2024-2025學年高中化學第四章非金屬及其化合物1第1課時二氧化硅和硅酸學案新人教版必修1

PAGE7-第1課時二氧化硅和硅酸課程目標1．了解二氧化硅的結構、性質。2．相識二氧化硅在生產、信息技術、材料科學等領域的應用。3．了解硅酸的制備和主要化學性質。圖說考點[新知預習]一、自然界中的硅元素二、二氧化硅1．存在水晶、瑪瑙、光導纖維的主要成分是SiO2（或二氧化硅）。沙子中含有小粒的石英晶體。2．SiO2晶體是立體空間網(wǎng)狀結構，每個Si結合4個O，每個O結合2個Si，N（Si）:N(O)=1:23．物理性質熔點硬度溶解性高大不溶于水4.化學性質5．用途建筑材料、光導纖維、石英坩堝、飾物和工藝品。三、硅酸1．物理性質顏色：白色；狀態(tài)：膠狀；溶解性：難溶于水。2．化學性質(1)弱酸性向Na2SiO3溶液中通入少量CO2氣體，反應的化學方程式為Na2SiO3＋H2O＋CO2=Na2CO3＋H2SiO3↓；結論：酸性H2CO3>H2SiO3。(2)不穩(wěn)定性H2SiO3不穩(wěn)定，受熱易分解，化學方程式：H2SiO3eq\o(=,\s\up7(△))H2O＋SiO2。3．硅膠[即時性自測]1．推斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)硅元素在自然界中既有化合態(tài)，又有游離態(tài)。()(2)SiO2是空間正四面體網(wǎng)狀結構晶體。()(3)SiO2是酸性氧化物，與任何酸都不能發(fā)生反應。()(4)利用石英坩鍋可熔融NaOH固體。()(5)氫氟酸不能用玻璃試劑瓶保存。()(6)SiO2晶體是由SiO2分子干脆組成的。()(7)水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導纖維的主要成分均是SiO2。()(8)光導纖維在強堿性條件下易發(fā)生“斷路”。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√(8)√2．關于地殼中含量占第一位和其次位的元素之間形成的化合物，有關其說法正確的是()A．化學性質不活潑B．可溶于水且顯酸性C．熔沸點較低，物理性質與CO2相像D．是酸性氧化物，不溶于任何酸答案：A3．光導纖維被認為是20世紀最宏大的獨創(chuàng)之一。光導纖維的主要成分是()A．SiB．SiO2C．Na2SiO3解析：光導纖維的主要成分是SiO2。答案：B4．下列關于硅酸的敘述，錯誤的是()A．硅酸是一種很弱的酸B．硅酸可由二氧化硅與水反應制得C．硅酸不穩(wěn)定，加熱脫水會生成二氧化硅D．硅酸可以由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應制得解析：二氧化硅對應的酸雖然是硅酸，但是二氧化硅不溶于水也不與水反應，所以B項錯誤。答案：BSiO2作為非金屬氧化物是有不同于一般非金屬氧化物的結構和性質。提升點一二氧化硅的結構特點和化學特性[例1]下列說法不正確的是()A．因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物B．在反應SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高溫))Si＋2CO↑中SiO2作氧化劑C．SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結構的晶體，熔點高、硬度大D．氫氟酸能夠刻蝕玻璃，故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸【解析】A項，SiO2不溶于水，但它能與堿反應生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯誤；B項，在該反應中SiO2被C還原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結構的物質，故熔點高，硬度大，正確；D項，SiO2能與氫氟酸反應，故常用氫氟酸刻蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，正確?！敬鸢浮緼[提升1]下列關于SiO2和CO2的說法中正確的是()A．CO2、SiO2都能與堿性氧化物反應B．CO2和SiO2與水反應分別生成相應的酸C．二氧化硅可用來制作干燥劑，因二氧化硅可與水反應D．CO2和SiO2都是由相應的分子構成的解析：CO2、SiO2均為酸性氧化物，對應的酸分別是H2CO3、H2SiO3；CO2與Na2CO3溶液在常溫下發(fā)生反應，但SiO2只有在高溫條件下才與Na2CO3固體發(fā)生反應；CO2由分子構成，SiO2由硅、氧原子按1:2比例構成。答案：A[關鍵實力]1．二氧化硅晶體結構特點1．SiO2的結構確定其化學性質。2．SiO2晶體的基本結構是以硅原子為中心，氧原子在4個頂角上的正四面體結構，而這些正四面體又通過頂角的氧原子相連接。3．SiO2晶體是由Si與O按1:2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結構的晶體。2．二氧化硅的特性物質一般規(guī)律特別性質或化學方程式SiO2酸性氧化物一般與水反應生成相應的酸SiO2不溶于水，也不與水反應酸性氧化物一般不與酸發(fā)生反應SiO2可與氫氟酸反應：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O“較強酸制較弱酸”是復分解反應的一個規(guī)律，H2CO3的酸性強于H2SiO3SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高溫))Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑提升點二硅酸的制備方法[例2]下列說法正確的是()A．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟強堿反應，但不能跟任何酸反應B．依據(jù)SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑的反應，可推知硅酸的酸性比碳酸強C．CO2氣體通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸D．SiO2與水反應可得到硅酸硅酸是一種獨特的難溶性固態(tài)無機酸。【解析】SiO2能與氫氟酸發(fā)生反應：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，A項錯；B項反應是在高溫條件下進行的，由于CO2是氣體，生成后脫離反應體系而使反應得以接著進行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸強，要比較硅酸和碳酸的酸性強弱，必需比較它們在水溶液中電離出H＋的難易程度，由于C的非金屬性較Si強，所以H2CO3的酸性較H2SiO3強，B項錯誤；由于H2CO3的酸性比H2SiO3強，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(膠體)＋Na2CO3，C項正確；二氧化硅不溶于水，也不能與水反應，D項錯誤?！敬鸢浮緾[提升2]下列關于硅酸的說法正確的是()A．硅酸可以通過SiO2和水化合反應干脆制得B．可用反應Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應D．干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸鈉解析：SiO2難溶于水，因此不能與水化合反應干脆制得硅酸，A錯誤；由于酸性HCl>H2SiO3，所以可用反應Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓制取硅酸，B正確；盡管硅酸難溶于水，但是它仍能與NaOH溶液反應產生硅酸鈉和水，C錯誤；干燥劑“硅膠”的主要成分是硅酸，D錯誤。答案：B,[關鍵實力]硅酸的制備試驗操作試驗現(xiàn)象滴加酚酞后溶液呈紅色，滴加稀鹽酸后溶液變?yōu)闊o色，有白色膠狀物質生成結論Na2SiO3溶液呈堿性，滴加稀鹽酸后發(fā)生反應的化學方程式為Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(膠體)＋2NaClSiO2不能與H2O反應，故H2SiO3的制備方法通常用可溶性硅酸鹽與其他酸反應制備：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3↓＋2NaHCO31．下列敘述中，正確的是()A．自然界中存在大量的單質硅B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅的化學性質活潑，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學反應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，但都以化合態(tài)形式存在，A項錯誤；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在，D項錯誤；二氧化硅的性質穩(wěn)定，C項錯誤。答案：B2．下列物質不與二氧化硅反應的是()A．燒堿B．氫氟酸C．硝酸D．生石灰答案：C3．下列關于SiO2的說法，正確的是()A．SiO2是制造光導纖維的重要材料B．SiO2溶于水生成硅酸C．SiO2對應水化物的酸性比碳酸強D．SiO2是酸性氧化物，不跟任何酸反應解析：SiO2不溶于水；硅酸酸性比碳酸弱；SiO2是酸性氧化物，但可與氫氟酸反應。答案：A4．下列試劑能用帶玻璃塞的玻璃瓶保存的是()A．Na2SiO3溶液B．KMnO4溶液C．氫氟酸D．NaOH溶液解析：玻璃中含有SiO2與NaOH溶液長時間作用會生成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有粘性，可將玻璃塞與玻璃瓶粘在一起打不開，A、D錯誤；氫氟酸可腐蝕玻璃，一般用塑料瓶盛裝，C錯誤。答案：B5．為確認HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強弱，某學生設計了如下圖所示的裝置，一次試驗即可達到目的(不必選其他酸性物質)。請據(jù)此回答：(1)錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應為________。(2)裝置B所盛的試劑是________，其作用是________________________________________。(3)裝置C所盛試劑是________，C中反應的離子方程式是________________________________。(4)由此得到的結論是酸性________>________>________。解析：依據(jù)強酸＋弱酸鹽→弱酸＋強酸鹽分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中盛放Na2CO3，依據(jù)Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑可以知道酸性HCl強于H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應為Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，由此推斷酸性H2CO3>H2SiO3，但需留意的是A中反應會有HCl氣體逸出，故將CO2通入Na2SiO3溶液前需將CO2中的HCl汲取，故可選用飽和NaHCO3溶液。答案：(1)鹽酸(2)飽和NaHCO3溶液汲取HCl氣體(3)Na2SiO3溶液SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)(4)HClH2CO3H2SiO3練后感悟CO2與SiO2的性質區(qū)分CO2SiO2類別均為酸性氧化物