2019-2020年高中化学第四章非金属及其化合物4.1无机非金属材料的主角-硅第1课时学案新人教版.doc

2019-2020年高中化学第四章非金属及其化合物4.1无机非金属材料的主角-硅第1课时学案新人教版学习目标定位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。(1)硅元素在自然界中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)硅原子结构示意图为，最外层有4个电子，易形成4价的化合物。2.硅的氧化物为二氧化硅，俗名为硅石。(1)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)。(2)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)二氧化碳和二氧化硅性质的比较(写出相关化学方程式)CO2SiO2物理性质气体，熔、沸点低，易溶于水固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水与碱性氧化物反应CaOCO2=CaCO3CaOSiO2CaSiO3与碱液反应2NaOHCO2=Na2CO3H2OSiO22NaOH=Na2SiO3H2O与水反应CO2H2OH2CO3不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(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很稳定，与水、一般酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。1.关于二氧化硅，下列叙述正确的是_(填序号)。化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸物理性质与CO2相似SiO2晶体是由SiO2分子直接组成的水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO2光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”答案解析SiO2晶体是由原子构成的空间网状结构，化学性质稳定，SiO2与NaOH发生反应，熔融NaOH固体不能用石英坩埚，不正确；SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，不正确；SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，不正确；SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，不正确；正确；光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此强碱条件下易发生“断路”，正确。2.二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列说法不正确的是()A.二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大B.二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸C.实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液D.氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸答案B解析二氧化硅是硅原子和氧原子按12的数目比形成的具有立体网状结构的晶体，是熔点高、硬度大的固体；二氧化硅是一种不溶于水的酸性氧化物，与水不反应；磨口玻璃塞中的二氧化硅能与氢氧化钠溶液反应，生成具有粘性的硅酸钠，容易使玻璃塞与瓶口粘结在一起；氢氟酸能腐蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，常用塑料瓶盛装氢氟酸。思维启迪(1)盛放碱性溶液(如氢氧化钠溶液)的试剂瓶应用橡胶塞或软木塞，而不能用磨口玻璃塞。(2)氢氟酸不能用玻璃瓶盛放，常用塑料瓶盛放氢氟酸。(3)石英坩埚不能熔融氢氧化钠等碱性固体。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溶液中：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。(1)实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸。(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.下列关于硅酸的说法正确的是()A.硅酸可以通过SiO2和水的化合反应直接制得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性质C.因为硅酸难溶于水，所以它不能与NaOH溶液反应D.硅胶可用作袋装食品的干燥剂答案D解析SiO2不能与水反应生成硅酸，A错；B中反应是利用了强酸制弱酸的性质，B错；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C错。1.石英、沙子、水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分均是二氧化硅。二氧化硅是硅酸的酸酐，但硅酸不能由二氧化硅与水反应制得。2.熟记三个化学方程式(1)SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；(2)SiO24HF=SiF42H2O；(3)Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。1.华裔科学家高锟因“在光学通信领域中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.SiB.SiO2C.Na2SiO3D.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.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项不正确；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项不正确。3.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。4.下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。5.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：_。(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，H2SiO3(aq)浓缩，H2SiO3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，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。基础过关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.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是两性氧化物答案A解析SiO2不溶于水；硅酸酸性比碳酸弱；SiO2是酸性氧化物。4.下列反应中，能说明SiO2是酸性氧化物的是()SiO24HF=SiF42H2OSiO2CaOCaSiO3SiO22NaOH=Na2SiO3H2OSiO22CSi2COA.B.C.D.答案B解析二氧化硅和氢氟酸反应是二氧化硅的特殊性质，不能说明是酸性氧化物，不符合；二氧化硅和氧化钙反应生成硅酸钙，是酸性氧化物的通性，符合；二氧化硅和碱反应生成盐和水，符合酸性氧化物的概念，符合；二氧化硅和碳反应表现二氧化硅的氧化性，不能说明是酸性氧化物，不符合。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解析(1)中SiO2表现的是酸性氧化物的性质。(3)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。题组二硅酸的性质与用途6.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溶液变红色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=Na2CO3H2SiO3。7.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。8.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=2NaClH2SiO3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，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。9.下列变化不能一步实现的是()A.Na2SiO3H2SiO3B.H2SiO3SiO2C.SiO2H2SiO3D.SiO2Na2SiO3答案C解析Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl；H2SiO3SiO2H2O；SiO22NaOH=Na2SiO3H2O。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。能力提升11.为确认HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如下图所示的实验装置，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：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。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)步骤中涉及SiO2的离子方程式为_。(2)滤渣A的成分有_(填化学式)。(3)步骤反应的化学方程式为_。(4)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)SiO22OH=SiOH2O(2)C、Fe2O3(3)H2SiO3SiO2H2O(4)坩埚泥三角解析(1)步骤中涉及SiO2与氢氧根离子反应生成硅酸根离子和水，离子方程式是SiO22OH=SiOH2O。(2)稻壳灰的成分中只有二氧化硅、氧化铝与氢氧化钠溶液反应，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。(3)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。(4)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.已知A是一种装饰品的主要成分，根据下图转化关系，回答下列问题。(1)A的用途：_(任写一种)，B是_，D是_。(2)写出下列反应的化学方程式：_。_。(3)写出下列反应的离子方程式：_。_。_。答案(1)制光导纤维Na2SiO3H2SiO3(2)Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2H2SiO3H2OSiO2(3)CO2H2OSiO=COH2SiO3(或2CO22H2OSiO=2HCOH2SiO3)SiO22OH=SiOH2OSiO2H=H2SiO3解析由A是一种装饰品的主要成分，高温下能与纯碱反应知，A是SiO2。SiO2与纯碱在高温下反应生成Na2SiO3和CO2，Na2SiO3与CO2在水中可反应生成H2SiO3，而H2SiO3受热分解又可生成SiO2，所以A是SiO2，B是Na2SiO3，D是H2SiO3。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的化学方程式：_，_。要将纯碱高温熔化，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)100gC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11.2L,100g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，所以混合物中碳酸钙的质量分数是100%50%。