1 化学必修一第四 章第一节 第1课时 二氧化硅和硅酸练习

第一节无机非金属材料的主角——硅

第1课时二氧化硅和硅酸

1.知道二氧化硅是硅的重要化合物，并能正确描述二氧化硅的结构特点。

2.掌握二氧化硅的重要性质及主要用途。

3．了解硅酸的性质、用途和制备方法。

二氧化硅

1．硅元素的存在及结构

(1)存在

(2)原子结构：硅的原子结构示意图为，最外层有4个电子，反应中既不容易得到电子，也不容易失去电子。

2．二氧化硅

(1)存在：SiO2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、光导纤维的主要成分均是SiO2。

(2)结构：SiO2晶体是四面体立体网状结构，每个Si周围结合4个O，每个O周围有2个Si，即N(Si)∶N(O)＝1∶2。

(3)物理性质：SiO2的熔点高，硬度大，不溶于水。

(4)化学性质

(5)用途

①以SiO 2为主要成分的沙子是基本的建筑材料。

②纯净的SiO 2是现代光学及光纤制品的基本材料，可以制作光导纤维。 ③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 ④实验室中使用石英坩埚。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)硅在自然界中只以化合态的形式存在。( ) (2)结晶形硅石和无定形硅石是同素异形体。( )

(3)SiO 2晶体是立体网状结构，每个硅原子周围结合两个氧原子。( ) (4)SiO 2既能与NaOH 反应又能与HF 反应，所以它是两性氧化物。( ) (5)SiO 2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质。( ) 答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√

2．指出下列反应中SiO 2所表现的化学性质或作用，从A ～E 选项中选择正确答案填入括号内。

(1)SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O( ) (2)SiO 2＋Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑( ) (3)SiO 2＋2C=====高温

Si ＋2CO ↑( ) (4)SiO 2＋3C=====高温SiC ＋2CO ↑( ) (5)SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O( ) 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

CO 2与SiO 2的比较

CO 2＋H 2O

H 2CO 3

(1)SiO 2既能与NaOH 溶液反应，也能与氢氟酸反应，但SiO 2不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。

(2)SiO 2和CO 2的物理性质差别很大，是由二者结构上的差别造成的，SiO 2是立体网状结构的晶体，不存在SiO 2分子，而CO 2是由碳、氧原子结合成的分子，微粒间的作用力远小于SiO 2。

下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是()

A．CO2、SiO2均为酸性氧化物

B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸

C．CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物

D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的

[解析]SiO2与CO2都是酸性氧化物，但SiO2不能溶于水生成H2SiO3，CO2可溶于水生成H2CO3，A正确，B错误，C错误；CO2是由CO2分子构成的，而SiO2则是由硅原子和氧原子构成的，SiO2中不存在分子，D错误。

[答案] A

(1)为什么SiO2不是两性氧化物？

(2)酸性氧化物是否都有对应的酸存在？是否都能与水反应生成酸？

答案：(1)既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物才是两性氧化物。SiO2与HF反应生成SiF4和H2O，SiF4不属于盐，故SiO2不是两性氧化物。

(2)酸性氧化物都有对应的酸存在，但不是所有的酸性氧化物都能与水反应生成酸，如SiO2。

二氧化硅的性质和用途

1．下列关于二氧化硅的叙述不正确的是()

①在固态和液态时，几乎不导电

②能跟强碱反应，但不能与水反应

③SiO2的物理性质与CO2类似

A．②③B．③

C．①②D．①③

解析：选B。①正确，SiO2在固态和液态时均无自由移动的电子或离子；②正确，如2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O；③不正确，SiO2与CO2熔沸点、硬度、密度差别很大。

2．光纤通信是以光作为信息的载体，让光在光导纤维中传播，制造光导纤维的基本原料是()

A．氧化钙B．铜

C．石英砂D．硅

解析：选C。制造光导纤维的材料为SiO2，石英砂的主要成分为SiO2。

硅酸

1．硅酸的性质

(1)物理性质：难溶于水的白色胶状物质。 (2)化学性质

①酸性(比碳酸酸性弱)

a ．与NaOH 溶液反应的化学方程式为H 2SiO 3＋2NaOH===Na 2SiO 3＋2H 2O 。

b ．向Na 2SiO 3溶液中通入少量CO 2气体，反应的化学方程式为Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===Na 2CO 3＋H 2SiO 3(胶体)。

②不稳定性：受热易分解，化学方程式为H 2SiO 3=====△

H 2O ＋SiO 2。 2．硅酸的制备实验 (1)实验现象

硅酸钠溶液――→酚酞溶液

溶液呈红色――→稀盐酸

溶液变为无色，有白色胶状沉淀产生。

(2)结论：硅酸钠溶液呈碱性，与盐酸反应的化学方程式为Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)。

3．硅胶

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)H 2SiO 3难溶于水，其酸性比碳酸强，不能使指示剂变色。( )

(2)硅酸在干燥的空气中受热易分解，反应方程式为H 2SiO 3=====△

SiO 2＋H 2O 。( ) (3)硅酸在水中易聚合形成硅酸凝胶，经干燥脱水后即得硅胶。( ) (4)硅酸可制成硅胶，硅胶可用作催化剂的载体。( ) (5)硅胶可用作干燥剂。( )

答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)√

1．H 2CO 3与H 2SiO 3性质的比较

CO 2＋H 2O

H 2CO 3

2.由于二氧化硅不能与水化合，所以制备硅酸时只能使用硅酸盐与其他酸反应的方法，如向Na 2SiO 3溶液中滴加盐酸或通入CO 2气体等，利用的原理都是较强酸＋较弱酸盐―→较弱酸＋较强酸盐。例如：CO 2(少量)＋Na 2SiO

3＋

H 2O===H 2SiO 3(胶体)＋Na 2CO 3。

能证明硅酸酸性弱于碳酸酸性的事实是( ) A ．CO 2是气体，SiO 2是固体

B ．高温下SiO 2与碳酸盐反应生成CO 2

C ．CO 2能溶于水，SiO 2难溶于水

D ．CO 2通入Na 2SiO 3溶液中析出硅酸

[解析] 酸性强弱与这种酸对应的酸性氧化物的物理性质无关，A 、C 项均不正确；B 项，反应能发生是因为该反应在高温下进行，且产物中有气体生成，气体从反应体系中逸出，有利于反应的进行，错误；只有D 项属于较强酸制取较弱酸的反应，符合题意。

[答案] D

硅酸的性质与制备

1．下列关于硅酸的说法正确的是( ) A ．硅酸可以通过SiO 2和水的化合反应制得

B ．用反应Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)制取硅酸是利用了可溶性酸制难溶性酸的原理

C ．硅酸难溶于水，不能与NaOH 溶液反应

D ．硅胶可用作袋装食品的干燥剂

解析：选D 。SiO 2不溶于水也不能与水反应生成硅酸，A 项错误；Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)是利用了强酸制弱酸的原理，B 项错误；硅酸虽难溶于水，但可与强碱溶液反应生成硅酸盐，C 项错误；硅胶多孔，吸水能力强，故可用作袋装食品的干燥剂，D 项正确。

2．下列关于碳酸(H 2CO 3)和硅酸(H 2SiO 3)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 ．CO 2气体通入Na 2SiO 3溶液中可以制得硅酸

D．两者受热时均可以分解

解析：选B。硅酸不能使紫色石蕊试液变红，B不正确。

3．可用来制备硅酸的反应是()

A．硅酸钙中加入稀硫酸

B．SiO2加入沸水中

C．硅酸钙中加入稀硝酸

D．Na2SiO3溶液中加入盐酸

解析：选D。硅酸钙不溶于水，也不溶于酸，所以A、C不对；SiO2不溶于水，也不能与沸水反应，所以B不对。

[基础巩固]

1．下列关于碳、硅的说法正确的是()

A．碳、硅的最外层均有4个电子，易得电子表现较强氧化性

B．硅是构成岩石的基本元素，地壳中含量处于第二位

C．硅在自然界中既有游离态又有化合态

D．碳的氧化物和硅的氧化物在常温常压下均为气体

解析：选B。A项，碳、硅均不易得失电子；C项，硅为亲氧元素，在自然界中无游离态；D项，SiO2在常温常压下为固体。

2．下列关于二氧化硅的说法中正确的是()

A．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成

B．在二氧化硅晶体中，每个硅原子周围结合4个氧原子

C ．二氧化硅可用来制作干燥剂，因二氧化硅可与水反应

D ．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸

解析：选B 。SiO 2晶体中不存在单个分子，其结构中每个硅原子周围结合4个氧原子，每个氧原子周围结合2个硅原子，所以硅原子和氧原子的个数比为1∶2，化学式写作SiO 2，A 错误，B 正确。硅酸在一定条件下可制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，但SiO 2不与水反应，C 错误。SiO 2可与氢氟酸反应，D 错误。

3．如图所示，用胶头滴管向用石蜡围成的“优化方案”凹槽内注入某溶液，即可在玻璃上刻蚀出“优化方案”的字样，则该溶液是( )

A ．盐酸

B ．氢氟酸

C ．烧碱

D ．饱和食盐水

解析：选B 。氢氟酸可与二氧化硅反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ，运用这个反应，在玻璃上进行刻蚀可制成毛玻璃和雕花玻璃等。

4．SiO 2和CO 2都具有的性质是( ) A ．都能与水反应

B ．都能与强碱溶液反应生成盐和水

C ．熔、沸点都很低

D ．常温下都是固体

解析：选B 。SiO 2不溶于水也不能与水反应；SiO 2和CO 2都属于酸性氧化物，都能与强碱溶液反应生成盐和水；SiO 2的熔、沸点很高；常温下，CO 2为气体。

5．下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是( ) A ．硝酸钠溶液 B ．氢氟酸 C ．氢氧化钠溶液

D ．氯化钠溶液

解析：选C 。玻璃的成分中含有SiO 2，能与氢氧化钠溶液反应而使玻璃瓶塞与瓶子黏合在一起。

6．下列反应中，能说明SiO 2是酸性氧化物的是( ) ①SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O ②SiO 2＋CaO=====高温

CaSiO 3 ③SiO 2＋2NaOH===Na 2SiO 3＋H 2O ④SiO 2＋2C=====高温Si ＋2CO ↑

A．①②B．②③

C．③④D．①④

解析：选B。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，①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，②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，③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，④不符合。

7．将过量的CO2分别通入：①CaCl2溶液，②Na2SiO3溶液，③Ca(OH)2溶液，④饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀或胶体生成的是()

A．①②③④B．②④

C．①②③D．②③

解析：选B。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液不反应，无明显现象；过量的CO2通入Na2SiO3溶液中有白色胶状沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量会发生如下反应：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O，CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，最终生成的Ca(HCO3)2易溶于水；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓，生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。

8．(2017·临沂高一检测)据报道，科学家通过对稻壳进行控制性焚烧热解，从中提取一种叫做生物质纳米结构二氧化硅的超高活性材料，将少量这种材料掺入混凝土中，即可制备出超高强度的高性能混凝土。下列关于二氧化硅的说法正确的是()

A．二氧化硅可以和浓盐酸反应

B．将二氧化碳通入硅酸钠溶液中可以得到硅酸

C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸的强

D．水晶是比较纯净的二氧化硅，沙子的主要成分是硅酸盐

解析：选B。二氧化硅不与浓盐酸反应；硅酸的酸性比碳酸的弱；沙子的主要成分是二氧化硅。

9．(2017·成都高一检测)下列关于二氧化硅的叙述正确的是()

A．二氧化硅晶体是由SiO2分子构成的，它的熔点高、硬度大

B．可用石英坩埚熔融烧碱

C．二氧化硅可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维

D．二氧化硅能溶于氢氟酸中，这是由它的晶体结构决定的

解析：选C。在SiO2晶体中只存在Si、O两种原子，而没有SiO2分子；石英的主要成分是SiO2，它能与烧碱反应，故不能用石英坩埚熔融烧碱；SiO2可用于制造石英钟表的压电材料和光导纤维；二氧化硅之所以能溶于氢氟酸是因为二者反应生成了SiF4气体和H2O，这与它的晶体结构无关。

10．下表中括号内物质是杂质，试将除杂试剂及分离方法填入表内：

23233CO 2(SO 2)：通入饱和NaHCO 3溶液；NaHCO 3(Na 2SiO 3)：通入足量CO 2气体；SiO 2(NaCl)：溶于水后过滤。

答案：

11．为确认2323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 所盛的试剂是________，发生反应的离子方程式是

________________________________________________________________________。

(4)由此得到的结论是酸性：________>________>________。

解析：根据“较强酸＋较弱酸盐―→较弱酸＋较强酸盐”分析可知，分液漏斗中盛装盐酸，锥形瓶中盛放Na 2CO 3溶液，根据Na 2CO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2O ＋CO 2↑可以知道酸性：HCl ＞H 2CO 3，然后将生成的CO 2通入Na 2SiO 3溶液中，发生反应为Na 2SiO 3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3(胶体)＋Na 2CO 3或Na 2SiO 3＋2CO 2＋2H 2O===H 2SiO 3(胶体)＋2NaHCO 3，由此判断酸性：H 2CO 3>H 2SiO 3，但需注意的是装置A 中反应会有HCl 气体逸出，故生成的气体通入Na 2SiO 3溶液前需将HCl 吸收，但不能吸收CO 2，故选用饱和NaHCO 3溶液。

答案：(1)盐酸

(2)饱和NaHCO 3溶液 吸收挥发出的HCl 气体

(3)Na 2SiO 3溶液 SiO 2－

3＋CO 2＋H 2O===H 2SiO 3(胶体)＋CO 2－

3[或SiO 2

－

3＋2CO 2＋

2H 2O===H 2SiO 3(胶体)＋2HCO －

3]

(4)HCl H 2CO 3 H 2SiO 3

[能力提升]

12．在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是( ) ①焦炭 ②纯碱 ③碳酸钙 ④氢氟酸 ⑤硝酸 ⑥氢氧化钾 ⑦氧化钙 ⑧氮气 A ．③⑤⑦⑧ B ．⑤⑦⑧ C ．⑤⑧

D ．⑤

解析：选C 。根据二氧化硅的化学性质，二氧化硅不与水反应，也不与除氢氟酸外的酸反应，它可与碱性氧化物和强碱反应，高温时可以被碳还原成单质硅。

13．下表各组物质中，满足图中物质一步转化关系的选项是( )

解析：选C 。本题考查Na 、Cu 、C 、Si 四种单质及其化合物的相互转化关系。A 项中，NaHCO 3无法直接转化为Na ；B 项中，CuO 无法直接转化为Cu(OH)2，Cu(OH)2无法直接转化为Cu ；D 项中，SiO 2无法直接转化为H 2SiO 3，H 2SiO 3也无法直接转化为Si ；只有C 项符合题意：C ――→O 2

CO ――→O 2

CO 2――→Mg

点燃

C 。 14．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是( ) A ．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出 B ．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解

C ．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成

D ．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入氢氧化钠溶液中看其是否溶解

解析：选D 。SiO 2不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO 、CaCO 3均可溶于盐酸，且CaCO 3

溶于盐酸有气泡生成，SiO 2可溶于NaOH 溶液。

15．(2017·淮安高一检测)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 溶液溶解石英：

________________________________________________________________________。

(2)过滤，加入盐酸，至白色胶状沉淀不再产生：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (3)微热，浓缩硅酸溶胶，加热蒸干，使固体完全干燥脱水：

________________________________________________________________________；

写出硅胶的一种用途：

________________________________________________________________________。

解析：根据酸性氧化物(SiO 2)与碱反应生成盐(Na 2SiO 3)，弱酸盐(Na 2SiO 3)与强酸反应生成弱酸(H 2SiO 3)，不溶于水的弱酸(H 2SiO 3)分解生成酸性氧化物(SiO 2)的思路来解题。制备过程：石英(SiO 2)――→＋NaOH Na 2SiO 3――→＋HCl H 2SiO 3――→△

硅胶(SiO 2)。

(1)石英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溶液，由于硅酸是弱酸，Na 2SiO 3与盐酸发生复分解反应：Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)。

(3)微热，浓缩H 2SiO 3溶胶，形成硅酸凝胶，加热硅酸凝胶脱水，生成多孔硅胶：H 2SiO 3=====△

H 2O ＋SiO 2。

答案：(1)2OH －

＋SiO 2===SiO 2－

3＋H 2O

(2)SiO 2－

3＋2H ＋

===H 2SiO 3(胶体)

(3)H 2SiO 3=====△

H 2O ＋SiO 2 干燥剂(或催化剂的载体)

16．(2017·青岛高一检测)A 、B 、C 、D 四种易溶于水的化合物只由表中的八种离子组成，且四种化合物中阴、阳离子各不相同。

已知：A A 溶液与C 溶液混合产生白色沉淀，B 的焰色反应呈黄色。回答下列问题：

(1)写出A 、B 、C 、D 的化学式：A________，B________，C________，D________。 (2)写出

A

溶液与

B

溶液反应的离子方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (3)请选出适合存放A 、C 、D 溶液的试剂瓶的序号：

AgNO3，H＋不能与OH－或

3

SiO2－3组合，故应与Cl－组成HCl，则A为HCl，因A与B、C混合产生白色(胶状)沉淀且B 的焰色反应为黄色，则B为Na2SiO3，C为AgNO3，剩余的一种物质D为KOH。

答案：(1)HCl Na2SiO3AgNO3KOH

(2)SiO2－3＋2H＋===H2SiO3(胶体)

(3)①③②