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第三節 元素周期律的應用
第3課時　預測元素及其化合物的性質
復習鞏固
同周期、同主族元素性質的變化規律(0族除外)
內容 同周期（從左到右） 同主族（從上到下）
原子半徑
電子層結構
失電子能力 得電子能力
金屬性非金屬性
主要化合價
最高價氧化物對應的水化物酸堿性
非金屬元素氣態氫 化物的形成與穩定性
逐漸減小
逐漸增大
電子層數相同、最外層電子增多
失電子逐漸減弱
得電子逐漸增強
失電子逐漸增強
得電子逐漸減弱
金屬性減弱、 非金屬性增強
金屬性增強、非金屬性減弱
最高正價+1→+7（除O、F）
最高正價=主族序數
堿性逐漸減弱
酸性逐漸增強
堿性逐漸增強
酸性逐漸減弱
形成：由難到易
穩定性：逐漸增強
形成：由易到難
穩定性：逐漸減弱
電子層增多最外層電子數相同
元素在周期表中的位置，反映了元素的原子結構和元素的性質，而根據元素的原子結構又可推測它在元素周期表中的位置和性質，三者之間的關系如圖所示。
世界著名高科技產業區——硅谷
硅谷，是高科技事業云集的圣塔克拉拉谷的別稱。硅谷最早是研究和生產以硅為基礎的半導體芯片的地方，因此得名。
硅在地殼中的含量僅次于氧，硅的氧化物及硅酸鹽構成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。計算機芯片、光導纖維、玻璃儀器等，都是以硅或硅的化合物為材料制成的。硅在自然界中主要以硅酸鹽（如地殼中的大多數礦物）和氧化物（如水晶、瑪瑙、石英砂）的形式存在。
認識硅
硅孔雀石
水晶
硅元素位于元素周期表中：第三周期 ⅣA族
+6
4
2
C
+15
8
2
P
5
與同主族的碳元素相比，硅元素原子的得電子能力弱。（非金屬性）
與同周期的磷元素相比，硅元素原子的得電子能力弱。（非金屬性）
硅單質的物理性質
單質硅
單質碳
灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體
熔、沸點高、硬度大
(導電性介于導體和絕緣體之間)
晶體硅是良好的半導體
硅（Si）的化學性質
（1）常溫下，硅的化學性質不活潑，除氫氟酸、氟氣、強堿外不跟其他物質反應。
Si＋2F2＝SiF4
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
③Si＋2KOH＋H2O＝K2SiO3＋2H2↑
a.硅與氟氣反應：
b.硅與氫氟酸反應：
c.硅與KOH（強堿）反應：
(與唯一酸反應)
（2）加熱條件下，硅和一些非金屬反應。
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC(金剛砂)
高溫
1.我國具有獨立知識產權的電腦芯片“龍芯一號”的問世，填補了我國計算機制造史上的一項空白。下列對晶體硅的有關敘述正確的是( 　 )
A．晶體硅和金剛石的物理性質相似
B．晶體硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質發生反應
C．晶體硅是一種良好的半導體材料，但是它的提煉工藝復雜，價格昂貴
D．晶體硅具有金屬光澤，故它屬于金屬材料，可以導電
A
資料卡片
SiO2是一種酸性氧化物，能與強堿溶液反應。如SiO2與 NaOH 溶液反應可生成 Na2SiO3 。
氫氟酸是 HF 的水溶液，可與 SiO2 發生反應生成 SiF4 氣體和水，可以用氫氟酸溶蝕玻璃生產磨砂玻璃。
SiO2 既能與 NaOH 溶液反應，也能與氫氟酸反應，能認為 SiO2 屬于兩性氧化物嗎
SiO2 不屬于兩性氧化物。兩性氧化物指既能與酸反應生成鹽和水，又能與堿反應生成鹽和水的氧化物。 SiO2 能與氫氟酸反應，但并不生成鹽和水。
——但不溶于水，也不與水反應
酸性氧化物的通性
SiO2＋CaO === CaSiO3
高溫
SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O
SiO2＋Na2O === Na2SiO3
高溫
與強堿溶液反應：
與堿性氧化物反應：
硅酸鈉
俗稱泡花堿，其水溶液俗稱“水玻璃”，可作粘合劑、防火劑
為什么不能用磨口玻璃塞的試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液
若使用帶玻璃塞的試劑瓶盛放堿液，堿液能與玻璃中SiO2發生反應生成Na2SiO3，導致玻璃塞與瓶口內側粘連而無法打開。
特性：只能與氫氟酸(HF)反應
SiO2 + 4HF === SiF4↑+ 2H2O（曾用于刻蝕玻璃）
HF能腐蝕玻璃，因此，盛裝氫氟酸不能用玻璃試劑瓶而要用塑料瓶。
SiO2+2C Si+2CO↑（工業制粗硅）
高溫
弱氧化性
與碳酸鹽反應
SiO2＋Na2CO3 === Na2SiO3＋CO2 ↑
高溫
SiO2＋CaCO3 === CaSiO3＋CO2 ↑
高溫
工業生產玻璃原理
二氧化硅的用途
光導纖維
石英坩堝
玻璃儀器
水晶、瑪瑙飾品
【例1】《本草衍義》中有如下敘述：“嘉州峨眉山有燕薩石，形六棱而銳首，色瑩白明澈。”這里“燕薩石”的主要成分可能是(　　)
A．CaO　　　　　　　B．SiO2
C．石墨 D．NaCl
B
【例2】二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是(　　)
A．二氧化硅是一種立體網狀結構的晶體，熔點高、硬度大
B．二氧化硅為酸性氧化物，能與水反應生成硅酸
C．實驗室不能用磨口玻璃塞試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液
D．氫氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氫氟酸
B
甲 乙
丙 丁
3．甲~丁均為短周期主族元素，在元素周期表中的相對位置如圖所示。丁的最高價氧化物對應的水化物在同周期中酸性最強，下列說法正確的是
A．非金屬性：丁>丙>甲
B．原子半徑：甲>乙>丙
C．最簡單氫化物的沸點：乙>甲
D．丙與乙形成的二元化合物易溶于水和強堿溶液
【答案】C
【分析】由元素在周期表中的相對位置，可知甲、乙處于第二周期，而丙、丁處于第三周期，丁的最高價氧化物對應的水化物在同周期中酸性最強，故丁為Cl元素，可知甲是N元素、乙是O元素、丙是Si元素。
【詳解】A．同周期主族元素自左而右非金屬性增強，同主族自上而下非金屬性減弱，則非金屬性：甲>丙，故A錯誤；
B．同周期主族元素自左而右原子半徑減小，同主族自上而下原子半徑增大，則原子半徑：丙＞甲＞乙，故B錯誤；
C．甲的簡單氫化物為氨氣，乙的簡單氫化物為水，常溫下水是液態，氨氣是氣態，水的沸點高于氨氣，因此最簡單氫化物的沸點：乙>甲，故C正確；
D．丙與乙形成的二元化合物化合物是SiO2，SiO2不溶于水，故D錯誤；
鞋盒里面的秘密
防潮、防霉、防臭
干燥劑
思考：這種干燥劑的成分是什么呢？
透明小球是硅酸逐漸聚合而形成的膠體-硅酸溶膠，硅酸濃度較大時，則形成軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。硅酸凝膠經干燥脫水就形成硅酸干膠，稱為“硅膠”。硅膠多孔，吸附水分能力強，常用做實驗室和袋裝食品等的干燥劑，也可以用作催化劑的載體
硅酸（H2SiO3）物理性質
顏色：白色
狀態：膠狀固體
溶解性：不溶于水
硅酸是一種很弱的酸，酸性比碳酸弱，難溶于水，不穩定，受熱易分解。
硅酸（H2SiO3）化學性質
結合碳酸的制備，硅酸的制備可以讓SiO2和水反應制得嗎？
二氧化硅難溶于水，又不與水反應，故實驗室用可溶性硅酸鹽與其他酸反應制備
Na2SiO3 +2HCl === H2SiO3↓+ 2NaCl
Na2SiO3+CO2+H2O === H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+H2SO4 === H2SiO3↓+ Na2SO4
酸性強弱：鹽酸 > 硅酸
酸性強弱：碳酸 > 硅酸
在試管中加入2ml飽和Na2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液顏色變淺并接近消失時停止
實驗步驟
如何證明酸性鹽酸>碳酸>硅酸？
B
A：Na2CO3/NaHCO3
B : HCl
C : 飽和NaHCO3
D : Na2SiO3
—— 不能使指示劑變色
弱酸性
(酸性： HCl > H2CO3 > H2SiO3)
H2SiO3 + 2NaOH Na2SiO3 + 2H2O
不穩定(比H2CO3穩定)，受熱易分解
Na2SiO3+3H2O+2CO2 H4SiO4(膠體) +2NaHCO3
(過量二氧化碳)
原硅酸
H2SiO3 H2O + SiO2
加熱
H4SiO4 H2O + H2SiO3
脫水
硅酸（H2SiO3）化學性質
硅酸鹽
金屬材料
材料
無機非金屬材料
有機高分子材料
復合材料
傳統無機非金屬材料
新型無機非金屬材料
(以硅酸鹽材料為主)
陶瓷 玻璃 水泥磚
主要含有硅、氧等元素，具有耐高溫、抗腐蝕、硬度高等特點，以及特殊的光學、電學等性能。
2. 常見的硅酸鹽材料
水泥
玻璃
陶瓷
黏土（主要成分為含水的鋁硅酸鹽）
黏土、
石灰石、石膏:調節水泥硬化速率
玻璃
玻璃
原料：
工業設備：
應用：
純堿、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）
玻璃窯
主要成分：
生產建筑材料、光學儀器、各種器皿，制造玻璃纖維用于高強度復合材料等。
反應條件：
高溫熔融
反應方程式：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
【閱讀拓展】中國是瓷器的故鄉，至宋代時，是瓷業最為繁榮的時期。當時的官窯、汝窯、哥窯、鈞窯和定窯并稱為宋代五大名窯。其中鈞窯以“人窯一色，出窯萬彩”的神奇窯變著稱。
官窯弦紋瓶
汝窯天藍釉螭龍雙耳瓶
哥窯貫耳瓶
鈞窯紫紅斑小盞
定窯刻花盤口壺
硅酸鹽
1.硅酸鹽
存在：
定義：
表示方法：
硅酸鹽一般結構復雜，存在于地殼、巖石中
由金屬、硅、氧等元素形成的鹽
①用鹽的化學式表示，如Na2SiO3、CaSiO3
②用氧化物的形式表示，如Na2O SiO2、CaO SiO2
氧化物書寫順序：活潑金屬氧化物·較活潑金屬氧化物·SiO2·H2O
Ca(Al2Si3O10) ·3H2O
Mg2SiO4
Al2(Si2O5)(OH)4
K(Al3Si3O10)(OH)2
CaO ·Al2O3 ·3SiO2·3H2O
2MgO ·SiO2
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
Al2O3·2SiO2·2H2O
將下列硅酸鹽改寫為氧化物
各元素原子總個數比值符合原來的組成，若出現分數應化為整數。
歌曲《青花瓷》中所描繪的“瓶身描繪的牡丹一如你初妝”“色白花青的錦鯉躍然於碗底”等圖案讓人賞心悅目，但古瓷中所用顏料成分一直是個謎，近年來科學家才得知大多為硅酸鹽，如藍紫色的硅酸銅鋇(BaCuSi2Ox，銅為＋2價)，下列關于硅酸銅鋇的說法不正確的是( )
A．可用氧化物形式表示為BaO·CuO·2SiO2
B．性質穩定，不易脫色
C．易溶解于強酸和強堿
D．x等于6
C
我國是一個擁有五千年文化傳承的文明古國，下列國寶級文物主要由硅酸鹽制成的是（ ）
D
選項 A B C D
文物
名稱 《四羊方尊》國家博物館 《千里江山圖》故宮博物院 《青銅神樹》三星堆博物館 陶兵馬俑秦始皇博物館
【解析】A項，四羊方尊主要成分為銅合金，錯誤；B項，千里江山圖主要材料為纖維素，錯誤；C項，青銅神樹的主要成分為銅合金，錯誤；D項，兵馬俑為陶俑主要材料為硅酸鹽，正確。
“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法正確的是(　 　)
A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品
B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英
C．硅酸鹽制品的性質穩定、熔點較高
D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽
C
《天工開物》記載：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，擇取無砂粘土而為之”，“凡坯既成，干燥之后，則堆積窖中燃薪舉火”，“澆水轉釉(主要為青色)，與造磚同法”。下列說法錯誤的是(　　)
A．沙子和粘土主要成分為硅酸鹽
B．“燃薪舉火”使粘土發生復雜的物理化學變化
C．燒制后自然冷卻成紅瓦，澆水冷卻成青瓦
D．粘土是制作磚瓦和陶瓷的主要原料
A
知識拓展
新型無機非金屬材料：新型陶瓷
類別 成分 性能 應用
金剛砂
高溫 結構陶瓷
壓電陶瓷
透明陶瓷
超導陶瓷 YBa2Cu3O7-δ Bi2Sr2Ca2Cu3O10 Tl2Ba2Ca2Cu3O10
SiC、Si3N4
某些金屬氧化物
耐高溫、抗氧化、耐腐蝕
火箭發動機、高溫電極材料
鈦酸鹽、鋯酸鹽
實現機械能與電能的相互轉化
濾波器、揚聲器、點火器
氧化鋁、氧化釔
氮化鋁、氟化鈣
優異的光學性能、耐高溫，絕緣性好
高壓鈉燈、激光器、高溫探測窗
某臨界溫度下電阻為零，超導性
電力、交通、醫療
耐高溫結構材料
耐高溫半導體材料
碳化硅(SiC)
硬度大、耐高溫、抗氧化
知識拓展
富勒烯C60
石墨烯
碳納米管（單壁）
碳納米管（多壁）
新型無機非金屬材料：碳納米材料
石墨烯是只有一個碳原子直徑厚度的單層石墨
由碳原子構成的一系列籠形分子的總稱
如C50、C60、C70、C120
由石墨片層卷成的管狀物，具有納米尺度的直徑
電阻率低、熱導率高，具有很高的強度
比表面積大，有相當高的強度 和優良的電學性能
北京冬奧會上科技元素“星光熠熠”，向世界展現了一個現
代化的中國。212項技術在冬奧會上得以應用，如含有石墨烯的智能
服飾、鋁合金管材和光導纖維等等。有關說法中不正確的是（ ）
A．石墨烯是一種電阻率低、熱導率高的具有優異性能的新型材料
B．我國提出網絡強國戰略，光纜線路總長超過三千萬公里，光纜的
主要成分是二氧化硅
C．制造手機芯片的關鍵材料是二氧化硅
D．富勒烯及“超輕海綿”使用的石墨烯是新型無機非金屬材料
C
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材料（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)
周期表和周期律的應用
原子結構
表中位置
元素性質
原子序數= 核電荷數
周期數= 電子層數
主族序數=最外層電子數
同位素－化學性質相同
相似性（最外層電子數相同，化學性質相似）
遞變性（從上至下，金屬性增強，非金屬性減弱）
同周期
同主族
遞變性（從左到右，金屬性減弱，非金屬性增強）
電子層數相同
決定
反映
決定
反映
反映
反映
最外層電子數影響原子得失電子的趨勢
電子層數
失電子能力得電子能力強弱
核電荷數
(主族)化合價 最外層電子數=最高正價 最外層電子數-8=負價

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