2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 第四章 非金屬及其化合物 第一節(jié) 第1課時(shí)《二氧化硅和硅酸》知識(shí)點(diǎn)歸納及例題解析 新人教版必修1.doc

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第1課時(shí)　二氧化硅和硅酸 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]　1.了解硅在自然界中的存在形式，硅酸鹽產(chǎn)品的組成和重要用途。2.了解二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。3.了解硅酸的制備、性質(zhì)和應(yīng)用。 一　二氧化硅 1.硅元素在地殼中的含量是26.3%，僅次于氧。硅元素在自然界中主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在，原因是硅是一種親氧元素。 2.硅的氧化物為二氧化硅，俗名為硅石，天然二氧化硅分為結(jié)晶形(如方石類、水晶等)和無定形(如硅藻土)。根據(jù)日常生活中的實(shí)例描述二氧化硅的物理性質(zhì)：堅(jiān)硬固體、不溶于水、熔點(diǎn)高。 3.列表比較二氧化碳和二氧化硅的性質(zhì)。 CO2 SiO2 物理性質(zhì) 氣體，熔、沸點(diǎn)低，易溶于水 固體，熔、沸點(diǎn)高，硬度大，不溶于水 與堿性氧化物反應(yīng) CaO＋CO2===CaCO3 CaO＋SiO2CaSiO3 與堿液反應(yīng) 2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O 與H2O反應(yīng) CO2＋H2OH2CO3 不與水反應(yīng) 與酸反應(yīng) 不反應(yīng) 只與HF反應(yīng)：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 相同點(diǎn) 都是酸性氧化物(酸酐)，與堿反應(yīng)生成鹽和水 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 歸納總結(jié) 二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) (1)二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)差異較大的原因是物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)不同。 二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)如圖： 二氧化硅晶體是由Si原子和O原子按1∶2的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。 (2)二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)有穩(wěn)定性強(qiáng)，與水、一般酸不反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。 1.下列敘述中，正確的是(　　) A.自然界中存在大量的單質(zhì)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(xué)性質(zhì)活潑，能跟酸或堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng) D.自然界中硅元素都存在于石英中 答案　B 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(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤；二氧化硅的性質(zhì)穩(wěn)定，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 2.由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3組成的混合粉末。現(xiàn)取兩份該混合粉末試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 (1)將一份混合粉末溶于過量的鹽酸，得到沉淀X和濾液Y，沉淀X為________，濾液Y中含有的陽離子主要是______________，向?yàn)V液Y中加入過量NaOH溶液，得到的沉淀是____________________。 (2)將另一份混合粉末溶于過量NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________。 答案　(1)SiO2　Al3＋、Mg2＋、Fe3＋、H＋　Mg(OH)2、Fe(OH)3　(2)SiO2＋2OH－===SiO＋H2O、 Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2O 二　硅酸 1.硅酸的制備：按表中實(shí)驗(yàn)操作要求完成實(shí)驗(yàn)，并將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及有關(guān)結(jié)論填入表中： 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 溶液變?yōu)榧t色 Na2SiO3溶液呈堿性 溶液由紅色變?yōu)闊o色，有白色膠狀沉淀物生成 硅酸為不溶于水的白色固體 有白色膠狀沉淀物生成 硅酸的酸性比碳酸弱 2.寫出上述實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)的化學(xué)方程式。 (1)Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl。 (2)將CO2通入Na2SiO3溶液中：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。 歸納總結(jié) 硅酸的性質(zhì) (1)實(shí)驗(yàn)室制取硅酸的方法是可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)。 (2)硅酸的性質(zhì)：①具有酸性，酸性比碳酸弱；②受熱易分解。 (3)硅酸濃度小時(shí)可形成硅酸溶膠，濃度大時(shí)可形成硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水得到硅膠(或硅酸干凝膠)，具有較強(qiáng)的吸水性，常用作干燥劑及催化劑載體。 3.在既能溶解Al(OH)3又能溶解SiO2的無色溶液中，能大量共存的是(　　) A.Na＋、Al3＋、NO、Cl－ B.K＋、Na＋、Cl－、SiO C.Fe2＋、K＋、SO、Cl－ D.Na＋、HCO、K＋、NO 答案　B 解析　符合題干要求的應(yīng)是強(qiáng)堿性且無色的溶液，Al3＋、HCO能與堿反應(yīng)，F(xiàn)e2＋有色且可與堿反應(yīng)。 4.下列反應(yīng)不能一步完成的是(　　) A.SiO2―→Na2SiO3 B.SiO2―→H2SiO3 C.SiO2―→CaSiO3 D.H2SiO3―→SiO2 答案　B 解析　二氧化硅可與氫氧化鈉直接反應(yīng)生成硅酸鈉；氧化鈣可與二氧化硅在高溫下反應(yīng)生成硅酸鈣；硅酸可直接加熱分解生成二氧化硅，故只有B符合題意。 1.華裔科學(xué)家高錕因“在光學(xué)通信領(lǐng)域光在光導(dǎo)纖維中傳輸?shù)难芯糠矫嫠〉玫拈_創(chuàng)性成就”獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光導(dǎo)纖維的主要成分是(　　) A.Si B.SiO2 C.Na2SiO3 D.SiCl4 答案　B 解析　光導(dǎo)纖維的主要成分為SiO2。 2.下列說法正確的是(　　) A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟堿反應(yīng)，但不能與任何酸反應(yīng) B.二氧化硅分子由1個(gè)硅原子和2個(gè)氧原子構(gòu)成 C.硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)，且硅酸不溶于水 D.CO2與SiO2均具有氧化性，可作氧化劑 答案　D 解析　SiO2可以跟氫氟酸反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，A不正確；二氧化硅中不存在SiO2分子，B項(xiàng)不正確；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C不正確。 3.能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是(　　) A.CO2是氣體，SiO2是固體 B.二氧化硅的熔點(diǎn)比二氧化碳高 C.根據(jù)反應(yīng)SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng) D.CO2通入Na2SiO3稀溶液中析出硅酸沉淀，所生成的H2SiO3逐漸聚合而形成硅酸溶膠 答案　D 解析　酸性強(qiáng)弱與這種酸的氧化物的狀態(tài)和物理性質(zhì)無關(guān)，A、B均不正確；C項(xiàng)反應(yīng)只有在高溫條件下才能進(jìn)行，由于CO2是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸的酸性強(qiáng)；D項(xiàng)屬于較強(qiáng)的酸制取較弱的酸，能夠證明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。 4.下列溶液中①碳酸鈉溶液、②氫氟酸、③氫氧化鈉溶液、④氯化鈉溶液，可以盛放在玻璃試劑瓶中但不能用磨口玻璃塞的是(　　) A.①③ B.②④ C.②③ D.①④ 答案　A 解析?、?、③項(xiàng)中溶液呈堿性，不能與光滑的玻璃反應(yīng)，但能與磨口玻璃裸露的SiO2反應(yīng)，生成的硅酸鈉溶液是一種礦物膠，具有良好的黏結(jié)性，易使瓶塞與瓶壁粘在一起而難以開啟。氫氟酸能腐蝕玻璃，不能用玻璃試劑瓶盛放。 5.下圖是利用二氧化硅制備硅及其化合物的流程，下列說法正確的是(　　) A.SiO2屬于兩性氧化物 B.酸性：H2SiO3＞H2CO3 C.硅膠吸水后可重復(fù)再生 D.圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng) 答案　C 解析　SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3＞H2SiO3；圖中有的轉(zhuǎn)化反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，如SiO2與NaOH溶液的反應(yīng)。 6.硅膠和石英的主要成分都是SiO2，前者是結(jié)構(gòu)疏松的SiO2，后者是結(jié)構(gòu)致密的SiO2。二者成分相同，結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)性質(zhì)相同，物理性質(zhì)上表現(xiàn)出差別，具有不同的用途。由石英制取硅膠，經(jīng)歷以下三步，試寫出每步反應(yīng)的化學(xué)方程式(是離子反應(yīng)的，寫出離子方程式)。 (1)用NaOH(aq)溶解石英：__________________________________。 (2)過濾，向?yàn)V液中加入鹽酸，至沉淀不再產(chǎn)生： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)微熱，濃縮硅酸溶液，加熱蒸干溶液，并使固體完全分解： ________________________________________________________________________。 寫出硅膠的一種用途：________________。 答案　(1)2OH－＋SiO2===SiO＋H2O (2)SiO＋2H＋===H2SiO3↓ (3)H2SiO3H2O↑＋SiO2　干燥劑(或“催化劑載體”) 解析　(1)石英的主要成分是酸性氧化物SiO2，與堿反應(yīng)生成鹽和水：2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O。(2)過濾，除去石英中的雜質(zhì)，得濾液為Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸，Na2SiO3與鹽酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓。(3)微熱，濃縮H2SiO3(aq)，H2SiO3聚合為膠體，加熱硅酸溶膠脫水，生成多孔硅膠：H2SiO3H2O↑＋SiO2。硅膠的制備過程： 石英(SiO2)Na2SiO3H2SiO3硅膠。硅膠的主要用途有兩種：作干燥劑或作催化劑的載體。