1、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学习目标定位1.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。2.了解二氧化硅的结构、性质和用途。3.了解硅酸的制备、性质和应用。一二氧化硅1.硅元素在地壳中的含量是26.3%，仅次于氧。硅元素在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的形式存在，原因是硅是一种亲氧元素。2.硅的氧化物为二氧化硅，俗名为硅石，天然二氧化硅分为结晶形(如方石类、水晶等)和无定形(如硅藻土)。根据日常生活中的实例描述二氧化硅的物理性质：坚硬固体、不溶于水、熔点高。3.列表比较二氧化碳和二氧化硅的性质。CO2SiO2物理性质气体，熔、沸点低，易溶于水固体，熔、沸点高，硬
2、度大，不溶于水与碱性氧化物反应CaOCO2=CaCO3CaOSiO2CaSiO3与碱液反应2NaOHCO2=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O与H2O反应CO2H2OH2CO3不与水反应与酸反应不反应只与HF反应：SiO24HF=SiF42H2O相同点都是酸性氧化物(酸酐)，与碱反应生成盐和水归纳总结二氧化硅的结构与性质(1)二氧化硅与二氧化碳的物理性质差异较大的原因是物质晶体结构不同。二氧化硅晶体结构如图：二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按12的比例所组成的立体网状结构的晶体。(2)二氧化硅的化学性质有稳定性强，与水、一般酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反
3、应。1.下列叙述中，正确的是()A.自然界中存在大量的单质硅B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C.二氧化硅的化学性质活泼，能跟酸或碱溶液发生化学反应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，但都以化合态形式存在，A项错误；硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，D项错误；二氧化硅的性质稳定，C项错误。2.由MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成的混合粉末。现取两份该混合粉末试样进行实验。(1)将一份混合粉末溶于过量的盐酸，得到沉淀X和滤液Y，沉淀X为_，滤液Y中含有的阳离子主要是_，向滤液Y中加入过量NaOH溶液，得到的沉淀是_。(2)将另一份混
4、合粉末溶于过量NaOH溶液，发生反应的离子方程式为_。答案(1)SiO2Al3、Mg2、Fe3、HMg(OH)2、Fe(OH)3(2)SiO22OH=SiOH2O、Al2O32OH=2AlOH2O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：实验操作实验现象实验结论溶液变为红色Na2SiO3溶液呈碱性溶液由红色变为无色，有白色胶状沉淀物生成硅酸为不溶于水的白色固体有白色胶状沉淀物生成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：Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl。(2)将CO2通入Na2SiO3
5、溶液中：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。归纳总结硅酸的性质(1)实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。(2)硅酸的性质：具有酸性，酸性比碳酸弱；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载体。3.在既能溶解Al(OH)3又能溶解SiO2的无色溶液中，能大量共存的是()A.Na、Al3、NO、ClB.K、Na、Cl、SiOC.Fe2、K、SO、ClD.Na、HCO、K、NO答案B解析符合题干要求的应是强碱性且无色的溶液，Al3、HCO能与碱反应，Fe2有色且可
6、与碱反应。4.下列反应不能一步完成的是()A.SiO2Na2SiO3 B.SiO2H2SiO3C.SiO2CaSiO3 D.H2SiO3SiO2答案B解析二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠；氧化钙可与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钙；硅酸可直接加热分解生成二氧化硅，故只有B符合题意。1.华裔科学家高锟因“在光学通信领域光在光导纤维中传输的研究方面所取得的开创性成就”获得了诺贝尔物理学奖。光导纤维的主要成分是()A.Si B.SiO2 C.Na2SiO3 D.SiCl4答案B解析光导纤维的主要成分为SiO2。2.下列说法正确的是()A.二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，但不能与任何酸反应B
7、.二氧化硅分子由1个硅原子和2个氧原子构成C.硅酸的酸性比碳酸的酸性强，且硅酸不溶于水D.CO2与SiO2均具有氧化性，可作氧化剂答案D解析SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为SiO24HF=SiF42H2O，A不正确；二氧化硅中不存在SiO2分子，B项不正确；硅酸的酸性比碳酸弱，且不溶于水，C不正确。3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()A.CO2是气体，SiO2是固体B.二氧化硅的熔点比二氧化碳高C.根据反应SiO2CaCO3CaSiO3CO2，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强D.CO2通入Na2SiO3稀溶液中析出硅酸沉淀，所生成的H2SiO3逐渐聚合而形成硅酸溶胶答案D
8、解析酸性强弱与这种酸的氧化物的状态和物理性质无关，A、B均不正确；C项反应只有在高温条件下才能进行，由于CO2是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强；D项属于较强的酸制取较弱的酸，能够证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性。4.下列溶液中碳酸钠溶液、氢氟酸、氢氧化钠溶液、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. B. C. D.答案A解析、项中溶液呈碱性，不能与光滑的玻璃反应，但能与磨口玻璃裸露的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，易使瓶塞与瓶壁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。5.下
9、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.SiO2属于两性氧化物B.酸性：H2SiO3H2CO3C.硅胶吸水后可重复再生D.图中所示转化反应都是氧化还原反应答案C解析SiO2是酸性氧化物；酸性：H2CO3H2SiO3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO2与NaOH溶液的反应。6.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(aq)溶解石英：_。
10、(2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生：_。(3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解：_。写出硅胶的一种用途：_。答案(1)2OHSiO2=SiOH2O(2)SiO2H=H2SiO3(3)H2SiO3H2OSiO2干燥剂(或“催化剂载体”)解析(1)石英的主要成分是酸性氧化物SiO2，与碱反应生成盐和水：2NaOHSiO2=Na2SiO3H2O。(2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na2SiO3(aq)，硅酸是弱酸，Na2SiO3与盐酸发生复分解反应：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。(3)微热，浓缩H2SiO3(aq)，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶
11、胶脱水，生成多孔硅胶：H2SiO3H2OSiO2。硅胶的制备过程：石英(SiO2)Na2SiO3H2SiO3硅胶。硅胶的主要用途有两种：作干燥剂或作催化剂的载体。40分钟课时作业经典基础题题组一二氧化硅的性质与用途1.关于地壳中含量占第一位和第二位的元素之间形成的化合物，有关其说法正确的是()A.化学性质不活泼B.可溶于水且显酸性C.熔沸点较低，物理性质与CO2相似D.是酸性氧化物，不溶于任何酸答案A解析该化合物为SiO2，SiO2不溶于水、熔沸点很高，与氢氟酸反应。2.除去SiO2中混有的少量生石灰和石灰石，有如下操作：加水溶解加水煮沸过滤加稀盐酸加稀H2SO4，正确的操作顺序是()A. B
12、. C. D.答案B解析加稀盐酸与CaO、CaCO3反应生成CaCl2溶液，然后过滤得到SiO2固体。注意不能选用稀H2SO4，因CaSO4微溶，不易分离出SiO2。3.下列关于SiO2的说法，正确的是()A.SiO2是制造光导纤维的重要材料B.SiO2溶于水生成硅酸C.SiO2对应水化物的酸性比碳酸强D.SiO2是酸性氧化物，不跟任何酸反应答案A解析SiO2不溶于水；硅酸酸性比碳酸弱；SiO2是酸性氧化物，但可与氢氟酸反应。4.下列试剂能用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是()A.Na2SiO3溶液 B.KMnO4溶液C.氢氟酸 D.NaOH溶液答案B解析玻璃中含有SiO2与NaOH溶液长时间作用会生
13、成Na2SiO3，Na2SiO3溶液有粘性，可将玻璃塞与玻璃瓶粘在一起打不开，A、D错误；氢氟酸可腐蚀玻璃，一般用塑料瓶盛装，C错误。5.指出下列反应中SiO2所表现的化学性质或作用，在AE 选项中选择正确答案填入括号内。(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O()(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2()(3)SiO22CSi2CO()(4)SiO23CSiC2CO()(5)SiO24HF=SiF42H2O()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解
14、析(1)中SiO2表现的是酸性氧化物的性质。(2)中是SiO2得电子，显氧化性。(4)中得失电子的是C，SiO2未参与得失电子。(5)是雕刻玻璃的反应。6.生石灰中往往含有杂质CaCO3和SiO2，检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是()A.水 B.盐酸 C.硫酸 D.烧碱溶液答案B解析生石灰能溶于水生成氢氧化钙与二氧化硅反应生成硅酸钙沉淀，碳酸钙不溶于水，所以有不溶于水的物质出现，不能说明杂质是否含有碳酸钙和二氧化硅，A错误；碳酸钙和盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，二氧化硅不溶于盐酸，生石灰溶于盐酸生成氯化钙和水，所以有气体产生说明有碳酸钙，有不溶物，说明有二氧化硅，B正确；碳酸钙和硫酸反
15、应生成硫酸钙，微溶于水，二氧化硅不溶于硫酸，所以有不溶于水的物质出现，不能确定是碳酸钙还是二氧化硅，C错误；碳酸钙不溶于氢氧化钠，二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠，生石灰溶于水，所以不能确定是否含有二氧化硅，D错误。题组二硅酸的性质与用途7.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答案B解析硅酸不能使紫色石蕊试液变红，B错误。因为H2CO3酸性强于H2SiO3，故可以用H2CO3制备H2SiO3：CO2H2ONa2SiO3=Na2CO3H2Si
16、O3。8.在存放照相机、显微镜、食品和药品的包装盒中常发现一些袋装透明的胶状颗粒，该颗粒的主要作用是干燥，其成分是()A.活性炭 B.氯化钠C.硅胶 D.小苏打答案C解析以上四种物质中只有硅胶是干燥剂。9.下列关于硅酸的说法正确的是()A.硅酸可以通过SiO2和水化合反应直接制得B.可用反应Na2SiO32HCl=2NaCl H2SiO3制取硅酸C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D.干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸钠答案B解析SiO2难溶于水，因此不能与水化合反应直接制得硅酸，A错误；由于酸性HClH2SiO3，所以可用反应Na2SiO32HCl=2NaCl H2SiO3制取硅酸
17、，B正确；尽管硅酸难溶于水，但是它仍能与NaOH溶液反应产生硅酸钠和水，C错误；干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸，D错误。10.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是()A.X可用作木材防火剂B.步骤的反应是Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4C.步骤中的稀硫酸可用CO2来代替D.步骤 若在实验室完成，一般在蒸发皿中进行答案D解析X为硅酸钠溶液，可用作木材防火剂，A正确；步骤的反应是Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4，B正确；碳酸的酸性比硅酸强，故步骤中的稀硫酸可用CO2来代替，C正确；步骤 为硅酸固体的灼烧，若在实验室完成，一般在坩埚中进行，D错误。 能力
18、提升题11.(1)普通玻璃又称为钠玻璃，试写出生产普通玻璃过程中发生反应的一个化学方程式：_。(2)实验室用于盛放碱性试剂的试剂瓶不用磨口玻璃塞的原因是：_(用离子方程式表示)。(3)有一种特殊玻璃为钾玻璃，其热膨胀系数较小，较难熔化，较难受化学药品的侵蚀，可用于制作一般的化学仪器。现以石英砂、苛性钾、熟石灰为原料，熔制钾玻璃，质量比为752837(假定这些原料不含杂质)，试用氧化物的形式表示该钾玻璃的组成_。(4)下列叙述正确的是_(填序号)。SO2、NO、NO2都是形成酸雨的因素，都能和水反应生成酸NH3、H2S均不能用浓硫酸干燥水晶的主要成分是SiO2SiO2与CO2都属于酸性氧化物，都
19、不能与酸反应实验室可用NaOH溶液处理Cl2和SO2废气NO只能用排水集气法收集，不能用排空气法收集；而NO2只能用排空气法收集，不能用排水集气法答案(1)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2或CaCO3SiO2CaSiO3CO2(2)2OHSiO2=SiOH2O(3)K2O2CaO5SiO(4)解析(1)工业制玻璃主要原料有石英、纯碱和石灰石。碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钠和二氧化碳，该反应的化学方程式为Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2；碳酸钙与二氧化硅在高温条件下反应生成硅酸钙和二氧化碳，该反应的化学方程式为CaCO3SiO2CaSiO3CO2。(2)玻璃中含有二氧
20、化硅，二氧化硅能和强碱反应SiO22NaOH=Na2SiO3H2O，离子反应为2OHSiO2=SiOH2O，硅酸钠是一种具有粘性的物质，导致瓶塞与瓶口粘在一起，所以盛放碱液的试剂瓶不能用磨口玻璃塞；二氧化硅能与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，氢氟酸应保存在塑料瓶中。(3)由石英砂、苛性钾、熟石灰质量比为752837，根据元素原子守恒，n(KOH)nCa(OH)2n(SiO2)n(K2O)n(CaO)n(SiO2)125，用氧化物表示玻璃的组成为活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水的顺序，则玻璃为K2O2CaO5SiO2。(4)NO不能与水反应，错误；浓硫酸不能干燥碱性气体和还
21、原性的气体，如NH3、H2S等，正确；水晶的主要成分是SiO2，正确；SiO2能与氢氟酸反应，错误；Cl2和SO2废气都能与NaOH溶液反应，实验室可用NaOH溶液来处理，正确；NO能与空气中的氧气反应但不溶于水也不跟水反应，只能用排水集气法收集，不能用排空气法收集；而NO2不与氧气反应，能与水反应，只能用排空气法收集，不能用排水集气法，正确；综上，答案选。12.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：(1)根据氧化物的性质
22、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的离子反应方程式为_。(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_。答案(1)3(2)SiO22OH=SiOH2O(3)C、Fe2O3(4)H2SiO3SiO2H2O(5)坩埚泥三角解析(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、不成盐氧化物、其他复杂氧化物5类，稻壳灰中二氧化硅属于酸性氧化物，氧化钠、氧化钾属于碱性氧化物，氧化铝属于两性氧化物。(2)步骤中涉及SiO2与氢氧根离子反应生成硅酸根离子和水，离子方程式
23、是SiO22OH=SiOH2O。(3)稻壳灰的成分中只有二氧化硅、氧化铝与氢氧化钠反应，氧化钠、氧化钾与水反应，而C与氧化铁均不反应，所以滤渣A的成分是C、Fe2O3。(4)滤液A中含有硅酸根离子、偏铝酸根离子，加入过量稀盐酸，则偏铝酸根离子与过量的稀盐酸反应生成铝离子，而硅酸根离子与过量的稀盐酸反应生成硅酸沉淀，过滤得到硅酸，煅烧生成二氧化硅和水，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。13.为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图
24、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SiOCO2H2O=H2SiO3CO(或SiO2CO22H2O=2HCOH2SiO3)(4)HClH2CO3H2SiO3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
25、H2CO3，然后将生成的CO2通入Na2SiO3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，故选用饱和NaHCO3溶液。14.化合物C可用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维，C与烧碱反应生成化合物D。(1)易与C发生化学反应的酸是_，反应的化学方程式是_。(2)将C与纯碱混合高温熔融时发生化学反应生成D，同时还生成能使澄清石灰水变浑浊的氧化物E；将少量的E 通入D的水溶液中，生成化合物F。分别写出生成D和F的化学反应方程式：_，_。要将
26、纯碱高温熔化，下列坩埚中不可选用的是_。A.普通玻璃坩埚B.石英玻璃坩埚C.铁坩埚(3)100 g C与石灰石的混合物充分反应后，生成的气体在标准状况下的体积为11.2 L,100 g混合物中石灰石的质量分数是_。答案(1)氢氟酸(或HF)SiO24HF=SiF42H2O(2)SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3AB(3)50%解析二氧化硅用作光导纤维，则C是SiO2；二氧化硅与氢氧化钠溶液反应生成硅酸钠和水，故D是硅酸钠。(1)二氧化硅与HF反应，与一般的酸不反应，化学方程式是SiO24HF=SiF42H2O。(2)二氧化硅与碳酸钠高温反应生成硅酸钠和二氧化碳气体，E是二氧化碳，少量的二氧化碳通入硅酸钠溶液中，生成硅酸沉淀和碳酸钠，化学方程式分别是SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2，Na2SiO3CO2H2O=Na2CO3H2SiO3。纯碱为碳酸钠，高温下碳酸钠与二氧化硅发生反应，所以不能使用含有二氧化硅的坩埚，如石英坩埚、普通玻璃坩埚，应选择铁坩埚，选AB。(3)二氧化硅和碳酸钙高温反应生成硅酸钙和二氧化碳，化学方程式是SiO2CaCO3CaSiO3CO2，生成二氧化碳的物质的量是0.5 mol，所以碳酸钙的质量是0.5 mol100 gmol150 g，所以石灰石中碳酸钙的质量分数是100%50%。
