的氧气的质量。设Si的质量为x g，则Al的质量为，根据化学反应，铝消耗的氧气的质量为，硅消耗的氧气的质量为，，解得，硅铝合金中硅的质量分数为。

9．【答案】①

②、

③D

10．【解析】：（1）A元素单质可作半导体材料，含A元素的某化合物是制造光导纤维的原料，可知A为硅。

（2）C为，能与反应的酸只有氢氟酸。

（3）与高温下反应生成和，碳酸的酸性强于硅酸的，故在水溶液中能发生反应NA2SIO3＋CO2＋H2O===NA2CO3＋H2SIO3↓。

（4）的多少决定了的产量，可通过关系式～列式求解。

【答案】：（1）

（2）氢氟酸

（3），

（4）50%