二氧化硅和硅酸
4-1-1二氧化硅和硅酸
●内容概述
本章是高中化学集中介绍非金属知识的首章，它是对初 中化学中的碳、氢、氧知识的总结，同时又以卤素为代 表介绍非金属的典型结构、性质、用途与制法，具有承 上启下的作用。 本章共分四节，分别讨论几种重要的非金属——硅、氯、 硫、氮及其化合物的重要性质，是无机化学的重要内容， 也是与生产、生活及新科技密切联系的内容，是考试中 考查其他理论知识的平台。每一部分都与现实生活联系 密切。
每个Si原子通过O原子与周围的4个Si原子连接着，
形成1个大的正四面体(虚线示型)：
●细品教材
1．存在
二氧化硅广泛存在于自然界中，天然二氧化硅称为硅石， 约占地壳质量的12%，其存在形态有结晶形和无定形两 种，石英晶体和水晶、玛瑙的主要成分都是二氧化硅。 空气中存在体积分数约为0.03%的二氧化碳，近年来空 气中二氧化碳的含量呈上升趋势，主要原因是人类在生 产活动中大量地消耗燃料和破坏森林植被，从而导致了 自然界的“温室效应”。
氢氟酸
SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O 而二氧化硅不能与过氧化
故氢氟酸不能盛放在玻 璃试剂瓶中
钠的反应
2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2
二氧化硅
二氧化碳 用途：
用做灭火剂(但不能扑灭钠等金属燃烧引 起的火灾)；制纯碱、尿素；制汽水等 碳酸型饮料；干冰作制冷剂和人工降雨 剂；二氧化碳可用做温室中植物的“气 肥”(光合作用)
氯是典型的非金属元素，其特征性质是强氧化性，它能够氧化
除金、铂以外的绝大多数金属，能与水、碱等化合物发生反应， 可以将比它活泼性稍差的非金属从其盐或无氧酸中臵换出来。
硫和氮的氧化物、硫酸和硝酸、氨是生产和生活中重要
第1课时 二氧化硅和硅酸(知识点归纳及例题解析)
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二氧化硅的性质。
CO2＋H2O H2CO3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：二氧化硅晶体是由Si原子和O原子按1∶2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)SiO2Al3＋、Mg2＋、Fe3＋、H＋Mg(OH)2、Fe(OH)3(2)SiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O、Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O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。
二氧化硅及硅酸教案
无机非金属材料的主角——硅教学方案(设计) 课题二氧化硅与硅酸课型新授课授课教师教材版本人教版章节第四章第1节学生情况（分析）从认知结构看，学生在初中已经学了二氧化碳的性质，也接触过酸性氧化物的概念，对酸性氧化物的性质有初步的理解；从心理特征看，高一学生已具备发现问题、分析问题、解决问题的初步能力。
教学内容(分析处理)本节教材包括两部分，二氧化硅的物理化学性质、用途及硅酸的制取原理和硅胶的用途。
其中二氧化硅的化学性质是本节的重点，在二氧化硅的化学性质中重点突出了酸性氧化物的性质。
介绍二氧化硅的一些物理性质后，以图配文的方式介绍了二氧化硅的用途，最后让学生通过日常生活中的一些事实，以“思考与交流”的方式得出二氧化硅的化学性质。
对于硅酸，书上只是简要介绍了其制取原理和硅胶的用途。
教学目标（设计）1、了解硅的两种重要化合物——二氧化硅及硅酸的主要性质；2、通过对比学习硅的化合物（二氧化硅及硅酸）与碳的化合物（二氧化碳及碳酸）、学会联系、对比、归纳总结的学习方法；3、了解二氧化硅和硅酸在日常生活、生产中的应用，感受化学的实用性，增强学习化学的兴趣。
教学方法（策略）（设计）对比法、问题讨论法、实验法教学媒体（设计）多媒体计算机课堂小结作业布置硅酸变色硅胶的实验硅酸的制备比较硅酸的酸性二氧化硅二氧化碳的性质二氧化硅的结构推导出二氧化硅的物理、化学性质硅引入日常生活中的硅及其化合物碳与硅的对比突出硅亲氧的性质课后习题二氧化硅硅酸酸性氧化物与氢氟酸反应弱酸巩固所学知识教师活动教学内容学生活动设计意图时间分配［引入］今年的诺贝尔物理学奖得主高锟被誉为“光纤之父”，那么大家对光纤又知道多少呢？硅及其化合物在日常生活中的应用思考问题从电脑的芯片、光导纤维、水泥、玻璃和瓷砖等日常生活中的实例引入硅及其化合物。
1min［补充］光纤其实是硅的一种化合物，其实在我们的日常生活中还有很多硅的化合物，我们一起来看一下［展示］电脑的芯片、水泥、玻璃和瓷砖等图片［板书］无机非金属材料的主角——硅［提问］大家可以看到，硅在我们的日常生活扮演着十分重要的角色，那么硅有什么特点呢？硅的性质与特点思考问题，注意观察元素周期表，完成表格引导学生通过观察、思考，学会归纳总结元素的性质与特点5min［展示］元素周期表［讲述］大家仔细观察一下元素周期表，以及阅读书本P62第1、2、3自然段，然后完成下列表格。
二氧化硅和硅酸
（1）存在
水晶：无色透明
天
结晶形
然 （石英晶体）
SiO2
玛瑙：具有彩色环带或
层状
硅 石 无定形——硅藻土
（2）结构
[SiO4]四面体
二氧化硅中氧原子与硅原子个数比为2：1,用
SiO2来表示二氧化硅的组成,表示O与Si的原子个数比, 不是分子式是化学式。
水晶
下列说法错误的是（ CDE ）
A . SiO2 是二氧化硅的化学式； B . SiO2 晶体是由Si和O按1:2的比例所组成的立体网 状结构的晶体 ； C .[SiO4 ] 四面体只存在于二氧化硅晶体中； D . 沙子里含无定形二氧化硅； E . 石英就是水晶； F . SiO2 从古到今被人类广泛地应用着，是因为
水分蒸发后燃烧 水不能防火
水分蒸干后不燃烧 硅酸钠能防火
（2）硅酸钠化学性质
硅酸钠的化学性质相对稳定，不能燃烧， 不易被腐蚀，热稳定性好。
①与酸反应
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3↓
②与盐反应
CaCl2 + Na2SiO3 = CaSiO3 ↓+ 2NaCl
③用途 可以作肥皂填料，还可以用做建筑、纸张的
A.还原剂
B.氧化剂 C.二者都不是
（2）反应 ②属于（ A、E ）， 反应③ 属于（ C、E ）。
A.化合反应 B.分解反应 C.置换反应
D.非氧化还原反应
E. 氧化还原反应
红(蓝)宝石： Al2O3晶体
钻石(金刚石)： 碳
的是（ D ）
A.CO2→H2CO3
B.SiO2→Na2SiO3
C.Na2O→Na2CO3 D.SiO2→H2SiO3
二氧化硅和硅酸
非金属及其化合物
非金属
构成地壳的骨架
空气的主 要元素
人 体 生 理 必 需 的 食 用 盐
氧、硅
氮、氧
SO2、NO2、CO NaCl
影响大气质量 的气态氧化物
第一节 无机非金属材料的主角——硅
硅的广泛存在
硅的化合物构成了地壳中大部分 的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量 的90%以上。
第一节 无机非金属材料的主角——硅 硅和碳的原子结构 Si C
硅有晶体硅和无定形硅两种。
晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。 熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、 是半导体。
导电性介于导体和绝缘体之间。
2、化学性质：常温下硅单质的化学性质不活泼 （1）常温下 只和F2 、HF、强碱反应
Si + 2F2 === SiF4 Si + 4 HF === SiF4 + 2H2 Si + 2NaOH + H2O ===Na2SiO3 + 2H2
Na2O· 2 SiO 3MgO· CaO· 4SiO2
三、硅酸盐
2. 硅酸盐组成表示
练习：如何用氧化物的形式表示下列硅酸盐 硅酸钠： Na2SiO3 石棉：CaMg3Si4O12 长石：KAlSi3O8
Na2O· 2 SiO 3MgO· CaO· 4SiO2 K2O· 2O3· Al 6SiO2
因为碱液会跟玻璃塞中的SiO2反应， 生成的硅酸盐会把试剂瓶和玻璃塞 粘连在一起。
SiO2 ＋ 2OH－= SiO32－ ＋H2O
一、二氧化硅（SiO2）
4、二氧化硅的化学性质
②高温下与碳单质反应：
高温
氧化产物是 CO而不是 CO2
SiO2+2C==Si+2CO↑ （弱氧化性） 工业上用此反应制备粗硅
高中化学人教版必修1：4.1.1 二氧化硅和硅酸含解析
授课提示：对应学生用书 119 页
[练基础]
1．下列物质的主要成分不是 SiO2 的是( ) A．石英 B．水晶 C．金刚砂 D．玛瑙 答案：C 2．下列反应不能一步完成的是( ) A．SiO2―→Na2SiO3 B．SiO2―→H2SiO3 C．SiO2―→CaSiO3 D．H2SiO3―→SiO2 解析：二氧化硅可与氢氧化钠直接反应生成硅酸钠；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。 答案：B 3．除去 SiO2 中混有少量生石灰和石灰石，有如下操作： ①加水溶解 ②加水煮沸 ③过滤 ④加稀盐酸 ⑤加稀 H2SO4，正确的操作顺序是 () A．①③ B．④③ C．⑤③ D．②③ 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。 答案：B 4．下列叙述正确的是( ) A．CO2 与 SiO2 都能跟 H2O 反应生成相应的酸 B．SiO2 与 CO2 都属于酸性氧化物，都不能与酸反应 C．SiO2 与 CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应 D．水晶的主要成分是 SiC 解析：A 项，CO2 与水反应，SiO2 与水不反应，也不溶于水；B 项，SiO2 为酸性氧化物， 能与氢氟酸反应，但 CO2 不能与酸反应；D 项，SiC 俗称金刚砂。 答案：C 5．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是( )
-1-
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：SiO2 不溶于除氢氟酸以外的任何酸，CaO、CaCO3 均可溶于盐酸，且 CaCO3 溶于 盐酸有气泡生成，SiO2 可以溶于 NaOH 溶液。 答案：D 6．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：SiO2 不溶于水也不能与水反应生成硅酸，A 项错误；B 项中反应是利用了强酸制弱 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。 答案：D 7．下列关于碳酸(H2CO3)和硅酸(H2SiO3)的说法不正确的是( ) 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 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：CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓。 答案：B 8．下列说法正确的是( ) A．硅酸不溶于水，因此不与 NaOH 溶液反应
二氧化硅和硅酸汇总
特别提示：SiO2与碳酸盐反应，生成CO2，是因为生成的CO2是气体，可以脱离反应体 系，并不能说明H2SiO3的酸性比H2CO3强，相反H2CO3的酸性比硅酸的酸性强。
【例2】 为确认盐酸、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，某学生设计了如图所示的装置，一 次实验即可达到目的（不必选其他酸性物质）。请据此回答：
3.物理性质 SiO2 是坚硬难熔的固体，不溶于水。 4.化学性质
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。
【问题探究】 实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶为什么用橡皮塞，而不用玻璃塞？ 答案：玻璃中含有SiO2，SiO2与NaOH反应生成有黏性的Na2SiO3，会使瓶塞与瓶口粘在 一起，不易打开。
三、硅酸
1.硅酸的制备
实验操作
实验现象
滴加酚酞溶
液呈红色，加
入稀盐酸后
溶液变为无
色，有白色胶
状沉淀生成
结论及方程式 Na2SiO3 溶 液 显 碱 性，与稀盐酸反应的 化学方程式为：
Na 2SiO 3 2HCl 2NaCl H2SiO 3
2.硅酸的性质 3.硅胶
要点一：CO2和SiO2的比较
【例 1】 下列说法不正确的是（ ）
A.因 SiO2 不溶于水，故 SiO2 不是酸性氧化物
高温
B.在反应 SiO2+2C
Si+2CO↑中 SiO2 作氧化剂
C.SiO2 是一种空间立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大 D.氢氟酸能够刻蚀玻璃，故不能用玻璃瓶来盛装氢氟酸
解析：A项，SiO2不溶于水，但它能与碱反应生成硅酸盐和水，是酸性氧化物，错误； B项，在该反应中SiO2被C还原为Si，SiO2作氧化剂，正确；C项，由于SiO2是一种空间 立体网状结构的物质，故熔点高，硬度大，正确；D项，SiO2能与氢氟酸反应，故常用 氢氟酸刻蚀玻璃，不能用玻璃瓶盛装氢氟酸，正确。 答案：A。
二氧化硅的性质和用途资料
教学目标
1.能说出硅在自然界的含量、存在、用途。 2.了解二氧化硅的物理性质和用途，能熟练写出二氧化 硅的相关方程式。
3. 能简单说出硅酸的用途。
4、通过观赏惟妙惟肖的图片，让学生感受到大自然的 魅力。
一、二氧化硅和硅酸
1．二氧化硅 (1)存在 存在形态有________ 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
2NaOH＋CO2 SiO2＋2NaOH 与碱的反应 =Na2CO3＋H2O =Na2SiO3＋H2O
一、CO2与SiO2的比较 Na2SiO3＋CO2＋H2O= SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑ SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
与 Na2CO3＋H2SiO3↓ 盐 反 Ca(ClO) ＋CO ＋H O= 2 2 2 应 CaCO3↓＋2HClO 与 碳 C＋CO2 反 应
D．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差异
解答该类题时要注意以下两个易出错的问题： (1)SiO2既能与NaOH溶液反应，也能与氢氟酸反
【 名 师 点 睛 】
应，但SiO2不属于两性氧化物而属于酸性氧化物。 (2)SiO2和CO2的物理性质差别很大，是由于二者 结构上的差别造成的，SiO2是立体网状结构的晶体，
CO2的结构差别较大，故物理性质差别较大，化学性质类
似，C项正确。 【答案】D
2．硅酸 (1)硅酸的性质 原理：强酸制 弱酸
①弱酸性
向Na2SiO3溶液中通入CO2，反应的化学方程式为
Na2SiO3＋CO2＋H2O =H2SiO3↓＋ _____________________________ 。Na2CO3
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3、要除去SiO2中的CaO杂质，最适宜的试剂是 （ B）
A.纯碱溶液 B 盐酸
C 硫酸
D 苛性钠溶液
学中用
4、下列离子方程式中，书写正确的是（ A ） A、硅酸和氢氧化钾溶液反应： H2SiO3+2OH-=SiO32-+2H2O B、二氧化硅和浓氢氧化钠溶液反应： SiO2+2NaOH=2Na++SiO32-+H2O C、碳酸氢钠溶液跟稀盐酸反应： CO32- +2H+= H2O+CO2↑ D、澄清石灰水中通入CO2： Ca(OH)2 +CO2=CaCO3↓+H2O
第四章 非金属及其化合物
第一节 无机非金属材料的主角 ——硅
第二课时 二氧化硅和硅酸
一、二氧化硅的化学性质
1、具有酸性氧化物的通性 与水不反应，与碱性物质反应
2、SiO2的特性：
酸中只能与HF反应 用途：刻蚀玻璃（制作玻璃工艺品）
用氢氟酸“刻”出的玻璃工艺品
想一想
1、实验室盛装
NaOH溶液的试剂
瓶为什么用橡胶塞
而不用玻璃塞？
2、实验室为什么 不用玻璃瓶盛装 氢氟酸？
NaOH溶液能与玻璃中的SiO2 反应提生示成：Na2SiO3，使瓶塞部分粘 结而玻无璃法的打主开要。成因分此是盛？装？Na？OH溶 液的硅试酸剂钠瓶溶不液能可用用玻作璃粘塞结而剂要。用 橡胶塞。
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装
氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用
注意事项：1.硅酸钠溶液：倾倒2-3mL （约手指一个指节的高度）
2.用胶头滴管滴加盐酸，边加边振荡。 3.注意胶头滴管使用。
现象
滴入酚酞溶液呈红色。再滴入稀盐酸，溶液红 色变浅至无色，有透明的硅酸凝胶产生
① Na2SiO3溶液呈碱性 结论 ②硅酸难溶于水
制备： 可溶性硅酸盐 与酸反应
化学方 程式
A.石英坩埚
B.普通玻璃坩埚
C.铁坩埚
D.陶瓷坩埚
解释：石英坩埚、玻璃坩埚、陶瓷坩埚中均含有
SiO2，在加热的情况下会与N
Na2SiO3＋H2O，因此应当选用铁坩
埚。
学中用
2、下列物质中,不能用玻璃瓶来盛装的是( C )
A.烧碱溶液 B.浓硫酸
C.氢氟酸
D.碳酸钠溶液
塑料瓶。
二、硅酸(H2SiO3 )
硅与碳相似，那相应的酸应该是什么样呢？
硅酸是一种白色粉末状的固体,是一种弱酸， 酸性比碳酸还弱，不能使指示剂变色。
思考: 二氧化硅难溶于水，又不与水反应，那么，
如何制得硅酸呢？
实验探究
实验4-1：向Na2SiO3溶液中滴入酚酞，再滴加稀 盐酸，边加边振荡，记录现象，得出结论。
Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl
+
H2SiO3（胶体）
硅胶
• 制备：
H2SiO3 逐渐聚合 硅酸凝胶 干燥脱水 硅酸干凝胶— “硅胶”
• 用途：
硅胶多孔，吸附水份能力强，常用作实验室和袋装食品，瓶 装药品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体。
学中用
1、加热熔融烧碱时应使用下列哪种坩埚
（ C）