第1课时 二氧化硅和硅酸(知识点归纳及例题解析)

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。

硅元素在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在，原因是硅是一种亲氧元素。

2.硅的氧化物为二氧化硅，俗名为硅石，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)。

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.列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。

CO2＋H2O H2CO3
归纳总结
二氧化硅的结构与性质
(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有稳定性强，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.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
答案B
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。

2.由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成的混合粉末。

现取两份该混合粉末试样进行实验。

(1)将一份混合粉末溶于过量的盐酸，得到沉淀X和滤液Y，沉淀X为________，滤液Y中含有的阳离子主要是______________，向滤液Y中加入过量NaOH溶液，得到的沉淀是____________________。

(2)将另一份混合粉末溶于过量NaOH溶液，发生反应的离子方程式为_________________。

答案(1)SiO2Al3＋、Mg2＋、Fe3＋、H＋Mg(OH)2、Fe(OH)3(2)SiO2＋2OH－===SiO2－3＋
H2O、
Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O
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：
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。

归纳总结
硅酸的性质
(1)实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。

(2)硅酸的性质：∶具有酸性，酸性比碳酸弱；∶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.在既能溶解Al(OH)3又能溶解SiO2的无色溶液中，能大量共存的是()
A.Na＋、Al3＋、NO－3、Cl－
B.K＋、Na＋、Cl－、SiO2－3
C.Fe2＋、K＋、SO2－4、Cl－
D.Na＋、HCO－3、K＋、NO－3
答案B
解析符合题干要求的应是强碱性且无色的溶液，Al3＋、HCO－3能与碱反应，Fe2＋有色且可与碱反应。

4.下列反应不能一步完成的是()
A.SiO2―→Na2SiO3
B.SiO2―→H2SiO3
C.SiO2―→CaSiO3
D.H2SiO3―→SiO2
答案B
解析二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠；氧化钙可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钙；硅酸可直接加热分解生成二氧化硅，故只有B符合题意。

1.华裔科学家高锟因“在光学通信领域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.Si
B.SiO2
C.Na2SiO3
D.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.CO 2与SiO 2均具有氧化性，可作氧化剂 答案 D
解析 SiO 2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ，A 不正确；二氧化硅中不存在SiO 2分子，B 项不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C 不正确。

3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( ) A.CO 2是气体，SiO 2是固体 B.二氧化硅的熔点比二氧化碳高
C.根据反应SiO 2＋CaCO 3=====高温
CaSiO 3＋CO 2↑，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D.CO 2通入Na 2SiO 3稀溶液中析出硅酸沉淀，所生成的H 2SiO 3逐渐聚合而形成硅酸溶胶 答案 D
解析 酸性强弱与这种酸的氧化物的状态和物理性质无关，A 、B 均不正确；C 项反应只有在高温条件下才能进行，由于CO 2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；D 项属于较强的酸制取较弱的酸，能够证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。

4.下列溶液中∶碳酸钠溶液、∶氢氟酸、∶氢氧化钠溶液、∶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.∶∶ B.∶∶ C.∶∶ D.∶∶ 答案 A
解析 ∶、∶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SiO 2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。

5.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.SiO 2属于两性氧化物
B.酸性：H 2SiO 3＞H 2CO 3
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 SiO 2是酸性氧化物；酸性：H 2CO 3＞H 2SiO 3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO 2与NaOH 溶液的反应。

6.硅胶和石英的主要成分都是SiO 2，前者是结构疏松的SiO 2，后者是结构致密的SiO 2。

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 －
＋SiO 2===SiO 2－
3＋H 2O (2)SiO 2－
3＋2H ＋===H 2SiO 3↓
(3)H 2SiO 3=====∶
H 2O↑＋SiO 2 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SiO 2，与碱反应生成盐和水：2NaOH ＋SiO 2===Na 2SiO 3＋H 2O 。

(2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na 2SiO 3(aq)，硅酸是弱酸，Na 2SiO 3与盐酸发生复分解反应：Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓。

(3)微热，浓缩H 2SiO 3(aq)，H 2SiO 3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：H 2SiO 3=====∶
H 2O↑＋SiO 2。

硅胶的制备过程：
石英(SiO 2)――→＋NaOH
Na 2SiO 3――→＋HCl
H 2SiO 3――→∶
硅胶。

硅胶的主要用途有两种：作干燥剂或作催化剂的载体。