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第1章 原子結構 元素周期律
第3節 元素周期表的應用 課時3
1.掌握硅元素及其化合物的性質。
2.了解元素周期表與元素周期律的應用，建立“位—構—性”關系應用的思維模型。
從山川大河到珠寶玉器，
從世界上第一臺計算機到筆記本再到智能手機，
人類的生活發生了翻天覆地的變化，這些都要歸功于一種元素——硅。硅在地殼中的含量僅次于氧，硅的氧化物及其硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。瑪瑙、水晶、計算機和手機的芯片、光導纖維、玻璃等都是以硅或硅的化合物為材料制成的。
對于陌生元素，我們可以借助于已知元素的認識，利用元素周期律以及對已知元素及其化合物性質的研究思路和方法，研究其及其化合物的性質。
一、預測硅及其化合物的性質
交流·研討
1.比較碳、硅、磷元素的性質。
2.硅及其化合物有哪些？嘗試寫出他們的化學式。
3.請預測硅及其化合物的化學性質，并說明預測依據。
硅及其化合物的化學式 化學性質預測 預測依據
元素 C Si P
原子結構示意圖
主要化合價 +4 -4 +4 -4 +5 -3
碳、硅、磷元素的性質比較
硅、磷元素位于同一周期，硅原子的核電荷數較小，原子半徑較大，原子核對最外層電子的吸引作用較弱，因此硅原子得電子能力（非金屬性）比磷原子弱。
硅、碳元素位于同一主族，硅原子電子層數較多，原子半徑較大，原子核對最外層電子的吸引作用較弱，硅原子得電子能力（非金屬性）比碳原子弱。
硅及其化合物的化學式 化學性質預測 預測依據
Si
SiO2
H2SiO3
Na2SiO3
硅及其化合物的化學性質預測及依據
化學性質不活潑,但是在一定條件下能與氧氣等發生化學反應,由于其性質的特殊性,可能還具有獨特的性質
具有酸性氧化物的通性,能與堿、堿性氧化物等發生反應,可能也具有一定的特性
具有酸的性質,能與堿反應,但酸性較弱,酸性弱于碳酸、磷酸
與碳同主族,與碳單質具有相似的化學性質
與碳同主族,與二氧化碳具有相似的化學性質
與碳同主族，與磷同周期，非金屬性弱于碳和磷
白色固體，易溶于水，與比硅酸酸性強的一些酸反應，生成難溶于水的硅酸
屬于弱酸的正鹽，可與強酸反應生成硅酸
二、硅及其化合物與非金屬材料
1.硅與半導體材料
硅是常溫下化學性質穩定的半導體材料。
工業制硅
SiO2 +2C ==== Si（粗硅）+ 2CO↑
高溫
Si（粗硅）+2Cl2 ==== SiCl4
高溫
SiCl4+2H2 ==== Si（高純硅）+4HCl
SiO2
粗硅
CO
高溫
SiCl4
①焦炭
②Cl2
高溫
H2
HCl
純硅
高溫
③
2.二氧化硅與光導纖維
二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英和水晶的成分都是二氧化硅。
二氧化硅制成的光導纖維克服了聲音信號和圖像信號在銅絲或鋁絲中傳播損耗大的缺點，節約了大量金屬資源。此外還可以應用于能量傳輸、信息處理，遙測遙控和醫療器械。
①與燒堿溶液反應
SiO2+2NaOH == Na2SiO3+H2O
SiO2+CaO ==== CaSiO3
高溫
二氧化硅化學性質——酸性氧化物
②與氧化鈣反應
唯一不溶于水、也不與水反應的酸性氧化物
③弱氧化性
SiO2+2C ==== Si+2CO↑
高溫
④特性（與氫氟酸反應，用于雕刻玻璃）
SiO2 + 4HF == SiF4↑+ 2H2O
3.硅酸鹽與無機非金屬材料
材料
有機高分子材料
金屬材料
無機非金屬材料
傳統無機非
金屬材料
新型無機非
金屬材料
玻璃
水泥
陶瓷
高溫結構陶瓷
生物陶瓷
2HCl + Na2SiO3 == H2SiO3↓+ 2NaCl
硅酸可以由較強酸（碳酸、鹽酸、硫酸等）和可溶性硅酸鹽反應制硅酸的制備：
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓
2H2SO4 + Na2SiO3 == H2SiO3↓+ Na2SO4
三、元素周期表的應用
1930年美國化學家托馬斯·米奇利成功
地獲得了一種新型的致冷劑——CCl2F2（即
氟里昂，簡稱F12）。這完全得益于元素周期
表的指導。在1930年前，一些氣體如氨，二
氧化硫，氯乙烷和氯甲烷等，被相繼用作致冷劑。但是，這些致冷劑不是有毒就是易燃，很不安全。為了尋找無毒不易燃燒的致冷劑，米奇利根據元素周期表研究，分析單質及化合物易燃性和毒性的遞變規律。
在第三周期中，單質的易燃性是Na>Mg>Al，在第二周期中，CH4比NH3易燃，NH3雙比H2O易燃，再比較氫化物的毒性：AsH3>PH3>NH3 H2S>H2O，根據這樣的變化趨勢，元素周期表中右上角的氟元素的化合物可能是理想的元素，不易燃的致冷劑。
米奇利還分析了其它的一些規律，最終，一種全新的致冷劑CCl2F2終于應運而生了。80年代，科學家們發現氟里昂會破壞大氣的臭氧層，危害人類的健康的氣候，逐步將被淘汰。人們又將在元素周期表的指導下去尋找新一代的致冷劑。
在金屬和非金屬分界線處，尋找半導體材料。
尋找優良催化劑，尋找耐高溫耐酸堿腐蝕的特種合金，用來制造火箭、導彈、宇宙飛船等
尋找用于制農藥的材料(非金屬F、Cl、S、P等)
練一練
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)自然界中硅元素都存在于石英中。 (　　)
(2)晶體硅的結構和金剛石類似,熔點高。 (　　)
(3)硅是制造太陽能電池的常用材料。 (　　)
(4)石英、水晶、沙子的主要成分都是二氧化硅。 (　　)
(5)SiO2是一種空間立體網狀結構的晶體,熔點高、硬度大。 (　　)
(6)SiO2是制作半導體的材料,Si是制作光纖的材料。 (　　)
(7)氫氟酸不能存放在玻璃瓶中,要用塑料瓶存放。 (　　)
(8)SiO2既能和NaOH反應,又能和HF反應,所以二氧化硅屬于兩性氧化物。 (　　)
(9)水玻璃可用作木材防火劑。 (　　)
(10)Na2SiO3的水溶液俗稱水玻璃,往其中通入CO2有沉淀產生。 (　　)
(11)水泥、玻璃、陶瓷都是傳統無機非金屬材料。 (　　)
×
√
√
√
√
×
×
√
√
√
√
2.下列關于硅和二氧化硅的說法不正確的是(　　)。
A.晶體硅呈灰黑色,是具有金屬光澤、硬而脆的固體
B.硅的化學性質很穩定,但自然界里無游離態的硅存在,常溫下可與其他物質發生反應
C.硅和二氧化硅都能與NaOH溶液反應
D.工業上用焦炭在高溫條件下還原二氧化硅來制備硅,說明通常情況下還原性C>Si
D
3.下列關于硅酸的說法正確的是(　　)。
A.硅酸可以通過SiO2和水的化合反應直接制得
B.可用反應Na2SiO3+2HCl 2NaCl+H2SiO3↓制取硅酸
C.因為硅酸難溶于水,所以它不能與NaOH溶液反應
D.干燥劑“硅膠”的主要化學成分是硅酸
B
4．元素周期表中某區域的一些元素通常用來制造農藥，它們是(　　)
A．左下方區域的金屬元素
B．金屬元素和非金屬元素分界線附近的元素
C．右上方區域的非金屬元素
D．稀有氣體元素
C
5． W、X、Y、Z是原子序數依次增大的四種短周期主族元素。其中X、Y為金屬元素，W和Z同主族。Z的核外電子數是W的2倍，W和Z的質子數之和等于X和Y的質子數之和。下列說法正確的是(　　)
A．原子半徑：X＞Y＞W＞Z
B．W和X組成的化合物一定是堿性氧化物
C．Z對應的氣態氫化物中所有原子均達到8電子穩定結構
D．向氫元素與W、X、Y組成的化合物水溶液中滴入稀鹽酸至過量，溶液先變渾濁后澄清
D
預測元素及其化合物的性質
硅及其化合物
元素周期表的應用
硅及其化合性質
硅及其化合物的應用
發現新元素、預測元素性質
尋找半導體材料
尋找制造新品種農藥元素
尋找催化劑元素
尋找耐高溫、耐腐蝕的合金元素

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