1.3.3 预测元素及其化合物的性质 学案 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

预测元素及其化合物的性质 学习目标　1.认识原子结构、元素性质以及元素在元素周期表中位置的关系。2.初步学会利用元素周期表,分析、比较、预测元素及其化合物的性质。3.体会元素周期律(表)在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。 一、预测硅元素及其化合物的性质 硅元素在地壳中含量居第二位,硅的氧化物及硅酸盐构成的岩石、沙子和土壤,约占地壳质量的90%以上。硅是信息技术的关键材料,太阳能电池板、硅芯片、集成电路、光导纤维等均为硅单质及其化合物的产品,玻璃、陶瓷、水泥等含硅酸盐的物质是传统的无机非金属材料,水晶、玛瑙等还可以做成漂亮的装饰品。 [问题讨论] 1.太阳能电池板、硅芯片、光导纤维、水晶的成分分别是什么? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.如何用二氧化硅为原料来制取硅酸?写出有关反应的化学方程式。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3.如何从原子结构的角度分析硅原子得电子能力比碳、磷原子弱? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4.从物质的分类看SiO2属于哪一类?可能具有什么性质? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (一)硅 1.化学性质 (1)常温下,除能与氟气、氢氟酸和强碱反应外,硅不与氧气、氯气、硫酸、硝酸、盐酸等其他物质发生反应。 ①与氟气反应:Si+2F2===SiF4; ②与氢氟酸反应:Si+4HF===SiF4↑+2H2↑; ③与NaOH溶液反应:Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑。(这是唯一能与强碱溶液反应生成氢气的非金属单质) (2)加热时,硅能与氧气、氯气等反应,高温时能与碳反应。 ①Si+O2SiO2;②Si+2Cl2SiCl4; ③Si+CSiC。 2.制备与用途 在工业上,用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅,将粗硅提纯后,可以得到半导体材料的高纯硅。 (二)二氧化硅 1.化学性质 (1)二氧化硅是一种酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性 ①二氧化硅在常温时可以与碱溶液缓慢反应生成盐和水:SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O。 ②二氧化硅在高温下可与碱性氧化物反应:SiO2+CaO CaSiO3。 ③高温条件下,SiO2可与Na2CO3、CaCO3等盐反应。 Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑; SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑。 (2)特性 ①SiO2不溶于水,也不与水反应。 ②二氧化硅在常温下与氢氟酸反应:　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  ③二氧化硅中的硅为+4价,具有弱的氧化性,如在高温时,二氧化硅中的硅可以被碳置换出来:SiO2+2CSi+2CO↑。 2.二氧化硅的用途 SiO2 被用于制造高性能的现代通讯材料——光导纤维。光导纤维还用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械制造等。 (三)硅酸、硅酸盐 1.硅酸(H2SiO3) 2.硅酸钠(Na2SiO3) (1)与酸性较强的酸反应:Na2SiO3+H2O+CO2(少量)===Na2CO3+H2SiO3↓。 (2)用途:黏合剂(矿物胶),耐火阻燃材料。 3.硅酸盐材料 传统无机非金属材料主要是硅酸盐材料,包括陶瓷、玻璃、水泥。 陶瓷 普通玻璃 普通水泥 原 料 黏土(含水的硅酸盐或铝硅酸盐) 纯碱、石灰石和石英 主要原料:石灰石、黏土,辅助原料:适量的石膏 设备 陶瓷窑 玻璃窑 水泥回转窑 主要 成分 硅酸盐 硅酸钠 (Na2SiO3)、硅酸钙 (CaSiO3)、二氧化硅(SiO2) 硅酸三钙(　　　　　　　　　　　 、  硅酸二钙(　　　　　　　　　　　 )、  铝酸三钙(　　　　　　　　　　　 )  性能 硬度高、耐高温、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.下列有关说法中正确的是 (　　) A.硅是非金属元素,与任何酸都不发生反应 B.SiO2溶于水生成硅酸,其水溶液显酸性 C.硅的性质很稳定,但在自然界中不存在游离态 D.二氧化硅是酸性氧化物,可以与碱反应,但是不能与酸反应 2.下列说法正确的是 (　　) A.硅是人类将太阳能转化为电能常用的材料 B.由粗硅制备纯硅的过程中不涉及氧化还原反应 C.Si+2NaOH+H2O===Na2SiO3+2H2↑中,Si为还原剂,NaOH和H2O为氧化剂 D.硅能与盐酸反应,故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅 3.下列说法正确的是 (　　) A.SiO2既可以和NaOH溶液反应,也可以和HF溶液反应,所以SiO2是两性氧化物 B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶 C.石英是良好的半导体材料,可以制成光电池 D.陶瓷的烧制不涉及化学变化 【题后归纳】 (1)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si。 (2)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与强碱溶液反应只作还原剂,且放出H2。 (3)SiO2是酸性氧化物,但它不溶于水,不与水反应。由SiO2→H2SiO3不能一步实现。 (4)酸性氧化物一般不与酸作用,但SiO2能跟氢氟酸作用。 (5)H2CO3的酸性强于H2SiO3,但在高温下Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑也能发生。 二、元素周期表的应用 1.金属元素与非金属元素的分区 沿着周期表中硼、硅、砷、碲、砹跟铝、锗、锑、钋之间画一条虚线,虚线的左面是金属元素,右面是非金属元素。最右边一个纵列是稀有气体元素。 2.元素周期律和元素周期表的意义 (1)研究物质结构、发现　　　　　　　　　　　　　　　　　　、合成  　　　　　　,寻找　　　　　　,预测元素及其化合物可能具有的主要性质。  (2)在科技生产中的应用 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.元素周期表和元素周期律对科学技术有指导作用。下列说法中不正确的是 (　　) A.在元素周期表左下方区域的金属元素中寻找半导体材料 B.利用元素周期表中氟、氯、硫、磷附近的元素研制新型农药 C.在过渡金属中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料 D.在周期表一定区域内寻找元素、发现物质的新用途是一种相当有效的方法 2.(2024·山东威海高一期末)元素周期表已成为化学家的得力工具,为研究物质结构、发现新元素、合成新物质、寻找新材料提供了许多有价值的指导。下列说法正确的是 (　　) A.在ⅠA族和ⅡA族的金属中寻找催化剂 B.在元素周期表中随着原子序数的递增,原子最外层电子数总是从1到8重复出现 C.33As与35Br位于同一周期,则推测酸性: H3AsO4<HBrO4<HClO4 D.根据元素周期表推测,单质铍能与冷水剧烈反应 3.如图所示,元素周期表中的金属和非金属的分界线用虚线表示。 下列说法正确的是 (　　) A.虚线左下方的元素均为非金属元素 B.紧靠虚线两侧的元素都是具有金属性和非金属性的金属元素 C.可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等) D.可在虚线的右上方,寻找耐高温材料 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.用化学方法可制得高纯度硅,其化学方程式为 ①SiO2+2CSi+2CO↑　②Si+2Cl2SiCl4　③SiCl4+2H2Si+4HCl,其中反应①和③属于 (　　) A.化合反应 B.分解反应 C.置换反应 D.复分解反应 2.(2023·山东枣庄高一期中)运用元素周期律分析下面的推断,其中不正确的是 (　　) A.在氧气中,铷(Rb)的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂 B.砹(At2)为有色固体,AgAt难溶于水也不溶于稀硝酸 C.锂(Li)与水反应比钠与水反应剧烈 D.HBrO4的酸性比HIO4的酸性强 3.在元素周期表中,某些主族元素与其右下方紧邻的主族元素的某些性质是相似的,如铍和铝。下列关于铍及其化合物性质的推测错误的是 (　　) A.原子半径:Be>B B.碱性:Be(OH)2<Ca(OH)2 C.Be(OH)2不溶于强碱 D.BeO是一种两性氧化物 4.(2024·陕西汉中高中联盟高一期末) 已知周期表中金属与非金属分界线方向对角的两主族元素性质相似,如Li与Mg、Be与Al、B和Si 相似,这一规律被称为“对角线规则”,下列叙述正确的是 (　　) A.Be能和氨水反应产生H2 B.BeO为两性氧化物 C.Li 在空气中的燃烧产物为Li2O2 D.H3BO3是一种强酸 5.我国著名化学家张青莲精确地测定了锗(Ge)、锌等九种元素的相对原子质量,得到的新值被作为国际新标准。已知锗的原子序数为32。 (1)它位于元素周期表中第　　　　　　　　　　　　　　　　　　周期  　　　　族。  (2)锗类似于铝,能溶于氢氧化钠溶液,其主要原因是　　　　(填序号)。  ①它与硅位于同一主族 ②它位于周期表中金属元素与非金属元素分界线附近 ③它是两性物质 (3)材料科学是目前全世界研究的热点,为了寻找半导体材料,科学家应在元素周期表中某区域寻找元素组成材料,该区域是　　　　(填字母)。  A.左上角 B.右上角 C.过渡元素 D.金属元素与非金属元素分界线附近 预测元素及其化合物的性质 一、 问题讨论 1.太阳能电池板、硅芯片的成分是硅单质,光导纤维、水晶的成分是二氧化硅。 2.①SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O ②Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl 3.硅、碳元素位于同一主族,硅原子电子层数较多,原子半径较大,原子核对最外层电子的吸引作用较弱,硅原子得电子能力比碳原子弱;硅、磷元素位于同一周期,硅原子的核电荷数较小,原子半径较大,原子核对最外层电子的吸引作用较弱,因此硅原子得电子能力比磷原子弱。 4.SiO2属于酸性氧化物;它具有酸性氧化物的通性——能与碱、碱性氧化物等反应。 探究归纳 (二)1.(2)②SiO2+4HFSiF4↑+2H2O (三)3.3CaO·SiO2)　2CaO·SiO2　3CaO·Al2O3 对点训练 1.C　[Si可与HF反应,A错;SiO2不溶于水,B错;SiO2也可与HF反应,D错。] 2.A　[硅常被用来制造太阳能电池,A项正确;粗硅提纯过程中发生的反应有Si(粗硅)+3HClSiHCl3+H2,SiHCl3+H2Si(高纯硅)+3HCl,均为氧化还原反应,B项错误;Si与NaOH溶液的反应可看成两步:①Si+3H2OH2SiO3+2H2↑,②H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O,其中①为氧化还原反应,Si为还原剂,H2O为氧化剂,②为复分解反应,NaOH既不是氧化剂,也不是还原剂,C项错误;硅不与盐酸反应,D项错误。] 3.B　[SiO2是酸性氧化物,与NaOH反应生成盐和水,而与HF反应的生成物中没有盐,故A错误;向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸反应生成硅酸,硅酸是白色胶状物,故B正确;晶体硅是良好的半导体材料,可以制成光电池,将光能直接转化成电能,石英是二氧化硅,不导电,故C错误;烧制陶瓷的过程中有新物质生成,涉及化学变化,故D错误。] 二、2.(1)新元素　新物质　新材料　(2)分界线附近　催化剂 对点训练 1.A　[在元素周期表金属与非金属的交界线处寻找半导体材料,A项错误;利用元素周期表中氟、氯、硫、磷附近的元素研制新型农药,B项正确;在过渡金属中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料,C项正确;在周期表一定区域内寻找元素、发现物质的新用途是一种相当有效的方法,D项正确。 ] 2.C　[优良的催化剂含过渡金属元素,则在过渡元素中寻找优良的催化剂, A错误;第1周期原子最外层电子数是从1到2,B错误;同周期从左到右,金属性减弱,非金属性变强;同主族由上而下,金属性增强,非金属性变弱;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,酸性:H3AsO4<HBrO4<HClO4,C正确;单质铍金属性弱于镁,则单质铍不能与冷水剧烈反应,D错误。] 3.C　[A项,虚线左下方的元素均为金属元素,错误;B项,紧靠虚线两侧的元素不一定都是金属元素,如硅是非金属元素,错误;C项,元素周期表中的金属元素和非金属元素分界线附近的元素往往都既具有金属性,也具有非金属性,可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等),正确;D项,在过渡元素中可寻找耐高温材料,在非金属元素中寻找制农药的元素,错误。] 课堂达标训练 1.C　[由化学方程式可知,①③反应中的反应物和生成物都是一种单质和一种化合物,属于置换反应;②中的反应物是两种,生成物是一种,属于化合反应,故C项正确。] 2.C　[碱金属元素从上到下金属性逐渐增强,金属性越强在氧气中燃烧的产物越复杂,金属性:Rb>Na,因此铷(Rb)的燃烧产物比钠的燃烧产物更复杂,故A正确;卤族元素的单质从上到下颜色逐渐加深,碘单质为有色固体,所以砹(At2)也为有色固体,溴化银和碘化银难溶于水也不溶于稀硝酸,所以AgAt难溶于水也不溶于稀硝酸,故B正确;元素的金属性越强,对应的单质与水反应越剧烈,金属性:Na>Li,则钠与水反应比锂与水反应剧烈,故C错误;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性:Br>I,则HBrO4的酸性比HIO4的酸性强,故D正确。] 3.C　[Be、B为同周期主族元素,Be的原子序数比B的小,故原子半径:Be>B,A项正确;Be、Ca属于同一主族元素,Ca的原子序数比Be的大,金属性:Ca>Be,则碱性:Be(OH)2<Ca(OH)2,B项正确;根据题意知,铍和铝的性质相似,则氢氧化铍也能溶于强碱,C项错误;根据题意知,铍和铝的性质相似,Al2O3是两性氧化物,则BeO也是两性氧化物,D项正确。] 4.B　[Al不能与弱碱氨水反应生成氢气,则由对角线规则可知,铍不能与弱碱氨水反应生成氢气,故A错误;氧化铝为两性氧化物,则由对角线规则可知,氧化铍为两性氧化物,故B正确;镁在空气中的燃烧产物为氧化镁,则由对角线规则可知,锂在空气中的燃烧产物为氧化锂,不可能生成过氧化锂,故C错误;硅酸为弱酸,则由对角线规则可知,硼酸为弱酸,故D错误。] 5.(1)4　ⅣA　(2)②　(3)D 解析　根据元素周期表的结构可知,锗位于第4周期ⅣA族。锗位于元素周期表中金属与非金属分界线附近,它具有某些金属元素的性质,又具有某些非金属元素的性质,它是金属元素。 学科网（北京）股份有限公司 $$