高中化学 第四章 第一节 无机非金属材料的主角-硅（第1课时）学案 新人教版必修11

无机非金属材料的主角-硅（第1课时）【学习目标】1. 了解二氧化硅的结构，掌握二氧化硅的性质和了解其用途。2. 知道硅酸的制备方法、了解硅酸的性质和应用。【学习过程】一、二氧化硅1. 存在：二氧化硅广泛存在于自然界中，与其他矿物共同构成了岩石，天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是纯度较高的二氧化硅。2结构：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，通常用SiO2 来表示二氧化硅的组成。二氧化硅晶体基本单元是的正四面体结构（左图），若干个四面体通过氧原子连接，形成空间网状结构的SiO2晶体（右图）。3. 物理性质：纯净的二氧化硅晶体呈无色，熔点高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶剂。温馨提示：二氧化硅与二氧化碳的物理性质差别很大，常温常压下二氧化碳是无色无味的气体，能溶于水，密度比空气大。4.化学性质：稳定性强，与水不反应，一般不与酸反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。（1）与氢氟酸反应：SiO2其它酸不反应，常温下与氢氟酸反应。SiO24HFSiF42H2O温馨提示：氢氟酸能腐蚀玻璃这一特殊性质可应用于雕刻玻璃。氢氟酸应保存在塑料瓶中，其有关反应在铅皿中进行。（2）与碱溶液反应：二氧化硅是酸性氧化物，常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水。SiO2+ 2NaOH Na2SiO3 + H2O温馨提示：因为SiO2易与强碱溶液反应，生成硅酸钠使试剂瓶受腐蚀，同时生成的硅酸钠溶液是一种矿物胶，具有良好的粘结性，易使瓶塞粘在一起而难以开启，实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么要用橡皮塞而不用玻璃塞。（3）与碱性氧化物反应：二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应。SiO2 CaO CaSiO3温馨提示：硅的亲氧性大，常温下SiO2的化学性质稳定；在加热的条件下，SiO2才能与碱性氧化物起反应。（4）与碳反应：二氧化硅中的硅为4价，具有弱的氧化性，如在高温时，二氧化硅中的硅可以被碳置换出来。SiO22C Si2CO SiO2与CO2的化学性质比较化学反应CO2SiO2碱性氧化物CaOCO2CaCO3CaOSiO2CaSiO3碱液2NaOHCO2Na2CO3H2OSiO22NaOHNa2SiO3H2O盐Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3SiO2CaCO3CaSiO3 CO2SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2碳CCO22CO2CSiO2Si2CO水CO2H2OH2CO3不与水化合酸不反应只与HF反应SiO24HFSiF4H2O5. 二氧化硅的用途：（1）石英可用于制作石英表和石英玻璃。（2）石英砂常用作制薄玻璃和建筑材料。（3）水晶常用来制造电子部件、光学仪器、工艺品和眼镜片等。（4）玛瑙用于制造精密仪器轴承、耐磨器皿和装饰品。（5）SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料光导纤维。二、硅酸1.制取：SiO2不溶于水，所以硅酸只能通过可溶性的硅酸盐与其他酸反应制得，制备原理为强酸制弱酸。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Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl有白色胶状沉淀物生成硅酸的酸性比碳酸弱Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO32.性质：硅酸是一种比H2CO3还要弱的酸，结构复杂，常用H2SiO3表示，硅酸是一种白色胶状物质，不溶于水，在干燥的空气中易失水变成硅酸。硅酸在加热条件下会进一步失水得到二氧化硅。H2SiO3 H2O +SiO23.用途：硅酸容易聚合形成硅酸溶胶，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就形成硅酸干凝胶，称为“硅胶”。硅胶常用作食品等的干燥剂，也可用作催化剂的载体。【当堂检测】1. 下列有关SiO2的叙述正确的是()ASiO2不与任何酸反应 B玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛装稀氢氧化钠溶液CSiO2是酸性氧化物，能与NaOH反应 DSiO2能与水反应生成硅酸2. 能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是()ACO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水 BCO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀C高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2 DCO2是气体，而SiO2是固体3. 如图为刻蚀在玻璃上的精美的花纹图案，则该刻蚀过程中发生的主要化学反应为()ACaCO32HCl=CaCl2H2OCO2 BNaHCO3HCl=NaClH2OCO2CSi4HF=SiF42H2 DSiO24HF=SiF42H2O4. 下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是()ACO2H2CO3 BSiO2Na2SiO3 CNa2O2Na2CO3 DSiO2H2SiO35. 为确定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)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_。答案与解析题号答案解析1CA项，SiO2可与氢氟酸反应，B项，可用玻璃瓶盛装稀NaOH溶液，但不能用玻璃塞，D项，SiO2与水不反应2B根据较强酸制较弱酸的原理，向可溶性硅酸盐溶液中通入CO2生成硅酸，可证明H2CO3酸性强于硅酸3D玻璃的主要成分之一SiO2能够与氢氟酸发生反应：SiO24HF=SiF42H2O，故氢氟酸常用于雕刻玻璃4D由于SiO2不溶水也不与水反应，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2与强碱反应制得可溶性硅酸盐后，再与酸反应才能制得H2SiO35(1)盐酸(2)饱和NaHCO3溶液吸收HCl气体(3)Na2SiO3溶液SiOCO2H2O=H2SiO3CO(4)HClH2CO3H2SiO3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固体，根据Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2可以知道酸性HCl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