第1章 第3节 第3课时 预测元素及其化合物的性质-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（鲁科版2019）

第3课时　预测元素及其化合物的性质 核心素养 学业要求 提高基于理论进行预测、提出假设的能力和基于实验事实概括、推理得出结论的能力。 1.以硅及其化合物为例，学会从元素在周期表中的位置、物质类别、元素化合价等角度认识含有该元素物质的化学性质，形成对元素及其化合物的多维立体认识网络。 2.了解元素周期表与元素周期律的应用，建立“位、构、性”关系应用的思维模型。 一、元素周期表的应用 1．认识元素的性质 元素的性质通常包括元素化合价、原子半径、元素原子的得失电子能力等，可以根据元素原子结构的特点和元素在元素周期表中的位置认识元素的性质。 2．在科技生产中的应用 二、硅及其化合物的性质及用途 1．硅的存在 硅在地壳中的含量仅次于氧，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。 2．硅及其氧化物的性质及用途 (1)硅原子的最外层有4个电子，最高化合价为＋4价，最低化合价为－4价，硅属于非金属元素；与同周期磷元素相比，其核电荷数较小，原子半径较大，原子核对最外层电子的吸引作用较弱，因此硅元素原子的得电子能力较弱。 (2)硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，主要用于制造芯片和太阳能电池，自然界中没有游离态的硅；二氧化硅(SiO2)属于酸性氧化物，能与碱溶液缓慢反应，高温时能与碱性氧化物反应；二氧化硅中的硅元素为＋4价，因此二氧化硅具有氧化性，能与某些还原剂反应；硅酸(H2SiO3)的酸性弱于碳酸，硅酸可以由硅酸钠(Na2SiO3)与盐酸、硫酸等反应制得。此外，二氧化硅与其他物质一样，还具有一些特殊的性质，例如，二氧化硅虽然属于酸性氧化物，但能与氢氟酸反应，该反应曾用于刻蚀玻璃。SiO2常被用来制造光导纤维。 1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)硅在地壳中的含量仅次于氧，自然界中没有游离态的硅。(　　) (2)硅原子最外层有4个电子，既不易得到电子，也不易失去电子。(　　) (3)二氧化硅为酸性氧化物，与任何酸都不能反应。(　　) (4)硅酸钠溶液中加入盐酸，有硅酸生成。(　　) (5)二氧化硅是很好的半导体材料。(　　) 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)× 2．在元素周期表中某区域的一些元素中可寻找到半导体材料，它们是(　　) A．左下方区域的金属元素 B．金属元素和非金属元素分界线附近的元素 C．右上方区域的非金属元素 D．稀有气体元素 答案　B 3．已知铍(Be)的原子序数为4，下列对铍及其化合物的叙述中，正确的是(　　) A．铍的原子半径大于硼的原子半径 B．氯化铍难溶于水 C．氢氧化铍的碱性比氢氧化钙的强 D．单质铍跟冷水反应迅速产生氢气 答案　A 4．有些科学家提出硅是“21世纪的能源”，这主要是由于作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用。下列关于硅的说法不正确的是(　　) A．高纯度的单质硅被广泛用于制作计算机芯片 B．硅可由二氧化硅还原制得 C．常温时硅与水、空气和酸不反应，但能与氢氟酸反应 D．自然界硅元素的贮量丰富，并存在大量的单质硅 答案　D 5．下列溶液能用玻璃瓶盛放，但不能用玻璃塞的是(　　) A．Na2SO4溶液 B．HF溶液 C．NaOH溶液 D．NaCl溶液 答案　C 探究一　元素周期表的应用 1．元素周期表中金属元素与非金属元素的分区 金属元素和非金属元素在元素周期表中有相对明确的分区现象。如图所示，虚线左面是金属元素，右面是非金属元素。 (1)在分界线的左侧(ⅠA族)还包括非金属元素氢。 (2)元素周期表的左下方是金属性最强的元素铯(Fr是放射性元素，除外)，右上方是非金属性最强的元素氟。碱性最强的是CsOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。 (3)由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。 2．元素周期律和元素周期表的意义 (1)利用元素周期律与周期表指导人类发现新元素，并根据元素周期表推断新元素的原子结构和性质。 (2)在生产中的应用 ①在元素周期表中金属元素与非金属元素分界处寻找半导体材料。 ②在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料，如中学常用的催化剂镍、铁、钒、锰等。 ③在元素周期表右上方的非金属元素中选择低毒高效农药所含有的元素，如氯、硫、磷等。 3．依据元素“位—构—性”关系相互推断 (1)由元素原子或离子的核外电子排布推断 (2)由元素单质或化合物的性质(特性)推断 (3)由元素在周期表中的位置推断 1．如图所示，元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。 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 答案　C 解析　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；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。 2．根据元素周期律和元素周期表的知识分析下面的推断，其中错误的是(　　) A．短周期主族元素中半径最大的是Na B．Sr(OH)2的碱性强于Ba(OH)2 C．砹(At)的单质是有色固体，HAt很不稳定 D．AsH3是无色、有毒的气体 答案　B 解析　同主族元素从上到下金属性减弱，元素最高价氧化物对应的水化物碱性减弱，故碱性：Sr(OH)2<Ba(OH)2，B错误。 元素性质与元素在周期表中位置的关系 探究二　硅及其化合物的性质 1．硅的性质 (1)常温下，硅能与F2、HF和强碱溶液反应 Si＋2F2===SiF4 Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑ Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑ 其中Si与HF、强碱溶液反应均产生H2是Si的特性。 (2)硅的制取 自然界中不存在游离态的硅。工业上通常用SiO2与焦炭制粗硅：SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，粗硅在加热条件下和Cl2反应生成SiCl4：Si(粗)＋2Cl2SiCl4↑，SiCl4的沸点较低，受热容易转化为气体，从而达到和固体物质分离的目的，SiCl4和H2在高温条件下可以发生反应生成Si和HCl气体：SiCl4＋2H2Si＋4HCl；这说明硅与HCl不反应，工业上就是利用这种方式由粗硅制纯硅的。 2．SiO2和H2SiO3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。 3．硅谷是世界上最知名的电子工业集中地，以硅芯片的设计与制造著称于世。下列有关硅的说法中正确的是(　　) A．硅既不易失去电子又不易得到电子，所以既不能做氧化剂，又不能做还原剂 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中以游离态的形式存在 D．在电子工业中，硅是最重要的半导体材料 答案　D 解析　在一定条件下，硅可以发生氧化还原反应，A错误；硅在地壳中的含量居第二位，B错误；自然界中只有化合态的硅，C错误。 4．下列物质：①水；②氢氟酸；③烧碱溶液；④浓硫酸；⑤氧化钙；⑥浓硝酸；⑦碳酸钠固体。其中，在一定条件下能与SiO2反应的是(　　) A．只有②③⑤⑦ B．只有①③⑤⑥ C．只有①④⑥ D．全部 答案　A 解析　SiO2不与水、浓硫酸、浓硝酸反应，与氢氟酸反应的化学方程式为SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，与烧碱溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，与氧化钙反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3，与碳酸钠固体反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑。 本课小结 1．元素周期表中的“位”“构”“性” 2．硅及其重要化合物间的转化关系 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．砷为第4周期ⅤA族元素，根据它在周期表中的位置推测，砷不可能具有的性质是(　　) A．AsH3比NH3稳定性强 B．可以存在－3、＋3、＋5等多种化合价 C．As2O5对应水化物的酸性比H3PO4弱 D．砷的非金属性比磷弱 答案　A 解析　N、As均为ⅤA族元素，分别位于第2、4周期，根据元素周期律判断，As比N的非金属性弱，NH3比AsH3稳定性强。 2．已知某元素的最高化合价为＋7价，下列说法中正确的是(　　) A．该元素在元素周期表中一定处于ⅦA族 B．该元素可能是氟元素 C．该元素的某种化合物可能具有漂白性 D．该元素的单质没有还原性 答案　C 解析　元素的最高化合价为＋7价，不一定位于ⅦA族，例如KMnO4中Mn化合价为＋7价，但Mn不位于ⅦA族，A错误；氟元素没有正价，B错误；可能为氯元素，氯元素形成的次氯酸有漂白性，C正确；若为氯气，氯气与水反应时既作氧化剂又作还原剂，有还原性，D错误。 3．锗和铝在周期表中处于对角线位置，二者的单质及化合物的性质对应相似。下列关于锗及其化合物的推断正确的是(　　) A．锗不能与强碱溶液反应 B．氢氧化锗具有两性 C．氧化锗易溶于水 D．氧化锗的化学式为Ge2O3 答案　B 解析　铝能和强碱溶液反应，锗也能和强碱溶液反应，故A错误；氢氧化铝具有两性，则氢氧化锗也具有两性，故B正确；氧化铝不易溶于水，则氧化锗也不易溶于水，故C错误；Ge位于ⅣA族，其最高价为＋4，所以氧化锗的化学式为GeO2，故D错误。 4．下列说法中不正确的是(　　) A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体 B．硅的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的半导体材料 C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质反应 D．自然界中不存在游离态的硅 答案　C 解析　硅常温下可与F2、HF、NaOH溶液等发生反应。 5．下列说法正确的是(　　) A．Na2SiO3属于盐，不属于碱，所以硅酸钠溶液可以保存在带磨口玻璃塞的试剂瓶中 B．光导纤维的主要成分是单晶硅 C．用SiO2制取硅酸，应先使二氧化硅与氢氧化钠溶液反应，然后再通入CO2 D．由Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑可知，硅酸的酸性强于碳酸 答案　C 解析　Na2SiO3可以将磨口玻璃塞与试剂瓶黏在一起，因此不可用玻璃塞，故A错误；光导纤维的主要成分是SiO2，故B错误；高温下，二氧化硅能和碳酸钠反应，是利用了高沸点物质制备挥发性物质，不能说明碳酸酸性弱于硅酸，故D错误。 6．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是(　　) A．CO2→H2CO3 B．SiO2→Na2SiO3 C．SiO2→H2SiO3 D．Na2O2→Na2CO3 答案　C 解析　SiO2不能与水直接反应生成H2SiO3。 7．某同学用如图所示的装置及药品进行酸性强弱比较的实验，下列说法正确的是(　　) A．①和②中发生的反应均为氧化还原反应 B．向Na2SiO3饱和溶液中滴加酚酞溶液，无明显现象 C．一段时间后②中有胶状物质生成 D．该实验能证明酸性强弱的顺序是碳酸>硫酸>硅酸 答案　C 8．运用元素周期律分析下列推断，其中错误的是(　　) A．铍的氧化物的水化物可能具有两性 B．砹单质是一种有色固体 C．硒化氢(H2Se)是比H2S稳定的气体 D．硫酸锶难溶于水 答案　C 解析　C项，由于元素的非金属性S>Se，所以相应的氢化物的稳定性H2Se比H2S弱，错误。 9．X元素和Y元素的原子，在化学反应中都易失去电子而形成与Ne相同的电子层结构，已知X的原子序数比Y的大，下列说法中正确的是(　　) A．X元素的金属性比Y元素的强 B．X和Y的单质都不能从水中置换出氢气 C．Y元素的氢氧化物的碱性比X元素的弱 D．X元素的最高正化合价比Y元素的高 答案　D 解析　由题意可知X、Y在同一周期且均为金属元素，由X的原子序数比Y的大可知X的金属性比Y的弱，氢氧化物的碱性比Y的弱，最高正化合价比Y的高，Y为Na时可发生反应2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，能从水中置换出氢气。 10．元素周期律可以指导人们进行规律性的推测和判断。下列说法不合理的是(　　) A．由水溶液的酸性：HCl>H2S，可推断出元素的非金属性：Cl>S B．若X＋和Y2－的核外电子层结构相同，则原子序数：X>Y C．已知ⅡA族的硫酸盐溶解性：MgSO4易溶于水，CaSO4微溶于水，可推断出SrSO4难溶于水，但溶解度比BaSO4大 D．Cs和Ba分别位于第6周期ⅠA族和ⅡA族，碱性：CsOH>Ba(OH)2 答案　A 解析　A项，应利用元素最高价氧化物对应水化物的酸性比较Cl、S的非金属性，错误。 11．M、N、Q、P为四种短周期元素，已知M、Q同主族，N、P同周期；M的气态氢化物比Q的稳定；N的阳离子比P的阳离子的氧化性强；N的阳离子比Q的阴离子少一个电子层。下列表示中，正确的是(　　) A．原子序数：M>N>Q>P B．非金属性强弱：Q>M C．原子半径：P>N>Q>M D．简单离子半径：P>N>Q>M 答案　C 解析　M、N、Q、P是4种短周期元素，M、Q同主族，M的气态氢化物比Q的稳定，所以M、Q为非金属元素，原子序数：Q>M，M处于第2周期，Q处于第3周期；N的阳离子比Q的阴离子少一个电子层，则N、Q、P同周期，均处于第3周期，N为金属元素；N的阳离子比P的阳离子的氧化性强，则金属性：N<P。同周期主族元素自左而右金属性减弱、非金属性增强，故原子序数：Q>N>P>M，A错误；M、Q同主族，M的气态氢化物比Q的气态氢化物稳定，所以非金属性：M>Q，B错误；M、N、P离子的核外电子排布相同，Q离子核外比M、N、P离子多一个电子层，电子层数越多，离子半径越大，所以Q离子半径最大，D错误。 二、非选择题 12．硅是无机非金属材料的主角，硅的氧化物和硅酸盐约占地壳质量的90%以上。 (1)下列物质不属于硅酸盐的是________。 A．陶瓷 B．玻璃 C．水泥 D．生石灰 (2)SiO2是玻璃的主要成分之一，SiO2与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为____________________________________，工艺师常用________(填物质名称)来雕刻玻璃。 (3)用Na2SiO3水溶液浸泡过的棉花不易燃烧，说明Na2SiO3可用作________。Na2SiO3可通过SiO2与纯碱混合高温熔融反应制得，高温熔融纯碱时下列坩埚可选用的是________。 A．普通玻璃坩埚 B．石英玻璃坩埚 C．氧化铝坩埚 D．铁坩埚 答案　(1)D (2)SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O　 氢氟酸 (3)防火剂　D 解析　(3)含SiO2的材料(普通玻璃、石英玻璃)以及Al2O3等都能与Na2CO3在高温下反应，故不能用以上材质的坩埚熔融纯碱。 13．已知W、X、Y、Z是短周期的四种元素，其相关信息与原子半径关系如表所示： 元素 相关信息 原子半径关系 W 其中一种核素的质量数为18，中子数为10 X 与Ne原子的核外电子数相差1 Y 单质是一种常见的半导体材料 Z 非金属性在同周期主族元素中最强 (1)W元素位于元素周期表第________周期________族，W与X形成化合物的化学式为____________________。 (2)W、X、Z的简单离子半径由大到小的顺序为____________________(用离子符号表示)。 (3)实验室制备Y的最高价氧化物对应水化物的方法是___________________________ _______(写出操作方法)，Y的最高价氧化物与X的最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式为______________________________。 (4)Y、Z的最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序为______________。 答案　(1)2　ⅥA　Na2O、Na2O2　 (2)r(Cl－)>r(O2－)>r(Na＋) (3)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸即可生成H2SiO3　SiO2＋2OH－===SiO＋H2O (4)HClO4>H2SiO3 1 学科网（北京）股份有限公司 $$