2024-2025学年高中化学专题3从矿物到基础材料第三单元第2课时二氧化硅与信息材料学案苏教版必修1

PAGE13-第2课时二氧化硅与信息材料一、硅元素的存在1．存在在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧；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．原子结构硅原子的原子结构示意图，最外层有4个电子，反应中既不易失去电子也不易得到电子，能形成＋4价的化合物。二、二氧化硅1．存在SiO2的存在形态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12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原子，每个O四周结合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。1．SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，能否说SiO2是两性氧化物？提示：尽管SiO2能与氢氟酸反应得到盐“SiF4”和H2O，但是SiO2不能和其他酸反应，只能和NaOH、KOH等强碱反应生成盐和水，所以SiO2只是酸性氧化物而不是两性氧化物。2．既然SiO2能和NaOH溶液反应，为什么还可以用玻璃瓶盛放NaOH溶液？提示：因为NaOH与SiO2反应特别缓慢，且玻璃瓶内壁光滑，更不易发生反应。但需留意的是不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液，因为磨口增大了SiO2与NaOH溶液的接触面积，促进了反应的进行，会导致瓶塞与瓶体黏结在一起，使试剂瓶难以开启。3．二氧化硅不溶于水，不与水反应，为什么还称二氧化硅是硅酸的酸酐？提示：酸酐的定义是某酸脱去一分子的水，所剩下的部分称为该酸的酸酐，所以酸酐不肯定都能与水反应生成相应的酸。【例1】下列叙述正确的是()A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相像B．因为CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D．SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【思路分析】此题要从物质的性质入手分析，特殊留意CO2与SiO2性质的异同点。【解析】CO2的熔、沸点低，SiO2的熔、沸点高，硬度大，两者都是酸性氧化物，但其物理性质差异很大，A错；高温下SiO2与CaCO3反应是因为产物CO2为气体，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B错；SiO2只能与HF反应，不能与其他酸反应，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。【答案】C下列关于二氧化硅的说法中错误的是(A)A．同二氧化碳一样，二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的B．通常状况下，二氧化碳为气体，二氧化硅为固体C．SiO2同CO2一样也能与CaO反应生成盐D．SiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体解析：二氧化硅是由原子干脆构成的，不存在二氧化硅分子。故正确答案为A。3．H2CO3和H2SiO3的比较。二、硅酸的制备1．硅酸是常见酸中唯一不溶于水的酸，硅酸的酸酐是SiO2，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与H2O反应干脆制H2SiO3。硅酸的制法：只能用相应的可溶性硅酸盐跟其他酸反应来制取硅酸，反应的化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl＋H2O=2NaCl＋H4SiO4↓(原硅酸)H4SiO4=H2O＋H2SiO3(硅酸)习惯上省去生成原硅酸这一中间过程，可干脆写为：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。生成的H2SiO3渐渐聚合而形成胶体溶液——硅酸溶液，硅酸浓度较大时，则形成软而透亮的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分实力强，常用作试验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。2．由氧化物制备相应酸或氢氧化物的规律。三、硅及其化合物的特性(1)硅及其化合物的转化关系如下：(2)硅及其化合物的特性1．SiO2不与水反应，试验室里是依据什么化学原理来制备H2SiO3的？提示：依据“强酸制弱酸”的原理，用可溶性硅酸盐与其他酸反应制取。例如：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(胶体)＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(胶体)＋Na2CO3或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3(胶体)＋2NaHCO3。依据此原理，可设计比较酸性强弱的试验来证明酸性：盐酸>碳酸>硅酸。2．初中化学中提到，制造玻璃时发生如下反应：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑。该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？为什么？提示：SiO2与Na2CO3反应，是在高温下，且生成的产物是CO2气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3酸性强于H2CO3。【例2】为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，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)圆底烧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)由此可得出的结论是：酸性________>________>________。【思路分析】【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能证明H2CO3比H2SiO3酸性强的试验事实是(D)A．H2CO3比H2SiO3受热易分解B．高温下能发生反应Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑C．CO2能溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水D．CO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀生成解析：A项仅能证明H2SiO3比H2CO3稳定，A项不正确；B项中的反应不是在水溶液中进行的，不能用它来推断H2SiO3与H2CO3的酸性强弱，B项不正确；D项，CO2＋H2O＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋Na2CO3，酸性较强的H2CO3制得酸性较弱的H2SiO3，D项正确。1．下列说法不正确的是(A)A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物B．在反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(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。故正确答案为A。2．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将其填入括号内。①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(C)②SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑(D)③SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高温))Si＋2CO↑(B)④SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up17(高温))SiC＋2CO↑(E)⑤SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(A)A．作为玻璃的主要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．将具有挥发性的酸酐从其盐中置换出来E．未参与氧化还原反应解析：本题较全面地考查了SiO2的性质，A中应有氢氟酸(HF)参与反应；B中氧化性是指反应中SiO2中的Si得电子，化合价降低；C中表现酸性氧化物的通性是指SiO2与强碱或碱性氧化物反应；D中挥发性酸酐应为CO2而不是CO。3．二氧化硅(SiO2)又称硅石，是制备硅及其化合物的重要原料(见下图)。下列说法正确的是(C)A．SiO2既能与HF反应，又能与NaOH反应，属于两性氧化物B．SiO2和Si都是制造光导纤维的材料C．在硅胶中加入CoCl2可显示硅胶是否吸水失效D．图中所示转化反应都是非氧化还原反应解析：SiO2是酸性氧化物，A项错误；SiO2是制造光导纤维的材料，Si为半导体材料，B项错误；硅胶吸水量不同，CoCl2与水形成的结晶水合物的颜色不同，可显示硅胶是否失效，C项正确；制取硅的过程中涉及了氧化还原反应，D项错误。4．下表各组物质中，满意图中物质一步转化关系的选项是(C)解析：本题考查Na、Cu、C、Si四种单质及其化合物的相互转化关系。A项中NaHCO3无法干脆转化为Na；B项中，Cu(OH)2无法干脆转化为Cu；D项中，SiO2无法干脆转化为H2SiO3，H2SiO3也无法干脆转化为Si；只有C项符合题意：Ceq\o(→,\s\up17(O2))COeq\o(→,\s\up17(O2))CO2eq\o(→,\s\up17(Mg),\s\do15(点燃))C。故选C。5．(双选)下列说法正确的是(CD)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．依据反应SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．CO2气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D．SiO2不溶于水，也不能跟水反应生成酸解析：SiO2可与强碱反应，也可与氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，与氢氟酸反应是SiO2的特性。B项中的反应能够发生是因为CO2以气体形式逸出而使反应进行得彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱。6．已知A是一种装饰品的主要成分，依据如图转化关系，回答下列问题。(1)A用途：制光导纤维(或其他合理答案)(任写一种)，B是Na2SiO3，D是H2SiO3。(2)写出化学方程式：①Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高温))Na2SiO3＋CO2↑。④H2SiO3eq\o(=,\s\