化学必修1第四章第一节《 硅及其化合物》基础知识与基本训练.doc
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1、 第一节第一节 无机非金属材料的主角无机非金属材料的主角硅硅 第第 1 课时课时 二氧化硅和硅酸二氧化硅和硅酸 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。硅元素在自然界中主要以氧化物及硅酸盐的 形式存在,原因是硅是一种亲氧元素。 2.硅的氧化物为二氧化硅,俗名为硅石,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)。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.列表比较二氧化碳和
2、二氧化硅的性质。 CO2 SiO2 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=CaCO3 CaOSiO2= 高温 CaSiO3 与碱液反应 2NaOHCO2=Na2CO3 H2O SiO22NaOH=Na2SiO3 H2O 与 H2O 反应 CO2H2OH2CO3 不与水反应 与酸反应 不反应 只与 HF 反应:SiO2 4HF=SiF42H2O 相同点 都是酸性氧化物(酸酐),与碱反应生成盐和水 归纳总结 二氧化硅的结构与性质 (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
3、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有稳定性强,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.下列叙述中,正确的是( ) A.自然界中存在大量的单质硅 B.石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅 C.二氧化硅的化学性质活泼,能跟酸或碱溶液发生化学反应 D.自然界中硅元素都存在于石英中 答案 B 解析 自然界中硅元素含量很高,但都以化合态形式存在,A 项错误;硅元素是亲氧元素, 主要以氧化物和硅酸盐的形式存在,D 项错误;二氧化硅的性质稳定,C 项错误。 2.由 MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3组成
4、的混合粉末。现取两份该混合粉末试样进行实验。 (1)将一份混合粉末溶于过量的盐酸,得到沉淀 X 和滤液 Y,沉淀 X 为_,滤液 Y 中 含有的阳离子主要是_,向滤液 Y 中加入过量 NaOH 溶液,得到的沉淀是 _。 (2)将另一份混合粉末溶于过量 NaOH 溶液,发生反应的离子方程式为_。 答案 (1)SiO2 Al3 、 Mg2、 Fe3、 H Mg(OH) 2、 Fe(OH)3 (2)SiO22OH =SiO2 3H2O、 Al2O32OH =2AlO 2H2O 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
5、 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。 归纳总结 硅酸的性质 (1)实验室制取硅酸的方法是可溶性硅酸盐与酸反应。 (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
6、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.在既能溶解 Al(OH)3又能溶解 SiO2的无色溶液中,能大量共存的是( ) A.Na 、Al3、NO 3、Cl B.K 、Na、Cl、SiO2 3 C.Fe2 、K、SO2 4、Cl D.Na 、HCO 3、K 、NO 3 答案 B 解析 符合题干要求的应是强碱性且无色的溶液,Al3 、HCO 3能与碱反应,Fe 2有色且可与 碱反应。 4.下列反应不能一步完成的是( ) A.SiO2 Na2SiO3 B.SiO2 H2SiO3 C.SiO2 CaSiO3 D.H2SiO3 SiO2 答案 B 解析 二氧化硅可与氢氧化钠直接反
7、应生成硅酸钠;氧化钙可与二氧化硅在高温下反应生成 硅酸钙;硅酸可直接加热分解生成二氧化硅,故只有 B 符合题意。 1.华裔科学家高锟因“在光学通信领域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.Si B.SiO2 C.Na2SiO3 D.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
8、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 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 不正确。 3.能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( ) A.CO2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 SiO2CaCO3= 高温 CaSiO3CO2,可推知硅酸的酸性比碳酸的酸性强 D.CO2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 答案 D 解析 酸性强弱与这种酸的氧化物的状态和物理性质无关,A、B 均不正确;C 项
9、反应只有 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进行,但这 不能说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强;D 项属于较强的酸制取较弱的酸,能够证明硅酸的酸 性弱于碳酸的酸性。 4.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。 5.下图是利用二氧化硅制备硅及其化合物
10、的流程,下列说法正确的是( ) A.SiO2属于两性氧化物 B.酸性:H2SiO3H2CO3 C.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。 6.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
11、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)2OH SiO 2=SiO 2 3H2O (2)SiO2 32H =H 2SiO3 (3)H2SiO3= H2OSiO2 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:2NaOH SiO2=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。
12、(3)微热,浓缩 H2SiO3(aq),H2SiO3聚合为胶体,加热硅酸溶胶脱水,生成多孔硅胶:H2SiO3= H2O SiO2。硅胶的制备过程: 石英(SiO2) NaOHNa 2SiO3 HCl H2SiO3 硅胶。 硅胶的主要用途有两种: 作干燥剂或作催化 剂的载体。 40 分钟课时作业 经典基础题 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
13、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是酸性氧化物,不跟任何酸反应 答案 A 解析 SiO2不溶于水;硅酸酸性比碳酸弱;S
14、iO2是酸性氧化物,但可与氢氟酸反应。 4.下列试剂能用带玻璃塞的玻璃瓶保存的是( ) A.Na2SiO3溶液 B.KMnO4溶液 C.氢氟酸 D.NaOH 溶液 答案 B 解析 玻璃中含有 SiO2与 NaOH 溶液长时间作用会生成 Na2SiO3,Na2SiO3溶液有粘性,可 将玻璃塞与玻璃瓶粘在一起打不开,A、D 错误;氢氟酸可腐蚀玻璃,一般用塑料瓶盛装,C 错误。 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)SiO2Na2CO3= 高温 Na2SiO3CO2( ) (3)SiO2
15、2C= 高温 Si2CO( ) (4)SiO23C= 高温 SiC2CO( ) (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。(2)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。 6.生石灰中往往含有杂质 CaCO3和 SiO2,检验它是否存在着两种杂质的最好试剂是( ) A.水 B.盐酸 C.硫
16、酸 D.烧碱溶液 答案 B 解析 生石灰能溶于水生成氢氧化钙与二氧化硅反应生成硅酸钙沉淀,碳酸钙不溶于水,所 以有不溶于水的物质出现,不能说明杂质是否含有碳酸钙和二氧化硅,A 错误;碳酸钙和盐 酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水,二氧化硅不溶于盐酸,生石灰溶于盐酸生成氯化钙和水, 所以有气体产生说明有碳酸钙,有不溶物,说明有二氧化硅,B 正确;碳酸钙和硫酸反应生 成硫酸钙,微溶于水,二氧化硅不溶于硫酸,所以有不溶于水的物质出现,不能确定是碳酸 钙还是二氧化硅,C 错误;碳酸钙不溶于氢氧化钠,二氧化硅和氢氧化钠反应生成硅酸钠, 生石灰溶于水,所以不能确定是否含有二氧化硅,D 错误。 题组二 硅酸的性
17、质与用途 7.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试液变红色 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。 8.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
18、上四种物质中只有硅胶是干燥剂。 9.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=2NaCl H2SiO3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;干燥剂“硅胶”的主要成分是硅酸, D 错
19、误。 10.纯二氧化硅可用下列流程制得。下列说法不正确的是( ) 粗SiO2 NaOH溶液 X 稀H2SO4 Y 灼烧 SiO2 A.X 可用作木材防火剂 B.步骤的反应是 Na2SiO3H2SO4=H2SiO3Na2SO4 C.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 Na2SiO3 H2SO4=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。 能力提升题
20、11.(1)普通玻璃又称为钠玻璃,试写出生产普通玻璃过程中发生反应的一个化学方程式: _ _。 (2)实验室用于盛放碱性试剂的试剂瓶不用磨口玻璃塞的原因是: _ _( 用 离 子 方程式表示)。 (3)有一种特殊玻璃为钾玻璃,其热膨胀系数较小,较难熔化,较难受化学药品的侵蚀,可用 于制作一般的化学仪器。现以石英砂、苛性钾、熟石灰为原料,熔制钾玻璃,质量比为 752837( 假 定 这 些 原 料 不 含 杂 质 ) , 试 用 氧 化 物 的 形 式 表 示 该 钾 玻 璃 的 组 成 _。 (4)下列叙述正确的是_(填序号)。 SO2、NO、NO2都是形成酸雨的因素,都能和水反应生成酸 NH
21、3、H2S 均不能用浓硫酸干燥 水晶的主要成分是 SiO2 SiO2与 CO2都属于酸性氧化物,都不能与酸反应 实验室可用 NaOH 溶液处理 Cl2和 SO2废气 NO 只能用排水集气法收集,不能用排空气法收集;而 NO2只能用排空气法收集,不能用 排水集气法 答案 (1)Na2CO3SiO2= 高温 Na2SiO3CO2或 CaCO3SiO2= 高温 CaSiO3CO2 (2)2OH SiO 2=SiO 2 3H2O (3)K2O 2CaO 5SiO (4) 解析 (1)工业制玻璃主要原料有石英、纯碱和石灰石。碳酸钠与二氧化硅在高温条件下反应 生成硅酸钠和二氧化碳, 该反应的化学方程式为
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