2020版新教材高中化学1.3.3预测元素及其化合物的性质课件鲁教版.pptx

第3课时 预测元素及其化合物的性质,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。,+4,-4,非金属,弱,(2)性质预测。,氧气,碳,酸性,CO2,弱于,2.化学性质验证 (1)单质硅的化学性质 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,SiF4,4,SiF4+2H2,Na2SiO3+2H2,加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生 反应。 Si+O2 _。,SiO2,【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 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=_;,Na2SiO3+H2O,b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐: SiO2+CaO _。 弱氧化性:SiO2+2C _。 特性:与氢氟酸(HF)反应: SiO2+_HF=_。 此反应常被用来刻蚀_。,CaSiO3,Si(粗)+2CO,4,SiF4+2H2O,玻璃,【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。,CO2+H2O,H2SiO3,【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。,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。,(4)H2CO3的酸性大于H2SiO3,所以有Na2SiO3+CO2+H2O =H2SiO3+Na2CO3,但在高温下Na2CO3+SiO2 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:H2SiO3 SiO2+H2O。,【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。,【母题追问】上题C中,如何制备单质硅?制得的硅中可能含有哪些杂质?如何提纯?,提示:工业上一般用焦炭还原二氧化硅制得粗硅,粗硅中可能含有碳单质以及二氧化硅,接着让硅与氯气反应,生成四氯化硅液体,过滤,除去其中的固体杂质,然后用氢气还原所得到的四氯化硅,便得到纯净的硅。,【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57日在杭州召开。光缆的主要成分为SiO2。碳和硅均为第A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 ( ) SiO2Na2SiO3 CuSO4CuCl2 SiO2H2SiO3 CuOCu(OH)2 Na2O2NaOH A. B. C. D.,【解析】选B。SiO2 Na2SiO3,CuSO4 CuCl2,Na2O2 NaOH。,【素养提升】 在食品或者鞋子等包装盒中往往会加入变色硅胶的包装袋,以防商品受潮。变色硅胶吸水前后的颜色变化如图所示:,硅胶和石英的主要成分都是SiO2,前者是结构疏松的SiO2,后者是结构致密的SiO2。二者成分相同,结构不同,化学性质相同,物理性质上表现出差别,具有不同的用途。由石英制取硅胶,经历以下三步,试写出每步反应的化学方程式。,(1)用NaOH(aq)溶解石英,则溶解过程中石英发生了哪些反应? 提示:石英主要成分是酸性氧化物SiO2,与碱反应生成盐和水: 2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O,(2)过滤,向滤液中加入盐酸,至沉淀不再产生,此过程中发生了哪些反应? 提示:过滤,除去石英中的杂质,得滤液为Na2SiO3(aq),硅酸是弱酸,Na2SiO3与盐酸发生复分解反应: Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3。,(3)微热,浓缩硅酸溶液,加热蒸干溶液,并使固体完全 分解,加热蒸干后固体物质的成分是什么?中间发生了 什么变化? 提示:微热,H2SiO3(aq)浓缩,H2SiO3聚合为胶体,加热硅 酸溶胶脱水,生成多孔硅胶: H2SiO3 H2O+SiO2。,知识点二 “预测元素性质”的基本方法 【重点释疑】 1.由原子序数确定元素位置的规律 只要记住了稀有气体元素的原子序数(He2、Ne10、Ar18、Kr36、Xe54、Rn86),就可由主族元素的原子序数推出主族元素的位置。,(1)若比相应的稀有气体元素多1或2,则应处在下周期的第A族或第A族,如88号元素:88-86=2,则应在第七周期第A族; (2)若比相应的稀有气体元素少15时,则应处在同周期的第A族第A族,如84号元素应在第六周期第A族;,(3)若预测新元素,可与未发现的稀有气体元素(118号)比较,按上述方法推测知:114号元素应为第七周期第A族。,2.性质与位置互推问题是解题的关键 熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律,主要包括: (1)元素的金属性、非金属性。 (2)气态氢化物的稳定性。 (3)最高价氧化物对应水化物的酸碱性。 (4)金属与H2O或酸反应的难易程度。,3.结构和性质的互推问题是解题的要素 (1)最外层电子数是决定元素原子的氧化性和还原性的主要原因。 (2)原子半径决定了元素单质的性质;离子半径决定了元素组成化合物的性质。 (3)同主族元素最外层电子数相同,性质相似。,【思考讨论】 (1)已知,S和Se同主族,试比较H2SO4和H2SeO4哪者酸性更强? 提示:因为S、Se同主族,自上至下,元素的非金属性减弱,最高价氧化物对应的水化物酸性减弱,故酸性:H2SO4H2SeO4。,(2)根据元素周期律可以推知Ba(OH)2和Ca(OH)2哪者碱性更强? 提示:在元素周期表中,Ba和Ca位于同一主族,且Ba位于Ca的下方,故碱性:Ca(OH)2Ba(OH)2,即Ba(OH)2碱性更强。,【案例示范】 【典例】锗(Ge)是第四周期第A族元素,门捷列夫把它命名为类硅,处于周期表中金属区与非金属区的交界线上,用于制造晶体管及各种电子装置。主要的终端应用为光纤系统与红外线光学,也用于聚合反应的催化剂,电子用途与太阳能电力等。铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石、泥土和泉水中都含有微量的锗。,下列叙述正确的是 ( ) A.锗是一种金属性很强的元素 B.锗的单质具有半导体的性能 C.锗化氢(GeH4)稳定性很强 D.锗酸(H4GeO4)是难溶于水的强酸,【思维建模】推测元素性质的流程如下:,【解析】选B。锗处于金属区与非金属区的交界线上,元素金属性和非金属性都较弱,反应中既不易得电子,也不易失去电子,常用于作半导体材料;锗化氢(GeH4)稳定性很弱;锗和硅处于同一主族,主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱,则硅的非金属性大于锗,非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强,所以锗酸酸性比硅酸弱,为弱酸,碳酸溶于水,硅酸不溶于水,推知锗酸(H4GeO4)应难溶于水,故D错误。,【方法规律】推断陌生元素性质的“3”个分析角度 (1)与同周期前、后元素相比较,根据同周期元素性质的递变规律推测元素的性质。 (2)与同主族上、下元素相比较,依据同主族元素性质的递变规律推测元素的性质。,(3)比较不同周期、不同主族元素的性质时,可借助“三角”规律推断 若A、B、C三种元素位于元素周期表中如图所示位置,有关元素的各种性质均可排出顺序(但D不能参与排序)。,原子半径:CAB; 金属性:CAB; 非金属性:BAC。,【迁移应用】 1.根据下列元素在元素周期表中的位置预测物质的性质,对下列物质的认识错误的是 ( ) A.铍(Be)的原子失电子能力比镁弱 B.砹(At)的氢化物不稳定 C.硒(Se)化氢比硫化氢稳定 D.氢氧化锶Sr(OH)2比氢氧化钙的碱性强,【解析】选C。硒(Se)和硫是同主族元素,硫非金属性强,氢化物的稳定性强。,2.科学家根据元素周期律和原子结构理论预测,原子序数为114的元素位于第7周期A族,称为类铅元素。下面关于它的原子结构和性质预测正确的是 世纪金榜导学号( ),A.类铅元素原子的最外层电子数为6 B.其常见价态为+4、-4 C.它的金属性比铅强 D.它的原子半径比铅小,【解析】选C。114号元素位于第7周期第A族,因此其最外层电子数为4,故A项错误。因同主族从上到下,金属性逐渐增强,原子半径逐渐增大,故114号类铅元素是一种典型的金属元素,且其金属性比铅强,原子半径比铅大,故C项正确,D项错误;金属元素没有负化合价,故B项错误。,【补偿训练】 (2019洛阳高一检测)某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,由此可以判断 ( ),A.R一定是第4周期元素 B.R一定是A族元素 C.R的气态氢化物比同周期其他元素气态氢化物稳定 D.R的气态氢化物化学式为H2R,【解析】选D。根据最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,推出R最高正化合价为+6,是A族元素,但不能确定其周期数;其气态氢化物可表示为H2R,其稳定性比同周期的A族的小。,【素养提升】 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A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_。 镓是制造高温温度计的上佳材料 镓能溶于强酸和强碱中,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 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】。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, 即正确,不正确。,知识点三 元素“位构性”三者之间的关系 【重点释疑】 同一元素的“位置、结构、性质”之间的关系可表示如下:,应用“位置、结构、性质”三者之间的关系解答问题时要注意以下几个方面:,1.元素的原子结构与元素在周期表中位置的关系,2.原子结构与元素性质的关系,3.元素性质与元素在周期表中位置的关系,【易错提醒】元素推断的思路分析,【思考讨论】 (1)什么元素(放射性元素除外)的金属性最强?什么元素的非金属性最强?分别位于元素周期表中的什么位置? 提示:铯的金属性最强,氟的非金属性最强,分别位于元素周期表的左下角和右上角。,(2)如果已知X、Y为周期表中相邻的两元素,且它们的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为XY,能否确定它们的相对位置?,提示:可根据元素非金属性的变化规律确定它们的相对位置。由已知条件可确定非金属性为XY,所以,如果它们同周期,则X在Y的右面;如果它们同主族,则X在Y的上面。,【案例示范】 【典例】(2019全国卷)今年是门捷列夫发现元素周期律150周年。如表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z为短周期主族元素,W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是 ( ),A.原子半径:WX B.常温常压下,Y单质为固态 C.气态氢化物热稳定性:ZW D.X的最高价氧化物的水化物是强碱,【思维建模】解答元素推断题的常见思路为:,【解析】选D。主族元素的最高化合价与最外层电子数相等,由“W与X的最高化合价之和为8”可知,W为N,X为Al,Y为Si,Z为P。原子半径:NAl,A正确;常温常压下,硅单质为固态,B正确;同一主族元素的气态氢化物热稳定性自上而下逐渐减弱,故ZW, C正确;Al的最高价氧化物的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物,D错误。,【迁移应用】 (2019厦门高一检测)短周期元素甲戊在元素周期表中的相对位置如表所示,下面判断正确的是( ) 世纪金榜导学号,A.原子半径:丙丙 C.氢氧化物碱性:丙丁戊 D.最外层电子数:甲乙,【解析】选C。同周期元素原子半径从左至右是依次减小的,故A项错误;同主族元素金属性自上而下是增强的,故B项错误;同周期元素的金属性从左至右越来越弱,故对应氢氧化物的碱性是逐渐减弱的,故C项正确;同周期元素的原子最外层电子数从左到右越来越多,故D项错误。,【补偿训练】 (2019东莞高一检测) a、b、c、d为短周期元素,a的原子中只有1个电子,b2-和c+离子的电子层结构相同,d与b同族。下列叙述错误的是 ( ),A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为+1 B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物 C.c的原子半径是这些元素中最大的 D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性,【解析】选A。由题中所给的信息可知,a为H,b为O,c为Na,d为S。A项中,H与Na可以形成化合物NaH,H的化合价为-1;B项中,O与其他三种元素可以形成H2O、H2O2、Na2O、Na2O2、SO2、SO3等二元化合物;C项中,四种元素原子半径大小顺序为NaSOH;D项中,H与S形成化合物H2S,其水溶液呈弱酸性。,【课堂回眸】,【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A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 世纪金榜导学号( ),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A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A、A、A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SSe,则H2S比H2Se更稳定,故C错误;P、As同主族,非金属性PAs,则H3AsO4酸性比H3PO4弱,故D错误。,4.锂广泛应用于电池、陶