《元素周期表的應(yīng)用》原子結(jié)構(gòu)元素周期律PPT(第3課時(shí))

《元素周期表的應(yīng)用》原子結(jié)構(gòu)元素周期律PPT(第3課時(shí))

第一部分內(nèi)容：必備知識(shí)·素養(yǎng)奠基

一、根據(jù)同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律預(yù)測(cè)硅的性質(zhì)

1.性質(zhì)的預(yù)測(cè)

(1)硅元素的原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)分析。

(2)性質(zhì)預(yù)測(cè)。

2.化學(xué)性質(zhì)驗(yàn)證

(1)單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)

①常溫下,硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑,只與F2、HF、強(qiáng)堿(如NaOH)溶液反應(yīng)。

Si+__F2====____,

Si+__HF====____________, 

Si+2NaOH+H2O====_____________。

②加熱條件下和某些非金屬單質(zhì)(如O2、Cl2)發(fā)生反應(yīng)。

Si+O2    ____。

【巧判斷】

(1)因?yàn)楣璧幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑,所以在自然界中有游離態(tài)的硅存在。(　　)

提示:×。硅的化學(xué)性質(zhì)雖然不活潑,但是在自然界中硅元素全部以化合態(tài)的形式存在。 

(2)硅單質(zhì)不與任何酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(　　)

提示:×。硅可以與氫氟酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

(2)SiO2的化學(xué)性質(zhì)

①具有酸性氧化物的通性:

a.常溫下SiO2與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成鹽和水:

SiO2+2NaOH====___________; 

b.高溫下SiO2與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽:

SiO2+CaO     ______。

②弱氧化性:SiO2+2C     _____________。

③特性:與氫氟酸(HF)反應(yīng):

SiO2+__HF====___________。

此反應(yīng)常被用來(lái)刻蝕_____。

【巧判斷】

(1)SiO2是酸性氧化物,所以SiO2能與H2O反應(yīng)生成硅酸。 (　　)

提示:×。SiO2雖然是酸性氧化物,但是不與H2O反應(yīng)生成硅酸。 

(2)因?yàn)镾iO2能導(dǎo)電,所以SiO2能用于制造光導(dǎo)纖維。(　　)

提示:×。SiO2不能導(dǎo)電。

(3)H2SiO3的化學(xué)性質(zhì)。

H2SiO3是一種弱酸,具有酸的性質(zhì),但是酸性比碳酸的弱。

驗(yàn)證:Na2SiO3+_______====________+Na2CO3。 

【微思考】

非金屬性硅比碳弱,你還能用什么方式進(jìn)行證明?

提示:可以用氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證,其中硅烷的穩(wěn)定性不如甲烷的穩(wěn)定性強(qiáng)。

【情境·思考】

“瑪瑙”早期被書(shū)寫(xiě)成“馬腦”。因“色如馬腦,故從彼名”。自佛經(jīng)傳入中國(guó)后,翻譯人員考慮到“馬腦”屬玉石類,于是巧妙地譯成“瑪瑙”。

瑪瑙的主要成分為二氧化硅,由于其與水化二氧化硅(硅酸)交替而常重復(fù)成層。因其夾雜氧化金屬,顏色可從極淡色到暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸。

提示:二氧化硅不與水反應(yīng),故應(yīng)先與堿(如NaOH溶液)反應(yīng)生成硅酸鹽,再與酸(如鹽酸)反應(yīng)生成硅酸。

二、元素周期表的應(yīng)用

1.科學(xué)預(yù)測(cè)

根據(jù)元素在周期表中的位置,推測(cè)元素的原子結(jié)構(gòu),預(yù)測(cè)其主要性質(zhì),為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新元素、合成新物質(zhì)等提供許多有價(jià)值的指導(dǎo)。

2.在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用

利用元素周期表尋找新材料。

將下面左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)內(nèi)容連線:

【情境思考】人工合成氨是科學(xué)史上的里程碑之一。一百多年來(lái),工業(yè)合成氨需要高溫高壓的苛刻條件,而自然界的生物固氮是在常溫常壓下進(jìn)行的。因此高效的人工模擬生物固氮成為催化科學(xué)領(lǐng)域的圣杯。

若要研制新型的高效催化劑,應(yīng)該在元素周期表的什么位置尋找合適的元素?

提示:在元素周期表中的過(guò)渡元素部分尋找合適的催化劑。

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元素周期表的應(yīng)用PPT，第二部分內(nèi)容：關(guān)鍵能力·素養(yǎng)形成

知識(shí)點(diǎn)一　硅及其化合物的特性

【重點(diǎn)釋疑】

1.硅的特性

(1)一般情況下,非金屬單質(zhì)熔、沸點(diǎn)低,硬度小,但晶體硅熔、沸點(diǎn)高,硬度大;非金屬單質(zhì)一般不導(dǎo)電,但Si為半導(dǎo)體,有一定的導(dǎo)電能力。

(2)非金屬單質(zhì)一般不跟非氧化性酸反應(yīng),但Si卻能與HF反應(yīng):Si+4HF====SiF4↑+2H2↑。

(3)Si的還原性大于C,但C卻能在高溫下還原出Si:SiO2+2C     Si+2CO↑。 

(4)非金屬單質(zhì)跟堿液的作用一般非金屬單質(zhì)既作氧化劑又作還原劑,且無(wú)H2放出,但Si與堿液(如NaOH溶液)

反應(yīng)只作還原劑,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,不能直接用它與水反應(yīng)來(lái)制取H2SiO3。

(2)非金屬氧化物的熔、沸點(diǎn)一般較低,但SiO2的卻很高。

(3)酸性氧化物一般不與酸作用,但SiO2能跟HF作用: SiO2+4HF====SiF4↑+2H2O。

【易錯(cuò)提醒】SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大,是由于二者結(jié)構(gòu)上的差別造成的。SiO2是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,不存在SiO2分子,而CO2是由碳、氧原子結(jié)合成的分子,微粒間的作用力遠(yuǎn)小于SiO2。

這樣的結(jié)構(gòu)差異也決定了CO2和SiO2的化學(xué)性質(zhì)有很大的不同。雖然兩者都是酸性氧化物,但由于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,SiO2不能像CO2那樣在水溶液中和氣體狀態(tài)時(shí)與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

【思考·討論】

(1)將少量CO2通入Na2SiO3溶液會(huì)生成白色沉淀,寫(xiě)出相關(guān)的化學(xué)方程式,并比較碳酸和硅酸的強(qiáng)弱。

提示:反應(yīng)方程式為H2O+CO2+Na2SiO3====Na2CO3+ H2SiO3↓,說(shuō)明硅酸的酸性比碳酸的還弱。

(2)根據(jù)反應(yīng)SiO2+Na2CO3     CO2↑+Na2SiO3,能判斷硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)嗎?為什么?

提示:不能。“強(qiáng)酸制弱酸”一般用于水溶液中的反應(yīng)。該反應(yīng)由SiO2生成CO2是在高溫下進(jìn)行的,不是在水溶液環(huán)境中進(jìn)行的。反應(yīng)能發(fā)生是因?yàn)楫a(chǎn)物CO2是氣態(tài)能脫離反應(yīng)體系,使反應(yīng)正向進(jìn)行。

【案例示范】

【典例】(2019·銀川高一檢測(cè))下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是(　　)

A.硅是非金屬元素,與任何酸都不發(fā)生反應(yīng)

B.SiO2溶于水生成硅酸,其水溶液顯酸性

C.硅的性質(zhì)很穩(wěn)定,但在自然界中不存在游離態(tài)

D.二氧化硅是酸性氧化物,可以與堿反應(yīng),但是不能與酸反應(yīng)

【解題指南】解答本題注意以下兩點(diǎn):

(1)硅與二氧化硅性質(zhì)都比較穩(wěn)定,除氫氟酸之外,一般不與酸反應(yīng);

(2)酸性氧化物是指能與堿反應(yīng)只生成鹽和水的氧化物,不一定與水反應(yīng)。

【解析】選C。硅在常溫下可以與氫氟酸反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;SiO2不溶于水,也不能與水反應(yīng),所以B錯(cuò)誤;自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅,化合態(tài)的硅幾乎全部是二氧化硅和硅酸鹽, C項(xiàng)正確;SiO2是酸性氧化物,但是可以與氫氟酸反應(yīng),D錯(cuò)誤。

【遷移·應(yīng)用】

1.2019年,華為推出了麒麟985芯片,用于新一代5G智能手機(jī)。芯片是通過(guò)專門(mén)的工藝可以在硅晶片上刻蝕出數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的晶體管,被廣泛應(yīng)用于集成電路的制造。對(duì)硅芯片技術(shù)的掌握已經(jīng)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展的重要力量。下列說(shuō)法正確的是(　　)

A.硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,常溫下不能與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)

B.硅在自然界中的含量很大,自然界中存在大量的單質(zhì)硅

C.高純度的硅被用于制作計(jì)算機(jī)芯片

D.高純度的硅常被用來(lái)制造光導(dǎo)纖維

【解析】選C。硅的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,但在常溫下能與強(qiáng)堿溶液、HF、F2等反應(yīng),A不正確;自然界中硅以化合態(tài)形式存在,沒(méi)有單質(zhì)硅,B不正確;SiO2用于制造光導(dǎo)纖維,而不是Si,D不正確。

2.(2019·淮北高一檢測(cè))2018世界光纖光纜大會(huì)于11月5～7日在杭州召開(kāi)。光纜的主要成分為SiO2。碳和硅均為第ⅣA族的元素,二者性質(zhì)既有一定的相似性又有一定的遞變性。下列關(guān)于SiO2和CO2的說(shuō)法中,正確的是(　　)

A.CO2與SiO2都能跟H2O反應(yīng)生成相應(yīng)的酸

B.SiO2與CO2都不能與酸反應(yīng)

C.SiO2與CO2(干冰)都能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)

D.水晶的主要成分是SiC

【解析】選C。A項(xiàng),CO2與水反應(yīng),SiO2不與水反應(yīng),也不溶于水;B項(xiàng),SiO2為酸性氧化物,能與HF反應(yīng),但CO2不與酸反應(yīng);C項(xiàng),SiO2、CO2均能與NaOH溶液反應(yīng):SiO2+ 2NaOH====Na2SiO3+H2O,CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O;D項(xiàng),水晶是純凈的SiO2,SiC俗稱金剛砂。

【補(bǔ)償訓(xùn)練】

(2019·泉州高一檢測(cè)) 現(xiàn)有下列五個(gè)轉(zhuǎn)化,其中不可能通過(guò)一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是(　　)

①SiO2→Na2SiO3    ②CuSO4→CuCl2

③SiO2→H2SiO3     ④CuO→Cu(OH)2

⑤Na2O2→NaOH

A.①②　　B.③④　　C.②③④　　D.②③④⑤

... ... ...

元素周期表的應(yīng)用PPT，第三部分內(nèi)容：知識(shí)關(guān)聯(lián)·素養(yǎng)運(yùn)用

【核心整合】

1.同周期、同主族元素性質(zhì)的預(yù)測(cè)

2.元素“位—構(gòu)—性”三者之間的關(guān)系

【素養(yǎng)遷移】

1.1782年,奧地利首都維也納一家礦場(chǎng)監(jiān)督繆勒(Franz Joseph Muller)是第一個(gè)提取出碲的人,他在羅馬尼亞的一個(gè)礦坑中發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厝朔Q為“奇異金”的礦石提取出碲。碲(Te)是與O、S同主族的元素,位于第五周期。

據(jù)此,推斷碲的相關(guān)性質(zhì)錯(cuò)誤的是(　　)

A.碲的單質(zhì)在常溫下是固態(tài)

B.碲的常見(jiàn)化合價(jià)是-2、+4、+6

C.碲可能作半導(dǎo)體材料

D.碲的氫化物H2Te很穩(wěn)定

【解析】選D。第ⅥA族,從上到下,非金屬性逐漸減弱,所以H2Te不穩(wěn)定。

2.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相對(duì)位置如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 (　　)

A.元素X與元素Z的最高正化合價(jià)之和的數(shù)值等于8

B.原子半徑的大小順序?yàn)閞(X)>r(Y)>r(Z)>r(W)>r(Q)

C.離子Y2-和Z3+的核外電子數(shù)和電子層數(shù)都不相同

D.元素W的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性比元素Q的強(qiáng)

【解析】選A。X、Y、Z、W、Q分別為N、O、Al、S、Cl。X(N)的最高正價(jià)為+5價(jià),Z(Al)的最高正價(jià)為+3價(jià),X(N)、Z(Al)的最高正價(jià)之和為8,A項(xiàng)正確;原子半徑r(Z)>r(X),B項(xiàng)錯(cuò)誤;Y2-為O2-,Z3+為Al3+,它們的核外電子數(shù)和電子層數(shù)均相同,C項(xiàng)錯(cuò)誤;元素W的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H2SO4,其酸性比Q的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物HClO4弱,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

3.古詩(shī)云:“唯有兒時(shí)不可忘,持艾簪蒲額頭王。”意思是說(shuō)端午節(jié)這天,孩子們拿了艾葉,戴上菖蒲,額頭上用雄黃酒寫(xiě)了“王”字,以辟邪防疫。雄黃是一種礦物質(zhì),俗稱“雞冠石”,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在生活中有廣泛應(yīng)用,在周期表中分別位于第ⅡA、ⅢA、ⅥA族,請(qǐng)應(yīng)用元素周期律科學(xué)地推斷它們的化合物的性質(zhì)。

下列說(shuō)法正確的是(　　)

A.Sr(鍶)的碳酸鹽難溶于水

B.Tl(鉈)的氫氧化物是兩性氫氧化物

C.H2Se比H2S更穩(wěn)定

D.H3AsO4酸性比H3PO4強(qiáng)

【解析】選A。Sr與Ca同主族,化合物性質(zhì)相似,碳酸鈣不溶于水,則Sr(鍶)的碳酸鹽難溶于水,故A正確;Al與Tl同主族,金屬性Tl強(qiáng),則Tl(鉈)的氫氧化物是強(qiáng)堿,故B錯(cuò)誤;S、Se同主族,非金屬性S>Se,則H2S比H2Se更穩(wěn)定,故C錯(cuò)誤;P、As同主族,非金屬性P>As,則H3AsO4酸性比H3PO4弱,故D錯(cuò)誤。

4.鋰廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、玻璃、潤(rùn)滑劑、制冷液、核工業(yè)以及光電等行業(yè)。隨著電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)電動(dòng)工具等電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展,電池行業(yè)已經(jīng)成為鋰最大的消費(fèi)領(lǐng)域。

鎂、鋰在元素周期表中具有特殊“對(duì)角線”關(guān)系,它們的性質(zhì)相似。例如,它們的單質(zhì)在過(guò)量氧氣中燃燒時(shí)均只生成正常的氧化物等。下列關(guān)于鋰的敘述不正確的是(　　)

A.Li2SO4能溶于水

B.LiOH是易溶于水、受熱不分解的強(qiáng)堿

C.Li遇濃硫酸不產(chǎn)生“鈍化”現(xiàn)象

D.Li2CO3受熱分解,生成Li2O和CO2

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