2024-2025学年高中化学第4章非金属及其化合物第1节课时1二氧化硅和硅酸学案新人教版必修1

PAGE6-课时1二氧化硅和硅酸目标与素养：1．了解硅的结构、存在形式及其制备。(宏观辨识与微观探析)2．了解二氧化硅、硅酸的主要性质及应用。(宏观辨识与改变观念)3．了解硅酸的制备和用途。(科学探究与社会责任)一、二氧化硅1．硅元素的存在及原子结构2．SiO2的组成、结构、性质与用途(1)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。每个硅原子四周结合4个O，每个O四周结合2个Si。(3)物理性质熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。(4)化学性质①具有酸性氧化物的通性a．可与NaOH溶液反应，其反应方程式为SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O。b．可与氧化钙反应，其反应方程式为SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up10(高温))CaSiO3。②特性除氢氟酸外，SiO2一般不与其他酸反应，SiO2与HF溶液反应，反应的化学方程式为SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。(5)用途①沙子是基本的建筑材料。②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。④试验室中运用石英坩埚。微点拨：(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．物理性质颜色：白色；状态：胶状；溶解性：难溶于水。2．化学性质3．制备试验操作试验现象滴加酚酞后溶液呈红色，逐滴加入稀盐酸，有透亮的凝胶产生，溶液红色渐渐变浅，最终消逝结论Na2SiO3溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(胶体)＋2NaCl4．硅胶1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)硅在自然界中既有游离态又有化合态。 ()(2)SiO2是一种三原子分子，属于酸性氧化物。 ()(3)SiO2与H2O反应可生成硅酸。 ()(4)硅酸难溶于水，可溶于NaOH溶液。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√2．下列关于碳和硅的比较，正确的是()A．碳和硅在自然界的存在形式都是既有游离态也有化合态B．碳和硅的最高正价都是＋4价C．硅元素在地壳中的含量占其次位，碳元素占第一位D．硅与碳一样均含有两种常见价态的氧化物：SiO和SiO2[答案]B3．写出由SiO2制备H2SiO3的有关化学方程式_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案]SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O、Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl(合理即可)SiO2的特别性1．酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸，但SiO2不溶于H2O，不能干脆与H2O反应生成H2SiO3。2．非金属氧化物的熔点一般较低，但二氧化硅的熔点很高，且不存在二氧化硅分子。3．酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。4．高温下，SiO2能与部分盐反应，如(1)SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up10(高温))Na2SiO3＋CO2↑。(2)SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up10(高温))CaSiO3＋CO2↑。1．二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．试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B[SiO2与水不反应。]2．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相像④SiO2晶体是由SiO2分子干脆组成的⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”[答案]⑤⑥硅酸的性质与制备1．H2CO3和H2SiO3的性质比较化学式H2CO3H2SiO3酸性均为弱酸，且酸性：H2CO3>H2SiO3水溶性能溶于水难溶于水(唯一不溶于水的酸)稳定性常温下易分解生成CO2和H2O受热易分解生成SiO2和H2O制备CO2＋H2OH2CO3Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓转化关系Na2SiO3＋CO2＋H2O=Na2CO3＋H2SiO3↓(少量CO2)说明酸性：H2CO3>H2SiO32．硅酸的制备(1)不能用二氧化硅与水反应来制取，因二者不反应。(2)一般采纳向可溶性的硅酸盐中加入盐酸或是通入二氧化碳气体的方法来制取硅酸。微点拨：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)，硅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和水的化合反应干脆制得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D[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。]4．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的试验装置，一次试验即可达到目的(不必选其他酸性物质)。请据此回答：(1)锥形瓶中装某可溶性正盐溶液，分液漏斗所盛试剂应为________。(2)装置B中所盛试剂是_________________________________，其作用是___________________________________。(3)装置C中所盛试剂是_________________________________，C中反应的离子方程式是_____________________________。(4)由此得到的结论：酸性________>________>________。[解析]依据强酸＋弱酸盐→弱酸＋强酸盐分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，A中盛放Na2CO3溶液，依据Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑可以知道酸性HCl强于H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反应为Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，由此推断酸性H2CO3>H2SiO3，但需留意的是A中反应会有HCl气体逸出，故通入Na2SiO3溶液前需将HCl汲取，但不能汲取CO2，故选用饱和NaHCO3溶液。[答案](1)盐酸(2)饱和NaHCO3溶液汲取HCl气体(3)Na2SiO3溶液SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)(或SiOeq\o\al(2－,3)＋2CO2＋2H2O=2HCOeq\o\al(－,3)＋H2SiO3↓)(4)HClH2CO3H2SiO31．下列关于二氧化硅的说法错误的是()A．二氧化硅是一种非金属氧化物B．二氧化硅不存在单个的分子C．二氧化硅中硅元素与氧元素的质量比为7∶8D．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成D[二氧化硅不存在分子，由Si、O原子构成。]2．二氧化硅气凝胶是一种世界上最轻的固体，可以经受住1kg炸药的爆炸威力。下列有关说法正确的是()A．利用二氧化硅气凝胶能够开发导电材料B．激光照耀二氧化硅气凝胶可产生丁达尔效应C．计算机芯片的主要成分是二氧化硅D．二氧化硅气凝胶能溶于水B[二氧化硅不导电，A错误；二氧化硅气凝胶属于胶体，能产生丁达尔效应，B正确；计算机芯片的主要成分是单晶硅，C错误；二氧化硅不溶于水，D错误。]3．下列二氧化硅的用途不正确的是()A．水晶可用来制造电子产品的重要部件和光学仪器B．纯净的二氧化硅是制造光导纤维的重要原料C．石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器D．硅藻土常用作吸附剂和气体的干燥剂[答案]D4．下列关于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的说法中错误的是()A．两者均为弱酸B．两者均可使紫色石蕊试液变红色C．CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸D．H2CO3比H2SiO3的稳定性差B[H2SiO3难溶于水，不能与指示剂作用。]5．指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在A～D选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO2＋2NaOH=