1、第三单元含硅矿物与信息材料学习目标核心素养建构1.能知道传统的硅酸盐产品在生产、生活中的主要应用。2.能记住硅酸钠的性质和用途。3.学会用氧化物形式来表示硅酸盐的方法和技巧。4.知道二氧化硅的物理性质和化学性质，了解二氧化硅制品在高科技信息产业中的应用。5.以自然界中存在的硅酸盐到单质硅的制备为线索，认识自然界中形形色色的硅酸盐。知 识 梳 理一、硅酸盐矿物1.硅的存在硅在地壳中的含量占第二位，硅主要以熔点很高的二氧化硅及硅酸盐为主要存在形式。因此硅是以化合态存在于自然界。2.硅酸盐的表示方法(1)化学式法组成较简单的硅酸盐一般用化学式直接表示组成。如硅酸钠Na2SiO3、硅酸钙CaSiO3等
2、。(2)氧化物法组成相对复杂的硅酸盐通常用二氧化硅和金属氧化物等氧化物的组合形式来表示硅酸盐，如硅酸钠(Na2SiO3)写成Na2OSiO2、石棉(CaMg3Si4O12)写成CaO3MgO4SiO2、长石(KAlSi3O8)写成K2OAl2O36SiO2。3.硅酸盐的性质(1)Na2SiO3是极少数可溶于水的硅酸盐的一种，其他可溶性的硅酸盐还有K2SiO3。(2)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是建筑业中常用的一种黏合剂，也是一种矿物胶；用水玻璃浸泡过的木材、纺织品既耐腐蚀又不易着火。(3)Na2SiO3溶液呈碱性，易吸收空气中的CO2，化学方程式为Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3
3、H2SiO3，因此Na2SiO3溶液要密封保存。【自主思考】1.有同学认为“硅酸盐可以写成氧化物形式，所以硅酸盐就是由氧化物组成的”，你同意这个观点吗？提示不同意；将硅酸盐改写成氧化物形式是为了便于分析硅酸盐组成，而不能简单认为硅酸盐是由氧化物组成的，硅酸盐的组成结构是很复杂的。2.保存Na2SiO3溶液的试剂瓶能否用磨口玻璃塞？提示不能，Na2SiO3有强黏性使瓶塞与瓶身黏在一起打不开。二、硅酸盐产品产品名称生产原料主要设备反应条件或主要反应陶瓷黏土高温烧结玻璃纯碱、石灰石、石英玻璃窑Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2CaCO3SiO2CaSiO3CO2水泥黏土、石灰石水泥回转窑复杂的
4、物理、化学变化【自主思考】3.玻璃是纯净物吗？提示玻璃没有固定的熔沸点是混合物。4.制造玻璃、水泥共同的原料是什么？提示石灰石三、二氧化硅与信息材料1.二氧化硅(1)存在：沙子、石英、水晶、硅藻土等都是天然存在的二氧化硅。(2)物理性质：熔、沸点高，硬度大，不溶于水。(3)化学性质：酸性氧化物的通性：与NaOH溶液反应：2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O；与碱性氧化物(CaO)反应：CaOSiO2CaSiO3。特性：与氢氟酸反应SiO24HF=SiF42H2O。(4)用途：制作光学镜片、石英坩埚，还可用于制作光导纤维。2.硅(1)物理性质：晶体硅是一种带有金属光泽的灰黑色固体，根据其结构
5、分析可知，晶体硅熔点高、硬度大、有脆性。晶体硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料。(2)化学性质：硅原子最外层有4个电子，得失电子都较难，化学性质不活泼。常温下，除与F2、HF和强碱溶液反应外，硅不与其他物质(如强酸和强氧化剂)反应。加热时，硅能与O2、Cl2、C发生化合反应。(3)硅的工业制法粗制：制备原理：SiO22CSi2CO(隔绝空气条件下进行，C过量)。氧化剂：SiO2，还原剂：C。精制：将粗硅(含杂质较多)与Cl2在高温下反应生成SiCl4。SiCl4经提纯后再用H2还原，即得高纯硅，有关反应的方程式为Si2Cl2SiCl4，SiCl42H2Si4HCl。【自主思考】
6、5.保存NaOH溶液时能使用玻璃塞吗？为什么？提示不能。2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O，Na2SiO3有强黏性，使瓶塞黏在试剂瓶上，不易打开。6.因为反应：SiO22CSi2CO，有同学认为C的还原性强于Si，你认为呢？提示“还原剂的还原性强于还原产物”，这个理论适用于溶液中的反应。反应SiO22CSi2CO能发生，是因为产物CO是气体，实际上硅单质的还原性强于碳。效 果 自 测1.判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)硅酸钠可以改写为Na2OSiO2，故硅酸钠是混合物，含有Na2O和SiO2。()(2)硅酸钠俗称水玻璃，是一种防火剂。()(3)硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质
7、。()(4)硅元素在自然界中既有化合态，又有游离态。 ()(5)SiO2是空间正四面体网状结构晶体。()(6)SiO2是酸性氧化物，与任何酸都不能发生反应。()(7)利用石英坩埚可熔融NaOH固体。()(8)向Na2SiO3溶液中通入CO2，有白色胶状沉淀产生，可证明酸性：H2CO3H2SiO3。 ()(9)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AD选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2()(3)SiO2
8、2CSi2CO()(4)SiO24HF=SiF42H2O()A.常应用于刻蚀玻璃B.氧化性C.酸性氧化物的通性D.将挥发性酸酐从其盐中置换出来答案(1)C(2)D(3)B(4)A探究一、硅酸盐的表示方法【探究讨论】钠长石：Na2Al2Si6O16可改写为氧化物的形式：Na2OAl2O36SiO2，则有的人认为钠长石是Na2O、Al2O3、SiO2组成的混合物，你认为对吗？提示不对。硅酸盐的组成结构很复杂，改写成氧化物的形式便于分析硅酸盐的组成，而不能简单地认为硅酸盐是由氧化物组成的混合物。【点拨提升】硅酸盐的表示方法硅酸盐的种类多、结构复杂，其表示的方法有两种：(1)盐化学式法：如硅酸钠Na2
9、SiO3、硅酸钙CaSiO3，此法用于表示比较简单的硅酸盐。(2)氧化物法：有些硅酸盐组成较为复杂，可以用氧化物表示其组成，金属氧化物写在前面，再写SiO2，最后写H2O；氧化物之间用“”隔开。例如：高岭土Al2Si2O5(OH)4改写成Al2O32SiO22H2O，正长石K2Al2Si6O16改写成K2OAl2O36SiO2，石棉CaMg3Si4O12改写成CaO3MgO4SiO2，镁橄榄石Mg2SiO4改写成2MgOSiO2。由于硅酸盐结构比较复杂，为了简化对硅酸盐组成的表示，采用了氧化物的形式，实际上硅酸盐不是以简单氧化物的形式存在，而是以各种结构复杂的盐的形式存在。【典题例证1】用二氧
10、化硅和金属氧化物的形式表示硅酸盐的组成，不正确的是()A.钙沸石Ca(Al2Si3O10)3H2OCaOAl2O33SiO23H2OB.镁橄榄石Mg2SiO42MgOSiO2C.正长石KAlSi3O8K2OAl2O3SiO2D.高岭石Al2(Si2O5)(OH)4Al2O32SiO22H2O解析用化学式表示的硅酸盐和用氧化物形式表示的硅酸盐，各组成元素的原子个数比应该不变。答案C【学以致用1】镁橄榄石(2MgOSiO2)中的阴离子是()A.SiO B.SiO C.SiO D.SiO解析该物质是硅酸盐，将其改写为盐的形式为Mg2SiO4，故其中的阴离子为SiO。答案C探究二、SiO2与CO2的性
11、质比较【探究讨论】1.为什么CO2和SiO2在化学性质上具有一定的相似性而物理性质差异很大？提示SiO2和CO2均属于酸性氧化物，故化学性质相似。CO2是由分子构成的，而SiO2是空间立体网状结构，故二者物理性质差异大。2.实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？提示玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH反应生成有黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘在一起，不易打开。【点拨提升】1.硅、二氧化硅性质的特性(1)硅的还原性大于碳，但碳能在高温下还原出硅：SiO22CSi2CO。(2)非金属单质与碱液作用一般无氢气放出，但硅能与氢氧化钠等强碱溶液反应放出氢气：Si2NaOHH
12、2O=Na2SiO32H2。(3)非金属单质一般不与酸作用，但硅能与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2。(4)二氧化硅是硅酸的酸酐，但与水不能直接反应生成硅酸，二氧化硅却能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O。2.二氧化碳和二氧化硅的比较物质二氧化硅二氧化碳结构空间立体网状结构，不存在单个分子存在单个CO2分子主要物理性质硬度大，熔、沸点高，常温下为固体，不溶于水熔、沸点低，常温下为气体，可溶于水化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O不反应与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO2
13、少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Na2SiO3反应：Na2SiO3H2OCO2(不足)=H2SiO3Na2CO3或Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3用途光导纤维、光学仪器、电子部件制饮料、制碳酸盐【典题例证2】下列说法中，不正确的是()A.SiO2和CO2都是酸性氧化物，均可与NaOH溶液反应B.水晶项链、石英钟都是硅酸盐制品C.SiO
14、2和CO2在一定条件下，均可与CaO发生反应D.SiO2不溶于水，而CO2可与水反应，生成H2CO3解析水晶项链、石英钟的主要成分都是SiO2，不是硅酸盐制品。答案B【学以致用2】判断下列说法的正误，并加以解释。在括号中填正确或错误，横线上填解释。(1)二氧化硅溶于水显酸性。()。 (2)二氧化碳通入水玻璃可得到硅酸。()。 (3)因为二氧化硅属于酸性氧化物，所以它不溶于任何酸。()。 。解析(1)二氧化硅不溶于水，也不与水反应； (2)碳酸的酸性比硅酸酸性强，所以二氧化碳通入水玻璃可得到硅酸；(3)二氧化硅能溶于氢氟酸。答案(1)错误二氧化硅不溶于水，也不与水反应(2)正确碳酸的酸性比硅酸酸
15、性强(3)错误二氧化硅能溶于氢氟酸1.生产下列物质不需要黏土作原料的是()A.水泥 B.玻璃 C.陶瓷 D.砖瓦答案B2.下列关于硅和硅的化合物的叙述，不正确的是()二氧化硅的晶体结构与金刚石相似，都是立体网状结构硅是地壳中含量最多的非金属元素晶体硅是良好的半导体材料二氧化硅是制造光导纤维的重要原料SiO2分子是由两个氧原子和一个硅原子组成的SiO2是酸性氧化物，它可溶于水生成硅酸A. B. C. D.解析地壳中含量最多的非金属元素为氧；SiO2只是晶体二氧化硅的表示式，表示晶体中硅原子与氧原子个数比为12；SiO2不溶于水。答案D3.下列关于水玻璃的性质和用途的叙述不正确的是()A.水玻璃是
16、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，具有防腐蚀性能且不易燃烧D.水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质解析Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。水玻璃在空气中发生反应Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。答案D4.被誉为“光纤之父”的华人科学家高锟曾荣获诺贝尔化学奖。下列叙述正确的是()A.CO2与SiO2物理性质相似B.SiO2与CO2都属于酸性氧化物，都不能与酸反应C.SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应D.水晶的主要成分是SiC解析A项，CO2、SiO2物理性质差别较大
17、；B项，SiO2为酸性氧化物，能与HF反应，但CO2不与酸反应；C项，SiO2能与NaOH溶液反应，SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；D项，水晶是纯净的SiO2，SiC俗称金刚砂。答案C5.石棉是一种具有压伸强度大、柔韧性强、耐热、耐火焰、耐酸和碱腐蚀，而且价格低廉的硅酸盐。石棉有毒，能使人患肺癌。(1)有一种石棉矿叫做青石棉，其化学式为Na2Fe5Si8H2O24，写成氧化物形式的化学式为 。(2)生产玻璃的原料之一是正长石KAlSi3Ox，x是 ，以氧化物形式表示为 。解析改写时按“活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水”的排列顺序书写，变价元素按“先低价后高价”的规律书写。(1)Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O；(2)K2OAl2O36SiO2。答案(1)Na2O3FeOFe2O38SiO2H2O (2)8K2OAl2O36SiO2