第4章 第1节 第1课时 二氧化硅和硅酸

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

[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(SiO2)

(1)存在

SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。(2)结构

SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。

(3)性质

①物理性质 熔点高，硬度大；溶解性：不溶于水。

②化学性质

(4)用途

①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实验室中使用石英坩埚。

(1)SiO 2和CO 2的物理性质差别很大的原因：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。

(2)SiO 2和CO 2都属于酸性氧化物，但SiO 2与水、一般的酸不反应，能与氢氟酸反应，能与碱、碱性氧化物反应。

(3)高温下，SiO 2能与部分盐反应，如

①SiO 2＋Na 2CO 3=====高温

Na 2SiO 3＋CO 2↑。

②SiO 2＋CaCO 3=====高温CaSiO 3＋CO 2↑。

例1 关于二氧化硅，下列叙述正确的是____________(填序号)。

①化学性质不活泼，熔融氢氧化钠固体可用石英坩埚

②是酸性氧化物，溶于水显酸性，不溶于任何酸

③物理性质与CO 2相似

④SiO 2晶体是由SiO 2分子直接组成的

⑤水晶、石英、沙子、玛瑙、光导纤维的主要成分均是SiO 2

⑥光导纤维在强碱性条件下易发生“断路”

答案⑤⑥

解析①SiO2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，①不正确；②SiO2属于酸性氧化物，与H2O不反应，但能与HF反应，②不正确；③SiO2与CO2结构不同，物理性质差别很大，③不正确；④SiO2晶体是由Si、O原子构成的，不含SiO2分子，④不正确；⑤正确；⑥光导纤维主要成分为SiO2，SiO2与碱反应，因此易发生“断路”，⑥正确。

例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1∶2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：

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：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3(胶体)＋2NaCl。

(2)将CO2通入Na2SiO3溶液中：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3。

(1)实验室常用可溶性硅酸盐与酸反应制取硅酸。

(2)硅酸性质：①具有酸性，酸性比碳酸弱；②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后得到硅胶(或硅酸干凝胶)，具有较强的吸水性，常用作干燥剂及催化剂的载体。

例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Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3(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)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；

(2)SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O；

(3)Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3(胶体)＋Na2CO3。

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)SiO2晶体是立体网状结构，每个硅原子周围结合两个氧原子()

(4)SiO2既能与NaOH反应又能与HF反应，所以它是两性氧化物()

(5)SiO2的网状结构决定了它具有优良的物理和化学性质()

(6)硅胶可作干燥剂和催化剂的载体()

(7)H2SiO3难溶于水，其酸性比碳酸强，不能使指示剂变色()