高中化学第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角-硅第1课时二氧化硅和硅酸学案新人教版

第一节 无机非金属材料的主角——硅 第一课时 二氧化硅和硅酸 [课标要求] 1．了解SiO2的结构、性质和用途。 2．了解硅酸的制备和化学性质。

1．硅元素的存在和原子结构 2．二氧化硅 (1)存在与形态 SiO2的存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石，石英、水晶、玛瑙的主要成分是二氧化硅。 (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原子周围结合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

1．石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。 2．SiO2是硅酸的酸酐，但硅酸不能由SiO2与水反应制得。 3．熟记三个化学方程式 (1)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O。 (2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。 (3)Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3(证明H2CO3酸性强于H2SiO3)。

硅元素的存在与二氧化硅

(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材料，可以制作光导纤维。 ③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 ④实验室中使用石英坩埚。 [特别提醒] 硅是一种亲氧元素，自然界中以SiO2和硅酸盐的形式存在，没有游离态的硅。

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) 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，SiO2与NaOH反应生成Na2SiO3，使试剂瓶受腐蚀。Na2SiO3

溶液有良好的粘结性，它易使瓶口与瓶塞粘在一起而难以开启。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？ 提示：不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分SiO2反应。 3．SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，SiO2属于两性氧化物吗？ 提示：SiO2不是两性氧化物。原因是SiO2不与盐酸、硫酸等强酸反应。

SiO2和CO2的比较 SiO2 CO2 不 同 点 熔、沸点 高 低 状态 无色晶体 气态 与水反应 不反应 CO2＋H2OH2CO3 与酸反应 只与氢氟酸反应 不反应 相 同 点

与碱性氧 化物反应 CaO＋SiO2=====高温 CaSiO3 CO2＋CaO===CaCO3

与碱反应 SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O CO2＋2NaOH=== Na2CO3＋H2O

与某些盐 反应 SiO2＋Na2CO3=====高温 Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3=====高温 CaSiO3＋CO2↑ CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3 CO2＋H2O＋Na2SiO3 ===H2SiO3↓＋Na2CO3

与碳反应 SiO2＋2C=====高温 Si＋2CO↑ CO2＋C=====△ 2CO

1．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( ) A．CO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐 B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸 C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物 D．CO2和SiO2都是由相应的分子组成的 解析：选A 虽然SiO2是H2SiO3的酸酐，但SiO2却不能溶于水生成H2SiO3，而CO2可溶于水生成H2CO3，B错误；SiO2与CO2都是酸酐，都是酸性氧化物，A正确，C错误；CO2是由CO2

分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。

2．SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是( ) A．SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O

B．SiO2＋CaO=====高温CaSiO3 C．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O D．SiO2＋4HCl===SiCl4＋2H2O 解析：选D SiO2是一种酸性氧化物，可以和碱、碱性氧化物反应，也可以和氢氟酸反应，但不能与盐酸反应，D项不正确。

1．制备 硅 酸 实验操作 实验现象 滴加酚酞溶液后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状沉淀生成

结论 Na2SiO3溶液呈碱性；可溶性硅酸盐与盐酸反应可以制得硅酸，反应的化学方程式为Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓ 2．性质

H2SiO3=====△ SiO2＋H2O 完成下列两个反应的化学方程式： (1)向Na2SiO3溶液中通入少量CO2气体：Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3。 (2)H2SiO3与NaOH溶液反应：H2SiO3＋2NaOH===Na2SiO3＋2H2O。 3．硅胶

[特别提醒] 碳酸能使紫色石蕊溶液变色，硅酸则不能；硅酸的稳定性比碳酸强。

1．SiO2属于酸性氧化物，能否用SiO2与水直接反应制取H2SiO3? 提示：不能；因为SiO2与水不反应。 2．由SiO2如何来制取H2SiO3？用化学方程式表示。

提示：SiO2, ―――→NaOH Na2SiO3――→CO2H2SiO3。化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O； Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

1．硅酸是中学化学中惟一一个不溶于水的酸，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：①具有酸性，酸性比碳酸弱；②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。 1．下列关于硅酸的说法正确的是( ) A．硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得 B．用反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3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 解析：选D SiO2不溶于水，也不能与水反应，A项错误。利用复分解反应来制取酸，一般是基于两种化学反应原理：“强酸制弱酸”或“难挥发性酸制取挥发性酸”，B项中反应是利用了“强酸制弱酸”的原理，错误。硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C项错误。硅胶多孔，吸水能力强，常用作干燥剂，D项正确。 2．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：选B 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。 [三级训练·节节过关]

1．光导纤维已成为信息社会必不可少的高技术材料。下列物质用于制造光导纤维的是( ) A．金刚石 B．大理石 C．铝合金 D．二氧化硅 解析：选D 用于制造光导纤维的材料是二氧化硅。

2．下列有关物质的性质或应用的说法不正确的是( ) A．二氧化硅是生产光纤制品的基本原料 B．硅酸不溶于水可溶于NaOH溶液 C．Na2O、Na2O2与CO2反应产物相同 D．SiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应 解析：选C A项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，硅酸与NaOH溶液反应 生成易溶于水的Na2SiO3，正确；C项，氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠，过氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，二者产物不同，不正确，符合题意；D项，二氧化硅是酸性氧化物，能和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水，正确。 3．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 解析：选C 烧碱、氢氟酸和生石灰在一定条件下均可与SiO2反应，只有硝酸不与SiO2

反应。

4．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是( ) A．加入过量盐酸，观察是否有气泡产生 B．加入过量烧碱溶液，观察是否有固体溶解 C．加热至高温，观察是否有气泡产生，是否有硅酸钙生成 D．先加过量盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现，若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解 解析：选D 二氧化硅不溶于盐酸但溶于NaOH溶液。碳酸钙难溶于水但溶于盐酸且放出二氧化碳气体，所以，在生石灰样品中加入足量盐酸产生气泡可证明含有石灰石，反应后有不溶物剩余，将该不溶物投入NaOH溶液，不溶物溶解，可证明生石灰样品中含有二氧化硅。 5．物质A是一种高熔点化合物，不溶于硫酸、硝酸，却溶于氢氟酸；C是一种气体；D是白色胶状沉淀；A、B、C、D之间的转化如图，试推断：

A．________；B.________；C.________；D.________。 解析：由A的性质可知A为SiO2；结合转化关系知B为硅酸钠，C为CO2，D为硅酸。 答案：SiO2 Na2SiO3 CO2 H2SiO3

1．下列物质中主要成分不是二氧化硅的是( ) A．干冰 B．水晶 C．玛瑙 D．硅石 解析：选A 干冰为固体CO2，主要成分不是SiO2，B、C、D项物质的主要成分都为二氧化硅。 2．下列说法正确的是( )