《元素周期表的应用》原子结构元素周期律PPT(第3课时)
第一部分内容：必备知识·素养奠基
一、根据同周期、同主族元素性质的递变规律预测硅的性质
1.性质的预测
(1)硅元素的原子结构及性质分析。
(2)性质预测。
2.化学性质验证
(1)单质硅的化学性质
①常温下,硅的化学性质不活泼,只与F2、HF、强碱(如NaOH)溶液反应。
Si+__F2====____,
Si+__HF====____________,
Si+2NaOH+H2O====_____________。
②加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应。
Si+O2 ____。
【巧判断】
(1)因为硅的化学性质不活泼,所以在自然界中有游离态的硅存在。( )
提示:×。硅的化学性质虽然不活泼,但是在自然界中硅元素全部以化合态的形式存在。
(2)硅单质不与任何酸发生化学反应。( )
提示:×。硅可以与氢氟酸发生化学反应。
(2)SiO2的化学性质
①具有酸性氧化物的通性:
a.常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水:
SiO2+2NaOH====___________;
b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐:
SiO2+CaO ______。
②弱氧化性:SiO2+2C _____________。
③特性:与氢氟酸(HF)反应:
SiO2+__HF====___________。
此反应常被用来刻蚀_____。
【巧判断】
(1)SiO2是酸性氧化物,所以SiO2能与H2O反应生成硅酸。 ( )
提示:×。SiO2虽然是酸性氧化物,但是不与H2O反应生成硅酸。
(2)因为SiO2能导电,所以SiO2能用于制造光导纤维。( )
提示:×。SiO2不能导电。
(3)H2SiO3的化学性质。
H2SiO3是一种弱酸,具有酸的性质,但是酸性比碳酸的弱。
验证:Na2SiO3+_______====________+Na2CO3。
【微思考】
非金属性硅比碳弱,你还能用什么方式进行证明?
提示:可以用气态氢化物的稳定性进行验证,其中硅烷的稳定性不如甲烷的稳定性强。
【情境·思考】
“玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑,故从彼名”。自佛经传入中国后,翻译人员考虑到“马脑”属玉石类,于是巧妙地译成“玛瑙”。
玛瑙的主要成分为二氧化硅,由于其与水化二氧化硅(硅酸)交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属,颜色可从极淡色到暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸。
提示:二氧化硅不与水反应,故应先与碱(如NaOH溶液)反应生成硅酸盐,再与酸(如盐酸)反应生成硅酸。
二、元素周期表的应用
1.科学预测
根据元素在周期表中的位置,推测元素的原子结构,预测其主要性质,为研究物质结构、发现新元素、合成新物质等提供许多有价值的指导。
2.在生产生活中的应用
利用元素周期表寻找新材料。
将下面左右两侧对应内容连线:
【情境思考】人工合成氨是科学史上的里程碑之一。一百多年来,工业合成氨需要高温高压的苛刻条件,而自然界的生物固氮是在常温常压下进行的。因此高效的人工模拟生物固氮成为催化科学领域的圣杯。
若要研制新型的高效催化剂,应该在元素周期表的什么位置寻找合适的元素?
提示:在元素周期表中的过渡元素部分寻找合适的催化剂。
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元素周期表的应用PPT，第二部分内容：关键能力·素养形成
知识点一 硅及其化合物的特性
【重点释疑】
1.硅的特性
(1)一般情况下,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。
(2)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应,但Si却能与HF反应:Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。
(3)Si的还原性大于C,但C却能在高温下还原出Si:SiO2+2C Si+2CO↑。
(4)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与碱液(如NaOH溶液)
反应只作还原剂,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。
【易错提醒】SiO2和CO2的物理性质差别很大,是由于二者结构上的差别造成的。SiO2是立体网状结构的晶体,不存在SiO2分子,而CO2是由碳、氧原子结合成的分子,微粒间的作用力远小于SiO2。
这样的结构差异也决定了CO2和SiO2的化学性质有很大的不同。虽然两者都是酸性氧化物,但由于结构的稳定性,SiO2不能像CO2那样在水溶液中和气体状态时与许多物质发生反应。
【思考·讨论】
(1)将少量CO2通入Na2SiO3溶液会生成白色沉淀,写出相关的化学方程式,并比较碳酸和硅酸的强弱。
提示:反应方程式为H2O+CO2+Na2SiO3====Na2CO3+ H2SiO3↓,说明硅酸的酸性比碳酸的还弱。
(2)根据反应SiO2+Na2CO3 CO2↑+Na2SiO3,能判断硅酸的酸性比碳酸强吗?为什么?
提示:不能。“强酸制弱酸”一般用于水溶液中的反应。该反应由SiO2生成CO2是在高温下进行的,不是在水溶液环境中进行的。反应能发生是因为产物CO2是气态能脱离反应体系,使反应正向进行。
【案例示范】
【典例】(2019·银川高一检测)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
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)硅与二氧化硅性质都比较稳定,除氢氟酸之外,一般不与酸反应;
(2)酸性氧化物是指能与碱反应只生成盐和水的氧化物,不一定与水反应。
【解析】选C。硅在常温下可以与氢氟酸反应,A项错误;SiO2不溶于水,也不能与水反应,所以B错误;自然界中没有游离态的硅,化合态的硅几乎全部是二氧化硅和硅酸盐, C项正确;SiO2是酸性氧化物,但是可以与氢氟酸反应,D错误。
【迁移·应用】
1.2019年,华为推出了麒麟985芯片,用于新一代5G智能手机。芯片是通过专门的工艺可以在硅晶片上刻蚀出数以百万计的晶体管,被广泛应用于集成电路的制造。对硅芯片技术的掌握已经成为国家经济与技术发展的重要力量。下列说法正确的是( )
A.硅的化学性质很稳定,常温下不能与其他物质发生反应
B.硅在自然界中的含量很大,自然界中存在大量的单质硅
C.高纯度的硅被用于制作计算机芯片
D.高纯度的硅常被用来制造光导纤维
【解析】选C。硅的化学性质很稳定,但在常温下能与强碱溶液、HF、F2等反应,A不正确;自然界中硅以化合态形式存在,没有单质硅,B不正确;SiO2用于制造光导纤维,而不是Si,D不正确。
2.(2019·淮北高一检测)2018世界光纤光缆大会于11月5～7日在杭州召开。光缆的主要成分为SiO2。碳和硅均为第ⅣA族的元素,二者性质既有一定的相似性又有一定的递变性。下列关于SiO2和CO2的说法中,正确的是( )
A.CO2与SiO2都能跟H2O反应生成相应的酸
B.SiO2与CO2都不能与酸反应
C.SiO2与CO2(干冰)都能够与氢氧化钠溶液反应
D.水晶的主要成分是SiC
【解析】选C。A项,CO2与水反应,SiO2不与水反应,也不溶于水;B项,SiO2为酸性氧化物,能与HF反应,但CO2不与酸反应;C项,SiO2、CO2均能与NaOH溶液反应:SiO2+ 2NaOH====Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O;D项,水晶是纯净的SiO2,SiC俗称金刚砂。
【补偿训练】
(2019·泉州高一检测) 现有下列五个转化,其中不可能通过一步反应实现的是( )
①SiO2→Na2SiO3 ②CuSO4→CuCl2
③SiO2→H2SiO3 ④CuO→Cu(OH)2
⑤Na2O2→NaOH
A.①② B.③④ C.②③④ D.②③④⑤
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元素周期表的应用PPT，第三部分内容：知识关联·素养运用
【核心整合】
1.同周期、同主族元素性质的预测
2.元素“位—构—性”三者之间的关系
【素养迁移】
1.1782年,奥地利首都维也纳一家矿场监督缪勒(Franz Joseph Muller)是第一个提取出碲的人,他在罗马尼亚的一个矿坑中发现当地人称为“奇异金”的矿石提取出碲。碲(Te)是与O、S同主族的元素,位于第五周期。
据此,推断碲的相关性质错误的是( )
A.碲的单质在常温下是固态
B.碲的常见化合价是-2、+4、+6
C.碲可能作半导体材料
D.碲的氢化物H2Te很稳定
【解析】选D。第ⅥA族,从上到下,非金属性逐渐减弱,所以H2Te不稳定。
2.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.元素X与元素Z的最高正化合价之和的数值等于8
B.原子半径的大小顺序为r(X)>r(Y)>r(Z)>r(W)>r(Q)
C.离子Y2-和Z3+的核外电子数和电子层数都不相同
D.元素W的最高价氧化物对应的水化物的酸性比元素Q的强
【解析】选A。X、Y、Z、W、Q分别为N、O、Al、S、Cl。X(N)的最高正价为+5价,Z(Al)的最高正价为+3价,X(N)、Z(Al)的最高正价之和为8,A项正确;原子半径r(Z)>r(X),B项错误;Y2-为O2-,Z3+为Al3+,它们的核外电子数和电子层数均相同,C项错误;元素W的最高价氧化物对应的水化物为H2SO4,其酸性比Q的最高价氧化物对应的水化物HClO4弱,D项错误。
3.古诗云:“唯有儿时不可忘,持艾簪蒲额头王。”意思是说端午节这天,孩子们拿了艾叶,戴上菖蒲,额头上用雄黄酒写了“王”字,以辟邪防疫。雄黄是一种矿物质,俗称“鸡冠石”,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在生活中有广泛应用,在周期表中分别位于第ⅡA、ⅢA、ⅥA族,请应用元素周期律科学地推断它们的化合物的性质。
下列说法正确的是( )
A.Sr(锶)的碳酸盐难溶于水
B.Tl(铊)的氢氧化物是两性氢氧化物
C.H2Se比H2S更稳定
D.H3AsO4酸性比H3PO4强
【解析】选A。Sr与Ca同主族,化合物性质相似,碳酸钙不溶于水,则Sr(锶)的碳酸盐难溶于水,故A正确;Al与Tl同主族,金属性Tl强,则Tl(铊)的氢氧化物是强碱,故B错误;S、Se同主族,非金属性S>Se,则H2S比H2Se更稳定,故C错误;P、As同主族,非金属性P>As,则H3AsO4酸性比H3PO4弱,故D错误。
4.锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具等电子产品的不断发展,电池行业已经成为锂最大的消费领域。
镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系,它们的性质相似。例如,它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等。下列关于锂的叙述不正确的是( )
A.Li2SO4能溶于水
B.LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱
C.Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象
D.Li2CO3受热分解,生成Li2O和CO2
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