1 化学必修一第四 章第一节 第1课时 二氧化硅和硅酸练习.docx
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1化学必修一第四章第一节第1课时二氧化硅和硅酸练习
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
1.知道二氧化硅是硅的重要化合物,并能正确描述二氧化硅的结构特点。
2.掌握二氧化硅的重要性质及主要用途。
3.了解硅酸的性质、用途和制备方法。
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
(1)存在:
SiO2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、沙子、光导纤维的主要成分均是SiO2。
(2)结构:
SiO2晶体是四面体立体网状结构,每个Si周围结合4个O,每个O周围有2个Si,即N(Si)∶N(O)=1∶2。
(3)物理性质:
SiO2的熔点高,硬度大,不溶于水。
(4)化学性质
(5)用途
①以SiO2为主要成分的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。
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。
( )
答案:
(1)√
(2)× (3)× (4)× (5)√
2.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用,从A~E选项中选择正确答案填入括号内。
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O( )
(2)SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑( )
(3)SiO2+2C
Si+2CO↑( )
(4)SiO2+3C
SiC+2CO↑( )
(5)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O( )
A.作为玻璃的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.将挥发性的酸酐从其盐中置换出来
E.未参与氧化还原反应
答案:
(1)C
(2)D (3)B (4)E (5)A
CO2与SiO2的比较
化学式
CO2
SiO2
构成
CO2分子
硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体,无SiO2分子
物理性质
气体,熔、沸点低,溶于水
固体,熔、沸点高,硬度大,不溶于水
化学性质
与碱溶液
2NaOH+CO2(少量)===Na2CO3+H2O
NaOH+CO2(足量)===NaHCO3
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
与水
CO2+H2OH2CO3
不反应
与碳
C+CO2
2CO
2C+SiO2
Si+2CO↑
与酸
不反应
只与氢氟酸反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
与碱性氧化物
CO2+CaO===CaCO3
SiO2+CaO
CaSiO3
与盐
Na2SiO3+CO2(少量)+H2O===Na2CO3+H2SiO3↓
CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2
SiO2+CaCO3
CaSiO3+CO2↑
SiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
用途
干冰用于人工降雨,合成肥料
制饰品、实验室里的坩埚、光导纤维
(1)SiO2既能与NaOH溶液反应,也能与氢氟酸反应,但SiO2不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。
(2)SiO2和CO2的物理性质差别很大,是由二者结构上的差别造成的,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。
下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是( )
A.CO2、SiO2均为酸性氧化物
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都是由相应的分子构成的
[解析] SiO2与CO2都是酸性氧化物,但SiO2不能溶于水生成H2SiO3,CO2可溶于水生成H2CO3,A正确,B错误,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。
[答案] A
(1)为什么SiO2不是两性氧化物?
(2)酸性氧化物是否都有对应的酸存在?
是否都能与水反应生成酸?
答案:
(1)既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水的氧化物才是两性氧化物。
SiO2与HF反应生成SiF4和H2O,SiF4不属于盐,故SiO2不是两性氧化物。
(2)酸性氧化物都有对应的酸存在,但不是所有的酸性氧化物都能与水反应生成酸,如SiO2。
二氧化硅的性质和用途
1.下列关于二氧化硅的叙述不正确的是( )
①在固态和液态时,几乎不导电
②能跟强碱反应,但不能与水反应
③SiO2的物理性质与CO2类似
A.②③ B.③
C.①②D.①③
解析:
选B。
①正确,SiO2在固态和液态时均无自由移动的电子或离子;②正确,如2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O;③不正确,SiO2与CO2熔沸点、硬度、密度差别很大。
2.光纤通信是以光作为信息的载体,让光在光导纤维中传播,制造光导纤维的基本原料是( )
A.氧化钙B.铜
C.石英砂D.硅
解析:
选C。
制造光导纤维的材料为SiO2,石英砂的主要成分为SiO2。
硅 酸
1.硅酸的性质
(1)物理性质:
难溶于水的白色胶状物质。
(2)化学性质
①酸性(比碳酸酸性弱)
a.与NaOH溶液反应的化学方程式为H2SiO3+2NaOH===Na2SiO3+2H2O。
b.向Na2SiO3溶液中通入少量CO2气体,反应的化学方程式为Na2SiO3+CO2+H2O===Na2CO3+H2SiO3(胶体)。
②不稳定性:
受热易分解,化学方程式为H2SiO3
H2O+SiO2。
2.硅酸的制备实验
(1)实验现象
硅酸钠溶液
溶液呈红色
溶液变为无色,有白色胶状沉淀产生。
(2)结论:
硅酸钠溶液呈碱性,与盐酸反应的化学方程式为Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)。
3.硅胶
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)H2SiO3难溶于水,其酸性比碳酸强,不能使指示剂变色。
( )
(2)硅酸在干燥的空气中受热易分解,反应方程式为H2SiO3
SiO2+H2O。
( )
(3)硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶,经干燥脱水后即得硅胶。
( )
(4)硅酸可制成硅胶,硅胶可用作催化剂的载体。
( )
(5)硅胶可用作干燥剂。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)√
1.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)
2.硅酸的制备原理
由于二氧化硅不能与水化合,所以制备硅酸时只能使用硅酸盐与其他酸反应的方法,如向Na2SiO3溶液中滴加盐酸或通入CO2气体等,利用的原理都是较强酸+较弱酸盐―→较弱酸+较强酸盐。
例如:
CO2(少量)+Na2SiO3+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3。
能证明硅酸酸性弱于碳酸酸性的事实是( )
A.CO2是气体,SiO2是固体
B.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
C.CO2能溶于水,SiO2难溶于水
D.CO2通入Na2SiO3溶液中析出硅酸
[解析] 酸性强弱与这种酸对应的酸性氧化物的物理性质无关,A、C项均不正确;B项,反应能发生是因为该反应在高温下进行,且产物中有气体生成,气体从反应体系中逸出,有利于反应的进行,错误;只有D项属于较强酸制取较弱酸的反应,符合题意。
[答案] D
硅酸的性质与制备
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原理
C.硅酸难溶于水,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生成硅酸,A项错误;Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)是利用了强酸制弱酸的原理,B项错误;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,故可用作袋装食品的干燥剂,D项正确。
2.下列关于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的说法中不正确的是( )
A.两者均为弱酸
B.两者均可使紫色石蕊试液变红色
C.CO2气体通入Na2SiO3溶液中可以制得硅酸
D.两者受热时均可以分解
解析:
选B。
硅酸不能使紫色石蕊试液变红,B不正确。
3.可用来制备硅酸的反应是( )
A.硅酸钙中加入稀硫酸
B.SiO2加入沸水中
C.硅酸钙中加入稀硝酸
D.Na2SiO3溶液中加入盐酸
解析:
选D。
硅酸钙不溶于水,也不溶于酸,所以A、C不对;SiO2不溶于水,也不能与沸水反应,所以B不对。
重难易错提炼
1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。
2.SiO2的特性
(1)酸性氧化物一般能与水反应生成对应的酸,但SiO2不溶于H2O,不能直接与H2O反应生成H2SiO3。
(2)非金属氧化物的熔点一般较低,但二氧化硅的熔点很高。
(3)酸性氧化物一般不与酸反应,但SiO2可以与氢氟酸反应。
3.熟记三个化学方程式
(1)SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O;
(2)SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O;
(3)Na2SiO3+CO2(少量)+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3。
课后达标检测
[基础巩固]
1.下列关于碳、硅的说法正确的是( )
A.碳、硅的最外层均有4个电子,易得电子表现较强氧化性
B.硅是构成岩石的基本元素,地壳中含量处于第二位
C.硅在自然界中既有游离态又有化合态
D.碳的氧化物和硅的氧化物在常温常压下均为气体
解析:
选B。
A项,碳、硅均不易得失电子;C项,硅为亲氧元素,在自然界中无游离态;D项,SiO2在常温常压下为固体。
2.下列关于二氧化硅的说法中正确的是( )
A.二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成
B.在二氧化硅晶体中,每个硅原子周围结合4个氧原子
C.二氧化硅可用来制作干燥剂,因二氧化硅可与水反应
D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸
解析:
选B。
SiO2晶体中不存在单个分子,其结构中每个硅原子周围结合4个氧原子,每个氧原子周围结合2个硅原子,所以硅原子和氧原子的个数比为1∶2,化学式写作SiO2,A错误,B正确。
硅酸在一定条件下可制得硅胶,硅胶可用作干燥剂,但SiO2不与水反应,C错误。
SiO2可与氢氟酸反应,D错误。
3.如图所示,用胶头滴管向用石蜡围成的“优化方案”凹槽内注入某溶液,即可在玻璃上刻蚀出“优化方案”的字样,则该溶液是( )
A.盐酸 B.氢氟酸
C.烧碱D.饱和食盐水
解析:
选B。
氢氟酸可与二氧化硅反应:
SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O,运用这个反应,在玻璃上进行刻蚀可制成毛玻璃和雕花玻璃等。
4.SiO2和CO2都具有的性质是( )
A.都能与水反应
B.都能与强碱溶液反应生成盐和水
C.熔、沸点都很低
D.常温下都是固体
解析:
选B。
SiO2不溶于水也不能与水反应;SiO2和CO2都属于酸性氧化物,都能与强碱溶液反应生成盐和水;SiO2的熔、沸点很高;常温下,CO2为气体。
5.下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中,但不能用磨口玻璃塞的是( )
A.硝酸钠溶液B.氢氟酸
C.氢氧化钠溶液D.氯化钠溶液
解析:
选C。
玻璃的成分中含有SiO2,能与氢氧化钠溶液反应而使玻璃瓶塞与瓶子黏合在一起。
6.下列反应中,能说明SiO2是酸性氧化物的是( )
①SiO2+4HF===SiF4↑+2H2O
②SiO2+CaO
CaSiO3
③SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O
④SiO2+2C
Si+2CO↑
A.①②B.②③
C.③④D.①④
解析:
选B。
二氧化硅和氢氟酸反应是二氧化硅的特殊性质,不能说明是酸性氧化物,①不符合;二氧化硅和氧化钙反应生成硅酸钙,是酸性氧化物的通性,②符合;二氧化硅和碱反应生成盐和水,符合酸性氧化物的概念,③符合;二氧化硅和碳反应表现二氧化硅的氧化性,不能说明是酸性氧化物,④不符合。
7.将过量的CO2分别通入:
①CaCl2溶液,②Na2SiO3溶液,③Ca(OH)2溶液,④饱和Na2CO3溶液。
最终溶液中有白色沉淀或胶体生成的是( )
A.①②③④B.②④
C.①②③D.②③
解析:
选B。
根据酸与盐反应的规律,CO2通入CaCl2溶液不反应,无明显现象;过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色胶状沉淀H2SiO3生成;CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生如下反应:
Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O,CaCO3+H2O+CO2===Ca(HCO3)2,最终生成的Ca(HCO3)2易溶于水;过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中:
Na2CO3+H2O+CO2===2NaHCO3↓,生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。
8.(2017·临沂高一检测)据报道,科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解,从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料,将少量这种材料掺入混凝土中,即可制备出超高强度的高性能混凝土。
下列关于二氧化硅的说法正确的是( )
A.二氧化硅可以和浓盐酸反应
B.将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸的酸性比碳酸的强
D.水晶是比较纯净的二氧化硅,沙子的主要成分是硅酸盐
解析:
选B。
二氧化硅不与浓盐酸反应;硅酸的酸性比碳酸的弱;沙子的主要成分是二氧化硅。
9.(2017·成都高一检测)下列关于二氧化硅的叙述正确的是( )
A.二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的,它的熔点高、硬度大
B.可用石英坩埚熔融烧碱
C.二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维
D.二氧化硅能溶于氢氟酸中,这是由它的晶体结构决定的
解析:
选C。
在SiO2晶体中只存在Si、O两种原子,而没有SiO2分子;石英的主要成分是SiO2,它能与烧碱反应,故不能用石英坩埚熔融烧碱;SiO2可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维;二氧化硅之所以能溶于氢氟酸是因为二者反应生成了SiF4气体和H2O,这与它的晶体结构无关。
10.下表中括号内物质是杂质,试将除杂试剂及分离方法填入表内:
混合物
SiO2
(CaCO3)
CO2
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂试剂
分离方法
解析:
SiO2(CaCO3):
利用SiO2不溶于盐酸而CaCO3溶于盐酸除去CaCO3;CO2(SO2):
通入饱和NaHCO3溶液;NaHCO3(Na2SiO3):
通入足量CO2气体;SiO2(NaCl):
溶于水后过滤。
答案:
混合物
SiO2
(CaCO3)
CO2
(SO2)
NaHCO3
(Na2SiO3)
SiO2
(NaCl)
除杂试剂
盐酸
饱和NaHCO3溶液
通入足量CO2
水
分离方法
过滤
洗气
过滤
过滤
11.为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱,某学生设计了如图所示的实验装置,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所盛的试剂是________,发生反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
(4)由此得到的结论是酸性:
________>________>________。
解析:
根据“较强酸+较弱酸盐―→较弱酸+较强酸盐”分析可知,分液漏斗中盛装盐酸,锥形瓶中盛放Na2CO3溶液,根据Na2CO3+2HCl===2NaCl+H2O+CO2↑可以知道酸性:
HCl>H2CO3,然后将生成的CO2通入Na2SiO3溶液中,发生反应为Na2SiO3+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+Na2CO3或Na2SiO3+2CO2+2H2O===H2SiO3(胶体)+2NaHCO3,由此判断酸性:
H2CO3>H2SiO3,但需注意的是装置A中反应会有HCl气体逸出,故生成的气体通入Na2SiO3溶液前需将HCl吸收,但不能吸收CO2,故选用饱和NaHCO3溶液。
答案:
(1)盐酸
(2)饱和NaHCO3溶液 吸收挥发出的HCl气体
(3)Na2SiO3溶液 SiO
+CO2+H2O===H2SiO3(胶体)+CO
[或SiO
+2CO2+2H2O===H2SiO3(胶体)+2HCO
]
(4)HCl H2CO3 H2SiO3
[能力提升]
12.在一定条件下,下列物质不能和二氧化硅反应的是( )
①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸
⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氮气
A.③⑤⑦⑧ B.⑤⑦⑧
C.⑤⑧D.⑤
解析:
选C。
根据二氧化硅的化学性质,二氧化硅不与水反应,也不与除氢氟酸外的酸反应,它可与碱性氧化物和强碱反应,高温时可以被碳还原成单质硅。
13.下表各组物质中,满足图中物质一步转化关系的选项是( )
解析:
选C。
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无法直接转化为Na;B项中,CuO无法直接转化为Cu(OH)2,Cu(OH)2无法直接转化为Cu;D项中,SiO2无法直接转化为H2SiO3,H2SiO3也无法直接转化为Si;只有C项符合题意:
C
CO
CO2
C。
14.证明生石灰中既混有石英,又混有石灰石的正确方法是( )
A.加入过量的盐酸,观察是否有气泡冒出
B.加入过量的烧碱溶液,观察是否有固体溶解
C.加热至高温,观察是否有气泡冒出,是否有硅酸钙生成
D.先加过量的盐酸搅拌,观察是否有不溶物剩余及气泡出现;若有不溶物则滤出,投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解
解析:
选D。
SiO2不溶于除氢氟酸以外的任何酸,CaO、CaCO3均可溶于盐酸,且CaCO3溶于盐酸有气泡生成,SiO2可溶于NaOH溶液。
15.(2017·淮安高一检测)硅胶和石英的主要成分都是SiO2,前者是结构疏松的SiO2,后者是结构致密的SiO2。
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溶液溶解石英:
________________________________________________________________________。
(2)过滤,加入盐酸,至白色胶状沉淀不再产生:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)微热,浓缩硅酸溶胶,加热蒸干,使固体完全干燥脱水:
________________________________________________________________________;
写出硅胶的一种用途:
________________________________________________________________________。
解析:
根据酸性氧化物(SiO2)与碱反应生成盐(Na2SiO3),弱酸盐(Na2SiO3)与强酸反应生成弱酸(H2SiO3),不溶于水的弱酸(H2SiO3)分解生成酸性氧化物(SiO2)的思路来解题。
制备过程:
石英(SiO2)
Na2SiO3
H2SiO3
硅胶(SiO2)。
(1)石英主要成分是酸性氧化物SiO2,与碱反应生成盐和水:
2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O。
(2)过滤,除去石英中的杂质,得滤液为Na2SiO3溶液,由于硅酸是弱酸,Na2SiO3与盐酸发生复分解反应:
Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)。
(3)微热,浓缩H2SiO3溶胶,形成硅酸凝胶,加热硅酸凝胶脱水,生成多孔硅胶:
H2SiO3
H2O+SiO2。
答案:
(1)2OH-+SiO2===SiO
+H2O
(2)SiO
+2H+===H2SiO3(胶体)
(3)H2SiO3
H2O+SiO2 干燥剂(或催化剂的载体)
16.(2017·青岛高一检测)A、B、C、D四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成,且四种化合物中阴、阳离子各不相同。
阴离子
Cl-、SiO
、OH-、NO
阳离子
H+、Ag+、Na+、K+
已知:
A溶液呈强酸性,且A溶液与B溶液混合产生白色胶状沉淀,A溶液与C溶液混合产生白色沉淀,B的焰色反应呈黄色。
回答下列问题:
(1)写出A、B、C、D的化学式:
A________,B________,C________,D________。
(2)写出A溶液与B溶液反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)请选出适合存放A、C、D溶液的试剂瓶的序号:
溶液
A
C
D
试剂瓶序号
解析:
因都为易溶于水的化合物,故Ag+一定与NO
组成AgNO3,H+不能与OH-或SiO
组合,故应与Cl-组成HCl,则A为HCl,因A与B、C混合产生白色(胶状)沉淀且B的焰色反应为黄色,则B为
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- 化学必修一第四 章第一节 第1课时 二氧化硅和硅酸练习 化学 必修 第四 第一节 课时 二氧化硅 硅酸 练习