步步高人教必修1第四章 第一节 第1课时.docx

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步步高人教必修1第四章第一节第1课时

第一节　无机非金属材料的主角——硅

第1课时　二氧化硅和硅酸

[学习目标定位]　1.了解硅在自然界中的存在形式，硅酸盐产品的组成和重要用途。

2.了解二氧化硅的结构、性质和用途。

3.了解硅酸的制备、性质和应用。

一、二氧化硅

1.硅元素在地壳中的含量是26.3%，仅次于氧。

（1）硅元素在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在，因为硅是一种亲氧元素。

（2）硅原子结构示意图为，最外层有4个电子，易形成＋4价的化合物。

2.硅的氧化物为二氧化硅，俗名为硅石。

（1）天然二氧化硅分为结晶形（如方石类、水晶等）和无定形（如硅藻土）。

（2）根据日常生活中的实例描述二氧化硅的物理性质：

坚硬固体、不溶于水、熔点高。

（3）二氧化碳和二氧化硅性质的比较（写出相关化学方程式）

CO2

SiO2

物理性质

气体，熔、沸点低，易溶于水

固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水

与碱性氧化物反应

CaO＋CO2===CaCO3

CaO＋SiO2CaSiO3

与碱液反应

2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O

SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

与水反应

CO2＋H2OH2CO3

不反应

与酸反应

不反应

只与HF反应：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

相同点

都是酸性氧化物（酸酐），与碱反应生成盐和水

（1）二氧化硅与二氧化碳的物理性质差异较大的原因是物质晶体结构不同。

二氧化硅晶体结构如图：

二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按1∶2的比例所组成的立体网状结构的晶体。

（2）二氧化硅的化学性质很稳定，与水、一般酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。

1.关于二氧化硅，下列叙述正确的是________（填序号）。

①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚

②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸

③物理性质与CO2相似

④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的

⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2

⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”

答案　⑤⑥

解析　SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与NaOH发生反应，熔融NaOH固体不能用石英坩埚，①不正确；SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，④不正确；⑤正确；光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此强碱条件下易发生“断路”，⑥正确。

2.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。

下列说法不正确的是（　　）

A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大

B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸

C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液

D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸

答案　B

解析　二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。

思维启迪　

（1）盛放碱性溶液（如氢氧化钠溶液）的试剂瓶应用橡胶塞或软木塞，而不能用磨口玻璃塞。

（2）氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，常用塑料瓶盛放氢氟酸。

（3）石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体。

二、硅酸

1.硅酸的制备：

按表中实验操作要求完成实验，并将观察到的实验现象及有关结论填入表中：

实验操作

实验现象

实验结论

溶液变为红色

Na2SiO3溶液呈碱性

溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成

硅酸为不溶于水的白色固体

有白色胶状沉淀物生成

硅酸的酸性比碳酸弱

2.写出上述实验中反应的化学方程式。

（1）Na2SiO3溶液与盐酸反应：

Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。

（2）将CO2通入Na2SiO3溶液中：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

（1）实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸。

（2）硅酸的性质：

①具有酸性，酸性比碳酸弱；②受热易分解。

（3）硅酸浓度小时可形成硅酸溶胶，浓度大时可形成硅酸凝胶。

硅酸凝胶经干燥脱水得到硅胶（或硅酸干凝胶），具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂载体。

3.下列关于硅酸的说法正确的是（　　）

A.硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得

B.用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3（胶体）制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的性质

C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应

D.硅胶可用作袋装食品的干燥剂

答案　D

解析　SiO2不能与水反应生成硅酸，A错；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错。

1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。

二氧化硅是硅酸的酸酐，但硅酸不能由二氧化硅与水反应制得。

2.熟记三个化学方程式

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；

（2）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；

（3）Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。

1.华裔科学家高锟因“在光学通信领域中光在光导纤维中传输”的研究方面所取得的开创性成就获得了诺贝尔物理学奖。

光导纤维的主要成分是（　　）

A.SiB.SiO2C.Na2SiO3D.SiCl4

答案　B

解析　光导纤维的主要成分为SiO2。

2.下列说法正确的是（　　）

A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应

B.二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成

C.硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水

D.CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂

答案　D

解析　SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，A项不正确；二氧化硅中不存在SiO2分子，B项不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C项不正确。

3.下列溶液中①碳酸钠溶液　②氢氟酸　③氢氧化钠溶液

④氯化钠溶液，可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是（　　）

A.①③B.②④C.②③D.①④

答案　A

解析　①③项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的SiO2反应，生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的黏结性，易使瓶塞与瓶壁粘在一起而难以开启。

氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃试剂瓶盛放。

4.下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物的流程，下列说法正确的是（　　）

A.SiO2属于两性氧化物

B.酸性：

H2SiO3＞H2CO3

C.硅胶吸水后可重复再生

D.图中所示转化反应都是氧化还原反应

答案　C

解析　SiO2是酸性氧化物；酸性：

H2CO3＞H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。

5.硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者是结构疏松的SiO2，后者是结构致密的SiO2。

二者成分相同，结构不同，化学性质相同，物理性质上表现出差别，具有不同的用途。

由石英制取硅胶，经历以下三步，试写出每步反应的化学方程式（是离子反应的，写出离子方程式）。

（1）用NaOH（aq）溶解石英：

______________________________________________。

（2）过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：

________________________________。

（3）微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：

____________________。

写出硅胶的一种用途：

________________。

答案　

（1）2OH－＋SiO2===SiO＋H2O

（2）SiO＋2H＋===H2SiO3↓

（3）H2SiO3H2O＋SiO2　干燥剂（或催化剂载体）

解析　

（1）石英的主要成分是酸性氧化物SiO2，与碱反应生成盐和水：

2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。

（2）过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na2SiO3（aq），硅酸是弱酸，Na2SiO3与盐酸发生复分解反应：

Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。

（3）微热，H2SiO3（aq）浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：

H2SiO3H2O＋SiO2。

硅胶的制备过程：

石英（SiO2）Na2SiO3H2SiO3硅胶。

硅胶的主要用途有两种：

作干燥剂或作催化剂的载体。

[基础过关]

题组一　二氧化硅的性质与用途

1.关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物，有关其说法正确的是（　　）

A.化学性质不活泼

B.可溶于水且显酸性

C.熔沸点较低，物理性质与CO2相似

D.是酸性氧化物，不溶于任何酸

答案　A

解析　该化合物为SiO2，SiO2不溶于水、熔沸点很高，与氢氟酸反应。

2.除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：

①加水溶解　②加水煮沸　③过滤　④加稀盐酸　⑤加稀H2SO4，正确的操作顺序是（　　）

A.①③B.④③C.⑤③D.②③

答案　B

解析　加稀盐酸与CaO、CaCO3反应生成CaCl2溶液，然后过滤得到SiO2固体。

注意不能选用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分离出SiO2。

3.下列关于SiO2的说法，正确的是（　　）

A.SiO2是制造光导纤维的重要材料

B.SiO2溶于水生成硅酸

C.SiO2对应水化物的酸性比碳酸强

D.SiO2是两性氧化物

答案　A

解析　SiO2不溶于水；硅酸酸性比碳酸弱；SiO2是酸性氧化物。

4.下列反应中，能说明SiO2是酸性氧化物的是（　　）

①SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

②SiO2＋CaOCaSiO3

③SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

④SiO2＋2CSi＋2CO↑

A.①②B.②③C.③④D.①④

答案　B

解析　二氧化硅和氢氟酸反应是二氧化硅的特殊性质，不能说明是酸性氧化物，①不符合；二氧化硅和氧化钙反应生成硅酸钙，是酸性氧化物的通性，②符合；二氧化硅和碱反应生成盐和水，符合酸性氧化物的概念，③符合；二氧化硅和碳反应表现二氧化硅的氧化性，不能说明是酸性氧化物，④不符合。

5.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～E选项中选择正确答案填入括号内。

（1）SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O（　　）

（2）SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑（　　）

（3）SiO2＋2CSi＋2CO↑（　　）

（4）SiO2＋3CSiC＋2CO↑（　　）

（5）SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O（　　）

A.作为玻璃的成分被消耗而使玻璃被腐蚀

B.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.未参与氧化还原反应

答案　

（1）C　

（2）D　（3）B　（4）E　（5）A

解析　

（1）中SiO2表现的是酸性氧化物的性质。

（3）中是SiO2得电子，显氧化性。

（4）中得失电子的是C，SiO2未参与得失电子。

（5）是雕刻玻璃的反应。

题组二　硅酸的性质与用途

6.下列关于碳酸（H2CO3）和硅酸（H2SiO3）的说法中不正确的是（　　）

A.两者均为弱酸

B.两者均可使紫色石蕊溶液变红色

C.CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以