2017-2018学年高中化学必修一教师用书：第4章第1节

1、 第一节无机非金属材料的主角 - 硅 - 学习目标导航 - 1了解 SiO2的结构、性质和用途。（重点） 2了解硅酸的制备和化学性质。 3. 了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。 4了解硅的性质和用途。（重点） 5.了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。 二氧化硅和硅酸 基础初探 教材整理 1 二氧化硅 1. 硅兀素的存在 存 if 厂壬柱地売中會 fit 尬珈+仅衣于契 丄匹 以化合态存在,主要册豈是二氧化硅和陡酸盐 超 1 原了结构示意图换或其麻子既不易失去 也不馬得到电子 主要代合址 M 价 2. 二氧化硅（SiO2） 存在 SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分

2、是结晶的二 氧化硅。 （2）结构 SiO2晶体是由 Si 和 O 按原子数之比为 1 : 2 的比例组成的立体网状结构的晶体 每个硅原子周围结合 4 个 O 原子，每个 O 周围结合 2 个 Si 原子 （3）物理性质 熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。 （4）化学性质（写出有关化学方程式）第四章非金属及其化合物 o 用途 沙子是基本的建筑材料 纯净的 Si02是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。 石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 实验室中使用石英坩埚。 教材整理 2 硅酸(H2SQ3) 1. 物理性质 硅酸是一种难溶于水的白色胶状物。 2. 化学性质 (1) 弱酸性 向 Na2Si

3、O3溶液中通入 C02，生成白色沉淀，反应的化学方程式为 Na2SiOa + C02+ H zO=NagCO3+ H zS103 丄。 结论：H2SQ3酸性比 H2CO3酸性弱。 (2) 不稳定性 H2SQ3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为 H2SiOg=H2O+ SiO?。 3. 制备 Na2SiO3溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为 Na2SiO3 + 2HCl=2NaCl + HSiOX 胶体)。 4. 存在及用途 (1) 浓度小且边加边振荡时，形成硅酸溶胶(胶体)；浓度大时，形成硅酸凝胶。 (2) 硅胶 硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的吸水, 常用作干

4、燥剂或催化剂的载体。 探究升华 思考探究 探究 1 SiO2的主要性质及应用 (1) 为什么实验室盛放 NaOH 溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞？(玻璃 的成分中含有 SiO2) 不与水、一般的惓反应 CaD 反应 ec ,小岛温 SiOn+C.aOCaSiO, Li Nu0H SiO2+2NHOH= NSiOi+HjO 转性 =SiKt+2U1O 汽叭 2C+SiO3 匀 f 反血 !lfj 根性啊 忧物的性Si+2C0t 【提示】 当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻 璃中含 SiO2,磨砂玻璃遇到强碱如 NaOH 溶液时，Si02与 NaOH 反应生成 Na2

5、SiO3, 使试剂瓶受腐蚀。N&SQ3溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难 以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。 (2) 实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？为什么？写出反应方程式。 【提示】 不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分 SiO2反应。 SiO2 + 4HF=SiF4f + 2 出 0。 (3) 写出 SiO2、CO2与 CaO 反应的化学方程式。 【提示】 SiO2+ CaO=CaSiO3、 CO2+ CaO=CaCQ。 探究 2 硅酸的制备实验探究 实验 操作 1 i y 实验 滴加酚酞溶液后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色丄 现象 有透明胶状物生成 Na

6、2SiO3溶液呈碱滴加稀盐酸后反应的化学方程式为 结论 Na2SiO3+ 2HCI=2NaCI + H2SiO3（胶体） 向 Na2SiO3溶液中通入 CO2气体，现象是 _ 其离子方程式为 _ 然后改加 NaOH 溶液，反应的离子方程式为 _。 【提示】 生成白色沉淀 SiO 亍+ CO2+ H2O=H2SiO3 J + C03_ H2SQ3+ 2OH_=SiO3- + 2H2O 认知升华 升华 1 SiO2和 CO2的比较 SiO2 CO2 不 同 占 熔、沸点 高 低 状态 无色晶体 气态 与水反应 不反应 ” CO2+ H2O H2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应 不反应 相 同 占

7、与碱性氧 化物反应 咼温 CaO+ SiO2=CaSiO3 CO2 + CaO=CaCQ 与碱反应 SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3+ H2O CO2+ 2NaOH=Na?CO3 + H2O 与某些 盐反应 咼温 SiO2+ Na2CO3 - Na2SiO3 咼温 + CO21 SiO2+ CaCO3 - CaSiO3+ CO2 T CO2+ H2O + Na2CO3=2NaHCO3 CO2 + H2O+ Na2SiO3= H2SQ3 J + Na2CO3 与碳反应 咼温 SiO2 + 2C=Si + 2CO T CO2+ C=2CO 升华 2 硅酸的主要性质及应用 (1) 硅酸是中学

8、化学中惟 - 个不溶于水的酸，硅酸酸性很弱、不能使酸碱指示 剂变色。 (2) 实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。 (3) 硅酸的性质：具有酸性，酸性比碳酸弱；受热易分解。 (4) 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。 题组冲关 题组 1 SiO2的性质与应用 1. 关于二氧化硅，下列叙述不正确的是( ) A .水晶的主要成分是二氧化硅 B .二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别 C.二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸 D .二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应

9、【解析】 水晶的主要成分为 SiO2, A 项正确；CO2是由分子构成的，而 SiO2 是 Si和 O 按 1 : 2 组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较大， B 项 正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C 项正确；SiO2可以与氢氟酸反应，D 项错误。 【答案】 D 2. 下列说法不正确的是( ) 【导学号：95432065】 A .因 SiO2不溶于水，故 SiO2不是酸性氧化物 咼温 B .在反应 SiO2+ 2C=Si+ 2CO T 中 SiO2 作氧化剂 C. SiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大 D .氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸 【

10、解析】 A 项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧 化物，错误；B 项，在该反应中 SiO2被 C 还原为 Si，SiO2作氧化剂，正确；C 项， 由于 SiO2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确； D 项，SiO2 能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。 【答案】 A 题组 2 H2SQ3的性质、制备与应用 3. 下列关于硅酸的说法正确的是（ ） 【导学号：95432066】 A .硅酸可以通过 SiO2和水的化合反应直接制得 B .用反应 Na2SiO3 + 2HCI=2NaCI + H2SQ3 J制取硅酸是利用了可溶性

11、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 【解析】 SiO2不能与水反应生成硅酸，A 错误；B 中反应是利用了强酸制弱 酸的性质，B 错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐， C 错误。 【答案】 D 4. 碳酸的酸性比硅酸强，某化学课外小组搜集了大量的证据证明硅酸的酸性 弱于碳酸酸性。其中能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是 （ ） A . CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 B. CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀 C. 高温下 SiO2与碳酸钙、碳酸钠等固体反应生成 CO2 D .氯化氢通入可溶性

12、碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成 沉淀 【解析】 根据强酸制弱酸的原理，CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀， 此项实验事实可证明碳酸的酸性比硅酸强。 【答案】 B 5 .为了进一步确认 HCI、H2CO3、H2SQ3的酸性强弱，有人设计用下图所示装 置进行一次实验即可达到目的（不必再选用其他酸性溶液）2.最简单的硅酸盐 Na2SiO3 请回答: (1) _ A中的化学反应方程式可能为 _ 。 (2) B 装置的作用是 _ 。 (3) C 中的现象有 _ 反应离子方程式为 _ 。 (4) 根据实验，三种酸的强弱顺序为 _ ，其依据为 _ 【答案】 CaCQ + 2HCl=CaC

13、l2+ CO2 T+ H2O 除去 CO2中的 HCI，防止 HCI 与 Na2SiO3反应 2 2 产生白色胶状沉淀 CO2 + H2O+ SiO3 =H2SiO3(胶体)+ CO3 (4) HCIH 2CO3H2SiO3 强酸制弱酸 rroj _ 硅酸盐和硅单质 基础初探 教材整理 1 硅酸盐 1. 硅酸盐的组成与表示 (1) 定义：由硅、氧和金属组成的化合物的总称。 (2) 性质：结构复杂，大多不溶于水，化学性质稳定。 (3) 表示：通常以二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。例如， Na2SiO3： Na?O SiO?。 长石(KAISi3O8): K2OAI2O3 6SQ2。 镁

14、橄榄石(Mg2SiO4): 2MgO SiO?。 【特别提醒】 以氧化物形式表示硅酸盐组成的方法 1 方法：找出组成元素；写出氧化物的形式；注意原子守恒；检查有无遗漏。 2 氧化物的顺序：活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水。 3 氧化物前化学计量数配置原则： 除氧元素外，其他元素按配置前后原子个数 守恒原则配置化学计量数，如果出现分数，扩大倍数化为整数。 2.最简单的硅酸盐 Na2SiO3 4 氧化物之间用“”隔开。 物理性贞 T白色固体+易溶于水 俗名泡花碱,水溶液俗称水玻璃 M 比学性厦与酸(盐酸、碳酸等)反应， $ 生成硅酸凝胶 冃叫能制备硅胶和木材防火剂 3.三种常见的硅酸盐产品

15、 无机非金属材料 产品 原料 主要设备 主要成分 水泥 石灰石、黏土 水泥 回转窑 硅酸二钙 2CaOSiO2 硅酸三钙 3CaOSiO2 铝酸三钙 3CaO-Al 2O3 玻璃 纯碱、石灰 石和石英砂 玻璃窑 Na2O -CaO-6SiO2 陶瓷 黏土 4.其他含硅物质 (1) SiC :俗称金刚砂，类似金刚石的结构和性能。 (2) 含 4%硅的硅钢具有导磁性，用作变压器铁芯。 (3) 硅橡胶：耐高温又耐低温。 (4) 人造分子筛：作吸附剂和催化剂。 教材整理 2 硅单质 1. 种类及结构 单质硅分为晶体和无定形两种，晶体硅的结构与金刚石类似 2. 性质 (1)物理性质 色、态 光泽 熔点

16、硬度 质地 导电性 灰黑色固体光泽 金属 高 大 脆 半导体 (2)化学性质 在常温下化学性质不活泼，但能与氟气、HF、 NaOH 溶液发生反应。 3. 用途 (1)半导体材料，如硅芯片等。 新型能源，如光电池等。 【特别提醒】 硅单质性质的特殊性 1 一般情况下，非金属元素单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅和金刚石熔、 沸点高，硬度大，其中金刚石为自然界中硬度最大的物质 2 一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 咼温 3 Si 的还原性大于 C,但单质 C 在高温下能从 SiO2中还原出 Si:SiO2+ 2C= Si + 2COT。 4 非金属单质与碱反应一般既作

17、氧化剂又作还原剂，且无氢气放出，但硅与碱 溶液反应只作还原剂，且反应能放出氢气： Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3+ 2 出T。 5 非金属单质一般不与非氧化性酸反应，但硅能与氢氟酸反应： Si + 4HF=SiF4T + 2 出匸。 题组冲关 题组 1 硅酸盐的组成、性质和应用 1 下列关于硅酸盐的说法中正确的是（ ） A .硅酸盐都难溶于水 B. Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂 C. 硅酸盐通常可用氧化物的形式表示，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的 D .硅酸盐工业使用的每一种原料都含有硅 【解析】 A 项，Na2SiO3可溶于水，错误；C 项，硅

18、酸盐可用氧化物的形式 表示，但不是由各种氧化物组成，错误； D 项，所用原料可能不含硅，错误。 【答案】 B 2. 用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，其中正确的是 （ ） 【导学号：95432067】 A .钙沸石 Ca（Al2Si3Oio） 3H2O，表示为 Al 2O3 CaO - 3SiO2 3H2O 一 1 B .镁橄榄石（Mg2SiO4），表示为 MgO芳。2 C.钾云母（K2Al6Si6H4O24），表示为 K2O 2H2O 3Al2O3 6SQ2 D .高岭石 Al2（Si2O5）（OH）4，表示为 Al 2O3 2SiO2 2H2O 【解析】 A 项，Ca（Al 2Si3O10）

19、 3H2O 应表示为 CaO -Al 2O3 3SiO2 3H2O（排序错）； B 项， Mg2SiO4应表示为 2MgO SiO2（不能在系数中出现分数）;C 项， K2Al6Si6H4O24 应表示为 K2O - 3Al2O3 6SiO2 2H2O（排序错）。 【答案】 D 3. 下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中正确的是 （） 【导学号：95432068】 A .它是一种纯净物，既不燃烧也不易腐蚀 B .水玻璃是生产玻璃的主要原料之一 C.木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧 D 水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质 【解析】 水玻璃是硅酸钠的水溶液，A 错误；水玻璃易与空气中的二氧化碳 反应，D 错误。 【答案】 C 题组 2 硅单质及其化合物的性质及综合应用 4 硅及其化合物的应用范围很广。下列说法正确的是 () .一 A 硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料 . 码上扫l ；jg B 粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应 C.反应：Si + 2NaOH+ H2O=Na?SiO3+ 2H2