2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題3從礦物到基礎(chǔ)材料第三單元第2課時(shí)二氧化硅與信息材料學(xué)案蘇教版必修1

PAGE13-第2課時(shí)二氧化硅與信息材料一、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?yàn)楣枋且环N親氧元素。2．原子結(jié)構(gòu)硅原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖，最外層有4個(gè)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(jià)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(gè)硅原子四周結(jié)合4個(gè)O原子，每個(gè)O四周結(jié)合2個(gè)Si原子。3．物理性質(zhì)熔點(diǎn)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)試驗(yàn)室中運(yùn)用石英坩堝。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：盡管SiO2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)，只能和NaOH、KOH等強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水，所以SiO2只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?yàn)镹aOH與SiO2反應(yīng)特別緩慢，且玻璃瓶?jī)?nèi)壁光滑，更不易發(fā)生反應(yīng)。但需留意的是不能用帶磨口玻璃塞的玻璃瓶盛放NaOH溶液，因?yàn)槟タ谠龃罅薙iO2與NaOH溶液的接觸面積，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，會(huì)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：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，所以酸酐不肯定都能與水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸。【例1】下列敘述正確的是()A．CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以兩者物理性質(zhì)相像B．因?yàn)镃aCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)C．CO2和SiO2都能與碳反應(yīng)，且都作氧化劑D．SiO2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，特殊留意CO2與SiO2性質(zhì)的異同點(diǎn)?！窘馕觥緾O2的熔、沸點(diǎn)低，SiO2的熔、沸點(diǎn)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(cuò)；高溫下SiO2與CaCO3反應(yīng)是因?yàn)楫a(chǎn)物CO2為氣體，不能說明H2CO3的酸性比H2SiO3的弱，B錯(cuò)；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(cuò)。【答案】C下列關(guān)于二氧化硅的說法中錯(cuò)誤的是(A)A．同二氧化碳一樣，二氧化硅分子是由一個(gè)硅原子和兩個(gè)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C．SiO2同CO2一樣也能與CaO反應(yīng)生成鹽D．SiO2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：二氧化硅是由原子干脆構(gòu)成的，不存在二氧化硅分子。故正確答案為A。3．H2CO3和H2SiO3的比較。二、硅酸的制備1．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)干脆制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：Na2SiO3＋2HCl＋H2O=2NaCl＋H4SiO4↓(原硅酸)H4SiO4=H2O＋H2SiO3(硅酸)習(xí)慣上省去生成原硅酸這一中間過程，可干脆寫為：Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3↓。生成的H2SiO3漸漸聚合而形成膠體溶液——硅酸溶液，硅酸濃度較大時(shí)，則形成軟而透亮的、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，吸附水分實(shí)力強(qiáng)，常用作試驗(yàn)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。2．由氧化物制備相應(yīng)酸或氫氧化物的規(guī)律。三、硅及其化合物的特性(1)硅及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：(2)硅及其化合物的特性1．SiO2不與水反應(yīng)，試驗(yàn)室里是依據(jù)什么化學(xué)原理來制備H2SiO3的？提示：依據(jù)“強(qiáng)酸制弱酸”的原理，用可溶性硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制取。例如：Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(膠體)＋2NaClNa2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(膠體)＋Na2CO3或Na2SiO3＋2CO2＋2H2O=H2SiO3(膠體)＋2NaHCO3。依據(jù)此原理，可設(shè)計(jì)比較酸性強(qiáng)弱的試驗(yàn)來證明酸性：鹽酸>碳酸>硅酸。2．初中化學(xué)中提到，制造玻璃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑。該反應(yīng)能否說明H2SiO3的酸性比H2CO3強(qiáng)？為什么？提示：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(qiáng)于H2CO3?！纠?】為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置，一次試驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請(qǐng)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________>________>________?！舅悸贩治觥俊窘馕觥恳罁?jù)“強(qiáng)酸＋弱酸鹽→弱酸＋強(qiáng)酸鹽”分析可知，分液漏斗中盛裝鹽酸，A中盛放Na2CO3溶液，依據(jù)Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑，可以知道酸性HCl強(qiáng)于H2CO3，然后將生成的CO2通入Na2SiO3溶液中，反應(yīng)為Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3，由此推斷酸性H2CO3>H2SiO3，但需留意的是A中反應(yīng)會(huì)有HCl氣體逸出，故通入Na2SiO3溶液前需將HCl汲取，但不能汲取CO2，故可選用飽和NaHCO3溶液?！敬鸢浮?1)鹽酸(2)飽和NaHCO3溶液汲取HCl氣體(3)Na2SiO3溶液SiOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋COeq\o\al(2－,3)(4)HClH2CO3H2SiO3能證明H2CO3比H2SiO3酸性強(qiáng)的試驗(yàn)事實(shí)是(D)A．H2CO3比H2SiO3受熱易分解B．高溫下能發(fā)生反應(yīng)Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑C．CO2能溶于水生成碳酸，而SiO2卻不溶于水D．CO2通入Na2SiO3溶液中有膠狀沉淀生成解析：A項(xiàng)僅能證明H2SiO3比H2CO3穩(wěn)定，A項(xiàng)不正確；B項(xiàng)中的反應(yīng)不是在水溶液中進(jìn)行的，不能用它來推斷H2SiO3與H2CO3的酸性強(qiáng)弱，B項(xiàng)不正確；D項(xiàng)，CO2＋H2O＋Na2SiO3=H2SiO3↓＋Na2CO3，酸性較強(qiáng)的H2CO3制得酸性較弱的H2SiO3，D項(xiàng)正確。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)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑中SiO2作氧化劑C．SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，熔點(diǎn)高、硬度大D．氫氟酸能夠刻蝕玻璃，故不能用玻璃瓶來盛裝氫氟酸解析：A項(xiàng)，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(cuò)誤；B項(xiàng)，在該反應(yīng)中SiO2被C還原為Si，SiO2作氧化劑，正確；C項(xiàng)，由于SiO2是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，故熔點(diǎn)高，硬度大，正確；D項(xiàng)，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．指出下列反應(yīng)中SiO2所表現(xiàn)的化學(xué)性質(zhì)或作用，在A～E選項(xiàng)中選擇正確答案將其填入括號(hào)內(nèi)。①SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(C)②SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑(D)③SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up17(高溫))Si＋2CO↑(B)④SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up17(高溫))SiC＋2CO↑(E)⑤SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(A)A．作為玻璃的主要成分被消耗而使玻璃被腐蝕B．氧化性C．酸性氧化物的通性D．將具有揮發(fā)性的酸酐從其鹽中置換出來E．未參與氧化還原反應(yīng)解析：本題較全面地考查了SiO2的性質(zhì)，A中應(yīng)有氫氟酸(HF)參與反應(yīng)；B中氧化性是指反應(yīng)中SiO2中的Si得電子，化合價(jià)降低；C中表現(xiàn)酸性氧化物的通性是指SiO2與強(qiáng)堿或堿性氧化物反應(yīng)；D中揮發(fā)性酸酐應(yīng)為CO2而不是CO。3．二氧化硅(SiO2)又稱硅石，是制備硅及其化合物的重要原料(見下圖)。下列說法正確的是(C)A．SiO2既能與HF反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)，屬于兩性氧化物B．SiO2和Si都是制造光導(dǎo)纖維的材料C．在硅膠中加入CoCl2可顯示硅膠是否吸水失效D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是非氧化還原反應(yīng)解析：SiO2是酸性氧化物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；SiO2是制造光導(dǎo)纖維的材料，Si為半導(dǎo)體材料，B項(xiàng)錯(cuò)誤；硅膠吸水量不同，CoCl2與水形成的結(jié)晶水合物的顏色不同，可顯示硅膠是否失效，C項(xiàng)正確；制取硅的過程中涉及了氧化還原反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4．下表各組物質(zhì)中，滿意圖中物質(zhì)一步轉(zhuǎn)化關(guān)系的選項(xiàng)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(xiàng)中NaHCO3無法干脆轉(zhuǎn)化為Na；B項(xiàng)中，Cu(OH)2無法干脆轉(zhuǎn)化為Cu；D項(xiàng)中，SiO2無法干脆轉(zhuǎn)化為H2SiO3，H2SiO3也無法干脆轉(zhuǎn)化為Si；只有C項(xiàng)符合題意：Ceq\o(→,\s\up17(O2))COeq\o(→,\s\up17(O2))CO2eq\o(→,\s\up17(Mg),\s\do15(點(diǎn)燃))C。故選C。5．(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．依據(jù)反應(yīng)SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up17(高溫))CaSiO3＋CO2↑可推知硅酸酸性比碳酸酸性強(qiáng)C．CO2氣體通入硅酸鈉溶液中可以制得硅酸D．SiO2不溶于水，也不能跟水反應(yīng)生成酸解析：SiO2可與強(qiáng)堿反應(yīng)，也可與氫氟酸反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，與氫氟酸反應(yīng)是SiO2的特性。B項(xiàng)中的反應(yīng)能夠發(fā)生是因?yàn)镃O2以氣體形式逸出而使反應(yīng)進(jìn)行得徹底，是利用SiO2、CO2沸點(diǎn)的不同，而不是利用硅酸、碳酸酸性的強(qiáng)弱。6．已知A是一種裝飾品的主要成分，依據(jù)如圖轉(zhuǎn)化關(guān)系，回答下列問題。(1)A用途：制光導(dǎo)纖維(或其他合理答案)(任寫一種)，B是Na2SiO3，D是H2SiO3。(2)寫出化學(xué)方程式：①Na2CO3＋SiO2eq\o(=,\s\up17(高溫))Na2SiO3＋CO2↑。④H2SiO3eq\o(=,\s\