2020-2021學(xué)年高中化學(xué)人教版必修1學(xué)案：4.1 第1課時　二氧化硅和硅酸 Word版含解析

1、第四章非金屬及其化合物第一節(jié)無機非金屬材料的主角硅學(xué)習(xí)目標1.了解并掌握硅及二氧化硅的性質(zhì)，了解二者在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。(重點)2掌握硅酸的性質(zhì)，了解常見硅酸鹽的制備、表示方法及其應(yīng)用。(重點)3學(xué)會運用觀察、實驗比較、分類等方法來研究物質(zhì)的性質(zhì)，體會物質(zhì)的性質(zhì)與其用途之間的關(guān)系。4根據(jù)無機非金屬材料在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用來研究材料的性能及應(yīng)用，認識到材料對生產(chǎn)、生活的影響。5了解材料的開發(fā)應(yīng)用與化學(xué)學(xué)科發(fā)展之間的關(guān)系。第1課時二氧化硅和硅酸一、硅元素的存在1存在在地殼中硅的含量為26.3%，僅次于氧；主要以氧化物及硅酸鹽的形式存在，因為硅是一種親氧元素。2原子結(jié)構(gòu)硅原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖最外層

2、有4個電子，反應(yīng)中既不易失去電子也不易得到電子，能形成4價的化合物。二、二氧化硅1存在sio2的存在形態(tài)有結(jié)晶形和無定形兩大類，水晶、瑪瑙的主要成分是結(jié)晶的二氧化硅。2結(jié)構(gòu)sio2晶體是由si和o按原子數(shù)之比為12的比例組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。每個硅原子周圍結(jié)合4個o原子，每個o周圍結(jié)合2個si原子。3物理性質(zhì)熔點高；硬度大；溶解性：不溶于水。4化學(xué)性質(zhì)5用途(1)沙子是基本的建筑材料。(2)純凈的sio2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維。(3)石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。(4)實驗室中使用石英坩堝。三、硅酸1硅酸的性質(zhì)(1)弱酸性。向na2sio3溶液中通入co2，反應(yīng)的化

3、學(xué)方程式為na2sio3co2h2o=h2sio3(膠體)na2co3或na2sio32co22h2o=h2sio3(膠體)2nahco3。結(jié)論：h2sio3酸性比h2co3酸性弱。(2)不穩(wěn)定性。h2sio3受熱易分解，反應(yīng)方程式為h2sio3sio2h2o。2硅酸的制備3.硅酸的存在及用途(1)濃度小時：形成硅酸溶膠。(2)濃度大時：形成硅酸凝膠。(3)硅膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水得到的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”，具有很強的吸水性，常用作干燥劑或催化劑的載體。知識點一二氧化硅和二氧化碳性質(zhì)的比較1.sio2既能與氫氟酸反應(yīng)，又能與naoh溶液反應(yīng)，能否說sio2是兩性氧化物？提示：不能，盡管si

4、o2能與氫氟酸反應(yīng)得到鹽“sif4”和h2o，但是sio2不能和其他酸反應(yīng)，所以不能說是堿性氧化物；能和naoh、koh等強堿反應(yīng)生成鹽和水，所以sio2是酸性氧化物而不是兩性氧化物。2既然sio2能和naoh溶液反應(yīng)，為什么還可以用玻璃瓶盛放naoh溶液？提示：因為naoh與sio2反應(yīng)非常緩慢，且玻璃瓶內(nèi)壁光滑，更不易發(fā)生反應(yīng)。但需注意的是不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放naoh溶液，因為磨口增大了sio2與naoh溶液的接觸面積，促進了反應(yīng)的進行，生成的na2sio3具有黏性，會導(dǎo)致瓶塞與瓶體黏結(jié)在一起，使試劑瓶難以開啟。3二氧化硅不溶于水，不與水反應(yīng)，為什么還稱二氧化硅是硅酸的酸酐？提示

5、：酸酐的定義是某酸脫去一分子的水所剩下的部分稱為該酸的酸酐，所以酸酐不一定都能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸。例1下列敘述正確的是()aco2和sio2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質(zhì)相似b因為caco3sio2casio3co2，所以硅酸的酸性比碳酸強cco2和sio2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑dsio2既能和naoh反應(yīng)，又能和hf反應(yīng)，所以二氧化硅屬于兩性氧化物思路分析此題要從物質(zhì)的性質(zhì)入手分析，特別注意co2與sio2性質(zhì)的異同點。解析co2的熔、沸點低，sio2的熔、沸點高，硬度大，兩者都是酸性氧化物，但其物理性質(zhì)差異很大，a錯；高溫下sio2與caco3反應(yīng)是因為產(chǎn)物co2為氣體，不能說明h

6、2co3的酸性比h2sio3的弱，b錯；sio2只能與hf反應(yīng)，不能與其他酸反應(yīng)，不能說明sio2是兩性氧化物，d錯。答案c下列關(guān)于二氧化硅的說法中錯誤的是(a)a同二氧化碳一樣，二氧化硅分子是由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成的b通常狀況下，二氧化碳為氣體，二氧化硅為固體csio2同co2一樣也能與cao反應(yīng)生成鹽dsio2僅用來表示二氧化硅的組成，其基本結(jié)構(gòu)單元為正四面體解析：二氧化硅是由原子直接構(gòu)成的，不存在二氧化硅分子。故正確答案為a。知識點二硅酸的制備和性質(zhì)一、碳酸與硅酸的比較1二氧化碳的對應(yīng)水化物是碳酸(h2co3)，co2是碳酸的酸酐。碳酸是酸性比次氯酸、氫硫酸和硅酸酸性略強的二元弱酸

7、，其電離方程式為：h2co3hhco(很弱)hcohco(更弱)2碳酸的熱穩(wěn)定性極弱，只能在極稀溶液中存在，且有：co2h2oh2co3，故通常用co2的水溶液代替碳酸。co2h2oca(clo)2=caco32hclocaco32hcl=cacl2h2oco23h2co3和h2sio3的比較：二、硅酸的制備硅酸是常見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與h2o反應(yīng)直接制h2sio3。硅酸的制法：只能用相應(yīng)的可溶性硅酸鹽跟其他酸反應(yīng)來制取硅酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：na2sio32hclh2o=2naclh4sio4(原硅酸)h4sio4=h2oh2si

8、o3(硅酸)習(xí)慣上省去生成原硅酸這一中間過程，可直接寫為：na2sio32hcl=2naclh2sio3。生成的h2sio3逐漸聚合而形成膠體，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用作實驗室和袋裝食品、瓶裝藥品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體。制造玻璃時發(fā)生如下反應(yīng)：na2co3sio2na2sio3co2。該反應(yīng)能否說明h2sio3的酸性比h2co3強？為什么？提示：不能。sio2與na2co3反應(yīng)，是在高溫下且生成的產(chǎn)物是co2氣體，可以脫離反應(yīng)體系，并不能說明h2sio3酸性強于h2co

9、3。例2為確認hcl、h2co3、h2sio3的酸性強弱，某學(xué)生設(shè)計了如圖所示的裝置，一次實驗即可達到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請據(jù)此回答：(1)圓底燒瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為_。(2)裝置b所盛的試劑是_，其作用是_。(3)裝置c所盛試劑是_，c中反應(yīng)的離子方程式是_。(4)由此可得出的結(jié)論是酸性：_>_>_。思路分析酸性：hcl>h2co3>h2sio3hcl制取h2co3、h2co3制取h2sio3b中應(yīng)盛放飽和nahco3溶液解析根據(jù)“強酸弱酸鹽弱酸強酸鹽”分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，a中盛放na2co3溶液，根據(jù)na2co32hcl=2

10、naclh2oco2，可以知道酸性hcl強于h2co3，然后將生成的co2通入na2sio3溶液中，反應(yīng)為na2sio3co2h2o=h2sio3na2co3，由此判斷酸性h2co3>h2sio3，但需注意的是a中反應(yīng)會有hcl氣體逸出，故通入na2sio3溶液前需將hcl吸收，但不能吸收co2，故可選用飽和nahco3溶液。答案(1)鹽酸(2)飽和nahco3溶液吸收hcl氣體(3)na2sio3溶液sioco2h2o=h2sio3co(4)hclh2co3h2sio3下列說法正確的是(c)a硅酸不溶于水，因此不與naoh溶液反應(yīng)b根據(jù)sio2caco3casio3co2的反應(yīng)，可推知

11、硅酸酸性比碳酸酸性強cco2氣體通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸dsio2溶于水顯酸性解析：硅酸不溶于水，但與naoh溶液反應(yīng)：h2sio32naoh=na2sio32h2o，a項錯誤。b項中該反應(yīng)之所以能發(fā)生是在高溫條件下，co2以氣體形式逸出，使反應(yīng)進行得比較徹底，是利用sio2、co2沸點的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的強弱。c項符合“強酸制弱酸”的一般規(guī)律。sio2不溶于水，也不能與水反應(yīng)，d項錯誤。1下列說法不正確的是(a)a因sio2不溶于水，故sio2不是酸性氧化物b在反應(yīng)sio22csi2co中sio2作氧化劑csio2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點高、硬度大d氫氟酸能夠刻蝕

12、玻璃，故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸解析：a項，sio2不溶于水，但它能與堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，是酸性氧化物，錯誤；b項，在該反應(yīng)中sio2被c還原為si，sio2作氧化劑，正確；c項，由于sio2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，故熔點高，硬度大，正確；d項，sio2能與氫氟酸反應(yīng)，故常用氫氟酸刻蝕玻璃，不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，正確。故正確答案為a。2下列關(guān)于硅酸的說法正確的是(d)a硅酸可以通過sio2和水的化合反應(yīng)制得b用反應(yīng)na2sio32hcl=2naclh2sio3(膠體)制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的原理c硅酸難溶于水，不能與naoh溶液反應(yīng)d硅膠可用作袋裝食品的干燥劑解析：sio

13、2不溶于水也不能與水反應(yīng)生成硅酸，a項錯誤；b項中反應(yīng)是利用了強酸制弱酸的原理，b項錯誤；硅酸雖難溶于水，但可與強堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，c項錯誤。3在一定條件下，下列物質(zhì)不能和sio2反應(yīng)的是(d)焦炭純堿碳酸鈣氫氟酸鹽酸氫氧化鉀氧化鈣a bc d解析：二氧化硅是酸性氧化物，可與堿及堿性氧化物反應(yīng)，、能反應(yīng)；二氧化硅與純堿(或碳酸鈣)在高溫下能發(fā)生反應(yīng)，、能反應(yīng)；二氧化硅在高溫下還能與焦炭發(fā)生置換反應(yīng)，能反應(yīng)；二氧化硅作為一種特殊的氧化物還能與氫氟酸反應(yīng)，能反應(yīng)；二氧化硅與鹽酸不反應(yīng)，不能反應(yīng)。4下列敘述正確的是(c)a石英坩堝可用于熔化燒堿bsio2可與水反應(yīng)生成h2sio3，所以sio2是

14、h2sio3的酸酐cco2和sio2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑dsio2既能和naoh反應(yīng)，又能和hf反應(yīng)，所以二氧化硅屬于兩性氧化物解析：石英坩堝的主要成分是sio2，sio2在加熱條件下能與naoh反應(yīng)，故不能用石英坩堝熔化燒堿，a項錯誤；sio2不溶于水且不與水反應(yīng)，b項錯誤；co2和sio2都能與碳反應(yīng)，碳作還原劑，co2和sio2作氧化劑，c項正確；sio2能與hf反應(yīng)是sio2的特性，sio2不與其他酸反應(yīng)，故sio2不屬于兩性氧化物，d項錯誤。5下表各組物質(zhì)中，滿足圖中物質(zhì)一步轉(zhuǎn)化關(guān)系的選項是(c)解析：本題考查na、cu、c、si四種單質(zhì)及其化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。a項中nahc

15、o3無法直接轉(zhuǎn)化為na；b項中，cu(oh)2無法直接轉(zhuǎn)化為cu；d項中，sio2無法直接轉(zhuǎn)化為h2sio3，h2sio3也無法直接轉(zhuǎn)化為si；只有c項符合題意：ccoco2c。故選c。6能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是(d)aco2是氣體，sio2是固體b二氧化硅的熔點比二氧化碳高c根據(jù)反應(yīng)sio2caco3casio3co2，可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性強dco2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解析：酸性強弱與這種酸對應(yīng)的氧化物的物理性質(zhì)無關(guān)，a、b項均不正確；反應(yīng)sio2caco3casio3co2只有在高溫條件下才能進行，由于c

16、o2是氣體，生成后脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以繼續(xù)進行，但這不能用于比較硅酸與碳酸的酸性強弱，c項錯誤；na2sio3co2h2o=h2sio3na2co3，根據(jù)強酸制弱酸原理，能夠證明硅酸的酸性弱于碳酸的酸性，d項正確。7(雙選)下列說法正確的是(cd)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根據(jù)反應(yīng)sio2caco3casio3co2可推知硅酸酸性比碳酸酸性強cco2氣體通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸dsio2不溶于水，也不能跟水反應(yīng)生成酸解析：sio2可與強堿反應(yīng)，也可與氫氟酸反應(yīng)：sio24hf=sif42h2o，與氫氟酸反應(yīng)是sio2的特性。b項中的反應(yīng)能夠發(fā)生是因為co2以氣體形式逸出而使反應(yīng)進行得徹底，是利用sio2、co2沸點的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的強弱。8已知a是一種裝飾品的主要成分，根據(jù)如圖