第1章 第3节 第3课时 预测元素及其化合物的性质（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（鲁科版2019）

第3课时　预测元素及其化合物的性质 课程标准要求 学业质量水平 1.以对硅及其化合物性质的预测为例，了解元素周期律和元素周期表在学习元素及其化合物知识中的重要作用。 2．认识原子结构、元素性质与物质性质的因果关系，能够利用元素在周期表中的位置和原子结构，并结合物质类别分析、预测、比较元素及其化合物的性质。 3．掌握硅及其化合物的性质及主要应用。 1.知道硅及其化合物的性质和应用。(水平1) 2．认识原子结构、元素位置、物质类别与元素及其化合物性质之间的关系。(水平2) 3．能从多个角度预测元素及其化合物的性质，并评估所做说明或预测的合理性。(水平4) [对应学生用书P33] 一、硅及其化合物性质的预测 1．硅元素的存在 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、砂子和土壤。 [点拨]　硅属于亲氧元素，在自然界大多以含氧化合物的化合态存在，没有天然的硅单质，硅单质都需要通过人工方法制备，单质硅有晶体硅和无定形硅(非晶硅)两种。 2．根据原子结构和元素位置预测硅元素的性质 预测依据 元素性质 原子 结构 最外层有4个电子 ①原子既难得到电子也难失去电子，属于非金属性较弱的元素； ②最高正化合价为＋4价，最低化合价为－4价 元素 位置 与C同主族，位于C的下方 原子半径：Si＞C；原子得电子能力：Si＜C；非金属性：Si＜C 与P同周期，位于P的左边 原子半径：Si＞P；原子得电子能力：Si＜P；非金属性：Si＜P 位于金属元素和非金属元素分界线附近 既具有金属性又具有非金属性，单质属于半导体材料 3.根据物质类别、元素化合价和元素位置预测硅的化合物的性质 预测依据 硅化合物性质 物质 类别 SiO2属于酸性氧化物　 具有酸性氧化物的通性：①能与碱溶液缓慢反应，如SiO2与NaOH溶液反应的化学方程式为SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O； ②高温时能与碱性氧化物反应，如SiO2与CaO反应的化学方程式为SiO2＋CaOCaSiO3 物殊性 酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2可以与HF发生反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，用于刻蚀玻璃 元素 化合价 SiO2中Si为＋4价 SiO2具有氧化性，能与某些还原剂反应，如SiO2与C 反应的化学方程式为SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑ 元素 位置 第3周期ⅣA族 非金属性小于碳和磷， H2SiO3的酸性既小于H3PO4也小于H2CO3，如Na2SiO3溶液中通入CO2发生反应：Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓ [点拨]　①工业上需要在电炉中，用焦炭高温还原二氧化硅制得硅，这样制得的硅中含有少量的杂质，需要将粗硅提纯后，才可得到用作半导体材料的高纯硅。②硅酸是一种难溶性酸，加热易分解生成二氧化硅。 二、硅及其化合物的应用 1．单质硅的应用：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。 2．二氧化硅的应用：二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英和水晶的主要成分都是二氧化硅，常用来制造光导纤维、玻璃仪器和冶炼单质硅。 3．硅酸盐的应用：硅酸盐是由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐性质稳定，熔点较高，多数难溶于水，是陶瓷、玻璃和水泥的主要成分，硅酸盐材料是传统的无机非金属材料的主要分支之一。其中常见硅酸盐产品的主要原料、生产设备、反应、成分如下： 玻璃 水泥 陶瓷 主要原料 纯碱、石灰石、石英 石灰石、黏土 黏土 主要设备 玻璃窑 水泥回转窑 陶瓷窑 主要反应 SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑ 主要成分 普通玻璃Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 硅酸三钙(3CaO·SiO2)、 硅酸二钙(2CaO·SiO2)、 铝酸三钙(3CaO·Al2O3) 铝硅酸盐 (Al2O3·2SiO2·2H2O) 三、元素周期表中规律的应用 同一周期或同一主族元素性质的相似性和规律性变化，为研究物质结构、发现新元素、合成新物质、寻找新材料等提供了许多有价值的指导。例如： (1)在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料。 (2)在过渡金属元素中寻找制备优良催化剂的材料。 (3)在ⅣB到ⅥB族的过渡金属元素中寻找耐高温、耐腐蚀的材料，用以制造火箭、导弹、宇宙飞船等。 (4)利用元素周期表寻找合适的超导材料、磁性材料等。 (5)研究元素周期表右上角的非金属元素，合成新农药。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)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(√) (2)二氧化硅为酸性氧化物，与任何酸都不能反应(×) (3)硅酸钠溶液中加入盐酸，有白色沉淀生成(√) (4)硅是常温下稳定的半导体材料(√) (5)二氧化硅是酸酐，与水反应生成硅酸(×) 2．下列叙述中不正确的是(　　) A．元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质 B．元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素 C．在金属元素与非金属元素的分界线附近可以寻找制备半导体材料的元素 D．人们在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料 B　[元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，即位置决定结构，结构决定性质，A项正确；过渡元素是第3纵行到第12纵行的元素，包括了七个副族与Ⅷ族，B项错误；在金属元素与非金属元素的分界线附近的元素往往既具有金属性，也具有非金属性，因此可以寻找制备半导体材料的元素，C项正确；过渡元素均是金属元素，因此人们在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料，D项正确。] [对应学生用书P35] 学习任务一　硅及其化合物的特性 1．试比较P、S、Si三种非金属单质的导电性有什么异同？ 提示　P、S两种非金属单质不导电，Si的单质是电的半导体。 2．已知氯气与硫单质和氢氧化钠溶液反应的化学方程式分别为Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O、3S＋6NaOH2Na2S＋Na2SO3＋3H2O，硅单质与氢氧化钠溶液反应的化学方程式为Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑，试从氧化还原反应的角度分析三种单质所起的作用有什么不同？ 提示　在氯气与硫单质和氢氧化钠溶液的反应中，氯气与硫单质既是氧化剂又是还原剂，在硅单质与氢氧化钠溶液的反应中，硅单质只是还原剂。 3．试比较SO3、P2O5、SiO2三种酸酐及其对应酸的溶解性有什么不同？ 提示　SO3和P2O5均可溶解于水并与水发生反应生成相应的酸，即SO3＋H2O===H2SO4、P2O5＋3H2O===2H3PO4，但SiO2既不溶解于水也不与水发生反应；H2SO4和H3PO4极易溶解于水，而H2SiO3却难溶解于水。 1．硅单质的特性 (1)一般情况，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，属于半导体材料。 (2)非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si却能与氢氟酸作用：Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑(与其他非氧化酸不反应，如盐酸、稀硫酸等)。 (3)硅是非金属单质，化学性质不活泼，但常温下能够与F2、氢氟酸(HF)、强碱(如NaOH)溶液反应，其反应的化学方程式分别为Si＋2F2===SiF4，Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑， Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑；加热时能与氧气、氯气、碳等反应，如Si＋O2SiO2，Si＋2Cl2SiCl4，Si＋CSiC。 (4)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO2＋2CSi＋2CO↑。 (5)非金属单质跟碱液的作用一般既做氧化剂又做还原剂，且无H2放出，但Si与碱液(如NaOH溶液)反应只做还原剂，且放出H2：Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。 2．含硅化合物的特性 (1)SiO2是H2SiO3的酸酐，但它不溶于水，也不能与水反应。 (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，此反应常被用来刻蚀玻璃。 (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。 1．下列说法中正确的是(　　) A．SiO2既能与酸反应也能与碱反应，SiO2是两性氧化物 B．SiO2的熔点高、硬度大 C．H2SiO3溶于水显弱酸性 D．SiO2是一种酸性氧化物，它可以与NaOH溶液反应，但不与任何酸反应 B　[SiO2虽然既能与酸反应也能与碱反应，但与酸反应的产物不是生成盐和水，所以SiO2不是两性氧化物，A项错误；H2SiO3难溶于水，C项错误；SiO2是酸性氧化物，即能与强碱溶液反应，还能与氢氟酸反应，D项错误。] 2．在一定条件下，下列物质不能和SiO2反应的是(　　) ①焦炭　②纯碱　③碳酸钙　④氢氟酸　⑤硝酸　⑥氢氧化钾　⑦氧化钙 A．③⑤⑦　　　　　　 B．⑥⑦ C．①②④ D．⑤ D　[常温下SiO2与KOH、HF反应，加热高温时与C、CaCO3、Na2CO3、CaO反应，SiO2与HNO3不发生反应。] [易错警示]　 (1)自然界中存在游离态的碳，却不存在游离态的硅。 (2)二氧化硅与焦炭在隔绝空气的条件下制取粗硅时，生成的是CO而不是CO2。 (3)硅是唯一一种能与NaOH溶液反应生成氢气的非金属单质。 (4)SiO2虽然既能与某些酸反应又能与某些碱反应，但是SiO2是酸性氧化物，不是两性氧化物，SiO2只与HF反应，这是SiO2的特性，与其他的酸不反应。 学习任务二　预测元素性质的基本方法 硒(34Se)是一种重要的非金属元素，它的单质和化合物除了在工业上具有重要的应用外，还是一种多功能的生命营养元素，其原子结构示意图为。试从原子结构、元素在周期表中的位置、化合价和物质类别等多个角度对其元素性质、单质和化合物的性质进行预测。 (1)硒元素在周期表中位于第_____周期____族。 提示　硒元素的原子核外有4个电子层，最外层有6个电子层，由于元素在周期表中的周期序数等于其电子层数，所在的主族序数等于其最外层电子数，故硒元素位于第4周期ⅥA族。 (2)硒元素有哪些主要化合价？ 提示　元素的主要化合价与原子的最外层电子数有关，Se原子最外层有6个电子，与S同主族，二者具有相似的主要化合价，其主要化合价有－2价、＋4价和＋6价。 (3)比较下列最高价含氧酸的酸性和氢化物的稳定性。 ①酸性：H2SeO4______H2SO4，H2SeO4______HBrO4； ②氢化物稳定性：H2Se______H2S，H2Se______HBr 提示　根据同周期元素非金属性的变化规律，可知非金属性Br＞Se，根据同主族元素非金属性的变化规律，可知非金属性S＞Se，则有①酸性：H2SeO4＜H2SO4，H2SeO4＜HBrO4；②氢化物稳定性：H2Se＜H2S，H2Se＜HBr。 (4)SeO2具有哪些性质？ 提示　SeO2属于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，能够与碱和碱性氧化物反应；SeO2中Se的化合价处于中间价态，既具有氧化性又具有还原性。 (5)硒的单质是否可能是半导体？ 提示　碲元素在元素周期表中位于金属元素和非金属元素的分界线处，其单质可能是半导体，而硒元素位于碲的上方，非金属性大于碲，故硒单质不可能是半导体。 1．预测元素性质的方法步骤 步骤1：明确元素的原子结构和位置 ⇌ 步骤2.明确元素性质的相似性和递变规律 ①联想同周期元素性质的变化规律；②联想同主族元素性质的相似性和递变性。 步骤3.预测元素可能具有的性质。 根据原子结构、元素在周期表中的位置、元素的化合价、所属物质类别等多角度预测元素及其单质和化合物的性质。 2．常见元素的性质 (1)元素的金属性和非金属性。 (2)非金属元素气态氢化物生成的难易程度及其稳定性。 (3)元素最高价氧化物的水化物的酸碱性强弱。 (4)金属单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度。 (5)单质及其单核离子氧化性或还原性的强弱。 (6)原子和单核离子的氧化性或还原性的强弱。 1．(双选)(原创题)下列有关硅及其化合物的说法正确的是(　　) A．晶体硅是良好的半导体材料 B．二氧化硅具有一定的氧化性 C．硅是非金属元素，硅酸是较强的酸 D．C、Si同主族， SiH4的稳定性较强 AB　[由于硅元素在周期表中位于金属元素和非金属元素的分界线处，所以晶体硅是良好的半导体材料，A项正确；由于二氧化硅中硅元素处于最高价，所以二氧化硅具有一定的氧化性，B项正确；硅的非金属较弱，但硅的非金属性小于碳，碳酸是弱酸，则硅酸的酸性更弱，C项错误； C、Si同主族，但Si的非金属性小于C，所以SiH4不稳定性，很容易分解，D项错误。] 2．(2020·河北邢台一中月考)根据元素周期律，由下列事实进行归纳推测，推测不合理的是(　　) 选项 事实 推测 A CaCO3和BaCO3都难溶于水 SrCO3也难溶于水 B Si是半导体材料，同族的Pb也是半导体材料 第ⅣA族的元素的单质都可作半导体材料 C HCl在1 500 ℃时分解，HI在230 ℃时分解 HBr的分解温度介于二者之间 D Si与H2高温时反应，S与H2加热能反应 P与H2在高温时能反应 B　[同一主族元素的性质相似，且Sr在元素周期表中位于Ca和Ba之间，CaCO3和BaCO3都难溶于水，因此SrCO3也难溶于水，A项正确；在元素周期表中，位于金属和非金属分界线处的元素单质能作半导体，Pb不位于金属元素和非金属元素分界线处，所以Pb不能作半导体材料，B项错误；元素的非金属性越强，其氢化物的稳定性越强，非金属性Cl>Br>I，所以氢化物的稳定性HCl>HBr>HI，则HBr的分解温度介于二者之间，C项正确；元素的非金属性越强，其单质与氢气反应越容易化合，非金属性S>P>Si，所以P与H2在高温时能反应，D项正确。] [思维建模]　解答元素推断题的常见思路 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，属于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 提示　④。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 ℃，因此①③正确。铝能溶于强酸和强碱中，铝是电的良导体而不是半导体，镓是“类铝”元素，所以镓能溶于强酸和强碱中，镓是电的良导体而不是半导体，即②正确，④不正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$