2024-2025学年高中化学第四章非金属及其化合物1第1课时二氧化硅和硅酸学案新人教版必修1

PAGE7-第1课时二氧化硅和硅酸课程目标1．了解二氧化硅的结构、性质。2．相识二氧化硅在生产、信息技术、材料科学等领域的应用。3．了解硅酸的制备和主要化学性质。图说考点[新知预习]一、自然界中的硅元素二、二氧化硅1．存在水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分是SiO2（或二氧化硅）。沙子中含有小粒的石英晶体。2．SiO2晶体是立体空间网状结构，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si，N（Si）:N(O)=1:23．物理性质熔点硬度溶解性高大不溶于水4.化学性质5．用途建筑材料、光导纤维、石英坩埚、饰物和工艺品。三、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(1)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入少量CO2气体，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓；结论：酸性H2CO3>H2SiO3。(2)不稳定性H2SiO3不稳定，受热易分解，化学方程式：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO2。3．硅胶[即时性自测]1．推断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)硅元素在自然界中既有化合态，又有游离态。()(2)SiO2是空间正四面体网状结构晶体。()(3)SiO2是酸性氧化物，与任何酸都不能发生反应。()(4)利用石英坩锅可熔融NaOH固体。()(5)氢氟酸不能用玻璃试剂瓶保存。()(6)SiO2晶体是由SiO2分子干脆组成的。()(7)水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。()(8)光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√2．关于地壳中含量占第一位和其次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相像D．是酸性氧化物，不溶于任何酸答案：A3．光导纤维被认为是20世纪最宏大的独创之一。光导纤维的主要成分是()A．SiB．SiO2C．Na2SiO3解析：光导纤维的主要成分是SiO2。答案：B4．下列关于硅酸的叙述，错误的是()A．硅酸是一种很弱的酸B．硅酸可由二氧化硅与水反应制得C．硅酸不稳定，加热脱水会生成二氧化硅D．硅酸可以由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得解析：二氧化硅对应的酸虽然是硅酸，但是二氧化硅不溶于水也不与水反应，所以B项错误。答案：BSiO2作为非金属氧化物是有不同于一般非金属氧化物的结构和性质。提升点一二氧化硅的结构特点和化学特性[例1]下列说法不正确的是()A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物B．在反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑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【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[提升1]下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()A．CO2、SiO2都能与碱性氧化物反应B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸C．二氧化硅可用来制作干燥剂，因二氧化硅可与水反应D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的解析：CO2、SiO2均为酸性氧化物，对应的酸分别是H2CO3、H2SiO3；CO2与Na2CO3溶液在常温下发生反应，但SiO2只有在高温条件下才与Na2CO3固体发生反应；CO2由分子构成，SiO2由硅、氧原子按1:2比例构成。答案：A[关键实力]1．二氧化硅晶体结构特点1．SiO2的结构确定其化学性质。2．SiO2晶体的基本结构是以硅原子为中心，氧原子在4个顶角上的正四面体结构，而这些正四面体又通过顶角的氧原子相连接。3．SiO2晶体是由Si与O按1:2的比例所组成的立体网状结构的晶体。2．二氧化硅的特性物质一般规律特别性质或化学方程式SiO2酸性氧化物一般与水反应生成相应的酸SiO2不溶于水，也不与水反应酸性氧化物一般不与酸发生反应SiO2可与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O“较强酸制较弱酸”是复分解反应的一个规律，H2CO3的酸性强于H2SiO3SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑提升点二硅酸的制备方法[例2]下列说法正确的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟强碱反应，但不能跟任何酸反应B．依据SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸的酸性比碳酸强C．CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸D．SiO2与水反应可得到硅酸硅酸是一种独特的难溶性固态无机酸。【解析】SiO2能与氢氟酸发生反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，A项错；B项反应是在高温条件下进行的，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系而使反应得以接着进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强，要比较硅酸和碳酸的酸性强弱，必需比较它们在水溶液中电离出H＋的难易程度，由于C的非金属性较Si强，所以H2CO3的酸性较H2SiO3强，B项错误；由于H2CO3的酸性比H2SiO3强，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(胶体)＋Na2CO3，C项正确；二氧化硅不溶于水，也不能与水反应，D项错误。【答案】C[提升2]下列关于硅酸的说法正确的是()A．硅酸可以通过SiO2和水化合反应干脆制得B．可用反应Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸C．因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D．干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠解析：SiO2难溶于水，因此不能与水化合反应干脆制得硅酸，A错误；由于酸性HCl>H2SiO3，所以可用反应Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸，B正确；尽管硅酸难溶于水，但是它仍能与NaOH溶液反应产生硅酸钠和水，C错误；干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸，D错误。答案：B,[关键实力]硅酸的制备试验操作试验现象滴加酚酞后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状物质生成结论Na2SiO3溶液呈碱性，滴加稀盐酸后发生反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(胶体)＋2NaClSiO2不能与H2O反应，故H2SiO3的制备方法通常用可溶性硅酸盐与其他酸反应制备：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO31．下列叙述中，正确的是()A．自然界中存在大量的单质硅B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱溶液发生化学反应D．自然界中硅元素都存在于石英中解析：自然界中硅元素含量很高，但都以化合态形式存在，A项错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D项错误；二氧化硅的性质稳定，C项错误。答案：B2．下列物质不与二氧化硅反应的是()A．烧碱B．氢氟酸C．硝酸D．生石灰答案：C3．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是酸性氧化物，不跟任何酸反应解析：SiO2不溶于水；硅酸酸性比碳酸弱；SiO2是酸性氧化物，但可与氢氟酸反应。答案：A4．下列试剂能用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是()A．Na2SiO3溶液B．KMnO4溶液C．氢氟酸D．NaOH溶液解析：玻璃中含有SiO2与NaOH溶液长时间作用会生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有粘性，可将玻璃塞与玻璃瓶粘在一起打不开，A、D错误；氢氟酸可腐蚀玻璃，一般用塑料瓶盛装，C错误。答案：B5．为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的装置，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所盛的试剂是________，其作用是________________________________________。(3)装置C所盛试剂是________，C中反应的离子方程式是________________________________。(4)由此得到的结论是酸性________>________>________。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，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，故将CO2通入Na2SiO3溶液前需将CO2中的HCl汲取，故可选用饱和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)(4)HClH2CO3H2SiO3练后感悟CO2与SiO2的性质区分CO2SiO2类别均为酸性氧化物