高中化學(xué) 第四章 第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角-硅（第1課時(shí)）學(xué)案 新人教版必修11

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無機(jī)非金屬材料的主角-硅（第1課時(shí)）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 了解二氧化硅的結(jié)構(gòu)，掌握二氧化硅的性質(zhì)和了解其用途。2. 知道硅酸的制備方法、了解硅酸的性質(zhì)和應(yīng)用。【學(xué)習(xí)過程】一、二氧化硅1. 存在：二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石，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，水晶是純度較高的二氧化硅。2結(jié)構(gòu)：二氧化硅晶體是由Si原子和O原子按12的比例所組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，通常用SiO2 來表示二氧化硅的組成。二氧化硅晶體基本單元是的正四面體結(jié)構(gòu)（左圖），若干個(gè)四面體通過氧原子連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的SiO2晶體（右圖）。3. 物理性質(zhì)：純凈的二氧化硅晶體呈無色，熔點(diǎn)高，硬度大，不溶于水，也不溶于其他一般的溶劑。溫馨提示：二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)差別很大，常溫常壓下二氧化碳是無色無味的氣體，能溶于水，密度比空氣大。4.化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性強(qiáng)，與水不反應(yīng)，一般不與酸反應(yīng)，能與氫氟酸反應(yīng)，能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。（1）與氫氟酸反應(yīng)：SiO2其它酸不反應(yīng)，常溫下與氫氟酸反應(yīng)。SiO24HFSiF42H2O溫馨提示：氫氟酸能腐蝕玻璃這一特殊性質(zhì)可應(yīng)用于雕刻玻璃。氫氟酸應(yīng)保存在塑料瓶中，其有關(guān)反應(yīng)在鉛皿中進(jìn)行。（2）與堿溶液反應(yīng)：二氧化硅是酸性氧化物，常溫時(shí)可以與堿溶液緩慢反應(yīng)生成鹽和水。SiO2+ 2NaOH Na2SiO3 + H2O溫馨提示：因?yàn)镾iO2易與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，生成硅酸鈉使試劑瓶受腐蝕，同時(shí)生成的硅酸鈉溶液是一種礦物膠，具有良好的粘結(jié)性，易使瓶塞粘在一起而難以開啟，實(shí)驗(yàn)室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么要用橡皮塞而不用玻璃塞。（3）與堿性氧化物反應(yīng)：二氧化硅在高溫下可與堿性氧化物反應(yīng)。SiO2 CaO CaSiO3溫馨提示：硅的親氧性大，常溫下SiO2的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；在加熱的條件下，SiO2才能與堿性氧化物起反應(yīng)。（4）與碳反應(yīng)：二氧化硅中的硅為4價(jià)，具有弱的氧化性，如在高溫時(shí)，二氧化硅中的硅可以被碳置換出來。SiO22C Si2CO SiO2與CO2的化學(xué)性質(zhì)比較化學(xué)反應(yīng)CO2SiO2堿性氧化物CaOCO2CaCO3CaOSiO2CaSiO3堿液2NaOHCO2Na2CO3H2OSiO22NaOHNa2SiO3H2O鹽Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO3SiO2CaCO3CaSiO3 CO2SiO2Na2CO3Na2SiO3CO2碳CCO22CO2CSiO2Si2CO水CO2H2OH2CO3不與水化合酸不反應(yīng)只與HF反應(yīng)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）水晶常用來制造電子部件、光學(xué)儀器、工藝品和眼鏡片等。（4）瑪瑙用于制造精密儀器軸承、耐磨器皿和裝飾品。（5）SiO2 被用于制造高性能的現(xiàn)代通訊材料光導(dǎo)纖維。二、硅酸1.制?。篠iO2不溶于水，所以硅酸只能通過可溶性的硅酸鹽與其他酸反應(yīng)制得，制備原理為強(qiáng)酸制弱酸。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論溶液變?yōu)榧t色Na2SiO3溶液呈堿性溶液由紅色變?yōu)闊o色，有白色膠狀沉淀物生成硅酸為不溶于水的白色固體Na2SiO32HCl=H2SiO32NaCl有白色膠狀沉淀物生成硅酸的酸性比碳酸弱Na2SiO3CO2H2ONa2CO3H2SiO32.性質(zhì)：硅酸是一種比H2CO3還要弱的酸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用H2SiO3表示，硅酸是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸。硅酸在加熱條件下會進(jìn)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膠，硅酸濃度較大時(shí)，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水就形成硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。硅膠常用作食品等的干燥劑，也可用作催化劑的載體?！井?dāng)堂檢測】1. 下列有關(guān)SiO2的敘述正確的是()ASiO2不與任何酸反應(yīng) B玻璃中含有SiO2，所以不能用玻璃瓶盛裝稀氫氧化鈉溶液CSiO2是酸性氧化物，能與NaOH反應(yīng) DSiO2能與水反應(yīng)生成硅酸2. 能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實(shí)驗(yàn)事實(shí)是()ACO2溶于水形成碳酸，SiO2難溶于水 BCO2通入可溶性硅酸鹽中析出硅酸沉淀C高溫下SiO2與碳酸鹽反應(yīng)生成CO2 DCO2是氣體，而SiO2是固體3. 如圖為刻蝕在玻璃上的精美的花紋圖案，則該刻蝕過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為()ACaCO32HCl=CaCl2H2OCO2 BNaHCO3HCl=NaClH2OCO2CSi4HF=SiF42H2 DSiO24HF=SiF42H2O4. 下列物質(zhì)的變化，不能通過一步化學(xué)反應(yīng)完成的是()ACO2H2CO3 BSiO2Na2SiO3 CNa2O2Na2CO3 DSiO2H2SiO35. 為確定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，一次實(shí)驗(yàn)即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請據(jù)此回答：(1)錐形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)由此得到的結(jié)論是：酸性_。答案與解析題號答案解析1CA項(xiàng)，SiO2可與氫氟酸反應(yīng)，B項(xiàng)，可用玻璃瓶盛裝稀NaOH溶液，但不能用玻璃塞，D項(xiàng)，SiO2與水不反應(yīng)2B根據(jù)較強(qiáng)酸制較弱酸的原理，向可溶性硅酸鹽溶液中通入CO2生成硅酸，可證明H2CO3酸性強(qiáng)于硅酸3D玻璃的主要成分之一SiO2能夠與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)：SiO24HF=SiF42H2O，故氫氟酸常用于雕刻玻璃4D由于SiO2不溶水也不與水反應(yīng)，所以由SiO2制取H2SiO3需先使SiO2與強(qiáng)堿反應(yīng)制得可溶性硅酸鹽后，再與酸反應(yīng)才能制得H2SiO35(1)鹽酸(2)飽和NaHCO3溶液吸收HCl氣體(3)Na2SiO3溶液SiOCO2H2O=H2SiO3CO(4)HClH2CO3H2SiO3根據(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固體，根據(jù)Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2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Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，由此判斷酸性H2CO3H2SiO3，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