鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 元素周期表的应用第3课时学案设计

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第3课时　预测元素及其化合物的性质自主学习一、根据同周期、同主族元素性质的递变规律预测硅的性质1．硅元素的原子结构及性质分析原子结构示意图最高正价最低负价元素类别得电子能力         元素较      2.化学性质验证(1)单质硅的化学性质①常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF、强碱(如NaOH)溶液反应。Si＋      F2===      ，Si＋      HF===      ， Si＋2NaOH＋H2O===      。②加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应。Si＋O2      。(2)SiO2的化学性质①具有酸性氧化物的通性：a．常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH===      ；b．高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2＋CaO      。②弱氧化性：SiO2＋2C      。③特性：与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋      HF===      。此反应常被用来刻蚀      。(3)H2SiO3的化学性质。H2SiO3是一种弱酸，具有酸的性质，但是酸性比碳酸的弱。二、元素周期表的应用1．科学预测：根据元素在周期表中的位置，推测元素的原子结构，预测其主要性质。2．在生产生活中的应用在      的交界处寻找半导体材料。在      中寻找优良的催化剂。对      等非金属区域研究，生产新型农药等。1．判断下列说法是否正确。(1)因为硅的化学性质不活泼，所以在自然界中有游离态的硅存在。(　 　)(2)硅单质不与任何酸发生化学反应。(　 　)(3)SiO2是酸性氧化物，所以SiO2能与H2O反应生成硅酸。(　 　)(4)因为SiO2能导电，所以SiO2能用于制造光导纤维。(　 　)2．教材里提到二氧化硅是一种酸性氧化物，能够和碱反应，还能够和氢氟酸反应，请写出对应的化学方程式。3．人工合成氨是科学史上的里程碑之一。一百多年来，工业合成氨需要高温高压的苛刻条件，而自然界的生物固氮是在常温常压下进行的。因此高效的人工模拟生物固氮成为催化科学领域的圣杯。若要研制新型的高效催化剂，应该在元素周期表的什么位置寻找合适的元素？合作探究硅及其化合物的特性材料一：当你漫步在海岸、河边，看到那些洁净的沙粒，你未必会注意它。常言道：“沙里淘金”。可是历来人们总是毫不可惜地把沙子丢弃。但你是否知道，沙子里面还含有一种比金子有用得多的元素呢？这就是硅，如果说碳是有机世界的“主角”，那么，无机世界的“主角”该算是硅了。材料二：硅是地壳中含量居第二位的元素，仅次于氧。在地壳中，绝大部分的硅是以二氧化硅的形式存在的，大部分岩石和砂子中都含有二氧化硅。 硅的制备与提纯(1)硅的制备与提纯可以用如下过程来进行，写出相关的化学反应方程式。(2)上述过程涉及的基本反应类型有哪些？ 二氧化硅的性质(1)二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟碱反应，请用化学方程式表示该性质。(2)如何证明碳的非金属性强于硅？举例说明。1．硅的特性(1)一般情况下，非金属单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅熔、沸点高，硬度大；非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力。(2)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si却能与HF反应：Si＋4HF=== SiF4↑＋2H2↑。(3)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。(4)非金属单质跟碱液的作用一般非金属单质既作氧化剂又作还原剂，且无H2放出，但Si与碱液(如NaOH溶液)反应只作还原剂，且放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。2．硅的化合物的特性(1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，不能直接用它与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的却很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。(4)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，但在高温下Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑也能发生，原因是CO2是低沸点、易挥发的气体，SiO2是高沸点、难挥发的固体。(5)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。且易分解：H2SiO3SiO2＋H2O↑。思考讨论:(1)根据反应SiO2＋Na2CO3CO2↑＋Na2SiO3，能判断硅酸的酸性比碳酸强吗？为什么？(2)教材中描述“硅酸可以由硅酸钠与盐酸、硫酸等反应制得”则将少量CO2通入Na2SiO3溶液会发生反应吗？为什么？【典例】硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下列关于硅的叙述中，正确的是(　　)A．硅的非金属性比碳强，只有在高温下才能与氢气发生化合反应B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料上题C中，如何制备单质硅？制得的硅中可能含有哪些杂质？如何提纯？(关键能力——分析与推测)1．在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角。下面几种物质中含有硅单质的是(　　)A．玛瑙　　　　　　  B．光导纤维C．太阳能电池板       D．水晶2．下列说法错误的是(　　)A．硅是制造太阳能电池的常用材料B．二氧化硅是制造光导纤维的材料C．常温下硅性质活泼，可以与氯气、强酸、强碱溶液等反应D硅的最外层电子数是最内层电子数的二倍【拔高题组】1．光缆的主要成分为SiO2。碳和硅均为第ⅣA族的元素，二者性质既有一定的相似性又有一定的递变性。下列关于SiO2和CO2的说法中，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SiC2．有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中，你认为不正确的是(　　)A．硅便于运输、贮存，从安全的角度考虑，硅是最佳的燃料B．自然界中存在大量的单质硅C．硅燃烧放出的热量多，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制D．地壳中硅的储量丰富在食品或者鞋子等包装盒中往往会加入变色硅胶的包装袋，以防商品受潮。变色硅胶吸水前后的颜色变化如图所示：硅胶和石英的主要成分都是SiO2，前者是结构疏松的SiO2，后者是结构致密的SiO2。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。(1)用NaOH(aq)溶解石英，则溶解过程中石英发生了哪些反应？(2)过滤，向滤液中加入盐酸，至沉淀不再产生，此过程中发生了哪些反应？(3)微热，浓缩硅酸溶液，加热蒸干溶液，并使固体完全分解，加热蒸干后固体物质的成分是什么？中间发生了什么变化？预测元素性质的基本方法　材料一：古诗云：“唯有儿时不可忘，持艾簪蒲额头王。”该诗句描述了端午节孩子们拿了艾叶，戴上菖蒲，额头上用雄黄酒写了“王”字的情景。把雄黄酒洒在墙角、床底等处，可以驱虫，清洁环境。雄黄是一种矿物质，俗称“鸡冠石”，其主要成分是四硫化四砷，As位于元素周期表第ⅤA族，第ⅥA族元素Se在生活中也有广泛应用。材料二：砷是灰色的晶体， 砷形成的化合物，大多都是有毒的。比如，在古代时，很多地方都有这样一个习俗，人们清扫了房屋之后，常常要往酒中放些雄黄，喷洒在屋脚墙缝里。这是为什么呢？原来这样可以杀死各种害虫，赶走蛇鼠。砷还有一种重要化合物，人们把它称做砒霜。谁都知道，砒霜是剧烈的毒药。我国有句成语叫“饮鸩止渴”，意思是自取灭亡。这“鸩酒”，就是指放了砒霜的酒。 推测“位—构—性”关系(1)已知砷的原子序数是33，推测其在元素周期表中的位置。(2)写出As的氢化物的化学式，预测其还原性与NH3的大小关系。(3)你能比较砷的原子半径和磷的原子半径的大小吗？ 掌握“位—构—性”关系的应用 (1)砷元素的最高价态是多少？试比较As、Se的氢化物哪个热稳定性强。(2)砷化氢和溴化氢相比谁的稳定性更强？(3)砷酸的酸性比硫酸的弱，这种说法是否正确？1．由原子序数确定元素位置的规律：只要记住了稀有气体元素的原子序数(He—2、Ne—10、Ar—18、Kr—36、Xe—54、Rn—86)，就可由主族元素的原子序数推出主族元素的位置。(1)若比相应的稀有气体元素多1或2，则应处在下周期的第ⅠA族或第ⅡA族，如88号元素：88－86＝2，则应在第7周期ⅡA族；(2)若比相应的稀有气体元素少1～5时，则应处在同周期的第ⅦA族～第ⅢA族，如84号元素应在第6周期第ⅥA族；2．性质与位置互推问题是解题的关键：熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，主要包括：(1)元素的金属性、非金属性。(2)气态氢化物的稳定性。(3)最高价氧化物对应水化物的酸碱性。(4)金属与H2O或酸反应的难易程度。3．结构和性质的互推问题是解题的要素：(1)最外层电子数是决定元素原子的氧化性和还原性的主要原因。(2)原子半径决定了元素单质的性质；离子半径决定了元素组成化合物的性质。(3)同主族元素最外层电子数相同，性质相似。【典例】锗(Ge)是第四周期第ⅣA族元素，门捷列夫把它命名为类硅，处于周期表中金属区与非金属区的交界线上，用于制造晶体管及各种电子装置。主要的终端应用为光纤系统与红外线光学，也用于聚合反应的催化剂，电子用途与太阳能电力等。铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石、泥土和泉水中都含有微量的锗。下列叙述正确的是(　　)A．锗是一种金属性很强的元素B．锗的单质具有半导体的性能C．锗化氢(GeH4)稳定性很强D．锗酸(H4GeO4)是难溶于水的强酸(1)写出锗在元素周期表中的位置。(关键能力——分析与推测)(2)已知锗的性质与铝相似，请写出二氧化锗与盐酸、氢氧化钠溶液反应的化学方程式。(关键能力——理解与辨析)(2021·南京高一检测)对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是(　　)A．CO2在常温下是气体，SiO2在常温下是固体　B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2【拔高题组】1．(2021·西宁高一检测)已知15P、33As位于同一主族。下列关系正确的是(　　)A．原子半径：As＞Cl＞PB．非金属性：Cl＞S＞AsC．热稳定性：HCl＞AsH3＞PH3D．酸性：H3AsO4＞H2SO4＞H3PO42．(2021·芜湖高一检测)碲(Te)是与O、S同族的元素，位于第五周期。据此，推断碲的相关性质错误的是(　　)A．碲的单质在常温下是固态B．碲的常见化合价是－2、＋4、＋6C．碲可能作半导体材料D．碲的氢化物H2Te很稳定镓是1871年俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。镓的原子序数为31，属ⅢA族。镓的熔点为29.78 ℃，沸点高达2 403 ℃。镓有过冷现象(即冷至熔点下不凝固)，它可过冷到－120 ℃。由此判断下列有关镓的性质及其用途的叙述不正确的是________。①镓是制造高温温度计的上佳材料②镓能溶于强酸和强碱中③镓与锌、锡、铟等金属制成的合金，可用在自动救火的水龙头中④近年来镓成为电子工业的新宠，其主要用途是制造半导体材料，被誉为“半导体家族的新成员”，这是利用了镓的导电性介于导体和绝缘体之间的性质课堂测评1．(水平1)现在含有生命元素硒(Se)的保健品已经进入市场，已知硒与氧同族，与钾同周期，则下列关于硒的叙述中正确的是(　　)A．硒单质在常温下是固体B．硒的气态氢化物稳定性比H2O强C．硒是金属元素D．硒酸(H2SeO4)的酸性比硫酸强补偿训练:碲(Te)是52号元素，位于周期表中ⅥA族，处于金属区与非金属区的交界线上。下列叙述中错误的是(　　)A．碲的单质具有半导体的性能B．碲化氢(H2Te)比H2S更稳定C．碲可在空气中燃烧生成二氧化碲(TeO2)D．H2TeO4的酸性比H2SO4弱2．(双选)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．根据SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸酸性强C．二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D．二氧化硅可以制取光导纤维3．(水平2)借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断，其中正确的是(　　)A．已知Ca是第四周期ⅡA族的元素，故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱B．已知As是第四周期ⅤA族的元素，故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强C．已知Cs的原子半径比Na的原子半径大，故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈D．已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多，故Cl的原子半径比F的原子半径大4．(水平1)指出下列反应中二氧化硅所表现的化学性质或作用，在选项中选择正确的答案填入括号内。①SiO2＋ 2NaOH===Na2SiO3＋H2O(　　)②SiO2＋ Na2CO3Na2SiO3＋ CO2↑(　　)③SiO2＋2CSi＋2CO↑(　　)④SiO2＋3CSiC＋2CO↑(　　)⑤SiO2＋4HF===SiF4＋2H2O(　　)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．未参加氧化还原反应