化学必修一第四章第一节教师教案

第四章第一节无机非金属材料的主角——硅一、二氧化硅1．硅元素的存在2．二氧化硅(1)存在:存在形态有结晶形和无定形两大类，统称硅石，石英、水晶、玛瑙、沙子的主要成分是二氧化硅。

(2)结构：SiO2晶体是立体空间网状结构，每个Si周围结合4个O，每个O周围结合2个Si，Si∶O＝1∶2。

(3)物理性质:熔点高、硬度大、不溶于水。

(4)化学性质CO2SiO2构成CO2分子硅原子和氧原子按1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体，无SiO2分子物理性质气体，熔、沸点低，溶于水固体，熔、沸点高，硬度大，不溶于水(5)用途①沙子是基本的建筑材料②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。

③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。

④实验中使用石英坩埚。

点拨：①虽然SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反应，但SiO2却不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。

②实验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，原因是玻璃中含有SiO2，能与碱起反应，容易使瓶塞和瓶颈粘在一起而不能打开。

③氢氟酸能腐蚀玻璃，故不能用玻璃瓶盛放氢氟酸，而要用塑料瓶。

二、硅酸、硅酸盐1．硅酸(1)物理性质化学性质与碱2NaOH＋CO2(少量)===Na2CO3＋H2ONaOH＋CO2(足量)===NaHCO3SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O与水CO2＋H2O===H2CO3不反应与碳C＋CO2=====高温2CO2C＋SiO2=====高温Si＋2CO↑与氢氟酸不反应SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O 与氧化钙CO2＋CaO=== CaCO3SiO2＋CaO=====高温CaSiO3与盐Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑SiO2＋Na2CO3=====高温Na2SiO3＋CO2↑颜色：白色；状态：胶状；溶解性：难溶于水。

(2)化学性质①弱酸性向Na2SiO3溶液中通入CO2气体，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H 2SiO3↓；结论为：酸性H2CO3>H2SiO3。

②不稳定性。

H2SiO3不稳定，受热易分解，化学方程式为：H2SiO3=====△H2O＋SiO2。

实验操作实验现象滴加酚酞后溶液呈红色，滴加稀盐酸后溶液变为无色，有白色胶状沉淀生成结论Na2SiO3溶液呈碱性；滴加稀盐酸后反应的化学方程式为：Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓浓度小形成硅酸溶胶，浓度大形成硅酸凝胶，其中，硅酸凝胶干燥脱水得到硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。

提示：硅酸是常见酸中唯一不溶于水的酸，且不能由其对应酸酐——SiO2和水反应制得。

2．硅酸盐(1)概念：硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。

(2)组成的表示通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。

例如：硅酸钠：Na2O·SiO2，长石：K 2O·Al2O3·6SiO2。

(3)最简单的硅酸盐——Na2SiO3①Na2SiO3可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。

②与酸反应向硅酸钠的水溶液中滴加盐酸，反应的离子方程式为：SiO2－3＋2H＋===H2SiO3↓。

点拨:①因为SiO2不溶于水，因此不能用SiO2与水反应制备硅酸。

②制备硅酸的原理是：“强酸制弱酸”这一原理可用来设计酸性强弱比较的实验，例如证明酸性：盐酸>碳酸>硅酸。

三、硅单质1．种类及结构单质硅分为晶体硅和无定形硅两类，晶体硅的结构与金刚石类似。

2．性质(1)色、态光泽熔点硬度质地导电性灰黑色固体金属光泽高大脆良好半导体(2)化学性质：在常温下化学性质不活泼，但能与氢氟酸、强碱发生反应。

常温下能与氟气、氢氟酸、强碱等反应。

2F2＋Si===SiF4Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑粗硅的制取。

2C＋SiO2=====高温2CO↑＋Si(粗硅)(注意：生成的是CO而不是CO2)纯硅的制取。

Si(粗硅)＋2Cl2=====△SiCl4SiCl4＋2H2=====高温Si(纯硅)＋4HCl3．用途(1)半导体材料，如硅芯片等。

(2)新型能源，如光电池等。

点拨:①硅与碳相似，常温下化学性质都不活泼。

②虽然碳比硅活泼，但由于硅是亲氧元素，所以碳在自然界中有单质，而硅只能以化合态存在。

第四章第一节无机非金属材料的主角—硅练习题1.下列关于硅的化学性质的化学方程式书写错误的是( )A．硅与氢氟酸反应：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑B．硅与烧碱溶液反应：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑C．硅与盐酸反应：Si＋4HCl===SiCl4＋2H2↑D．硅在高温下被O2氧化：Si＋O2=====高温SiO2答案C解析常温下，硅能与氢氟酸、烧碱溶液反应，但不与盐酸反应。

加热或高温条件下能与C、Cl2、O2等发生反应，化学方程式分别为Si＋C=====高温SiC、Si＋2Cl2=====△SiCl4、Si＋O2=====△SiO2。

2．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．Na2SiO3D．SiCl4答案B解析光导纤维的主要成分为SiO2。

3．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弱，且硅酸不溶于水D．CO2与SiO2均可溶于水生成对应的酸答案C解析SiO2可以跟氢氟酸反应，反应的化学方程式为：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，所以A不正确；B项二氧化硅中不存在SiO2分子，错误；D项不正确，SiO2难溶于水，不与水反应。

答案为C。

4．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SiO2＋CaCO3=====高温CaSiO3＋CO2↑，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。

5．下列溶液中①碳酸钠溶液②氢氟酸③氢氧化钠溶液④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．①③ B．②④ C．②③ D．①④答案A解析①、③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,不能放在玻璃瓶中，所以放在塑料的瓶子中，塞子用橡胶（绝对不能用玻璃）。

6．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：H2SiO3＞H2CO3C．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 SiO 2是酸性氧化物；酸性：H 2CO 3＞H 2SiO 3；图中有的转化反应不是氧化还原反应，如SiO 2与NaOH 溶液的反应。

7．硅胶和石英的主要成分都是SiO 2，前者是结构疏松的SiO 2，后者是结构致密的SiO 2。

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)2OH －＋SiO 2===SiO 2－3＋H 2O(2)SiO 2－3＋2H ＋===H 2SiO 3↓(3)H 2SiO 3=====△H 2O↑＋SiO 2 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SiO 2，与碱反应生成盐和水：2NaOH ＋SiO 2===Na 2SiO 3＋H 2O 。

(2)过滤，除去石英中的杂质，得滤液为Na 2SiO 3(aq)，硅酸是弱酸，Na 2SiO 3与盐酸发生复分解反应：Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓。

(3)微热，H 2SiO 3(aq)浓缩，H 2SiO 3聚合为胶体，加热硅酸溶胶脱水，生成多孔硅胶：H 2SiO 3=====△H 2O↑＋SiO 2。

硅胶的制备过程：石英(SiO 2)――→＋NaOH Na 2SiO 3――→＋HCl H 2SiO 3――→△硅胶(SiO 2)。

硅胶的主要用途有两种：作干燥剂或作催化剂的载体。

8．实验室配制好的硅酸钠溶液保存过程中变质的主要原因是_________________________， 变质现象是_________________，相应化学方程式是_______________________________。

答案 空气中的CO 2与Na 2SiO 3水溶液发生了反应 生成白色胶状沉淀物 Na 2SiO 3＋H 2O ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2SiO 3↓解析 由于H 2SiO 3的酸性比碳酸的酸性弱，故Na 2SiO 3在空气中将会与空气中的CO 2及溶液中的水发生反应而变质：Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3↓＋Na 2CO 3，故应密封保存。

9．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 ．自然界中二氧化硅都存在于石英中 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，硅元素是亲氧元素，主要以氧化物和硅酸盐的形式存在，A 项错误； 二氧化硅的性质稳定，C 项错误。