1、高中化学人教课标版必修1非金属及其化合物教学设计高中化学人教课标版必修1非金属及其化合物教学设计一、考纲要求考纲定标热点定位1.了解碳、硅单质及其化合物的主要性质及应用。2了解碳、硅及其化合物对环境质量的影响。3了解常见无机非金属材料的性质和用途。1.硅的特性及制备实验流程。2硅的单质及化合物的相互转化。3以新材料背景考查硅及其化合物的性质及用途。二、教材分析硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章“金属及其化合物”内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，通过本节的学习为元素族概念的形成、元素性质的递变规律、元素周期律的形成积累感性材料。从硅及其化合物在国民经济
2、中的地位来看，硅及其化合物在材料科学和信息技术等领域有广泛的用途，在半导体、计算机、建筑、通信及宇宙航行、卫星等方面大显身手，而且它们的应用前景十分广阔；从物质存在和组成多样性的角度来看，硅是无机非金属的主角，是地壳的基本骨干元素。自然界中的岩石、土壤、沙子主要以二氧化硅或硅酸盐的形式存在，地壳的95%是硅酸盐矿。所以，介绍硅及其化合物，体现了硅元素存在的普遍性和广泛性；从认知规律来看，硅元素的主要化合价只有+4价，硅单质比较稳定，硅的化合物知识也比较简单。因此，学生的学习负担比较轻，有利于学习积极性的保护和培养。通过本节的学习，有利于激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。有关硅及其化合
3、物的制备，是前几年高考实验题的常规出题点。随着当今社会对能源需求的不断增多，与新能源有关的多晶硅会再次成为今后命题的热点。制备硅过程中，往往涉及氯气的制备、气体的净化及物质的分离提纯等操作，有时还会用化学平衡理论解释实验过程中遇到的具体问题，在考查元素化合物的同时，渗透化学基本理论的考查。三、学情分析学生对碳族元素中的碳和二氧化碳的性质和实验比较熟悉，但对硅的知识比较生疏。在复习时可以利用类比的方法进行学习。对于硅、二氧化硅和硅酸盐方面的知识，学生在日常生活中接触到很多硅酸盐，对其有一定的感性认知，有利于学生掌握知识。在学习过程中应该强调本节的学习方法和主要内容。四、教学过程第一课时碳、硅单质
4、的性质及用途基础全扫描1单质的存在形态、物理性质和用途碳硅存在形态游离态和化合态化合态物理性质金刚石：熔点高、硬度大石墨：硬度小、电的良导体灰黑色固体，有金属光泽、熔点高、硬度大，有脆性用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯半导体材料、太阳能电池和合金材料2碳和硅的化学性质(1)碳单质的化学性质还原性：2 4COCO2与O2反应：O2不足：2CO22CO；O2充足：CO2CO2。与其他物质反应：a与CuO反应：2CuOC2CuCO2(可用于某些金属的冶炼)；b与CO2反应：CO2C2CO；c与水蒸气反应：CH2O(g) COH2(制水煤气)；d与浓硫酸反应：C2H2SO4(浓) CO22
5、SO22H2O。(2)硅的化学性质还原性：与氢氟酸反应：Si4HF=SiF42H2；与NaOH溶液反应：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2；与O2反应：SiO2 SiO2。认知无盲区(1)碳单质的化学性质主要表现为还原性，能被氧化剂氧化为2价或4价的化合物。(2)工业上制备硅的反应：粗硅的制备：SiO22CSi2CO由粗硅制纯硅：Si(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl(3)用石英砂和焦炭制备粗硅的反应必须要隔绝空气在电炉中进行，得到的氧化产物是CO而不是CO2。练习点点清1将碳、硅单质的物理性质和用途用短线连接起来。答案：c，a，e，b，d2.已知A是灰黑色1的
6、、有金属光泽的固体单质。根据如图所示的物质之间的转化关系，回答下列有关问题。(1)写出B、C两物质的名称：B_，C_。(2)写出DB的化学方程式：_。(3)写出BC的离子方程式：_。解析：据A是灰黑色的、有金属光泽的固体单质，知A是硅，则B是硅酸钠，C是硅酸，D是二氧化硅。答案：(1)硅酸钠硅酸(2)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(3)SiOH2OCO2=COH2SiO3第二课时碳、硅的氧化物基础全扫描1CO的性质(1)物理性质：无色气体，有毒，不溶于水。(2)化学性质：燃烧：2COO22CO2。还原CuO：COCuOCuCO2。2CO2与SiO2的比较(1)物理性质：熔、沸点：Si
7、O2的熔、沸点比CO2的熔、沸点高。溶解性：CO2可溶于水，SiO2不溶于水。(2)化学性质：物质二氧化硅二氧化碳化学性质与水反应不反应CO2H2O H2CO3与酸反应只与氢氟酸反应：SiO24HF= SiF42H2O不反应与碱(NaOH) 液反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O(盛碱液的试剂瓶用橡胶塞)CO22NaOH=Na2CO3H2O或CO2NaOH=NaHCO3与盐反应如与Na2CO3反应：SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2如与Ca(ClO)2反应：Ca(ClO)2CO2H2O=CaCO32HClO与碱性氧化物反应如与CaO反应：SiO2CaOCaSiO3如与Na2O反应
8、：CO2Na2O=Na2CO3(3)主要用途：CO2：制饮料、碳酸盐、干冰用作致冷剂。SiO2：光导纤维、制光学仪器、电子部件、水晶可制作饰品。认知无盲区(1)SiO2和CO2都是酸性氧化物，与碱反应生成盐和水。(2)SiO2不能与盐酸、硝酸、硫酸等酸反应，但能与氢氟酸反应。(3)SiO2不溶于水，故不能用SiO2与水反应制备硅酸。(4)不能依据反应2CSiO2Si2CO来说明C的还原性比Si强，也不能依据反应SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2来说明SiO2水化物(即H2SiO3)的酸性比H2CO3强。练习点点清3指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE选项中选择正确答案填入
9、括号内。SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()SiO22CSi2CO()SiO23CSiC2CO()SiO24HF=SiF42H2O()A作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀B强氧化性C酸性氧化物的通性D将挥发性的酸酐从其盐中置换出来E未参加氧化还原反应解析：将所给选项结合实际一一对应查找，A用来雕刻玻璃，应有氢氟酸(HF)参与反应，B中氧化性是指反应中SiO2中Si得电子，化合价降低，D中挥发性的酸酐，应为CO2而不是CO，表现酸性氧化物通性是SiO2与碱的反应。答案：CDBEA4玻璃的主要成分是SiO2，以下物质必须贮存在带有橡胶塞的玻璃试剂
10、瓶中的是_。KOH溶液饱和Na2CO3溶液(碱性溶液)盐酸水玻璃(Na2SiO3的水溶液)NaOH溶液氢氟酸澄清石灰水硝酸解析：SiO2是酸性氧化物，能与碱反应，若用玻璃塞的试剂瓶盛碱性溶液，SiO2与碱反应，生成的硅酸盐能粘住瓶塞而不易打开。SiO2与硝酸和盐酸不反应，但氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛装。答案：第三课时硅酸、硅酸盐基础全扫描1硅酸(1)溶解性：溶解度很小。(2)化学性质弱酸性：酸性比碳酸还弱：Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。(3)制备：可用硅酸钠与盐酸反应制得：Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。(4)用途：硅胶可用作干燥剂的载体和袋装
11、食品、瓶装药品等的干燥剂。2硅酸盐(1)硅酸盐：是由Si、O和金属元素组成的化合物的总称，是构成地壳岩石的重要成分。(2)硅酸钠：硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。(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Na2OSiO2，长石(KAlSi3O8)可表示为K2OAl2O36SiO2。3传统无机非金属材料水泥玻璃陶瓷生产原料石灰石、黏土纯碱、石英、石灰石黏土主要设备水泥回转窑玻璃熔炉陶瓷窑生产条件高温认知无盲区(1)用氧化物的形式表示硅酸盐，只是物质组成的表示形式不同，其成分、性质是不变的。(2)氧化物
12、形式只表示硅酸盐的组成而不表示其结构，切不可认为硅酸盐是由氧化物混合而成的。(3)硅酸盐用氧化物形式表示时，应注意各元素的化合价不变，各元素的原子个数比不变。(4)氢氟酸能腐蚀玻璃可用于雕刻玻璃，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。(5)未进行磨砂处理的玻璃，在常温下是不易被强碱腐蚀的。(6)特殊的含硅材料是金刚砂(SiC)、硅橡胶及变压器的铁芯(含Si 4%的硅钢)。练习点点清5在水玻璃中通入少量的CO2气体，充分反应后加热蒸干，再高温充分灼烧，冷却后所得的固体物质为()ANa2SiO3 BNa2SiO3与Na2CO3CSiO2与Na2CO3 DSiO2、Na2SiO3及Na2CO3解析：选A通
13、入少量CO2气体时，发生的反应为Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3，加热后H2SiO3分解为SiO2和H2O，再高温灼烧，SiO2与Na2CO3反应生成Na2SiO3和CO2。1牢记2种物质的用途：晶体硅：半导体材料、制芯片、太阳能电池。二氧化硅：制光导纤维。2熟记5个化学方程式：Si4HF=SiF42H2Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2SiO24HF=SiF42H2O SiO22NaOH=Na2SiO3H2ONa2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO31盛放NaOH溶液的试剂瓶为什么不用玻璃塞而使用橡胶塞？答案：原因是NaOH溶液能与磨砂玻璃瓶塞中的SiO
14、2反应生成黏性很强的硅酸钠而使瓶子和瓶塞黏在一起，不易打开。2SiO2与水不反应，如何由SiO2制备硅酸？答案：由SiO2制备硅酸的过程为：SiO2Na2SiO3溶液H2SiO33实验室里熔融NaOH固体时，能否选用瓷坩埚？为什么？答案：不能，因为陶瓷中含有SiO2，会与NaOH反应生成溶于水的Na2SiO3。4Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，水玻璃能否露置于空气中长期存放？答案：不能。硅及其化合物性质的“十大反常”(1)碳族元素的主要化合价一般是2、4价，而硅常见的是4价。(2)硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从SiO2中还原出硅。(3)非金属单质与强碱反应一般不生成氢气，而硅却能与强碱
15、溶液反应产生氢气。(4)非金属单质一般不与非氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成(类似于较活泼金属与酸的置换反应)，Si4HF=SiF42H2。(5)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。(6)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的熔、沸点却很高。(7)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2却能与氢氟酸作用。SiO24HF=SiF42H2O。(8)无机酸一般易溶于水，而H2SiO3却难溶于水。(9)因H2CO3的酸性强于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na
16、2CO3，但在高温下Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2也能发生。(10)Na2SiO3的水溶液俗称水玻璃，但它与玻璃的成分不相同；硅酸钠水溶液(即水玻璃)称为泡花碱，但它却是盐溶液(存放的试剂瓶不能用玻璃塞)，并不是碱溶液。典例判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”)。(2012新课标全国高考)单质硅是将太阳能转变为电能的常用材料。()(2012新课标全国高考)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。()(2012山东高考)盛放NaOH溶液时，使用带玻璃塞的磨口瓶。()(2012广东高考)Mg2、H、SiO、SO在水溶液中能大量共存。()(2012安徽高考)向含K、Na、Br、
17、SiO的溶液中通入CO2后仍能大量共存。()(2012天津高考)SiO2与酸、碱均不反应。()(2011江苏高考)SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器。()(2010山东高考)SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应。()(2010福建高考)SiSiO2H2SiO3均能一步转化。()(2010江苏高考)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂。()解析单质硅常用于太阳能电池，正确；合成纤维是有机材料，不是无机非金属材料，错误；NaOH能与玻璃中的SiO2反应：2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O，错误；H、SiO可结合生成难溶于水的硅酸，错误；溶液中通入CO2后，发生反应：CO2H2OSi
18、O=H2SiO3CO，错误；SiO2与碱、氢氟酸均可反应，错误、错误、正确；SiO2不能一步转化为H2SiO3，因SiO2与H2O不反应，错误；水玻璃俗称“泡花碱”，可作黏合剂与防火剂，正确。答案1(2012天津联考)下列有关硅及其化合物的说法中正确的是()A在粗硅的制取中发生反应2CSiO22COSi，硅被还原，说明碳的还原性大于硅的还原性B硅酸钠属于盐，不属于碱，所以硅酸钠可以保存在磨口玻璃塞试剂瓶中C用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2D由Na2CO3SiO2CO2Na2SiO3可知硅酸的酸性强于碳酸解析：选C依据元素周期律知硅的还原性大于碳的还原性，但
19、上述反应能发生是因为产物中有气体CO生成，使平衡向右移动，所以A错误；硅酸钠是一种黏合剂，所以B错误；D选项中的反应不是在水溶液中进行的，且产物中有气体生成，与酸性强弱无关，所以D错误。2(2013唐山一模)下列物质：氢氟酸；浓H2SO4；烧碱溶液；Na2CO3固体；氧化钙；浓HNO3。其中在一定条件下能与SiO2反应的有()A BC D全部解析：选CSiO2可与烧碱溶液、氧化钙反应，表现出酸性氧化物的性质；SiO2可以与氢氟酸反应；在制玻璃过程中SiO2与Na2CO3固体反应；SiO2不能与浓硫酸和浓硝酸反应。(2009浙江高考)单晶硅是信息产业中重要的基础材料。通常用碳在高温下还原二氧化硅
20、制得粗硅(含铁、铝、硼、磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅(反应温度450500)，四氯化硅经提纯后用氢气还原可得高纯硅。以下是实验室制备四氯化硅的装置示意图。相关信息如下：a四氯化硅遇水极易水解；b硼、铝、铁、磷在高温下均能与氯气直接反应生成相应的氯化物；c有关物质的物理常数见下表：物质SiCl4BCl3AlCl3FeCl3PCl5沸点/57.712.8315熔点/70.0107.2升华温度/180300162请回答下列问题：(1)装置E中的h瓶需要冷却的理由是_。(2)装置E中h瓶收集到的粗产物可通过精馏(类似多次蒸馏)得到高纯度四氯化硅，精馏后的残留物中，除铁元素外可能还含有的杂质元
21、素是_(填写元素符号)。从硅的氧化物可以制取硅单质，主要化学反应如下：粗硅的制取： SiO22C Si2CO(石英砂) (焦炭) (粗硅)由粗硅制纯硅(常用方法)：Si(粗)2Cl2SiCl4SiCl42H2Si(纯)4HCl尝试解题(1)h瓶用冷却液冷却的主要目的是得到液态SiCl4，故理由是使SiCl4冷凝。(2)精馏粗产品得到SiCl4，温度应控制在57.7，此时BCl3变为气体，但AlCl3、FeCl3、PCl5均留在h瓶中，所以残留物中所含杂质元素除Fe外还有Al、P、Cl。迁移发散整合一、高考还可能这样考在实验流程不变的情况下，高考还有可能从以下出题点设题：1用石英砂和焦炭制备粗硅
22、的反应中，焦炭的作用是什么？提示：作还原剂。2高纯硅的制备过程中必须保证不存在氧气，其原因是什么？提示：一是焦炭能与O2发生反应；二是H2还原SiCl4的过程中混入O2，高温下能引起爆炸。3三氯甲硅烷(SiHCl3)法制取高纯硅的过程中必须严格控制水蒸气的存在，已知SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，你能确定这种物质的化学成分吗？提示：SiHCl3与H2O剧烈反应生成H2SiO3和HCl及另一种物质，根据原子守恒可知：1 mol SiHCl3与水反应生成1 mol H2SiO3(Si守恒)，3 mol HCl(Cl守恒)，则H2O的物质的量为3 mol(O守恒)。故另
23、一种物质为H2。4用氢气还原SiHCl3的实验往往在石英玻璃管中进行，为什么不使用普通玻璃管？提示：普通玻璃管的成分为混合物，易熔化，石英玻璃管为纯净物，熔点较高，不易熔化。5粗硅与HCl完全反应后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33)中含有少量的SiCl4(沸点57.6)，提纯SiHCl3采用的方法是什么？提示：SiHCl3和SiCl4的沸点不同，可用蒸馏的方法进行分离。二、相关实验知识归纳三氯甲硅烷还原法制备高纯度硅(常用方法)(1)工艺流程：(2)操作步骤：高温下用焦炭在电炉中隔绝空气还原二氧化硅制得粗硅。粗硅与干燥的HCl气体在300以上反应生成SiHCl3。SiHCl3与过量的H2在
24、1 0001 100反应制得纯硅。(3)反应原理：SiO22CSi2CO，Si3HClSiHCl3H2，SiHCl3H2Si3HCl。随堂基础落实1下列有关硅及其化合物的说法错误的是()A硅的导电性能介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料B二氧化硅属于酸性氧化物，不能与任何酸反应C硅酸可通过可溶性硅酸盐与其他酸反应制得，硅酸干凝胶常用作干燥剂D硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，可作木材防火剂解析：选BSiO2属于酸性氧化物，但可与氢氟酸发生反应SiO24HF=SiF42H2O；硅酸可利用可溶性硅酸盐与其他酸反应来制取。如Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。2(2013济南联考)下列离子方
25、程式的书写正确的是()A水玻璃中通入过量二氧化碳：Na2SiO3CO2H2O=2NaCOH2SiO3B澄清石灰水中通入过量二氧化碳：Ca(OH)22CO2=Ca22HCOC硅与氢氟酸的反应：Si4H4F=SiF42H2D二氧化硅溶于烧碱溶液中：SiO22OH=SiOH2O解析：选DNa2SiO3是强电解质，应拆成Na、SiO，且应生成HCO，A错；B项正确写法是CO2OH=HCO；C项，氢氟酸是弱酸，不能拆分成H和F。3下列变化中，不能一步实现的是()ANa2SiO3H2SiO3 BH2SiO3SiO2CSiO2H2SiO3 DSiO2Na2SiO3解析：选CNa2SiO3H2SiO3；H2S
26、iO3SiO2，SiO2Na2SiO3，SiO2不能一步转化为H2SiO3。4获取知识和信息是现代人不可缺少的素质，信息产业的飞速发展离不开材料科学的推动，信息产业的核心材料是高纯度单晶硅。下面是高纯度单晶硅的生产方法之一：SiO2C,Si(粗硅)HCl、Cl2,SiHCl3(沸点31.5 )H2,Si高纯硅单晶硅近代用得较多的另一种方法(方法二)：用金属硅化物(Mg2Si)与盐酸作用制得硅烷(SiH4)；再热分解硅烷可得高纯硅。(1)从方法一生产单晶硅的过程看，由碳还原得到的硅还要进一步处理的原因是_。(2)写出方法二中，生产高纯硅的两个化学方程式：_。_。解析：(1)根题方法一的生产流程，可得如下反应式：SiO22C高温,Si(粗硅)2CO，所得的粗硅中含有大量的其他杂质(如C、SiO2等)，没有实际应用价值，将粗硅用HCl、Cl2处理转化为沸点低的SiHCl3，反应方程式为SiCl2HCl高温,SiHCl3，低沸点的SiHCl3通过蒸馏极
