2020-2021学年高二化学新教材人教版必修第二册教师用书：5

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www.ks5u.com 第三节　无机非金属材料 第1课时　硅酸盐材料 ‎ 课前自主预习 ‎ 一、硅酸盐 ‎1．硅酸盐在自然界中的存在 形形色色的硅酸盐存在于地球的每一个角落，古代的陶瓷、砖瓦、现代的玻璃、水泥等，都是硅酸盐产品。‎ ‎2．硅酸钠 ‎(1)物理性质：可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有强的黏合性。‎ ‎(2)化学性质：‎ ‎①过量的CO2通入到Na2SiO3溶液中，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋2CO2＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3，反应的原因：酸性H2CO3>H2SiO3。‎ ‎②向Na2SiO3溶液中滴加CaCl2溶液，发生的反应方程式为：Na2SiO3＋CaCl2===CaSiO3↓＋2NaCl。‎ ‎(3)用途：‎ ‎①建筑业常使用的黏合剂；‎ ‎②用水玻璃浸泡过的木材和纺织品既防腐蚀，又防火，故常被称为木材防火剂；‎ ‎③还可用作肥皂填料等。‎ ‎(4)硅酸盐的表示方法：‎ 二、硅酸盐产品 ‎1．三大传统硅酸盐产品 硅酸盐产品 原料 主要设备 水泥 石灰石、黏土 水泥回转窑 玻璃 纯碱、石灰石、石英 玻璃窑 陶瓷 黏土 ‎2.分子筛 许多硅酸盐具有多孔结构，孔径不同的硅酸盐具有筛分分子的作用，常用作分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体。‎ ‎3．传统硅酸盐工业 ‎(1)玻璃：‎ ‎①生产过程：‎ ‎②主要化学反应：‎ Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑；‎ CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑。‎ ‎③主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。‎ ‎④几种常见玻璃：‎ a．石英玻璃——成分为SiO2，以纯净的石英为主要原料制成。‎ b．钢化玻璃——普通玻璃在电炉中加热软化，然后急速冷却而成，机械强度是普通玻璃的4～6倍。‎ c．有色玻璃——普通玻璃中加入一些金属氧化物，如Cu2O：红色玻璃，Co2O3：蓝色玻璃，MnO2：紫色玻璃等。‎ ‎(2)水泥：‎ ‎①生产过程：‎ ‎②变化：发生了复杂的物理化学变化。‎ ‎③主要成分：‎ 硅酸二钙：2CaO·SiO2，硅酸三钙：3CaO·SiO2，‎ 铝酸三钙：3CaO·Al2O3。‎ ‎④加入石膏的作用：调节水泥的硬化时间。‎ ‎⑤用途：建筑材料——水泥砂浆、混凝土等。‎ ‎ 课堂互动探究 ‎ ‎ 硅酸盐及其产品 ‎1．硅酸盐及其性质 硅酸及其缩水结合而成的各种酸所对应的盐统称硅酸盐。‎ 在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如右图所示。每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。‎ ‎2．几种硅酸盐产品中应注意的几点 ‎(1)水泥中加石膏的作用是调节水泥的硬化速度。‎ ‎(2)水泥砂浆是水泥、沙子和水的混合物，水泥、沙子和碎石、水混合成混凝土，与钢筋混合在一起就是钢筋混凝土。‎ ‎(3)制造玻璃的原料中，石英是过量的，所以普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2按114比例混合在一起得到的物质，因此其成分表示为Na2O·CaO·6SiO2。而石英玻璃的成分就是SiO2。‎ ‎(4)玻璃不属于晶体，没有固定的熔点，只在一定范围内软化后熔化，称为玻璃态物质。‎ ‎ 硅酸盐的表示方法 ‎1．规律 通常用氧化物的形式来表示硅酸盐的组成。‎ 硅酸盐中的硅元素以SiO2的形式表示，金属元素如Na、K、Mg、Al、Ca等，以它们常见的氧化物形式表示，氢元素以H2O的形式表示。氧化物的一般顺序：较活泼金属的氧化物·较不活泼金属的氧化物·二氧化硅·水。‎ ‎2．方法 ‎(1)找出组成元素。(2)写成氧化物的形式。(3)注意原子守恒。(4)检查有无遗漏。‎ ‎3．注意事项 ‎(1)氧化物之间以“·”隔开。‎ ‎(2)氧化物前面的计量数配置出现分数时应化为整数，且计量数只表示该氧化物的数目。‎ ‎(3)用氧化物形式表示时，各元素的化合价保持不变，各元素原子个数比符合原来的组成。‎ ‎(4)在硅酸盐氧化物的表示式中，氧化物前面的计量数只对该氧化物起作用，对其他氧化物不起作用。如：2MgO·SiO2不能认为是2(MgO·SiO2)。‎ ‎(5)这种组成只是代表物质的化学组成成分，并不是说从结构上看成是“分子式”或氧化物的“分子加合物”。‎ ‎ 典例题组训练 ‎ 题组一　　　　硅酸盐 ‎1．过量的泥沙、纯碱、石灰石熔融后生成(　B　)‎ ‎①水泥　②玻璃　③瓷器　④混凝土　⑤一种硅酸盐产品 A．①和④ B．②和⑤‎ C．③ D．②‎ 解析：本题主要考查了硅酸盐材料的制备和用途，泥沙的主要成分是SiO2和硅酸盐，SiO2、纯碱、石灰石可制玻璃，而玻璃是硅酸盐产品之一，故正确答案为B。‎ ‎2．下列对制取水泥和玻璃的共同特点的叙述中，错误的是(　A　)‎ A．生产设备相同 B．原料中均有石灰石 C．反应都在高温下进行 D．发生的都是复杂的物理变化和化学变化 解析：水泥和玻璃的原料中均含有石灰石，但生产设备不同，水泥为水泥回转窑，而玻璃为玻璃熔炉。‎ 三种常见的硅酸盐产品——玻璃、水泥、陶瓷 玻璃 水泥 陶瓷 原料 纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2)‎ 主要原料：石灰石、黏土；辅助原料：适量的石膏 黏土 设备 玻璃窑 水泥回转窑 ‎—‎ 主要 成分 硅酸钠(Na2SiO3)、‎ 硅酸钙(CaSiO3)、‎ 二氧化硅(SiO2)‎ 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)‎ 成分复杂 特点 玻璃是非晶体，称为玻璃态物质，无固定熔点，在某一温度范围内软化可加工成制品 具有水硬性，与水掺和搅拌并静置后，很容易凝固变硬 抗氧化、‎ 抗酸碱腐 蚀、耐高 温、绝缘 题组二　　　硅酸盐组成的表示方法 ‎3．普通玻璃中Na2SiO3CaSiO3SiO2＝114(物质的量之比)。若以aNa2O·bCaO·mSiO2表示此玻璃的组成，则abm＝116。‎ 解析：由于硅酸盐的组成相当复杂，通常人们用氧化物的形式来表示其组成，因此我们必须学会盐与氧化物形式间的相互改写。Na2SiO3可改写为Na2O·SiO2，CaSiO3可改写为CaO·SiO2，所以普通玻璃的组成可表示为Na2O·CaO·6SiO2。‎ ‎4．硅酸盐矿物的成分复杂，多用氧化物的形式来表示它们的组成，如Mg2SiO4的氧化物形式表示为2MgO·SiO2；‎ Al2Si2O5(OH)4(高岭石)的氧化物形式表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。有资料显示，三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2‎ O)可用于治疗胃酸过多的疾病，是因为该物质难溶于水，服用后能中和胃酸，而且作用持久。‎ ‎(1)三硅酸镁的化学式改写成氧化物的形式为 ‎2MgO·3SiO2·nH2O。‎ ‎(2)三硅酸镁中和胃酸(HCl)的化学反应方程式为 ‎2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl===2MgCl2＋3H2SiO3＋(n－1)H2O。‎ 解析：由题中列举的硅酸盐的表示形式可知，三硅酸镁的化学式改写成氧化物的形式为2MgO·3SiO2·nH2O。由2MgO·3SiO2·nH2O知，三硅酸镁跟盐酸的反应可看做是“MgO”与“HCl”的反应。‎ ‎ 核心素养 ‎ 硅酸盐(如Na2SiO3)‎ ‎(1)白色、可溶于水的粉末状固体，其水溶液俗称水玻璃，有黏性，水溶液显碱性。‎ ‎(2)与酸反应：‎ ‎①与盐酸反应的化学方程式：‎ Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。‎ ‎②与CO2反应的化学方程式：‎ Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。‎ ‎③用途：黏合剂(矿物胶)，耐火阻燃材料。‎ ‎(3)硅酸盐组成的表示 通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示硅酸盐的组成。如硅酸钠(Na2SiO3)可表示为Na2O·SiO2，石棉(CaMg3Si4O12)可表示为CaO·3MgO·4SiO2。‎ 提醒：①Na2SiO3的水溶液是一种黏合剂，是制备硅胶和木材防火剂等的原料；Na2SiO3易与空气中的CO2、H2O反应，要密封保存。‎ ‎②可溶性碳酸盐、硅酸盐的水溶液呈碱性，保存该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，应用橡胶塞。‎ ‎【例1】　美国“9·11”‎ 恐怖袭击事件给纽约带来了一场严重的环境灾难——石棉污染，易使吸入石棉纤维者患肺癌。已知石棉是硅酸盐矿物，某种石棉的化学式可表示为Ca2MgxSiyO22(OH)2，其中x、y的值分别为(　　)‎ A．5,8　　　B．8,‎3　‎　　C．3,8　　　D．8,5‎ ‎【解析】　Ca为＋2价，Mg为＋2价，Si为＋4价，O为－2价，OH为－1价，则有(＋2)×2＋(＋2)×x＋(＋4)×y＋(－2)×22＋(－1)×2＝0，化简得x＋2y＝21。将四个选项中x，y的值代入，只有A符合。根据化合价规律，物质中所有显正价的元素所带电荷总数与所有显负价的元素所带电荷总数的绝对值相等，通过此规律即可解题。‎ ‎【答案】　A ‎ ‎ ‎【例2】　(双选)北京奥运金牌“金玉合璧”上的环形玉是产自新疆的和田玉，和田玉是一种具有链状结构的含水钙镁硅酸盐。某种和田玉的化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，下列有关叙述中正确的是(　　)‎ A．将该和田玉的化学式改写成氧化物的形式表示如下：2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2O B．该和田玉能抵抗任何酸或碱的腐蚀 C．该和田玉中Fe的化合价为＋2价 D．该和田玉是由5种氧化物组成的混合物 ‎【解析】　和田玉化学成分为Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，结合元素守恒，价态不变，元素化合价代数和为0书写成氧化物的形式为2CaO·3MgO·2FeO·8SiO2·H2‎ O，A正确；依据和田玉的组成分析，其中的二氧化硅在氢氟酸中被腐蚀，B错误；依据元素化合价代数和为0计算，Ca2Mg3Fe2(Si4O11)2(OH)2，2×(＋2)＋3×(＋2)＋2x＋8×(＋4)＋22×(－2)＋2×(－1)＝0，x＝＋2，C正确；该和田玉可以写成氧化物的形式，但不是混合物，D错误。‎ ‎【答案】　AC