化学第3节 元素周期表的应用第3课时学案

这是一份化学第3节 元素周期表的应用第3课时学案，共7页。学案主要包含了元素周期表的应用与硅的性质，SiO2的性质等内容，欢迎下载使用。

学生自主学习


元素周期表的应用


1．在元素周期表中，有许多我们陌生的元素，我们可以基于对eq \(□,\s\up4(01))已知元素的认识，利用eq \(□,\s\up4(02))元素周期律以及对eq \(□,\s\up4(03))已知元素及其化合物性质的研究思路和方法，研究陌生元素及其化合物的性质。


2．元素的性质通常包括eq \(□,\s\up4(04))元素化合价、eq \(□,\s\up4(05))原子半径、eq \(□,\s\up4(06))元素原子的得失电子能力等，可以根据eq \(□,\s\up4(07))元素原子结构的特点和元素在eq \(□,\s\up4(08))元素周期表中的位置认识元素的性质。从eq \(□,\s\up4(09))物质的类别、eq \(□,\s\up4(10))元素的化合价、物质中所含有关元素在eq \(□,\s\up4(11))元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。


3．元素周期表已成为化学家的得力工具，为研究eq \(□,\s\up4(12))物质结构、eq \(□,\s\up4(13))发现新元素、eq \(□,\s\up4(14))合成新物质、eq \(□,\s\up4(15))寻找新材料提供了许多有价值的指导。


硅的存在及用途


硅在地壳中的含量仅次于eq \(□,\s\up4(01))氧，eq \(□,\s\up4(02))硅的氧化物及eq \(□,\s\up4(03))硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。eq \(□,\s\up4(04))计算机


芯片、eq \(□,\s\up4(05))光导纤维、eq \(□,\s\up4(06))玻璃仪器等，都是以硅或硅的化合物为材料制成的。


硅及其氧化物的性质


硅原子的最外层有eq \(□,\s\up4(01))4个电子，最高化合价为eq \(□,\s\up4(02))＋4价，最低化合价为eq \(□,\s\up4(03))－4价，硅属于eq \(□,\s\up4(04))非金属元素；与同周期磷元素相比，其核电荷数eq \(□,\s\up4(05))较小，原子半径eq \(□,\s\up4(06))较大，原子核对最外层电子的eq \(□,\s\up4(07))吸引作用较弱，因此硅元素原子的得电子能力较弱。


硅元素(原子序数为eq \(□,\s\up4(08))14)位于元素周期表中eq \(□,\s\up4(09))第3周期ⅣA族，属于eq \(□,\s\up4(10))非金属元素；二氧化硅(SiO2)属于eq \(□,\s\up4(11))酸性氧化物，能与eq \(□,\s\up4(12))碱溶液缓慢反应，高温时能与eq \(□,\s\up4(13))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eq \(□,\s\up4(14))某些还原剂反应；硅酸(H2SiO3)的酸性eq \(□,\s\up4(15))弱于碳酸，硅酸可以由eq \(□,\s\up4(16))硅酸钠(Na2SiO3)与eq \(□,\s\up4(17))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eq \(□,\s\up4(18))氢氟酸反应，该反应曾用于eq \(□,\s\up4(19))刻蚀玻璃。


课堂互动探究


一、元素周期表的应用与硅的性质





1．作为非金属单质Si与前面探讨的非金属单质O2、Cl2、S、C、N2、Br2等的性质类似吗？


提示：Si不易与金属反应而易与非金属如：O2、C、Cl2等反应，这是Si与O2、Cl2、Br2等的不同之处。


2．硅能够成为一种重要的半导体材料可能因为它有什么性质？


提示：具有导电性介于导体与绝缘体之间的性质，也就是介于金属与非金属之间的性质。





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)在哲学方面，元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实，从自然科学上有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。


3．硅的性质


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、Si与强碱溶液反应产生H2是Si的特性。


知识拓展


粗硅在加热条件下和Cl2反应生成SiCl4：Si(粗)＋2Cl2eq \(=====,\s\up17(△))SiCl4↑，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＋2H2eq \(=====,\s\up17(高温))Si＋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。





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；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。


2．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。


规律方法


元素性质与元素在周期表中位置的关系


eq \a\vs4\al(位置, ↓,性质,,)→eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(同主族→\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(相似性：化学性质相似,递变性：从上到下，得电子能力逐渐, 减弱，失电子能力逐渐增强)),同周期→递变性：从左到右，失电子能力逐渐, 减弱，得电子能力逐渐增强))





二、SiO2的性质





从物质的分类看SiO2属于哪一类？可能具有什么性质？


提示：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。





1．SiO2与CO2的比较











2．反应SiO2＋2Ceq \(=====,\s\up17(高温))Si＋2CO↑是氧化还原反应，二氧化硅是氧化剂，碳是还原剂；该反应的产物是CO，不是CO2。


知识拓展


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＋SiO2eq \(=====,\s\up17(高温))Na2SiO3＋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：H2SiO3eq \(=====,\s\up17(△))SiO2＋H2O。





3．关于二氧化硅，下列叙述不正确的是( )


A．水晶的主要成分是二氧化硅


B．二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大差别


C．二氧化硅不溶于水，也不能跟水起反应生成酸


D．二氧化硅是一种酸性氧化物，它不跟任何酸起反应


答案 D


解析 水晶的主要成分为SiO2，A正确；CO2是由分子构成的，而SiO2是Si和O按1∶2组成的空间立体网状结构的晶体，二者物理性质差别很大，B正确；SiO2不溶于水也不与水反应，C正确；SiO2是酸性氧化物，但SiO2能和氢氟酸反应，D不正确。


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＋CaOeq \(=====,\s\up17(高温))CaSiO3，与碳酸钠固体反应的化学方程式为SiO2＋Na2CO3eq \(=====,\s\up17(高温))Na2SiO3＋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








核心素养发展重点
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。
能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构，分析、预测、比较元素及其化合物的性质。