資源簡介

1.3 課時3　預測元素及其化合物的性質
【學習目標】
1.能根據(jù)學過的一些典型元素的性質預測同主族其他元素的性質。
2.了解元素周期表的應用。
【自主預習】
一、多角度認識硅及其化合物的性質
硅及其化合物 化學性質預測 預測依據(jù)
硅(Si) 硅元素位于元素周期表中第3周期ⅣA族 硅原子的最外層有4個電子,最高化合價為+4價,最低化合價為-4價, 硅的原子得電子能力比同周期磷元素　　 　, 硅的原子得電子能力比同主族碳元素　　　 元素原子結構的特點和元素在元素周期表中的位置
二氧 化硅 (SiO2) 具有　　　　　　氧化物的性質,能與堿溶液(如NaOH溶液)反應,反應的化學方程式:SiO2+2NaOH　　　　+H2O。高溫時能與堿性氧化物(如CaO)反應,反應的化學方程式:SiO2+CaOCaSiO3 物質類別
二氧化硅中硅元素的化合價為+4價,具有　　　　,能與某些還原劑(如碳)在高溫下反應,反應的化學方程式:SiO2+2CSi+2CO↑ 元素化合價
硅酸 (H2SiO3) 具有酸的性質,能與堿溶液(如NaOH溶液)反應,反應的化學方程式:H2SiO3+2NaOH　　　　+2H2O。酸性比碳酸、磷酸　　　　 物質類別
硅酸鈉 (Na2SiO3) 能與酸溶液(如HCl溶液)反應,反應的化學方程式:Na2SiO3+2HCl　　　　+2NaCl 元素在元素周期表中的位置
二、元素周期表的分區(qū)和化合價規(guī)律
1.元素周期表的金屬區(qū)和非金屬區(qū)
(1)分界線的劃分:沿著周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之間畫一條斜線,斜線的左邊是　　　　元素,右邊是　　　　元素。
(2)分界線附近的元素,既能表現(xiàn)出一定的原子失電子能力,又能表現(xiàn)出一定的原子得電子能力,故元素的原子失電子能力和原子得電子能力之間沒有嚴格的界線。
2.元素化合價與元素在元素周期表中位置的關系
(1)主族元素最高正化合價(O、F除外)=　　　　　　　　=　　　　　　　　。
(2)非金屬元素的化合價
①最高正價等于原子所能失去或偏移的最外層電子數(shù)(O、F除外)。
②最低負價等于使它達到8電子(H為2電子)穩(wěn)定結構所需要得到的電子數(shù)。
③最高正價與最低負價絕對值之和等于8(O、F除外,H為2)。
三、元素周期表和元素周期律的應用
1.在科技生產中的應用
2.依據(jù)元素“位—構—性”關系推斷
(1)由元素原子或離子的核外電子排布推斷
核外電子排布電子層數(shù)、最外層電子數(shù)周期序數(shù)、族序數(shù)元素單質及其化合物的性質
(2)由元素單質或化合物的性質(特性)推斷
元素單質及化合物的性質元素名稱或符號原子結構:電子層數(shù)和最外層電子數(shù)元素在元素周期表中的位置
(3)由元素在元素周期表中的位置推斷
【答案】一、弱　弱　酸性　Na2SiO3　氧化性　Na2SiO3　弱　H2SiO3↓
二、1.①增強　②減弱　③增強　④增強
⑤Al　⑥Si　⑦金屬　⑧非金屬　(1)金屬　非金屬
2.主族序數(shù)　最外層電子數(shù)
三、1.催化劑
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)石英、水晶、沙子的主要成分都是二氧化硅。 (　　)
(2)SiO2是一種空間立體網狀結構的晶體,熔點高、硬度大。 (　　)
(3)SiO2是制作半導體的材料,Si是制作光纖的材料。 (　　)
(4)氫氟酸不能存放在玻璃瓶中,要用塑料瓶存放。 (　　)
(5)SiO2既能和NaOH反應,又能和HF反應,所以二氧化硅屬于兩性氧化物。 (　　)
(6)53號元素位于周期表中第5周期ⅦA族。 (　　)
(7)在金屬元素區(qū)域可以尋找制備新型農藥的元素。 (　　)
(8)在過渡元素中可以尋找制備催化劑及耐高溫和耐腐蝕材料的元素。 (　　)
(9)在金屬元素與非金屬元素的分界線附近可以尋找制備半導體材料的元素。 (　　)
【答案】(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√　(9)√
2.CO2與酸不反應,SiO2是否與酸反應
【答案】SiO2只能與氫氟酸反應。
3.實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶為什么用橡膠塞,而不用玻璃塞
【答案】玻璃中含有SiO2,SiO2會與NaOH反應生成有黏性的Na2SiO3,會使瓶塞與瓶口粘在一起,不易打開。
4.初中化學中提到,制造玻璃時發(fā)生反應:Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑。該反應能否說明H2SiO3的酸性比H2CO3強 為什么
【答案】不能。SiO2與Na2CO3反應是在高溫條件下進行的,且生成的產物是CO2氣體,可以脫離反應體系,促使反應正向進行,并不能說明H2SiO3的酸性強于H2CO3。
5.農藥六六六急性毒性較小,各同分異構體的毒性又以γ-六六六最大。六六六進入機體后主要蓄積于中樞神經和脂肪組織中,刺激大腦運動及小腦。
(1)制取農藥的元素主要在元素周期表的什么位置
(2)氯元素的原子得電子能力弱于氟元素,所以其最高價氧化物對應的水化物的酸性也弱于氟元素的。這種說法是否正確
【答案】(1)在元素周期表的右上角。
(2)不正確。氟元素無正價,不存在最高價氧化物對應的水化物。
【合作探究】
任務1　預測硅及其化合物的性質
情境導入　在2023年5月23日舉行的第十六屆國際太陽能光伏與智慧能源大會上,內蒙古自治區(qū)包頭市被全球綠色能源理事會頒授“世界綠色硅都”稱號,這也是大會舉辦16年來唯一一次給地方政府進行授牌,驚艷了這場全球規(guī)模最大的光伏盛會。
問題生成
1.什么是半導體材料 應用最廣泛的半導體材料是哪種物質
【答案】特指導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料;現(xiàn)在應用最廣泛的半導體材料是硅。
2.碳與硅的最外層電子數(shù)均為4,且碳比硅活潑,如何證明碳的原子得電子能力強于硅 舉例說明。
【答案】可以比較SiH4和CH4的熱穩(wěn)定性,也可以把二氧化碳氣體通入硅酸鈉溶液中制得硅酸來證明(答案合理均可)。
3.如何利用二氧化硅制取純硅
【答案】SiO2+2CSi+2CO↑,Si+2Cl2SiCl4,SiCl4+2H2Si+4HCl
4.二氧化硅是酸性氧化物,它可以跟堿反應,請用化學方程式表示該性質。
【答案】SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O
5.為什么CO2和SiO2在化學性質上具有一定的相似性而物理性質差異很大
【答案】SiO2和CO2均屬于酸性氧化物,故化學性質相似。CO2是由分子構成的,而SiO2是空間立體網狀結構,故二者物理性質差異大。
【核心歸納】
1.硅的化學性質
(1)在常溫下不活潑,但能與氫氟酸反應:Si+4HFSiF4↑+2H2↑。
(2)加熱條件下能與O2、Cl2等反應:Si+O2SiO2;Si+2Cl2SiCl4。
2.二氧化碳與二氧化硅的性質比較
物質 二氧化硅 二氧化碳
存在 存在于巖石、沙子、石英、水晶、硅藻土中 空氣中,燃料的燃燒產物
物理性質 固體,難溶于水,熔、沸點高,硬度大 通常情況下為無色無味氣體,密度比空氣大
①與水反應 不反應 CO2+H2OH2CO3
②與酸反應 只與氫氟酸反應 SiO2+4HFSiF4↑+2H2O 不反應
③與堿液 (NaOH) 反應 　 SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O (盛堿液的試劑瓶用橡膠塞) CO2+2NaOHNa2CO3+H2O或CO2+NaOHNaHCO3
④與堿性 氧化物反應 如與CaO反應: SiO2+CaOCaSiO3 如與Na2O反應: CO2+Na2ONa2CO3
⑤與碳反應 SiO2+2CSi+2CO↑ CO2+C2CO
用途 制飾品、坩堝、光導纖維 干冰用于人工降雨
【典型例題】
【例1】　下列關于硅和二氧化硅的說法不正確的是(　　)。
A.晶體硅呈灰黑色,是具有金屬光澤、硬而脆的固體
B.硅的化學性質很穩(wěn)定,但自然界里無游離態(tài)的硅存在,常溫下可與其他物質發(fā)生反應
C.硅和二氧化硅都能與NaOH溶液反應
D.工業(yè)上用焦炭在高溫條件下還原二氧化硅來制備硅,說明通常情況下還原性C>Si
【答案】D
【解析】通常情況下還原性C【例2】　下列關于硅酸的說法正確的是(　　)。
A.硅酸可以通過SiO2和水的化合反應直接制得
B.可用反應Na2SiO3+2HCl2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸
C.因為硅酸難溶于水,所以它不能與NaOH溶液反應
D.干燥劑“硅膠”的主要化學成分是硅酸
【答案】B
【解析】A項,SiO2不溶于水,也不與水反應;C項,硅酸能溶于NaOH;D項,“硅膠”的主要成分是SiO2。
任務2　探究元素“位、構、性”的關系
情境導入　1875年,法國化學家布瓦博德朗在對鋁和鉈的光譜性質進行研究時,意外地發(fā)現(xiàn)兩條從未見過的紫色譜線,他肯定這是由一種新的元素產生的,到了11月,布瓦博德朗制得了純凈的這種新元素的單質——鎵,這種物質最吸引人的地方是,將其放在手中,它就會自動熔化為液體。它的熔點僅有29.8 ℃。鎵可以和銦、錫用于制作新型的鎵銦錫溫度計,代替有毒的水銀溫度計。
問題生成
1.鎵的原子序數(shù)是31,與鋁同主族,寫出其在元素周期表中的位置。試從原子結構的角度解釋鎵與鋁性質相似的原因。通常采用什么方法冶煉金屬鎵
【答案】鎵位于第4周期ⅢA族;由于鎵與鋁同主族,原子最外層電子數(shù)都是3,因此鎵與鋁性質相似;同主族自上而下元素的原子失電子能力逐漸增強,因此鎵的原子失電子能力強于鋁,所以冶煉金屬鎵通常采用的方法是電解法。
2.鎵的最高正化合價是多少 鎵的最高價氧化物和氫氧化物分別是什么 寫出鎵的最高價氫氧化物與NaOH溶液反應的化學方程式。
【答案】+3;Ga2O3和Ga(OH)3;Ga(OH)3+NaOHNaGaO2+2H2O。
【核心歸納】
元素的原子結構、元素位置和元素性質三者之間的關系
1.原子結構與元素在周期表中位置的關系
結構位置
2.原子結構與元素性質的關系
3.位置、結構和性質的關系
【典型例題】
【例3】　Se、Br兩種元素的部分信息如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.原子半徑:Br>Se
B.還原性:S2->Se2->Br-
C.Se在元素周期表中位于第4周期ⅥA族
D.Se、Br位于同一主族
【答案】C
【解析】由圖示信息可知Se為34號元素,Br為35號元素,Se和Br位于同一周期且Se位于Br的左側,原子半徑Se>Br,A、D兩項錯誤;Se和S位于同一主族,且Se位于S的下一周期,故還原性Se2->S2-,B項錯誤。
【例4】　短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.X、Y、Z三種元素中,X的原子得電子能力最強
B.Y的氫化物的穩(wěn)定性比Z的氫化物弱
C.Y的最高正化合價為+7
D.X的單質的熔點比Z的低
【答案】D
【解析】由題目信息(短周期圖示位置關系),可確定X、Y、Z三種元素分別為He、F、S。A項,原子得電子能力最強的是F,錯誤;B項,HF比H2S更穩(wěn)定,錯誤;C項,元素F無正化合價,錯誤;D項,因常溫常壓下He為氣體,S為固體,正確。
【解題方法】
1.結構與位置互推是解題的基礎
(1)掌握四個關系式
①電子層數(shù)=周期數(shù)。
②質子數(shù)=原子序數(shù)。
③主族元素原子最外層電子數(shù)=主族序數(shù)。
④主族元素的最高正價=族序數(shù)(O、F除外),最低負價=主族序數(shù)-8(H為主族序數(shù)-2)。
(2)熟練掌握周期表中的一些特殊規(guī)律
①各周期元素種類數(shù)(分別為2、8、8、18、18、32、32)。
②稀有氣體元素原子序數(shù)(分別為2、10、18、36、54、86、118)和所在周期(分別在第1到第7周期)。
③同族上下相鄰元素原子序數(shù)的關系(相差2、8、18、32、32)。
④同周期ⅡA族與ⅢA族元素原子序數(shù)差值(有1、11、25等情況)。
2.性質與位置互推是解題的關鍵
熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性質的遞變規(guī)律,主要包括:
(1)原子半徑。
(2)元素的主要化合價。
(3)元素的原子得失電子能力。
(4)單質的氧化性、還原性。
(5)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性。
(6)最高價氧化物對應水化物的酸堿性。
(7)金屬從H2O或酸中置換氫的難易程度。
3.結構和性質的互推是解題的要素
(1)電子層數(shù)和最外層電子數(shù)決定元素原子的原子失電子能力和原子得電子能力強弱。
(2)同主族元素最外層電子數(shù)相同,化學性質相似。
(3)正確推斷原子半徑和離子半徑的大小及結構特點。
(4)判斷元素原子失電子能力和原子得電子能力強弱。
【隨堂檢測】
1.鉈是超導材料的組成元素之一,鉈在元素周期表中位于第6周期,與鋁是同主族元素,元素符號是Tl。以下對鉈的單質及其化合物的性質推斷中,不正確的是(　　)。
A.鉈是易導電的銀白色金屬
B.鉈能生成+3價的離子
C.Tl3+的氧化性比Al3+強
D.氫氧化鉈的堿性比氫氧化鋁強
【答案】C
【解析】鋁為銀白色金屬,Tl與Al同主族,則鉈是易導電的銀白色金屬,A項正確;第ⅢA族元素的最高價為+3價,且為金屬元素,則能生成+3價離子,B項正確;同主族元素從上到下原子失電子能力逐漸增強,原子失電子能力:Tl>Al,則Tl3+的氧化性比Al3+弱,C項錯誤;同主族元素從上到下原子失電子能力逐漸增強,最高價氧化物對應的水化物的堿性逐漸增強,則Tl(OH)3的堿性比Al(OH)3強,D項正確。
2.下列關于SiO2和CO2的說法不正確的是(　　)。
A.SiO2的沸點比CO2高
B.CO2與SiO2化學式雖然相似,但CO2與SiO2的物理性質有很大區(qū)別
C.CO2和SiO2均能和水反應生成相應的酸
D.CO2和SiO2均能與氫氧化鈉溶液反應生成相應的鹽和水
【答案】C
【解析】由常溫下二氧化硅為固體,而二氧化碳為氣體可知,A項正確;由CO2與SiO2的狀態(tài)可知,B項正確;CO2可溶于水生成H2CO3,但SiO2不溶于水也不與水反應,C項錯誤。
3.砷為第4周期ⅤA族元素,根據(jù)它在元素周期表中的位置推測,砷不可能具有的性質是(　　)。
A.砷在通常狀況下是固體
B.可以有-3、+3、+5等多種化合價
C.As2O5對應水化物的酸性比H3PO4弱
D.砷的氧化性比磷強
【答案】D
【解析】由砷在周期表中的位置可知砷與磷同主族,且在磷的下一周期。磷為固體,砷應為固體;磷有-3、+3、+5等多種化合價,砷為非金屬,與磷的主要化合價相同;同一主族元素,由上到下原子得電子能力逐漸減弱,故最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸減弱,單質的氧化性逐漸減弱。
4.元素周期表中元素硫、氯、硒的位置如圖所示,請根據(jù)元素周期表、元素周期律有關知識,預測元素及化合物的性質。
(1)原子半徑:Cl　　　　(填“>”或“<”,下同),S　　　　Se。
(2)原子得電子能力:Cl　　　　S　　　　Se。
(3)單質的氧化性:Cl2　　　　S　　　　Se。
(4)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性:HCl　　　　H2S　　　　H2Se。
(5)最高價氧化物對應水化物的酸性:HClO4　　　　H2SO4。
(6)SO2和SO3都是酸性氧化物,都能與堿反應生成相應的鹽,試寫出SeO2和SeO3分別與氫氧化鈉反應的化學方程式　,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)<　<
(2)>　>
(3)>　>
(4)>　>
(5)>
(6)2NaOH+SeO2Na2SeO3+H2O　2NaOH+SeO3Na2SeO4+H2O
5.根據(jù)元素周期表1~20號元素的性質和遞變規(guī)律,回答下列問題:
(1)屬于金屬元素的有　　　　種,其中原子失電子能力最強的元素與氧結合成的化合物為　　　　　　　(填兩種化合物的化學式)。
(2)正化合價最高的元素是　　　　,其最高正化合價為　　　　。
(3)單質既能與鹽酸反應,又能與NaOH溶液反應的是　　　　,其最高價氧化物對應的水化物具有　　　(填“酸性”、“堿性”或“兩性”)。
(4)第3周期中,原子半徑最大的是(稀有氣體元素除外)　　　　。
(5)推測Si、N最簡單氫化物的穩(wěn)定性:　　　　　　(填化學式)>　　　　　　。
【答案】(1)7　K2O、K2O2(KO2也可以)
(2)氯(或Cl)　+7　(3)Al　兩性
(4)Na　(5)NH3　SiH4
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