化學(xué)必修1第四章 非金屬及其化合物綜合與測試導(dǎo)學(xué)案

這是一份化學(xué)必修1第四章 非金屬及其化合物綜合與測試導(dǎo)學(xué)案，共6頁。學(xué)案主要包含了學(xué)習(xí)目標(biāo)，要點(diǎn)梳理，典型例題，總結(jié)升華等內(nèi)容，歡迎下載使用。
無機(jī)非金屬材料的主角——硅編稿：房鑫 　　　審稿：曹玉婷【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、掌握硅、二氧化硅的物理、化學(xué)性質(zhì)，粗硅的制法；2、認(rèn)識硅酸鹽作為無機(jī)非金屬材料的特性及其用途。 【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、二氧化硅【高清課堂：無機(jī)非金屬材料的主角——硅ID：395499#二氧化硅的性質(zhì)探究】1．二氧化碳與二氧化硅性質(zhì)比較 CO2SiO2存  在空氣硅石、石英、水晶、瑪瑙、沙子等物理性質(zhì)熔、沸點(diǎn)低，溶于水熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水類別酸性氧化物酸性氧化物化學(xué)性質(zhì)與水反應(yīng)CO2+H2O=H2CO3不反應(yīng)與NaOH反應(yīng)CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與CaO反應(yīng)CO2+CaO=CaCO3SiO2+CaO  CaSiO3與酸反應(yīng)不反應(yīng)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（二氧化硅的特性）弱氧化性C+ CO2 =2COSiO2+2CSi+2CO↑與某些鹽Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3SiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑（工業(yè)制玻璃）用 途人工降雨①水晶可用于電子工業(yè)的部件、光學(xué)儀器、工藝品②SiO2是制光導(dǎo)纖維的重要原料③較純的石英用于制造石英玻璃④石英砂用于制玻璃的原料及建筑材料  要點(diǎn)詮釋：（1）由于玻璃的成分中含有SiO2，故實(shí)驗(yàn)室盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。    （2）未進(jìn)行磨砂處理的玻璃，在常溫下是不易被強(qiáng)堿腐蝕的。    （3）因?yàn)闅浞岣g玻璃，與玻璃中的SiO2反應(yīng)，所以氫氟酸不能用玻璃瓶保存，而應(yīng)保存在塑料瓶或鉛皿中。 2．二氧化硅的用途常被用作石英表中的壓電材料，高性能的現(xiàn)代通訊材料——光導(dǎo)纖維。3．二氧化硅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在SiO2晶體中，每個Si周圍結(jié)合4個O，Si在中心，O在4個頂角；許多這樣的四面體又通過頂角的O相連接，每個O為兩個四面體所共有，即每個O與2個Si相結(jié)合。實(shí)際上，SiO2晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。由結(jié)構(gòu)可知，二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。要點(diǎn)二、硅酸（H2SiO3）    1．硅酸的性質(zhì)    硅酸是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，能形成膠體。硅酸經(jīng)干燥脫水形成硅酸干凝膠——“硅膠”。    硅酸的酸性很弱，比碳酸的酸性還弱，在與堿反應(yīng)時只能與強(qiáng)堿反應(yīng)。如：H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。    硅酸的熱穩(wěn)定性很差，受熱分解為SiO2和H2O。    2．硅酸的制取    由于SiO2不溶于水，所以硅酸是通過可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得的。    Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl，    Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3（證明酸性：H2CO3＞H2SiO3）。 要點(diǎn)三、硅酸鹽    1．硅酸鹽是由硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱。一般不溶于水，穩(wěn)定性高。它是構(gòu)成巖石和土壤的主要成分，硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通常用氧化物的形式來表示其組成。例如：硅酸鈉Na2SiO3（Na2O·SiO2），高嶺石Al2Si2O5(OH)4（Al2O3·2SiO2·2H2O）。    書寫順序?yàn)椋夯顫娊饘傺趸?/span>→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水。    注意事項(xiàng)：（1）氧化物之間以“· ”隔開；（2）計量數(shù)配置出現(xiàn)分?jǐn)?shù)應(yīng)化為整數(shù)。    例如：鉀長石KAlSi3O8不能寫成K2O·Al2O3·3SiO2，應(yīng)寫成K2O·Al2O3·6SiO2。    2．常用的硅酸鹽是硅酸鈉，其水溶液俗稱水玻璃，可用作肥皂填料、木材防火劑及黏膠劑。    3．無機(jī)非金屬材料。    （1）傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料：陶瓷、玻璃、水泥。    （2）新型無機(jī)非金屬材料：高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、壓電陶瓷、透明陶瓷、超導(dǎo)陶瓷。  要點(diǎn)四、硅的單質(zhì)    1．硅的化學(xué)性質(zhì)。    在常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑。不與O2、Cl2、H2SO4、HNO3等反應(yīng)。但可與氟氣、氫氟酸和強(qiáng)堿反應(yīng)。    （1）硅和氟氣反應(yīng)：Si+2F2==SiF4。    （2）硅和氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF==SiF4↑+2H2↑。    （3）硅和氫氧化鈉溶液反應(yīng)：Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑。    （4）硅在氧氣中加熱：Si+O2SiO2。    規(guī)律總結(jié)：硅與燒堿溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：    Si+3H2OH2SiO3+2H2↑，    H2SiO3+2NaOH==Na2SiO3+2H2O。    從分步反應(yīng)看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化劑又不是還原劑，僅為反應(yīng)物。其電子轉(zhuǎn)移情況為：        2．硅的工業(yè)制法。            3．晶體硅的用途。    用來制造半導(dǎo)體器件，制成太陽能電池、芯片和耐酸設(shè)備等。 【典型例題】類型一、 SiO2的性質(zhì)和用途例1、在一定條件下，下列物質(zhì)不能與二氧化硅反應(yīng)的是（　 ）
　　①焦炭　 ②純堿　 ③碳酸鈣　 ④氫氟酸　 ⑤濃硝酸　 ⑥燒堿溶液　 ⑦氧化鈣　 ⑧氮?dú)?/span>
　　A．③⑤⑦⑧　 B．⑤⑦⑧　 C．⑤⑧　 D．⑤
   【答案】C
   【解析】SiO2作為酸性氧化物，可與強(qiáng)堿和堿性氧化物反應(yīng)，在常溫下SiO2可與氫氟酸反應(yīng)，在加熱時SiO2可被焦炭還原，可與碳酸鈣、純堿反應(yīng)。【總結(jié)升華】二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，常溫下只與氫氟酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，在加熱條件下可體現(xiàn)二氧化硅酸性氧化物的通性。
舉一反三：【變式1】不能用磨口玻璃塞的試劑瓶貯存的一組物質(zhì)是（　 ）
　　A．溴水、氯水、碘水
　　B．氫溴酸、鹽酸、氫硫酸
　　C．濃硝酸、濃硫酸、高氯酸
　　D．NaOH溶液、KOH溶液、Na2SiO3溶液
   【答案】D

【變式2】 賞心悅目的雕花玻璃是用下列物質(zhì)中的一種對玻璃進(jìn)行刻蝕而成的。這種物質(zhì)是（　 ）
　　A．鹽酸　 B．氫氟酸　 C．燒堿　 D．純堿
　  【答案】B
【變式3】地殼中含量位于第一、二位的元素之間形成的化合物不具有的性質(zhì)是（    ）。    A．常溫下與苛性鈉反應(yīng)    B．常溫下與水反應(yīng)    C．常溫下與氫氟酸反應(yīng)    D．高溫下與氧化鈣反應(yīng)【答案】B【變式4】下列關(guān)于二氧化硅的敘述不正確的是（    ）。    A．二氧化硅晶體是由SiO2分子構(gòu)成的，它的熔點(diǎn)高、硬度大    B．不可用石英坩堝熔融燒堿    C．二氧化硅可用于制造石英鐘表的壓電材料和光導(dǎo)纖維D．二氧化硅能溶于氫氟酸中，這是由它的晶體結(jié)構(gòu)決定的   【答案】AD【解析】在SiO2晶體中只存在Si、O兩種原子，而沒有SiO2分子；石英的主要成分是SiO2，它能與燒堿反應(yīng)，故不能用石英坩堝熔融燒堿；SiO2可用于制造石英鐘表的壓電材料和光導(dǎo)纖維：二氧化硅之所以能溶于氫氟酸是因?yàn)槎叻磻?yīng)生成了SiF4氣體和H2O，這與它的晶體結(jié)構(gòu)無關(guān)。類型二、 硅酸的性質(zhì)和制備例2、寫出以SiO2為原料制備H2SiO3的化學(xué)反應(yīng)方程式________。    【答案】①SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O；②Na2SiO3+2HCl==2NaCl+H2SiO3↓（或Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓）【解析】SiO2難溶于水，不能與水發(fā)生反應(yīng)，這樣就只能先用SiO2與其他物質(zhì)作用生成硅酸鹽，再根據(jù)硅酸是弱酸，用硅酸鹽與酸作用來制備硅酸。【總結(jié)升華】一般來說，受熱易分解的酸或堿，其對應(yīng)的氧化物不能與水反應(yīng)。如H2SiO3SiO2+H2O，則SiO2不能與水反應(yīng)；Cu(OH)2 CuO+H2O，則CuO不能與水反應(yīng)。 舉一反三：【變式1】下列離子方程式不正確的是（    ）。    A．石英與燒堿溶液反應(yīng)：SiO2+2OH－==SiO32－+H2O    B．向氫氧化鈉溶液中通入過量CO2：CO2+2OH－==CO32－+H2O    C．向硅酸鈉溶液中加入鹽酸：2H++SiO32－==H2SiO3↓    D．向碳酸鈣上滴稀硝酸：CO32－+2H+==H2O+CO2↑【答案】BD 【變式2】下列變化中，不可能通過一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是（　 ）
　　A．Na2SiO3→H2SiO3　　B．SiO2→Na2SiO3
　　C．H2SiO3→SiO2　　　 D．SiO2→H2SiO3
　【答案】D

【變式3】下列過程中，生成物的化學(xué)成分相同的是（　 ）
　?。?/span>1）純堿晶體置于空氣中，會生成白色粉末狀物質(zhì)
　　（2）盛澄清石灰水的燒杯內(nèi)壁內(nèi)附著白色物質(zhì)
　?。?/span>3）生石灰久置于空氣中，會生成白色固體物質(zhì)
　?。?/span>4）Na2SiO3的水溶液置于敞口容器中，溶液中出現(xiàn)白色渾濁
　　A．（1）（4）　 B．（2）（3）　 C．（1）（2）　 D．（3）（4）
　　【答案】B
【變式4】能證明碳酸比硅酸的酸性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是（　 ）
　　A．CO2通入Na2SiO3溶液中有膠狀沉淀生成
　　B．干冰（CO2）是由分子組成的，而SiO2是由原子直接組成的
　　C．高溫下能發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
　　D．CO2溶于水生成碳酸，而SiO2卻不溶于水
　　【答案】A
　　【解析】A中反應(yīng)方程為Na2SiO3+CO2+H2O==H2SiO3↓+Na2CO3，符合強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律，可證明碳酸比硅酸酸性強(qiáng)；B中是CO2和SiO晶體結(jié)構(gòu)的對比，D中是CO2和SiO2溶解性的對比，都不能證明碳酸酸性比硅酸強(qiáng)；C中說明高溫下硅酸鹽比碳酸鹽穩(wěn)定，也不能證明碳酸比硅酸酸性強(qiáng)。
　類型三、 硅酸鹽的性質(zhì)及其表示方法例3、用氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，其中正確的是（    ）。    A．鈣沸石[Ca(Al2Si3O10)·3H2O]，表示為3SiO2·CaO·Al2O3·3H2O    B．鎂橄欖石（Mg2SiO4），表示為MgO·SiO2    C．鉀云母（K2Al6Si6H4O24），表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2    D．高嶺石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示為Al2O3·2SiO2·2H2O   【答案】D     【解析】根據(jù)硅酸鹽改寫氧化物的要求可以判斷，A中Al2O3和SiO2的排列順序有誤，正確寫法為CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O，B中化學(xué)計量數(shù)出現(xiàn)了，C正確的寫法應(yīng)為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O，D的寫法完全符合上述要求。     【總結(jié)升華】硅酸鹽表示成氧化物形式按以下順序：活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·二氧化硅·水。
舉一反三：【變式1】正長石（KAlSi3O8）風(fēng)化生成高嶺土[Al2S2O5(OH)4]時反應(yīng)的離子方程式為：2KAlSi3O8+2H2CO3+5H2O==2K++2H2CO3+4H2SiO3+Al2Si2O5(OH)4    （1）將上述復(fù)雜硅酸鹽改寫成氧化物形式：    ①KAlSi3O8____________；    ②Al2Si2O5(OH)4____________。（2）上述反應(yīng)能夠發(fā)生的原因是____________。【答案】（1）①K2O·Al2O3·6SiO2    ②Al2O3·2SiO2·2H2O （2）強(qiáng)酸制弱酸 【變式2】高嶺土是制造瓷器的主要原料，其組成可以表示為Al2Si2Ox(OH)y。其中x、y的數(shù)值分別是（　 ）
　　A．7、2　　　 B．5、4　　　 C．6、3　　　 D．3、6
　　 【答案】B
【變式3】用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示硅酸鹽的組成，不正確的是（　 ）
　　A．鈣沸石[Ca(Al2Si3O10·3H2O)]　 CaO·Al2O3·3SiO2·3H2O
　　B．鎂橄欖石[Mg2SiO4] 2MgO·SiO2
　　C．正長石[KAlSi3O8] K2O·Al2O3·3SiO2
　　D．高嶺石[Al2(Si2O5)(OH)4]　 Al2O3·2SiO2·2H2O

　　 【答案】C
 類型四、單質(zhì)硅
　例4、下列關(guān)于硅的說法不正確的是（　 ）
　　A．硅是非金屬，但它的單質(zhì)是灰黑色且有金屬光澤的固體
　　B．硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料
　　C．硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)
　　D．當(dāng)加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氯氣等非金屬反應(yīng)
    【答案】C
　  【解析】硅是一種具有金屬光澤的灰黑色固體，A正確；硅是良好的半導(dǎo)體材料，B正確；硅在常溫下可與氟氣、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，C錯誤；在加熱時，硅與氧氣、氯氣等反應(yīng)，D正確。
　　【總結(jié)升華】要注意歸納硅的特殊性質(zhì)：硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下可與氟氣、燒堿溶液發(fā)生；在加熱條件下，硅能與氧氣、氯氣等非金屬反應(yīng)。
舉一反三：【變式1】可以用來做半導(dǎo)體材料的是（　 ）
　　A．二氧化硅　 B．粗硅　 C．高純硅　 D．硅酸鹽
　　【答案】C
【變式2】硅在太陽能發(fā)電過程中具有重要作用，有關(guān)硅的說法中不正確的是（　 ）
　　A．硅的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下不與酸、堿反應(yīng)
　　B．自然界中硅貯量豐富，易于開采
　　C．高純度的硅可被用于制造計算機(jī)芯片
　　D．自然界中硅主要以二氧化硅的形式存在，SiO2是光導(dǎo)纖維的主要成分
     【答案】A 【變式3】有A、B、C、D四種含硅元素的物質(zhì)，它們能發(fā)生如下反應(yīng)：    （1）C與燒堿反應(yīng)生成A和水；    （2）A溶液與鈣鹽溶液反應(yīng)生成白色沉淀D；    （3）B在空氣中燃燒生成C；    （4）C在高溫下與碳反應(yīng)生成單質(zhì)B。    根據(jù)上述變化，寫出A、B、C、D的化學(xué)式：A________，B________，C________，D________。【答案】Na2SiO3   Si   SiO2   CaSiO3【變式4】硅單質(zhì)及其化合物應(yīng)用范圍很廣，請回答下列問題：    （1）制備硅半導(dǎo)體材料必須先得到高純硅。SiHCl3還原法是當(dāng)前制備高純硅的主要方法，生產(chǎn)過程示意圖如下：    石英砂    粗硅    SiHCl3(粗)  SiHCl3(純)  高純硅     ①寫出由純SiHCl3制備高純硅的化學(xué)方程式________。    ②整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧，SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)生成H2SiO3、HCl和另一種物質(zhì)，寫出配平的化學(xué)反應(yīng)方程式________；H2還原SiHCl3過程中若混入O2，可能引起的后果是________。    （2）下列有關(guān)硅材料的說法正確的是________（填字母）。    A．碳化硅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于生產(chǎn)耐高溫水泥    B．高純度的二氧化硅可用于制造高性能通訊材料——光導(dǎo)纖維    C．普通玻璃是由純堿、石灰石和石英砂制成的，其熔點(diǎn)很高    D．鹽酸可以與硅反應(yīng)，故采用鹽酸為拋光液拋光單晶硅      【答案】（1）①SiHCl3+H2Si+3HCl    ②SiHCl3+3H2O==H2SiO3↓+3HCl↑+H2↑    氧氣與氫氣混合，可能引起爆炸；氧氣可能會氧化SiHCl3    （2）B【解析】（1）①根據(jù)給定的反應(yīng)物和生成物寫出化學(xué)方程式，注意反應(yīng)條件和配平。    ②寫出反應(yīng)物和給出的生成物H2SiO3和HCl，用原子守恒法找出另一種生成物為H2，并配平。    （2）A項(xiàng)水泥的成分是硅酸鹽；B項(xiàng)回憶課本硅的化合物用途可知，說法正確。C項(xiàng)玻璃是混合物沒有固定熔點(diǎn)，熔點(diǎn)不高；D項(xiàng)鹽酸和硅不反應(yīng)。