《元素周期表的應用》原子結構元素周期律PPT(第3課時)
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、根據同周期、同主族元素性質的遞變規律預測硅的性質
1.性質的預測
(1)硅元素的原子結構及性質分析。
(2)性質預測。
2.化學性質驗證
(1)單質硅的化學性質
①常溫下,硅的化學性質不活潑,只與F2、HF、強堿(如NaOH)溶液反應。
Si+__F2====____,
Si+__HF====____________,
Si+2NaOH+H2O====_____________。
②加熱條件下和某些非金屬單質(如O2、Cl2)發生反應。
Si+O2 ____。
【巧判斷】
(1)因為硅的化學性質不活潑,所以在自然界中有游離態的硅存在。( )
提示:×。硅的化學性質雖然不活潑,但是在自然界中硅元素全部以化合態的形式存在。
(2)硅單質不與任何酸發生化學反應。( )
提示:×。硅可以與氫氟酸發生化學反應。
(2)SiO2的化學性質
①具有酸性氧化物的通性:
a.常溫下SiO2與強堿溶液反應生成鹽和水:
SiO2+2NaOH====___________;
b.高溫下SiO2與堿性氧化物反應生成鹽:
SiO2+CaO ______。
②弱氧化性:SiO2+2C _____________。
③特性:與氫氟酸(HF)反應:
SiO2+__HF====___________。
此反應常被用來刻蝕_____。
【巧判斷】
(1)SiO2是酸性氧化物,所以SiO2能與H2O反應生成硅酸。 ( )
提示:×。SiO2雖然是酸性氧化物,但是不與H2O反應生成硅酸。
(2)因為SiO2能導電,所以SiO2能用于制造光導纖維。( )
提示:×。SiO2不能導電。
(3)H2SiO3的化學性質。
H2SiO3是一種弱酸,具有酸的性質,但是酸性比碳酸的弱。
驗證:Na2SiO3+_______====________+Na2CO3。
【微思考】
非金屬性硅比碳弱,你還能用什么方式進行證明?
提示:可以用氣態氫化物的穩定性進行驗證,其中硅烷的穩定性不如甲烷的穩定性強。
【情境·思考】
“瑪瑙”早期被書寫成“馬腦”。因“色如馬腦,故從彼名”。自佛經傳入中國后,翻譯人員考慮到“馬腦”屬玉石類,于是巧妙地譯成“瑪瑙”。
瑪瑙的主要成分為二氧化硅,由于其與水化二氧化硅(硅酸)交替而常重復成層。因其夾雜氧化金屬,顏色可從極淡色到暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸。
提示:二氧化硅不與水反應,故應先與堿(如NaOH溶液)反應生成硅酸鹽,再與酸(如鹽酸)反應生成硅酸。
二、元素周期表的應用
1.科學預測
根據元素在周期表中的位置,推測元素的原子結構,預測其主要性質,為研究物質結構、發現新元素、合成新物質等提供許多有價值的指導。
2.在生產生活中的應用
利用元素周期表尋找新材料。
將下面左右兩側對應內容連線:
【情境思考】人工合成氨是科學史上的里程碑之一。一百多年來,工業合成氨需要高溫高壓的苛刻條件,而自然界的生物固氮是在常溫常壓下進行的。因此高效的人工模擬生物固氮成為催化科學領域的圣杯。
若要研制新型的高效催化劑,應該在元素周期表的什么位置尋找合適的元素?
提示:在元素周期表中的過渡元素部分尋找合適的催化劑。
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元素周期表的應用PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
知識點一 硅及其化合物的特性
【重點釋疑】
1.硅的特性
(1)一般情況下,非金屬單質熔、沸點低,硬度小,但晶體硅熔、沸點高,硬度大;非金屬單質一般不導電,但Si為半導體,有一定的導電能力。
(2)非金屬單質一般不跟非氧化性酸反應,但Si卻能與HF反應:Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
(3)Si的還原性大于C,但C卻能在高溫下還原出Si:SiO2+2C Si+2CO↑。
(4)非金屬單質跟堿液的作用一般非金屬單質既作氧化劑又作還原劑,且無H2放出,但Si與堿液(如NaOH溶液)
反應只作還原劑,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,不能直接用它與水反應來制取H2SiO3。
(2)非金屬氧化物的熔、沸點一般較低,但SiO2的卻很高。
(3)酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2能跟HF作用: SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O。
【易錯提醒】SiO2和CO2的物理性質差別很大,是由于二者結構上的差別造成的。SiO2是立體網狀結構的晶體,不存在SiO2分子,而CO2是由碳、氧原子結合成的分子,微粒間的作用力遠小于SiO2。
這樣的結構差異也決定了CO2和SiO2的化學性質有很大的不同。雖然兩者都是酸性氧化物,但由于結構的穩定性,SiO2不能像CO2那樣在水溶液中和氣體狀態時與許多物質發生反應。
【思考·討論】
(1)將少量CO2通入Na2SiO3溶液會生成白色沉淀,寫出相關的化學方程式,并比較碳酸和硅酸的強弱。
提示:反應方程式為H2O+CO2+Na2SiO3====Na2CO3+ H2SiO3↓,說明硅酸的酸性比碳酸的還弱。
(2)根據反應SiO2+Na2CO3 CO2↑+Na2SiO3,能判斷硅酸的酸性比碳酸強嗎?為什么?
提示:不能。“強酸制弱酸”一般用于水溶液中的反應。該反應由SiO2生成CO2是在高溫下進行的,不是在水溶液環境中進行的。反應能發生是因為產物CO2是氣態能脫離反應體系,使反應正向進行。
【案例示范】
【典例】(2019·銀川高一檢測)下列有關說法中正確的是( )
A.硅是非金屬元素,與任何酸都不發生反應
B.SiO2溶于水生成硅酸,其水溶液顯酸性
C.硅的性質很穩定,但在自然界中不存在游離態
D.二氧化硅是酸性氧化物,可以與堿反應,但是不能與酸反應
【解題指南】解答本題注意以下兩點:
(1)硅與二氧化硅性質都比較穩定,除氫氟酸之外,一般不與酸反應;
(2)酸性氧化物是指能與堿反應只生成鹽和水的氧化物,不一定與水反應。
【解析】選C。硅在常溫下可以與氫氟酸反應,A項錯誤;SiO2不溶于水,也不能與水反應,所以B錯誤;自然界中沒有游離態的硅,化合態的硅幾乎全部是二氧化硅和硅酸鹽, C項正確;SiO2是酸性氧化物,但是可以與氫氟酸反應,D錯誤。
【遷移·應用】
1.2019年,華為推出了麒麟985芯片,用于新一代5G智能手機。芯片是通過專門的工藝可以在硅晶片上刻蝕出數以百萬計的晶體管,被廣泛應用于集成電路的制造。對硅芯片技術的掌握已經成為國家經濟與技術發展的重要力量。下列說法正確的是( )
A.硅的化學性質很穩定,常溫下不能與其他物質發生反應
B.硅在自然界中的含量很大,自然界中存在大量的單質硅
C.高純度的硅被用于制作計算機芯片
D.高純度的硅常被用來制造光導纖維
【解析】選C。硅的化學性質很穩定,但在常溫下能與強堿溶液、HF、F2等反應,A不正確;自然界中硅以化合態形式存在,沒有單質硅,B不正確;SiO2用于制造光導纖維,而不是Si,D不正確。
2.(2019·淮北高一檢測)2018世界光纖光纜大會于11月5～7日在杭州召開。光纜的主要成分為SiO2。碳和硅均為第ⅣA族的元素,二者性質既有一定的相似性又有一定的遞變性。下列關于SiO2和CO2的說法中,正確的是( )
A.CO2與SiO2都能跟H2O反應生成相應的酸
B.SiO2與CO2都不能與酸反應
C.SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應
D.水晶的主要成分是SiC
【解析】選C。A項,CO2與水反應,SiO2不與水反應,也不溶于水;B項,SiO2為酸性氧化物,能與HF反應,但CO2不與酸反應;C項,SiO2、CO2均能與NaOH溶液反應:SiO2+ 2NaOH====Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O;D項,水晶是純凈的SiO2,SiC俗稱金剛砂。
【補償訓練】
(2019·泉州高一檢測) 現有下列五個轉化,其中不可能通過一步反應實現的是( )
①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2
③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu(OH)2
⑤Na2O2→NaOH
A.①② B.③④ C.②③④ D.②③④⑤
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元素周期表的應用PPT，第三部分內容：知識關聯·素養運用
【核心整合】
1.同周期、同主族元素性質的預測
2.元素“位—構—性”三者之間的關系
【素養遷移】
1.1782年,奧地利首都維也納一家礦場監督繆勒(Franz Joseph Muller)是第一個提取出碲的人,他在羅馬尼亞的一個礦坑中發現當地人稱為“奇異金”的礦石提取出碲。碲(Te)是與O、S同主族的元素,位于第五周期。
據此,推斷碲的相關性質錯誤的是( )
A.碲的單質在常溫下是固態
B.碲的常見化合價是-2、+4、+6
C.碲可能作半導體材料
D.碲的氫化物H2Te很穩定
【解析】選D。第ⅥA族,從上到下,非金屬性逐漸減弱,所以H2Te不穩定。
2.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相對位置如圖所示。下列說法正確的是 ( )
A.元素X與元素Z的最高正化合價之和的數值等于8
B.原子半徑的大小順序為r(X)>r(Y)>r(Z)>r(W)>r(Q)
C.離子Y2-和Z3+的核外電子數和電子層數都不相同
D.元素W的最高價氧化物對應的水化物的酸性比元素Q的強
【解析】選A。X、Y、Z、W、Q分別為N、O、Al、S、Cl。X(N)的最高正價為+5價,Z(Al)的最高正價為+3價,X(N)、Z(Al)的最高正價之和為8,A項正確;原子半徑r(Z)>r(X),B項錯誤;Y2-為O2-,Z3+為Al3+,它們的核外電子數和電子層數均相同,C項錯誤;元素W的最高價氧化物對應的水化物為H2SO4,其酸性比Q的最高價氧化物對應的水化物HClO4弱,D項錯誤。
3.古詩云:“唯有兒時不可忘,持艾簪蒲額頭王。”意思是說端午節這天,孩子們拿了艾葉,戴上菖蒲,額頭上用雄黃酒寫了“王”字,以辟邪防疫。雄黃是一種礦物質,俗稱“雞冠石”,其主要成分是硫化砷,As位于元素周期表第ⅤA族,另外Sr、Tl、Se在生活中有廣泛應用,在周期表中分別位于第ⅡA、ⅢA、ⅥA族,請應用元素周期律科學地推斷它們的化合物的性質。
下列說法正確的是( )
A.Sr(鍶)的碳酸鹽難溶于水
B.Tl(鉈)的氫氧化物是兩性氫氧化物
C.H2Se比H2S更穩定
D.H3AsO4酸性比H3PO4強
【解析】選A。Sr與Ca同主族,化合物性質相似,碳酸鈣不溶于水,則Sr(鍶)的碳酸鹽難溶于水,故A正確;Al與Tl同主族,金屬性Tl強,則Tl(鉈)的氫氧化物是強堿,故B錯誤;S、Se同主族,非金屬性S>Se,則H2S比H2Se更穩定,故C錯誤;P、As同主族,非金屬性P>As,則H3AsO4酸性比H3PO4弱,故D錯誤。
4.鋰廣泛應用于電池、陶瓷、玻璃、潤滑劑、制冷液、核工業以及光電等行業。隨著電腦、數碼相機、手機、移動電動工具等電子產品的不斷發展,電池行業已經成為鋰最大的消費領域。
鎂、鋰在元素周期表中具有特殊“對角線”關系,它們的性質相似。例如,它們的單質在過量氧氣中燃燒時均只生成正常的氧化物等。下列關于鋰的敘述不正確的是( )
A.Li2SO4能溶于水
B.LiOH是易溶于水、受熱不分解的強堿
C.Li遇濃硫酸不產生“鈍化”現象
D.Li2CO3受熱分解,生成Li2O和CO2
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