高中化學《矽和矽酸鹽工業》教案及課後測試題
高中化學《矽和矽酸鹽工業》教案及課後測試題
學法指導
1.要注意知識的縱向和橫向對比。
縱向,即碳族元素的單質及化合物性質的遞變規律的研究。如CH4和SiH4的穩定性強弱的比較,H2C03和 H2Si03,的酸性強弱的比較等。
橫向,即碳族元素跟同週期的氮族元素、氧族元素和鹵素元素的對比。如Si、P、S、Cl的非金屬強弱的比較,氫化物的穩定性、最高價氧化物對應水化物酸性強弱的比較等。
2.要注意知識的歸納總結。如歸納矽及其化合物之間的轉化關係,水泥、玻璃、陶瓷的生產過程等。在歸納時要注意各物質的特殊性,如CO的毒性和還原性,SiO2的特性(與Na2CO3、HF反應)等。
3.要重視所學知識與社會、生產、科技的聯絡。如半導體材料與計算機技術的聯絡,光導纖維與通訊的聯絡等
考點說明
碳、矽等元素知識也是非金屬元素的命題熱點之一,該類試題常以元素及其化合物知識為載體與化學基本概念、基本理論、化學實驗及化學計算密切結合。考查的內容主要有:
1.C、CO的還原性;
2.CO、C02的檢驗與鑑別;
3.C02、CO等氣體的製取和收集;
4.C02與Na0H、S02與C等反應產物的確定及計算;
5.幾種新型無機非金屬材料的效能和重要用途;
6.環境保護,消除碳氧化物汙染的綜合應用。
CO2作為化學與生物學相互聯絡的重要物質(CO2是植物光合作用的反應物,是動物新陳代謝的產物),在今後的綜合測試中應引起重視。
7.金剛石、石墨、晶體矽、二氧化矽的結構和性質
第一講 碳、矽及其化合物
第一節 碳族元素
碳族元素位於元素週期表的ⅣA族,包括C、S、Ge、 Sn、Pb,最外層電子數均為4個,易形成共價化合物。
1.碳族元素性質的遞變規律
元素
性質
碳(C)
矽(Si)
鍺(Ge)
錫(Sn)
鉛(Pb)
主要化合價
+2、+4
+4(只有+4)
+2、+4
+2、+4
+2、+4
單質色、態
無色或黑色固體
灰黑色固體
灰白色固體
銀白色固體
藍白色固體
氫化物RH4的穩定性
主要氧化物
CO、CO2
SiO2
GeO、GeO2
SnO、SnO2
Pb、PbO2
最高價氧化物的水化物
化學式
H2CO3
H2SiO3 H4SiO4
Ge(OH)4
Sn(OH)4
Pb(OH)4
酸鹼性
酸性遞減
鹼性遞增(多數有兩性)
金屬性、非金屬性
非金屬性遞減、金屬性遞增
2.碳的化學性質
碳在常溫下性質比較穩定,很難被氧化,但在點燃或加熱的條件下也能跟其它物質發生化學反應。
①還原性:_________________________________________
②可燃性: __________________________________________
③氧化性:__________________________________________
3.一氧化碳和二氧化碳的比較
(1)一氧化碳
物理性質
五色無味氣體,劇毒(結合血紅蛋白),難溶於水
化學性質
①可燃性
②還原性(與Fe304、CuO、H20的反應)
③不成鹽氧化物
實驗室製法
收集方法:排水法
檢驗方法:點燃後在火焰上方罩上乾燥的燒杯,無水霧出現,罩沾有澄清的石灰水的燒杯,出現渾濁
工業製法主要用途:燃料、還原劑、化工原料
(2)二氧化碳
二氧化碳物理性質:無色略帶酸味氣體,無毒,能溶於水(1:1)固體時俗稱乾冰
化學性質
①不能燃燒,一般情況下不助燃;
②氧化性(與C、Mg的反應)
③酸性氧化物(與鹼及鹼性氧化物的反應)
④與鹽[Ca(Cl0)2、Na2Si03、NaAl02、 C6H5ONa]
收集方法:向上排空氣法
體驗:使澄清的石灰水變渾濁煅燒石灰石:CaC03=CaO+C02↑
用途:滅火劑、致冷劑、人工降雨、制純鹼、尿素等作用
4.矽及化合物
(1)矽
①晶體結構:與金剛石的晶體結構類似,是正四面體型空間網狀結構的原子晶體。
②物理性質:硬度大、熔點高,具有金屬光澤,是一種半導體,只能以化合態存在於自然界。
③化學性質:不活潑。注意下列化學反應的條件,前三者常溫反應,後四者需加熱。
第三個化學反應方程式說明NaOH等鹼性溶液不使用玻璃塞的試劑瓶。
第四個化學方程式說明氫氟酸能用玻璃試劑瓶,而應用塑膠瓶。
(3)矽酸
①製法:用可溶性矽酸鹽與酸反應制取:
(思考,上述反應說明矽酸的酸性比碳酸的酸性強這是為什麼?)
②化學性質
常溫可與F2 、HF 、NaOH 反應,加熱條件下可與O2、H2 HNO3 Cl2 等物質反應
(2)二氧化矽
結構
化學性質:酸性氧化物(與鹼性氧化物反應、鹼反應),特殊反應(HF ),與碳反應
(3)矽酸
製法
化學性質
課堂之外
矽的製取 : 在半導體及積體電路的發展史上,矽是極其重要的角色,因此研究計算機的地方稱為矽谷,積體電路需要超純度的矽,它是怎樣產生的呢?
Si02+2C鏢i+2C0↑
主要副反應為:Si02+3C鏢iC+2C0↑
因此生產的粗矽所含的雜質有C、Si02、SiC等,它們都是高熔沸點物質。為了提純矽採用下列方法:
SiCl4的沸點很低,可以採用蒸餾的方法反覆提純,直所需的純度。
2.鉛的化合物與鉛汙染
鉛的應用很廣,如鉛蓄電池、汽油抗爆震的新增劑四乙基鉛[Pb(C2H5)]等,古代也有人用鉛製成器皿,但鉛是有毒的,古羅馬帝國時興用鉛皿煮酒以消除酸味:
Pb+ 2CH3COOH=(CH3COO)2Pb+H2↑
(醋酸) 鉛糖
但由於鉛糖是有毒的,不少的'人因此而中毒。現代鉛汙染主要來源於汽車的尾氣,環保部門已在很多城市禁止使用含鉛汽油。
考題解析
例下列關於矽的說法不正確的是 ( )
A.矽是非金屬元素,但它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體
D.矽的導電效能介於金屬和絕緣體之間,是良好的半導體材料
C矽的化學性質不活潑,常溫下不與任何物質起反應
D.當加熱到一定溫度時,矽能與氧氣、氫氣等非金屬反應
[解析] 常溫下,矽可與氟氣、氫氟酸、強鹼溶液反應,加熱和高溫條件下,矽能與氧氣、氫氣起反應。選C。
[答案] C
例 下列關於碳族元素的說法中,錯誤的是( )
A.它們從上到下的非金屬性向金屬性遞變的趨勢比鹵族元素明顯
B.碳族元素的氣態氫化物的穩定性從上到下逐漸減弱
C碳族元素原子的最外層都有4個電子
D.主要化合價有+2價和+4價,大多數+2價化合物穩定
[解析] 由碳族元素主要化合價及有關物質性質遞變規律,
A、B、C說法正確,D不正確。因為C、Si、Ge、 Sn的+4價化合物都是穩定的,而只有鉛的+2價化合物是穩定的。
[答案] D