新课标版学年高中化学第四章非金属及其化合物第一节第1课时二氧化硅和硅酸学案新人教版.docx
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新课标版学年高中化学第四章非金属及其化合物第一节第1课时二氧化硅和硅酸学案新人教版
第1课时 二氧化硅和硅酸
[核心素养发展目标] 1.理解二氧化硅的结构、性质和用途,体会性质决定用途的核心理念。
2.通过实验探究硅酸的制备与性质,进一步理解强酸制弱酸的规律。
3.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,能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献。
一、二氧化硅
1.硅元素的存在及结构
(1)存在
(2)原子结构:
硅的原子结构示意图为
,最外层有4个电子,反应中既不容易得到电子,也不容易失去电子。
2.二氧化硅(SiO2)
(1)存在
SiO2的存在形式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1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。
(3)性质
①物理性质:
熔点高,硬度大;溶解性:
不溶于水。
②化学性质
(4)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实验室中使用石英坩埚。
(1)SiO2和CO2的物理性质差别很大的原因:
SiO2是立体网状结构的晶体,不存在SiO2分子,而CO2是由碳、氧原子结合成的分子,微粒间的作用力远小于SiO2。
(2)SiO2和CO2都属于酸性氧化物,但SiO2与水、一般的酸不反应,能与氢氟酸反应,能与碱、碱性氧化物反应。
(3)高温下,SiO2能与部分盐反应,如
①SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑。
②SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑。
例1
关于二氧化硅,下列叙述正确的是________(填序号)。
①化学性质不活泼,熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚
②是酸性氧化物,溶于水显酸性,不溶于任何酸
③物理性质与CO2相似
④SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的
⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2
⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”
答案 ⑤⑥
解析 ①SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构,化学性质稳定,SiO2与NaOH发生反应,熔融NaOH固体不能用石英坩埚,①不正确;②SiO2属于酸性氧化物,与H2O不反应,但能与HF反应,②不正确;③SiO2与CO2结构不同,物理性质差别很大,③不正确;④SiO2晶体是由Si、O原子构成的,不含SiO2分子,④不正确;⑤正确;⑥光导纤维主要成分为SiO2,SiO2与碱反应,因此易发生“断路”,⑥正确。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的组成与结构
例2
二氧化硅是玻璃的主要成分之一。
下列说法不正确的是( )
A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体,熔点高、硬度大
B.二氧化硅为酸性氧化物,能与水反应生成硅酸
C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D.氢氟酸能雕刻玻璃,不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
答案 B
解析 二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体,是熔点高、硬度大的固体;二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物,与水不反应;磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应,生成具有粘性的硅酸钠,容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起;氢氟酸能腐蚀玻璃,不能用玻璃瓶盛装氢氟酸,常用塑料瓶盛装氢氟酸。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
思维启迪
(1)盛放碱性溶液(如氢氧化钠溶液)的试剂瓶应用橡胶塞或软木塞,而不能用磨口玻璃塞。
(2)氢氟酸不能用玻璃瓶盛放,常用塑料瓶盛放氢氟酸。
(3)石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体。
相关链接
CO2和SiO2的比较
CO2
SiO2
熔、沸点
低
高
状态
气态
无色晶体
与水反应
CO2+H2OH2CO3
不反应
与酸反应
不反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
与碱性氧化物反应
CO2+CaO===CaCO3
SiO2+CaO
CaSiO3
与碱反应
CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
氧化性
CO2+C
2CO
2C+SiO2
Si+2CO↑
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:
实验操作
实验现象
溶液变为红色
溶液由红色变为无色,有白色胶状沉淀物生成
有白色胶状沉淀物生成
实验结论
Na2SiO3溶液呈碱性
硅酸为不溶于水的白色固体
硅酸的酸性比碳酸弱
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(胶体)+2NaCl。
(2)将CO2通入Na2SiO3溶液中:
Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3。
(1)实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸。
(2)硅酸的性质:
①具有酸性,酸性比碳酸弱;②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后得到硅胶(或硅酸干凝胶),具有较强的吸水性,常用作干燥剂及催化剂的载体。
例3
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(胶体)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
答案 D
解析 SiO2不能与水反应生成硅酸,A错;B中反应是利用了强酸制弱酸的性质,B错;硅酸虽难溶于水,但可与强碱溶液反应生成硅酸盐,C错。
【考点】硅酸
【题点】硅酸的组成与性质
相关链接
H2CO3与H2SiO3性质的比较
H2CO3
H2SiO3
酸性
均为弱酸,且酸性:
H2CO3>H2SiO3
水溶性
能溶于水
难溶于水
稳定性
常温下易分解生成CO2和H2O
受热易分解生成SiO2和H2O
制备
CO2+H2OH2CO3
Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)
转化关系
Na2SiO3+CO2(少量)+H2O===Na2CO3+H2SiO3(胶体)
1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。
二氧化硅是硅酸的酸酐,但硅酸不能由二氧化硅与水反应制得。
2.熟记三个化学方程式
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;
(2)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O;
(3)Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)硅在自然界中只以化合态的形式存在( )
(2)结晶形硅石和无定形硅石是同素异形体( )
(3)SiO2晶体是立体网状结构,每个硅原子周围结合两个氧原子( )
(4)SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应,所以它是两性氧化物( )
(5)SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质( )
(6)硅胶可作干燥剂和催化剂的载体( )
(7)H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸强,不能使指示剂变色( )
(8)硅酸在干燥的空气中受热易分解,反应方程式为H2SiO3
SiO2+H2O( )
(9)硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后即得硅胶( )
(10)因SiO2有导电性,故SiO2可用于制备光导纤维( )
答案
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)√ (9)√ (10)×
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅结构与性质的综合
2.下列关于二氧化硅的说法错误的是( )
A.二氧化硅是一种非金属氧化物
B.二氧化硅不存在单个的分子
C.二氧化硅中硅元素与氧元素的质量比为7∶8
D.二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成
答案 D
解析 二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的比例结合而形成的立体网状结构,不存在单个的分子,是一种非金属氧化物,其中硅元素与氧元素的质量比为28∶32,即7∶8。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的组成与结构
3.(2018·孝感高一期末)下列物质:
①氢氟酸;②浓H2SO4;③烧碱溶液;④Na2CO3固体;⑤氧化钙;⑥浓HNO3。
其中在一定条件下能与SiO2反应的有( )
A.①③④⑤B.②③⑥
C.①②⑥D.全部
答案 A
解析 二氧化硅与氢氟酸反应生成四氟化硅与水,故①正确;二氧化硅不与氢氟酸以外的酸反应,不与浓硫酸、浓硝酸反应,故②⑥错误;二氧化硅与烧碱溶液反应生成硅酸钠与水,故③正确;二氧化硅与Na2CO3固体在高温下反应生成硅酸钠与二氧化碳,故④正确;二氧化硅与氧化钙在高温时反应生成硅酸钙,故⑤正确。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
4.下列溶液中①碳酸钠溶液;②氢氟酸;③氢氧化钠溶液;④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.①③B.②④C.②③D.①④
答案 A
解析 ①③项中溶液呈碱性,不能与光滑的玻璃反应,但能与磨口玻璃塞裸露的SiO2反应,生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶,具有良好的黏结性,易使瓶塞与瓶口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。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
5.下列关于二氧化硅和二氧化碳的说法中错误的是( )
A.与二氧化碳分子相似,1个硅原子和2个氧原子构成1个二氧化硅分子
B.通常状况下,二氧化碳为气态,二氧化硅为固体
C.二氧化硅和二氧化碳都能与氧化钙反应生成盐
D.二氧化硅和二氧化碳都能与氢氧化钠溶液反应生成盐和水
答案 A
解析 1个碳原子和2个氧原子构成1个二氧化碳分子,二氧化碳分子聚集组成二氧化碳气体;二氧化硅则是硅原子和氧原子按1∶2的数目比形成的具有立体网状结构的晶体,不存在单个的二氧化硅分子;通常状况下,二氧化硅是熔点高、硬度大的固体;二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物,都能与碱性氧化物(如氧化钙)、碱(如氢氧化钠)溶液反应。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅与二氧化碳的比较
6.下列二氧化硅的用途不正确的是( )
A.水晶可用来制造电子产品的重要部件和光学仪器
B.纯净的二氧化硅是制造光导纤维的重要原料
C.石英玻璃常用来制造耐高温的化学仪器
D.硅藻土常用作吸附剂和气体的干燥剂
答案 D
解析 硅藻土常用作吸附剂和催化剂的载体。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的用途
题组一 二氧化硅
1.下列说法中错误的是( )
A.硅元素是地壳中含量最多的元素
B.自然界中二氧化硅主要存在于石英矿和硅酸盐中
C.石英、水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅
D.玛瑙是具有彩色环带状或层状的石英晶体
答案 A
解析 地壳中硅元素的含量居第二位,仅次于氧元素;二氧化硅主要存在于石英矿和硅酸盐中。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的存在与物理性质
2.二氧化硅属于酸性氧化物,理由是( )
A.二氧化硅是一种非金属氧化物
B.二氧化硅能与水反应生成硅酸
C.二氧化硅与强碱反应生成盐和水
D.二氧化硅不能与酸反应
答案 C
解析 能与碱反应生成盐和水的氧化物称为酸性氧化物,二氧化硅能与强碱溶液反应生成盐和水,所以二氧化硅是酸性氧化物。
与水或酸不反应、非金属氧化物等不一定是酸性氧化物,如一氧化碳等。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
3.下列关于二氧化碳和二氧化硅的说法中正确的是( )
A.二氧化碳和二氧化硅分别是碳酸和硅酸的酸酐
B.二氧化碳和二氧化硅与水反应分别生成相应的酸
C.二氧化碳是酸性氧化物,二氧化硅是两性氧化物
D.二氧化碳和二氧化硅都是由相应的分子组成的
答案 A
解析 二氧化碳和二氧化硅都能与碱(如氢氧化钠)溶液反应生成盐和水,它们都是酸性氧化物;二氧化硅不能与酸反应生成盐和水,二氧化硅不是两性氧化物;二氧化硅不溶于水,不能与水反应;二氧化碳是碳酸的酸酐,二氧化硅是硅酸的酸酐;二氧化碳气体由二氧化碳分子聚集而组成,二氧化硅则是硅原子和氧原子构成的立体网状结构的晶体,二氧化硅中不存在分子。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅与二氧化碳的比较
4.下列物品或设备的成分中含有二氧化硅的是( )
①门窗玻璃 ②水晶镜片 ③石英钟表 ④玛瑙首饰 ⑤硅太阳能电池 ⑥光导纤维 ⑦计算机芯片
A.①②③④⑥B.全部
C.⑤⑦D.①②⑥⑦
答案 A
解析 玻璃、石英、水晶、玛瑙和光导纤维的成分中都含有二氧化硅,计算机芯片、硅太阳能电池的主要成分是单质硅。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的用途
5.(2019·重庆一中期末)下列试剂保存方法错误的是( )
A.钠应保存在石蜡油或煤油中
B.氢氟酸保存在玻璃瓶中
C.保存FeSO4溶液时加入少量的铁粉
D.Na2CO3溶液保存在带橡皮塞的玻璃瓶中
答案 B
解析 氢氟酸能和玻璃中的SiO2反应,所以不能保存在玻璃瓶中,故B错。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅结构与性质的综合
6.关于工业制金刚砂的反应:
SiO2+3C
SiC+2CO↑,下列说法正确的是( )
A.SiO2是氧化剂,C为还原剂
B.碳的还原性比硅强
C.氧化剂和还原剂的物质的量之比为2∶1
D.1molSiO2参与反应时,转移电子4mol
答案 D
解析 由价态变化知该反应是单质碳自身的氧化还原反应,作为氧化剂和还原剂的碳的物质的量之比为1∶2,故选D。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅性质的综合
7.(2018·无锡期末)石英砂(主要成分为SiO2)是一种常用的工业原料,其中常混有少量碳酸钙。
要除去石英砂中的少量碳酸钙,应采用的方法是( )
A.用水溶解后过滤分离
B.用酒精灯加热
C.用稀硫酸溶解后过滤分离
D.用稀盐酸溶解后过滤分离
答案 D
解析 A项,二氧化硅和碳酸钙都不溶于水,错误;B项,加热时碳酸钙能与二氧化硅反应生成硅酸钙,引入了新的杂质,错误;C项,碳酸钙与硫酸反应生成难溶性的硫酸钙,阻止反应进一步进行,无法除掉,错误;D项,二氧化硅与盐酸不反应,碳酸钙与盐酸反应生成可溶性的氯化钙,然后过滤得到二氧化硅,正确。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
题组二 硅酸
8.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,加热分解会生成二氧化硅
D.硅酸可由可溶性硅酸盐与盐酸反应制得
答案 B
解析 A项,硅酸是一种弱酸,正确;B项,二氧化硅不溶于水,不能和水反应生成硅酸,错误;C项,硅酸不稳定,加热分解生成二氧化硅和水,正确;D项,根据强酸制弱酸,且HCl的酸性比H2SiO3强,正确。
【考点】硅酸
【题点】硅酸的组成与性质
9.(2019·兰州市第二片区联考)能证明碳酸比硅酸酸性强的实验事实是( )
A.CO2是气体,SiO2是固体
B.高温下,二氧化硅和碳酸钠能反应
C.CO2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
答案 D
解析 氧化物的状态不能决定氧化物水化物的酸性强弱,故A错误;反应原理是高沸点制低沸点气体,之所以能发生是因为生成了挥发性的气体二氧化碳,故B错误;氧化物的水溶性不能决定其水化物的酸性强弱,故C错误。
【考点】硅酸
【题点】硅酸与碳酸的酸性比较
10.下列关于硅酸的说法正确的是( )
A.硅酸难溶于水,所以它不能与氢氧化钠溶液反应
B.二氧化硅和水通过化合反应可直接制得硅酸
C.实验室常用可溶性的硅酸盐溶液与酸反应制取硅酸
D.硅酸钠溶液中通入过量的二氧化碳最后得到澄清溶液
答案 C
解析 硅酸难溶于水,但能与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠而溶解;二氧化硅不溶于水,不能用二氧化硅与水反应制取硅酸,实验室常用硅酸钠溶液与盐酸反应来制取硅酸;将二氧化碳通入硅酸钠溶液中,有硅酸沉淀生成,二氧化碳过量硅酸沉淀不溶解。
【考点】硅酸
【题点】硅酸的制备方法
11.下列叙述正确的是( )
A.硅酸胶体是纯净物
B.硅酸胶体粒子的直径在1~100nm之间
C.胶体区别于其他分散系的本质特征是有丁达尔效应
D.硅酸胶体的胶粒不能通过滤纸
答案 B
解析 A项,硅酸胶体为混合物,错误;B项,胶体粒子的直径在1~100nm之间,正确;C项,胶体区别于其他分散系的本质特征为分散质粒子的直径大小,错误;D项,胶体粒子能够通过滤纸,但不能通过半透膜,错误。
【考点】硅酸
【题点】硅酸胶体与硅胶
12.下列说法中正确的是( )
A.由Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑可知,酸性H2SiO3>H2CO3
B.氢氟酸需要密封存放在橡胶塞的玻璃试剂瓶中
C.向硅酸钠溶液中加入盐酸产生白色沉淀,过量时沉淀溶解
D.瓷坩埚、氧化铝坩埚均不可作为融化NaOH固体的装置
答案 D
解析 SiO2与Na2CO3是高温下的反应,生成CO2气体逸出,有利于反应的进行,与最高价含氧酸的酸性无关,A错误;氢氟酸与玻璃中的成分反应,氢氟酸需要密封存放在橡胶塞的塑料试剂瓶中,B错误;向硅酸钠溶液中加入盐酸产生白色沉淀硅酸,硅酸与盐酸不反应,过量时沉淀不溶解,C错误。
【考点】硅酸
【题点】二氧化硅与硅酸的综合
13.根据二氧化硅的性质,回答下列问题:
(1)写出下列反应的化学方程式:
①二氧化硅与氧化钙反应____________________________________________________。
②二氧化硅与氢氧化钠溶液反应______________________________________________。
(2)实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡胶塞而不用玻璃塞的原因是____________________。
(3)实验室中不能用玻璃瓶盛放氢氟酸的原因是__________________________________。
答案
(1)①SiO2+CaO
CaSiO3
②SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
(2)玻璃中含有二氧化硅,能与碱反应,容易使瓶塞和瓶口粘在一起而不能打开
(3)氢氟酸极易与玻璃中的二氧化硅发生反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
解析 二氧化硅是一种酸性氧化物,能与碱(如氢氧化钠)、碱性氧化物(如氧化钙)反应,一般不与酸(如硝酸)发生反应,但二氧化硅能与氢氟酸反应。
【考点】二氧化硅
【题点】二氧化硅的化学性质
14.为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱,某学生设计了如下图所示的实验装置,一次实验即可达到目的(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:
________>________>________。
答案
(1)盐酸
(2)饱和NaHCO3溶液 吸收HCl气体
(3)Na2SiO3溶液 SiO
+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+CO
(或SiO
+2CO2+2H2O===2HCO
+H2SiO3↓)
(4)HCl H2CO3 H2SiO3
解析 根据强酸+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,根据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(胶体)+Na2CO3,由此判断酸性:
H2CO3>H2SiO3,但需注意的是A中反应会有HCl气体逸出,故通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸收,但不能吸收CO2,故选用饱和NaHCO3溶液。
【考点】硅酸
【题点】硅酸与碳酸的酸性比较
15.A、B、C、D、E代表单质或化合物,它们之间的相互转化关系如下图所示。
A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质。
(1)形成单质A的元素,在化合物中的最高化合价为________。
(2)B的化学式是________,C的化学式是________,D的化学式是________。
(3)B与碳反应生成A和E的化学方程式为_____________________________________。
答案
(1)+4价
(2)SiO2 CaSiO3 Na2SiO3
(3)SiO2+2C
Si+2CO↑
解析 本题的突破点是“A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质”,由此可知A为硅,B为二氧化硅,C为硅酸钙,D为硅酸钠。
【考点】硅酸
【题点】二氧化硅与硅酸的综合
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- 新课 学年 高中化学 第四 非金属 及其 化合物 第一节 课时 二氧化硅 硅酸 新人