1、第四章非金属及其化合物第一节无机非金属材料的主角硅学习目标1.了解并掌握硅及二氧化硅的性质，了解二者在生产、生活中的应用。(重点)2掌握硅酸的性质，了解常见硅酸盐的制备、表示方法及其应用。(重点)3学会运用观察、实验比较、分类等方法来研究物质的性质，体会物质的性质与其用途之间的关系。4根据无机非金属材料在生产、生活中的应用来研究材料的性能及应用，认识到材料对生产、生活的影响。5了解材料的开发应用与化学学科发展之间的关系。第1课时二氧化硅和硅酸一、硅元素的存在1存在在地壳中硅的含量为26.3%，仅次于氧；主要以氧化物及硅酸盐的形式存在，因为硅是一种亲氧元素。2原子结构硅原子的原子结构示意图最外层
2、有4个电子，反应中既不易失去电子也不易得到电子，能形成4价的化合物。二、二氧化硅1存在SiO2的存在形态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(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。三、硅酸1硅酸的性质(1)弱酸性。向Na2SiO3溶液中通入CO2，反应的化
3、学方程式为Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3(胶体)Na2CO3或Na2SiO32CO22H2O=H2SiO3(胶体)2NaHCO3。结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱。(2)不稳定性。H2SiO3受热易分解，反应方程式为H2SiO3SiO2H2O。2硅酸的制备3.硅酸的存在及用途(1)浓度小时：形成硅酸溶胶。(2)浓度大时：形成硅酸凝胶。(3)硅胶。硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。知识点一二氧化硅和二氧化碳性质的比较1.SiO2既能与氢氟酸反应，又能与NaOH溶液反应，能否说SiO2是两性氧化物？提示：不能，尽管Si
4、O2能与氢氟酸反应得到盐“SiF4”和H2O，但是SiO2不能和其他酸反应，所以不能说是碱性氧化物；能和NaOH、KOH等强碱反应生成盐和水，所以SiO2是酸性氧化物而不是两性氧化物。2既然SiO2能和NaOH溶液反应，为什么还可以用玻璃瓶盛放NaOH溶液？提示：因为NaOH与SiO2反应非常缓慢，且玻璃瓶内壁光滑，更不易发生反应。但需注意的是不能用带磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液，因为磨口增大了SiO2与NaOH溶液的接触面积，促进了反应的进行，生成的Na2SiO3具有黏性，会导致瓶塞与瓶体黏结在一起，使试剂瓶难以开启。3二氧化硅不溶于水，不与水反应，为什么还称二氧化硅是硅酸的酸酐？提示
5、：酸酐的定义是某酸脱去一分子的水所剩下的部分称为该酸的酸酐，所以酸酐不一定都能与水反应生成相应的酸。例1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既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物思路分析此题要从物质的性质入手分析，特别注意CO2与SiO2性质的异同点。解析CO2的熔、沸点低，SiO2的熔、沸点高，硬度大，两者都是酸性氧化物，但其物理性质差异很大，A错；高温下SiO2与CaCO3反应是因为产物CO2为气体，不能说明H
6、2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B错；SiO2只能与HF反应，不能与其他酸反应，不能说明SiO2是两性氧化物，D错。答案C下列关于二氧化硅的说法中错误的是(A)A同二氧化碳一样，二氧化硅分子是由一个硅原子和两个氧原子构成的B通常状况下，二氧化碳为气体，二氧化硅为固体CSiO2同CO2一样也能与CaO反应生成盐DSiO2仅用来表示二氧化硅的组成，其基本结构单元为正四面体解析：二氧化硅是由原子直接构成的，不存在二氧化硅分子。故正确答案为A。知识点二硅酸的制备和性质一、碳酸与硅酸的比较1二氧化碳的对应水化物是碳酸(H2CO3)，CO2是碳酸的酸酐。碳酸是酸性比次氯酸、氢硫酸和硅酸酸性略强的二元弱酸
7、，其电离方程式为：H2CO3HHCO(很弱)HCOHCO(更弱)2碳酸的热稳定性极弱，只能在极稀溶液中存在，且有：CO2H2OH2CO3，故通常用CO2的水溶液代替碳酸。CO2H2OCa(ClO)2=CaCO32HClOCaCO32HCl=CaCl2H2OCO23H2CO3和H2SiO3的比较：二、硅酸的制备硅酸是常见酸中唯一不溶于水的酸，硅酸的酸酐是SiO2，但SiO2不溶于水，不能用SiO2与H2O反应直接制H2SiO3。硅酸的制法：只能用相应的可溶性硅酸盐跟其他酸反应来制取硅酸，反应的化学方程式为：Na2SiO32HClH2O=2NaClH4SiO4(原硅酸)H4SiO4=H2OH2Si
8、O3(硅酸)习惯上省去生成原硅酸这一中间过程，可直接写为：Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3。生成的H2SiO3逐渐聚合而形成胶体，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。制造玻璃时发生如下反应：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。该反应能否说明H2SiO3的酸性比H2CO3强？为什么？提示：不能。SiO2与Na2CO3反应，是在高温下且生成的产物是CO2气体，可以脱离反应体系，并不能说明H2SiO3酸性强于H2CO
9、3。例2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)圆底烧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：_。思路分析酸性：HClH2CO3H2SiO3HCl制取H2CO3、H2CO3制取H2SiO3B中应盛放饱和NaHCO3溶液解析根据“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溶液，根据Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2，可以知道酸性H
10、Cl强于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)HClH2CO3H2SiO3下列说法正确的是(C)A硅酸不溶于水，因此不与NaOH溶液反应B根据SiO2CaCO3CaSiO3CO2的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强CCO2气体通入硅酸钠溶
11、液中可以制得硅酸DSiO2溶于水显酸性解析：硅酸不溶于水，但与NaOH溶液反应：H2SiO32NaOH=Na2SiO32H2O，A项错误。B项中该反应之所以能发生是在高温条件下，CO2以气体形式逸出，使反应进行得比较彻底，是利用SiO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱。C项符合“强酸制弱酸”的一般规律。SiO2不溶于水，也不能与水反应，D项错误。1下列说法不正确的是(A)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：A项，
12、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。故正确答案为A。2下列关于硅酸的说法正确的是(D)A硅酸可以通过SiO2和水的化合反应制得B用反应Na2SiO32HCl=2NaClH2SiO3(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：SiO2不溶于水也不能与水反应生成硅酸，A项错误；
13、B项中反应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。3在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是(D)焦炭纯碱碳酸钙氢氟酸盐酸氢氧化钾氧化钙A BC D解析：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氢氟酸反应，能反应；二氧化硅与盐酸不反应，不能反应。4下列叙述正确的是(C)A石英坩埚可用于熔化烧碱BSiO2可与水反应生成H2SiO3，所以SiO2是H2SiO3的酸酐CCO2和SiO2都能与碳
14、反应，且都作氧化剂DSiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物解析：石英坩埚的主要成分是SiO2，SiO2在加热条件下能与NaOH反应，故不能用石英坩埚熔化烧碱，A项错误；SiO2不溶于水且不与水反应，B项错误；CO2和SiO2都能与碳反应，碳作还原剂，CO2和SiO2作氧化剂，C项正确；SiO2能与HF反应是SiO2的特性，SiO2不与其他酸反应，故SiO2不属于两性氧化物，D项错误。5下表各组物质中，满足图中物质一步转化关系的选项是(C)解析：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，Cu(OH)
15、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：CCOCO2C。故选C。6能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是(D)ACO2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DCO2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解析：酸性强弱与这种酸对应的氧化物的物理性质无关，A、B项均不正确；反应SiO2CaCO3CaSiO3CO2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
16、进行，但这不能用于比较硅酸与碳酸的酸性强弱，C项错误；Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，根据强酸制弱酸原理，能够证明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性，D项正确。7(双选)下列说法正确的是(CD)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根据反应SiO2CaCO3CaSiO3CO2可推知硅酸酸性比碳酸酸性强CCO2气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸DSiO2不溶于水，也不能跟水反应生成酸解析：SiO2可与强碱反应，也可与氢氟酸反应：SiO24HF=SiF42H2O，与氢氟酸反应是SiO2的特性。B项中的反应能够发生是因为CO2以气体形式逸出而使反应进行得彻底，是利用S
17、iO2、CO2沸点的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的强弱。8已知A是一种装饰品的主要成分，根据如图转化关系，回答下列问题。(1)A用途：制光导纤维(或其他合理答案)(任写一种)，B是Na2SiO3，D是H2SiO3。(2)写出化学方程式：Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2。H2SiO3H2OSiO2。(3)写出离子方程式：CO2H2OSiO=COH2SiO3。SiO22OH=SiOH2O。SiO2H=H2SiO3。解析：由题给信息“A是一种装饰品的主要成分”和图中转化关系条件，可推出A是SiO2，则B为Na2SiO3，C为CO2，进一步推出D是H2SiO3。再由ABD的转化关系，对物质B进行验证。