PAGE6-第三單元含硅礦物與信息材料[學習目標]1.了解硅在自然界的存在形式及其化合物與人類文明發展的親密聯系。2.了解硅酸鹽產品的種類、所需原料及用途。3.駕馭二氧化硅的物理性質和化學性質，并了解二氧化硅制品在高科技信息產業中的應用，能夠運用所學學問處理實際問題。一、硅酸鹽1.概念：硅酸鹽是由eq\o(□,\s\up1(01))硅、氧和金屬元素組成的化合物的總稱。2.硅酸鹽的性質硅酸鹽是一類結構困難的固態物質，大多eq\o(□,\s\up1(02))不溶于水，化學性質很eq\o(□,\s\up1(03))穩定。3.硅酸鹽組成的表示通常用二氧化硅和金屬氧化物的組合形式表示其組成。例如：Na2SiO3：eq\o(□,\s\up1(04))Na2O·SiO2；正長石KAlSi3O8：eq\o(□,\s\up1(05))K2O·Al2O3·6SiO2。4.最常見的硅酸鹽——Na2SiO3Na2SiO3的水溶液俗稱eq\o(□,\s\up1(06))水玻璃，是建筑行業常常運用的一種eq\o(□,\s\up1(07))黏合劑，能制備硅膠和eq\o(□,\s\up1(08))木材防火劑。5.三種常見的硅酸鹽產品二、二氧化硅與信息材料1.二氧化硅的存在二氧化硅廣泛存在于自然界中，是eq\o(□,\s\up1(01))沙子、石英的主要成分。另外，二氧化硅也是構成eq\o(□,\s\up1(02))水晶的重要成分。2.二氧化硅的物理性質純凈的二氧化硅晶體無色，熔點eq\o(□,\s\up1(03))高，硬度eq\o(□,\s\up1(04))大，eq\o(□,\s\up1(05))不溶于水，也不溶于其他一般的溶劑。3.結構SiO2晶體是由Si原子和O原子按eq\o(□,\s\up1(06))1∶2的原子個數比構成的，每個Si原子結合4個O原子，每個O原子結合2個Si原子，形成以eq\o(□,\s\up1(07))Si原子為中心的eq\o(□,\s\up1(08))正四面體結構，向空間發展，形成eq\o(□,\s\up1(09))立體網狀結構。4.二氧化硅的化學性質(1)具有eq\o(□,\s\up1(10))酸性氧化物的通性。①SiO2是硅酸的酸酐，但eq\o(□,\s\up1(11))不溶于水。②常溫下SiO2與NaOH溶液反應生成鹽和水eq\o(□,\s\up1(12))SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。③高溫下SiO2與堿性氧化物(如CaO)反應生成鹽eq\o(□,\s\up1(13))SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up17(高溫))CaSiO(2)與氫氟酸(HF)反應SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(3)弱氧化性，高溫與碳單質反應eq\o(□,\s\up1(14))SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑。5.光導纖維(1)概念：是一種能利用光的全反射來傳導光線的透亮度極高的細絲，簡稱“光纖”。(2)主要成分：eq\o(□,\s\up1(15))SiO2。(3)用途：通訊、能量傳輸、信息處理等，光纖的運用節約了大量的人力、物力、財力，且提高了信號傳輸效率。1.盛堿液的試劑瓶為什么用橡膠塞而不用玻璃塞？提示：由于玻璃中的SiO2跟堿液反應生成的Na2SiO3具有黏合性，會將瓶口和玻璃塞黏為一體而不易打開。2.Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑與Na2SiO3＋H2O＋CO2=H2SiO3↓＋Na2CO3兩個反應是否相互沖突？提示：這兩個反應并不沖突，后者是在水溶液中進行的，由于碳酸的酸性比硅酸強，所以碳酸跟硅酸鈉反應生成硅酸和碳酸鈉，而前者是在高溫下進行的，由于CO2為氣體，生成后馬上離開反應體系，使反應能向右進行究竟。一、硅酸鹽的氧化物形式的改寫硅酸鹽由于組成比較困難，通常用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示其組成，改寫時的規律：1.氧化物的排列依次活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水2.氧化物之間以“·”隔開。3.氧化物前的化學計量數配置原則：各元素原子總個數比符合原來的組成。4.化學計量數配置出現分數應化為整數。例如：鈉長石NaAlSi3O8不能寫成eq\f(1,2)Na2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，應寫成Na2O·Al2O3·6SiO2。特殊提示由于硅酸鹽的組成與結構很困難，為了簡化對硅酸鹽組成的表示方法，采納了氧化物法，事實上硅酸鹽不是以簡潔氧化物形式存在的，而是以各種結構困難的鹽的形式存在的。二、硅及其化合物的特性1.Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑2.非金屬單質跟堿液作用一般無H2放出，但Si與堿液(如NaOH溶液)反應放出H2：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑3.非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si卻能與HF作用：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑4.非金屬單質一般不導電，但Si為半導體，有肯定的導電實力。5.SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能干脆將它與水反應來制取H2SiO3。6.非金屬氧化物的熔、沸點一般較低，但SiO2的卻很高。7.酸性氧化物一般不與酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O8.無機酸一般易溶于水，但H2SiO3卻難溶于水。9.因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能發生下列反應：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3但在高溫下SiO2與Na2CO3卻能發生反應：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑三、二氧化碳、二氧化硅及其含氧酸性質比較1.CO2和SiO2性質的比較[練習與實踐]1．下列說法：①硅化學性質很穩定，因此硅在自然界中以游離態形式存在；②二氧化硅和二氧化碳在物理性質上有很大的差異；③二氧化硅是一種酸性氧化物，它不與任何酸發生反應，正確的是()A．①②③B．①②C．①③D．②答案D解析雖然元素的存在形式與元素的化學性質(活潑性)有關系，但要留意特例：①硅雖然化學性質穩定，但在自然界中卻以化合態(二氧化硅和硅酸鹽)形式存在；②二氧化硅晶體與二氧化碳的物理性質(如熔、沸點)有很大的差異；③一般而言，酸性氧化物不會和酸發生反應，像SiO2，雖然不會和HNO3、H2SO4等發生反應，但它卻很簡潔和氫氟酸反應：4HF＋SiO2=SiF4↑＋2H2O，因此題述說法中只有②是正確的，故選D項。2．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Al2O3·CaO·3SiO2·3H2OB．鎂橄欖石(Mg2SiO4)，表示為MgO·eq\f(1,2)SiO2C．鉀云母(K2Al6Si6H4O24)，表示為K2O·2H2O·3Al2O3·6SiO2D．高嶺石[Al2(Si2O5)(OH)4]，表示為Al2O3·2SiO2·2H2O答案D解析依據硅酸鹽改寫氧化物的要求可以推斷，A中Al2O3和CaO的排列依次有誤，B中化學計量數出現了分數，C中正確的寫法應為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O，D的寫法完全符合上述要求。本課小結1．水玻璃是硅酸鈉的水溶液。水泥、陶瓷、玻璃為硅酸鹽產品。2．SiO2熔點高，硬度大，是一種酸性氧化物，SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up17(高溫))CaS