高一化学第七章 硅和硅酸盐工业

第七章硅和硅酸盐工业
本章目标
1．掌握碳族元素的原子结构特点和性质递变规律。

2．认识硅及其重要化合物的性质和用途，初步了解硅和二氧化硅的结构以及与性质的关系。

3．了解水泥、玻璃的主要成分和简单生产原理。

4．了解一些新型无机非金属材料。

本章重点
碳族元素性质变化规律，硅和二氧化硅的性质。

课时分配
§7-1 碳族元素
教学目标
1．掌握和解释碳族元素的性质及其递变规律。

2．进一步了解运用元素周期律知识学习同族元素性质及其递变规律的方法，并运用这些知识学习碳族元素及其化合物的知识。

3．培养学生的思考、判断能力。

教学重难点
用原子结构理论解释碳族元素的性质及其递变规律。

硅和二氧化硅的结构和性质。

教学过程
[复习]
结构上：1.同周期元素共同点是_____________；递变性是________________。

2.同主族元素共同点是_____________；递变性是________________。

性质上：同周期元素递变性是：从左到右___________________________________。

同主族元素递变性是：从上到下___________________________________。

[新课]
一、碳族元素
（一）碳族元素的原子结构特点
1．位于周期表_____族，包括______________________________。

2．最外层均有____个电子。

3．主要价态：_____________。

______________的+4价化合物是稳定的，而___的+2价化合物是稳定的。

4．碳、硅主要成键形式_________。

（为什么？）
（二）碳族元素性质的递变
(三) 碳的同素异形体
碳有多种同素异形体，重要的有_______、_______及_______等，其中____中存在分子间作用力。

它们的熔点从高到低是：__________________________________。

[阅读]课本P148
二、硅
1．物理性质
a.硅的存在和形态：________________________________________________。

b.融沸点：_________；硬度________。

c.导电性：_________________。

（在碳族元素中，硅和锗是重要的半导体材料。

）
硅晶体和结构和金刚石晶体结构相似，都是有_______键的单质。

[比较] 金刚石和晶体硅
[思考] ⑴为什么硅晶体和金刚石的硬度都较大，熔沸点都较高？
⑵为什么硅晶体在硬度、熔沸点方面都不如金刚石？
2．化学性质（和碳相似）——形成共价化合物，化学性质不活泼。

⑴常温下，能与氟气、氟化氢和烧碱等物质反应。

Si + F2——Si + HF——
Si + NaOH——
⑵加热条件下，能跟一些非金属起反应。

Si + O2——比较C + O2——
Si + H2—— C + H2——
3．工业制法：
SiO2 + C——
4．用途：
⑴制合金⑵作半导体材料
三、二氧化硅(SiO2)
1．物理性质：___________________________________________________。

天然的二氧化硅晶体——石英、水晶、硅石。

无定形——硅藻土
[比较]CO、SiO的结构和物理性质
[思考]为什么CO2分子中C=O键的键能比SiO2晶体中Si—O键的键能高，但SiO2的熔沸点反而比CO2的熔沸点高出很多？
2．化学性质
SiO2的化学性质十分稳定（由它的Si—O键的键能很大决定的），和CO2一样，均为酸性氧化物。

⑴具有酸性氧化物的通性
a. SiO2+H2O不反应（SiO2不溶于水）比较：CO2 + H2O——
b. SiO2 + CaO——CO2 + CaO——
c. SiO2 + NaOH——CO2 + NaOH——
[思考] 盛放碱液的试剂瓶瓶塞应使用橡皮塞还是用玻璃塞？为什么？
d. SiO2 + CaCO3——CaCO3 + CO2——
SiO2 + Na2CO3——Na2CO3 + CO2——
⑵特性——与HF的反应
SiO2 + HF——
[回忆]制HF所用的实验仪器和盛放氢氟酸的装置。

[思考] 设计实验证明石灰石中混有石英。

3．用途
[阅读]课本P150
[巩固练习]
1．关于金刚石、石墨、C60的说法正确的是（）
A.它们互为同位素
B.都是碳的同素异形体
C.都有相同的结构
D.金刚石和石墨的相互转化是物理变化
2．有关碳、硅两种元素的说法中，不正确的是（）
A.碳、硅的氢化物都很稳定，都易溶于水
B.它们的单质都能和氢氧化钠溶液反应
C.碳、硅与其它元素化合时容易生成共价化合物
D.它们的单质在空气中加热时都可以燃烧
3．在反应SiO2+3C==SiC+2CO中，氧化剂和还原剂的质量比是（）
A. 7：3
B. 1：2
C. 5：2
D. 2：1
4．7g碳粉与14g氧气在一定条件下完全反应生成21g氧化物，则生成物中CO与CO2的物质的量之比为（）
A. 1：1
B. 2：1
C. 2：3
D. 3：2
[作业]
§7-2 硅酸盐工业简述
教学目标
使学生初步了解水泥、玻璃、陶瓷的主要成分和生产水泥、玻璃、陶瓷的简单原理。

教学重点
水泥、玻璃的主要成分和制造普通玻璃和化学反应原理。

教学过程
复习
1．硅和二氧化硅分别有哪些物性和化性？
2．为什么盛放碱液的试剂瓶常用橡皮塞？
3．粘土的成分是什么？
新课
硅酸盐工业定义P10
一、水泥
1．普通水泥的主要原料：________________________________________。

2．生产过程：先磨后烧再磨
3．加入适量石膏的目的是什么？
4．设备：__________________________。

5．反应原理：复杂的物理、化学变化
6．水泥的主要成分：
硅酸三钙__________________
普通硅酸盐水泥硅酸二钙__________________
铝酸三钙__________________
7．水泥性质：水硬性（水泥硬化——化学变化）
普通硅酸盐水泥
8．水泥种类矿渣硅酸盐水泥
沸石岩水泥
水水泥
水泥沙浆水泥混凝土砂子硬化后
沙子碎石
水
铁
钢筋混凝土——热膨胀系数几乎一样
水泥
二、玻璃
1．普通玻璃的主要原料：_________________________________________。

2．生产过程：
3．设备：_________________________________________。

4．反应原理：复杂的物理、化学变化
主要反应：________________________________________
________________________________________
说明：①此反应发生的条件：高温下方可进行。

②不能理解为溶液中复分解反应的一般规律（即不能由此指出H2SiO3酸性比H2CO3强）。

这是因为高熔点的酸酐在高温下可与碳酸盐作用替换了挥发性的碳酐的缘故，它是SiO2独特的化学性质。

5．普通玻璃的主要成分：______________________________________。

6．什么是玻璃态物质？P12
7．玻璃的种类
⑴普通玻璃
⑵硼酸盐玻璃（加硼砂Na2B4O7·10H2O）——制化学仪器
⑶铅玻璃（加PbO）——制光学仪器
8．有色玻璃的形成
加Co2O3——呈蓝色加Cu2O——呈红色加FeO——呈绿色
9．钢化玻璃：成分与普通玻璃一样
石英玻璃：成分与普通下班不一样。

它的主要成分是石英（SiO2）。

10．阅读教材p153 几种玻璃的特性和用途
三、陶瓷
1．生产陶瓷的主要原料：______________。

2．手工制造陶瓷器的大致步骤是：______→______→_____→_______→_______→______ 3．陶瓷的分类：__________________________________________________。

4．釉的作用：_______________________________。

5．陶瓷的性质：_____________________________。

6．陶瓷和搪瓷的区别：
作业
课本P156 习题一、二
参考练习
1．写出下列反应的离子方程式
⑴NaOH溶液中加入少量NaHCO3溶液
⑵盐酸和硅酸钠溶液反应
⑶碳酸氢铵溶液和氢氧化钠溶液反应
2．制造普通硅酸盐水泥时所用粘土的主要成分是高岭石[Al2(Si2O5)(OH)4]，已知它在高温下（900℃左右）可分解为各种氧化物，而所生成的氧化物在更高温度下（1100℃左右）可与CaO
发生反应。

试根据生产水泥的原料和水泥和主要成分写出生产普通硅酸盐水泥的主要反应方程式。

§7-3 新型无机非金属材料
教学目标
⒈合学生对新型无机非金属材料有一个大致的印象。

⒉使学生认识到社会化学与社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。

用科学的奇妙和威力激发学生学习化学的兴趣，培养学生热爱科学的美好情感。

⒊通过介绍我国材料科学发展的成就，对学生进行爱国主义教育。

⒋通过社会及科学技术发展对新型材料的要求，培养学生的社会责任感。

教学重点 新型无机非金属材料的特点和用途。

教学过程
⒈玻璃刀为什么能切割玻璃？它的刀头是什么材料制作的？ ［提示］因为天然金刚石很少，一般用人造金刚石。

⒉手表上的“19钻”字样是什么意思？
［提示］指红宝石轴承数目，一般用人造红宝石。

⒊ 煤气炉中电子打火用的是什么材料？ ⒋现在的长途电话信号是通过什么材料传输的？
［讲述］玻璃刀上的人造金刚石、作为手表轴承的人造红宝石、煤气炉中用于打火的压电陶瓷、传输电话信号的光导纤维都是新型无机非金属材料。

而我们前面所学的水泥、玻璃、陶瓷等都属于传统非金属材料。

按化学组成，材料可进行如下分类。

传统无机非金属材料(硅酸盐材料) 新型无机非金属材料 材料 金属材料
高分子材料——塑料、合成橡胶、合成纤维 ［讲述］这一节课我们学习新型无机非金属材料。

第三节 新型无机非金属材料
高压钠灯的外罩是玻璃。

里面的灯管是氧化铝陶瓷，又叫人造刚玉，是一种高温结构陶瓷。

高温结构陶瓷是新型无机非金属材料中的一类。

为什么高压钠灯的灯管要用氧化铝陶瓷来制造呢？
［提示］⒈灯内温度高达1400℃。

⒉钠蒸气具有强烈的腐蚀作用。

钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御钠蒸气强烈腐蚀的特殊材料，直到1965年才制出第一支高压钠灯。

由此说明材料对科技发展的巨大影响。

氧化铝陶瓷的主要性能和用途如下。

［讨论］ 普通柴油机是由什么材料制造的？为什么普通柴油机都有一个水箱？有了水箱
会产生什么不良后果？要克服这些缺点，理想的材料应具有什么性能？
［讲述］氮化硅陶瓷也是一种高温结构陶瓷，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、不易传热等优点。

用它做的柴油机，不需用水冷却，热效率高。

目前，世界上只有我国等少数国家能够制造这种柴油机(参看教材图7-12)。

一些氮化硅陶瓷制品，请看教材彩图。

除此之外，还有碳化硅陶瓷等。

同学们看到由光导纤维传输的光、图象以及美妙的音乐信号。

现在光导纤维主要用于远距离通信，它是另一类新型无机非金属材料。

光纤通信的优点。

[讲述］光纤通信发展很快，全世界总量超过1亿公里。

我国在这方面起步并不算晚，1995年一年铺设了130万公里，全国已形成了八横八纵的干线网。

拉萨和大多数县城已经铺设了光缆。

中日、中美海低光缆已经开通。

1992年在美国曾提出一项关于通信方面的计划，是“信息高速公路”计划，而光纤、光缆是信息高速公路的基石。

另外，光纤还用于医学等许多方面，如肠镜、胃镜。

甚至可以利用内窥镜观察到心脏内部的情况。

新型无机非金属材料的种类很多，希望同学们能积极阅读有关资料，如教材中的“人造宝石”。

［自学］阅读课文，回答下列问题：
⒈传统的硅酸盐材料有何优缺点？⒉新型无机非金属材料有哪几方面的特性。

［总结］
承受高温
强度高
新型无机非金属材料电学特性
光学特性
生物功能
［讨论］新型无机非金属材料在课本图7-11中所涉及的各个领域内有什么应用，分别利用了它们的什么特性？
［作业］有兴趣的同学课后收集有关新型无机非金属材料的实物或文字资料，写一篇科普小论文。

［讲述］材料是人类生活必不可少的物质基础。

材料的发展史就是一部人类文明史。

没
有感光材料，我们无法留下青春的回忆；没有特殊的荧光材料，就没有彩色电视；没有高纯的单晶硅，就没有今天的奔腾586；没有特殊的新型材料，风云二号气象卫星就无法上天。

可见，科技的发展和社会的进步往往受到材料的制约。

反过来，一种新材料的发现可能会给社会带来革命性的变化。

新材料不断涌现，如1985年发现了C60。

旧材料的功能也在拓展，如石英早就存在，石英钟的普及却是近年的事，光导纤维使玻璃“老爷爷”也焕发了青春。

［讨论］谈谈你所知道的未来材料的发展趋势或者你对材料的设想。

［讲述］展望21世纪，材料科学的前景是美好的：
⒈光电转换材料不，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化；
⒉集多功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步的改善(如“白色污染”将被消除)；
⒊高温超导材料将进入实用阶段；
⒋智能材料和机敏材料将得到广泛应用；
⒌纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通……
社会需要材料，材料离不开化学。

同学们一定要学好化学，将来开发和应用更多更好的新材料，为祖国的社会主义建设服务。