高中化学非金属及其化合物无机非金属材料的主角——硅时二氧化硅和硅酸学案新人教

1、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。拼十年寒窗挑灯苦读不畏难；携双亲期盼背水勇战定夺魁。如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。1石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2。2SiO2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)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。(2)SiO24HF=SiF42H2O。(3)Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3(证明H2CO3酸性强于H2SiO3)。1硅元素的存在和原子结构2二氧化

2、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12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 (5)用途沙子是基本的建筑材料。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。石英和玛瑙制作饰物和工艺品。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

3、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。3SiO2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SiO2CO2不同点熔、沸点高

4、低状态无色晶体气态与水反应不反应CO2H2OH2CO3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CaOSiO2CaSiO3CO2CaO=CaCO3与碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2OCO22NaOH=Na2CO3H2O与某些盐反应SiO2Na2CO3 Na2SiO3CO2SiO2CaCO3 CaSiO3CO2CO2H2ONa2CO3=2NaHCO3CO2H2ONa2SiO3=H2SiO3Na2CO3与碳反应SiO22C Si2COCO2C2CO1下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()ACO2、SiO2分别是碳酸和硅酸的酸酐BCO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸CC

5、O2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物DCO2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。2SiO2是一种酸性氧化物，下列反应的化学方程式中不正确的是()ASiO22NaOH=Na2SiO3H2OBSiO2CaOCaSiO3CSiO24HF=SiF42H2ODSiO24HCl=SiCl42H2O解析：选DSiO2是一种酸性氧化物，可

6、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Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO32性质H2SiO3SiO2H2O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：Na2SiO3H2OCO2=H2SiO3Na2CO3。(2)H2SiO3与NaOH溶液反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O。3硅胶 特别提醒碳酸能使紫色石蕊溶液变色，硅酸则不能；

7、硅酸的稳定性比碳酸强。1SiO2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, Na2SiO3H2SiO3。化学方程式为SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；Na2SiO3H2OCO2=Na2CO3H2SiO3。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：具有酸性，酸性比碳酸弱；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

8、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Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3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DSiO2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

9、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()ACO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水BCO2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CO2D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

10、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CNa2O、Na2O2与CO2反应产物相同DSiO2是酸性氧化物，能与NaOH溶液反应解析：选CA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

11、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

12、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：SiO2Na2SiO3CO2H2SiO31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()ASiO2能和水发生化合反应生成硅酸BSiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸CSiO2的俗名叫石英，能溶于水DSiO2又叫水晶，能溶于NaOH溶液中解析：选DSiO2不

13、溶于水，不能和水化合生成硅酸，A、C项错误；SiO2可以与氢氟酸反应生成SiF4无色气体，B项错误；SiO2又叫水晶，能溶于NaOH溶液中，D项正确。3下列不需要用到二氧化硅的是()A光导纤维 B半导体材料C石英钟表 D普通玻璃解析：选BA项，光导纤维的主要成分为二氧化硅，正确；B项，半导体材料主要成分为Si，错误；C项，石英的成分为二氧化硅，D项，玻璃的成分中含有二氧化硅；C、D正确。4熔融烧碱应选用的器皿是()A石英坩埚 B普通玻璃坩埚C生铁坩埚 D陶瓷坩埚(含有SiO2)解析：选C石英、普通玻璃、陶瓷中均含有SiO2。高温下，烧碱能与SiO2发生反应而使坩埚腐蚀；铁在高温下不与NaOH反

14、应。5下列说法不正确的是()A因SiO2不溶于水，故SiO2不是酸性氧化物B在反应SiO22CSi2CO中SiO2作氧化剂CSiO2是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大D氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸解析：选AA项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误；B项，在该反应中SiO2被C还原为Si，SiO2作氧化剂，正确；C项，由于SiO2是一种空间立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D项，SiO2能与氢氟酸反应，故常用氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。6下列叙述正确的是()ACO2和SiO2都是酸性氧化物，所以两者物理性质相

15、似B因为CaCO3SiO2CaSiO3CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强CCO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂DSiO2晶体熔、沸点高，硬度大，故可用于制作光导纤维解析：选CCO2的熔沸点低，溶于水，SiO2的熔沸点高，硬度大，不溶于水，两者是酸性氧化物和其物理性质没有因果关系，A错；CaCO3和SiO2反应是SiO2的特殊性质，不能说明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B错；SiO2晶体在光学方面的特性，决定了其可制作光导纤维，D错。7石英沙(主要成分SiO2)是一种常见工业原料，其中常混有少量碳酸钙。要除去石英沙中的少量碳酸钙，应采用的方法是()A用稀硫酸溶解后过滤分离B用酒精灯加热C

16、用水溶解后过滤分离D用稀盐酸溶解后过滤分离解析：选DA项，SiO2为酸性氧化物，不能与硫酸反应，碳酸钙与稀硫酸反应生成的硫酸钙是微溶物，不能过滤分离，错误；B项，用酒精灯加热，CaCO3不能发生分解反应，即使分解仍混有分解产物CaO，错误；C项，SiO2和CaCO3都不溶于水，不能用溶解、过滤的方法除去，错误；D项，碳酸钙能与盐酸反应生成可溶性氯化钙、水和CO2，而SiO2不溶解，可以除去杂质，正确。8下列变化不能一步实现的是()ANa2SiO3H2SiO3 BH2SiO3SiO2CSiO2H2SiO3 DSiO2Na2SiO3解析：选CNa2SiO3H2SiO3；H2SiO3SiO2；SiO

17、2NaOH,Na2SiO3；SiO2与水不反应，不能一步反应生成H2SiO3。9为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，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)由此可得出的结论是：酸性：_。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Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性HCl强于H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3

18、溶液中，反应为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判断酸性H2CO3H2SiO3，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，故可选用饱和NaHCO3溶液。答案：(1)盐酸(2)饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体(3)Na2SiO3溶液SiOCO2H2O=H2SiO3CO(4)HClH2CO3H2SiO310高纯二氧化硅可用来制造光纤。某稻壳灰的成分为：组分SiO2CNa2OK2OAl2O3Fe2O3质量分数59.2038.800.250.500.640.61通过如下流程可由稻壳灰制备较纯净的二氧化硅。请回答下列问题

19、：(1)根据氧化物的性质进行分类，稻壳灰中涉及的氧化物最多有_类。(2)步骤中涉及SiO2反应的离子方程式为_。(3)滤渣A的成分有_。(填化学式)(4)步骤反应的化学方程式为_。(5)实验室进行步骤用到的仪器有坩埚钳、酒精灯、三脚架、_和_。解析：(1)根据氧化物的性质可以把氧化物分为碱性氧化物、酸性氧化物、两性氧化物3类，稻壳灰中的SiO2属于酸性氧化物，Na2O、K2O属于碱性氧化物、Al2O3属于两性氧化物；(2)步骤中涉及SiO2与OH反应生成SiO和H2O，离子方程式是SiO22OH=SiOH2O；(3)稻壳灰的成分中SiO2、Al2O3与NaOH反应，Na2O、K2O与H2O反应

20、，而C与Fe2O3均不反应，所以滤渣A的成分是C、Fe2O3；(4)滤液A中含有SiO、AlO，加入过量稀盐酸，则AlO与过量的稀盐酸反应生成Al3，SiO与过量的稀盐酸反应生成H2SiO3沉淀，过滤得到H2SiO3，煅烧生成SiO2和H2O，化学方程式是H2SiO3SiO2H2O；(5)煅烧固体时，需要将固体放在坩埚中，坩埚放在泥三角上，泥三角放在三脚架上，用酒精灯加热，用坩埚钳取下坩埚，所以还需要坩埚和泥三角。答案：(1)3(2)SiO22OH=SiOH2O(3)C、Fe2O3(4)H2SiO3SiO2H2O(5)坩埚泥三角1关于二氧化硅，下列叙述不正确的是()A水晶的主要成分是二氧化硅B

21、二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别C二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸D二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应解析：选D水晶的主要成分为SiO2，A项正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按12组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别较大，B正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C项正确；SiO2可以与氢氟酸反应，D项不正确。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溶液变红色CCO2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溶液变红，B不正确。3用胶

22、头滴管向用石蜡围成的“Spark”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“Spark”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能腐蚀玻璃的是氢氟酸，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O。4将过量的CO2分别通入：CaCl2溶液浓Na2SiO3溶液Ca(OH)2溶液饱和Na2CO3溶液，最终溶液中有白色沉淀析出的是()A BC D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通入浓Na2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生如下反应：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O

23、，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而有结晶析出。5在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是()焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸硝酸氢氧化钾氧化钙氟气A BC D解析：选D二氧化硅是酸性氧化物，可与碱及碱性氧化物反应，、能反应；二氧化硅与纯碱(或碳酸钙)在高温下能发生反应，、能反应；二氧化硅在高温下还能与焦炭发生置换反应，能反应；二氧化硅作为一种特殊的氧化物还能与氟气、氢氟酸反应，、能反应；二氧化硅与硝酸不反应，不能反应。6关于工业

24、制金刚砂的反应：SiO23CSiC2CO，下列说法正确的是()ASiO2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21D1 mol SiO2参与反应时，转移电子4 mol解析：选D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12，故选D。7现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末，只用一种试剂就可以将它们鉴别开，该试剂是()A纯水 B盐酸C硝酸银溶液 D碳酸钠溶液解析：选BA项，硅酸钠、石灰石、二氧化硅中后两种难溶于水，不能鉴别；硅酸钠溶液与盐酸反应会出现白色胶状沉淀，后两种与盐酸反应分别出现气泡和无明显现象，可以鉴别；硅酸钠溶于硝酸银溶液且反应生成白色沉淀，其余难溶，不能鉴别；加入碳酸钠溶液后，硅酸钠溶解，其余难溶，不能鉴别。8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