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第一章 原子結(jié)構(gòu)元素周期律
第三節(jié) 元素周期表的應(yīng)用
1.3.2 研究同主族元素的性質(zhì)
核心素養(yǎng)目標(biāo)
宏觀辨識(shí)與微觀探析：
能從原子結(jié)構(gòu)、元素在周期表中的位置等微觀角度，理解硅及其化合物的性質(zhì)，以及元素 “位 - 構(gòu) - 性” 的關(guān)系，進(jìn)而宏觀認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)和變化。
證據(jù)推理與模型認(rèn)知：
依據(jù)元素周期表和元素周期律，通過(guò)比較、歸納等方法，建立預(yù)測(cè)元素及其化合物性質(zhì)的思維模型，如利用同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，預(yù)測(cè)鎵的性質(zhì)，并能運(yùn)用該模型解釋相關(guān)化學(xué)現(xiàn)象，解決實(shí)際問(wèn)題
重點(diǎn)
掌握硅及其化合物的性質(zhì)；
理解元素 “位 - 構(gòu) - 性” 的關(guān)系，并能運(yùn)用其預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)；
認(rèn)識(shí)元素周期表的分區(qū)和化合價(jià)規(guī)律；
難點(diǎn)
從原子結(jié)構(gòu)和元素周期律的角度理解硅及其化合物性質(zhì)的差異；
靈活運(yùn)用元素 “位 - 構(gòu) - 性” 關(guān)系解決實(shí)際問(wèn)題，如根據(jù)元素的部分信息推斷其性質(zhì)和在周期表中的位置
課前導(dǎo)入
課前導(dǎo)入
同學(xué)們，在科技飛速發(fā)展的今天，新材料不斷涌現(xiàn)，其中硅材料扮演著至關(guān)重要的角色。
在 2023 年 5 月 23 日舉行的第十六屆國(guó)際太陽(yáng)能光伏與智慧能源大會(huì)上，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市被全球綠色能源理事會(huì)頒授 “世界綠色硅都” 稱(chēng)號(hào)。硅為何能獲此殊榮？它究竟有哪些獨(dú)特的性質(zhì)和用途呢？而且，在元素周期表中，硅所在的位置又對(duì)其性質(zhì)有著怎樣的影響呢？帶著這些疑問(wèn)，讓我們一起走進(jìn)今天的化學(xué)課堂，深入探究 “預(yù)測(cè)元素及其化合物的性質(zhì)”。
01
預(yù)測(cè)硅及其化合物的性質(zhì)
硅在地殼中的含量?jī)H次于氧，硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤。計(jì)算機(jī)芯片、光導(dǎo)纖維、玻璃儀器等，都是以硅或硅的化合物為材料制成的。
預(yù)測(cè)硅及其化合物的化學(xué)性質(zhì)
　硅及其化合物的存在與應(yīng)用
方法引導(dǎo)
可以從元素在元素周期表中的位置、原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)三個(gè)角度認(rèn)識(shí)元素。
預(yù)測(cè)硅的性質(zhì)及預(yù)測(cè)依據(jù)
→依據(jù)一：碳和硅都屬于ⅣA族元素，按照同主族元素性質(zhì)變化規(guī)律，硅和碳的最外層電子數(shù)都是4，都是非金屬元素，硅的原子半徑比碳的原子半徑大，
→預(yù)測(cè)一：得電子能力比碳弱，非金屬性比碳弱。
→依據(jù)二：硅和磷都是第3周期元素，電子層數(shù)相同，硅的最外層電子數(shù)比磷少，原子半徑比磷大，
→預(yù)測(cè)二：得電子能力比磷弱，非金屬性比磷弱。
硅單質(zhì)的性質(zhì)
★物理性質(zhì)：晶體硅為灰黑色固體，有金屬光澤、硬度大、熔點(diǎn)高
★化學(xué)性質(zhì)：硅在參與化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般表現(xiàn)還原性。
①與酸反應(yīng)只與氫氟酸反應(yīng)
Si+4HF=SiF4↑+2H2↑
②與堿液反應(yīng)
Si+H2O+NaOH=Na2SiO3+2H2↑
③與非金屬單質(zhì)反應(yīng)
Si+O2SiO2 Si+2Cl2SiCl4 Si+2F2SiF4
二氧化硅的性質(zhì)
★物理性質(zhì)：熔、沸點(diǎn)高，不溶于水
★化學(xué)性質(zhì)：①與C反應(yīng) SiO2＋2CSi＋2CO↑
②與氫氟酸反應(yīng) SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O（用于刻蝕玻璃）
③與堿反應(yīng) SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O（盛堿液的試劑瓶要用橡膠塞）
④與鹽反應(yīng)
SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑ SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑
⑤與堿性氧化物反應(yīng) SiO2＋CaOCaSiO3
硅酸的性質(zhì)
★物理性質(zhì)：不溶于水的白色沉淀
★化學(xué)性質(zhì)：
①弱酸性 ： H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O
②不穩(wěn)定，受熱易分解： H2SiO3SiO2+H2O
③酸性弱于碳酸：
硅酸（H2SiO3）的酸性弱于碳酸，硅酸可以由硅酸鈉（Na2SiO3）與鹽
酸、硫酸等反應(yīng)制得。
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
硅酸鹽的性質(zhì)
★化學(xué)性質(zhì)：
與酸反應(yīng)：
利用強(qiáng)酸制弱酸原理可以制硅酸
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓
Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓
Na2SiO3+H2SO4=Na2SO4+H2SiO3↓
硅及其化合物與非金屬材料
硅與半導(dǎo)體材料　
半導(dǎo)體材料特指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類(lèi)材料。硅是常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，主要用于制造芯片和太陽(yáng)能電池。自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅。工業(yè)上，用焦炭在電爐中還原二氧化硅得到含有少量雜質(zhì)的粗硅；將粗硅提純后，可以得到用作半導(dǎo)體材料的高純硅。
　單質(zhì)硅
硅及其化合物與非金屬材料
二氧化硅與光導(dǎo)纖維　
二氧化硅廣泛存在于自然界中，沙子、石英和水晶的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅常被用來(lái)制造高性能的現(xiàn)代通信材料——光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)“光纖”）。光纖通信克服了聲音信號(hào)和圖像信號(hào)在銅絲或鋁絲媒介中傳播損耗大的缺點(diǎn)，并節(jié)約了大量金屬資源。光纖除了用于通信外，還用于能量傳輸、信息處理、遙測(cè)遙控和醫(yī)療器械（如光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡）制造等方面。
水晶
硅酸鹽與無(wú)機(jī)非金屬材料　
硅酸鹽是由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物的總稱(chēng)，在自然界分布極廣。硅酸鹽材料（如陶瓷、玻璃、水泥等）是無(wú)機(jī)非金屬材料的主要分支之一，有著悠久的歷史。陶瓷材料是人類(lèi)應(yīng)用最早的硅酸鹽材料。玻璃的種類(lèi)很多，除普通玻璃外還有鉛玻璃、有色玻璃、鋼化玻璃等。制造普通玻璃的主要原料是純堿、石灰石和石英。水泥是非常重要的建筑材料。普通水泥的主要成分是硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）等。隨著信息科學(xué)、能源技術(shù)、航天技術(shù)、生物工程等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些具有特殊結(jié)構(gòu)、特殊功能的新型無(wú)機(jī)非金屬材料，如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷和壓電陶瓷等，相繼被研制出來(lái)。
02
元素周期表的其他應(yīng)用
元素周期表已成為化學(xué)家的得力工具，為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新元素、合成新物質(zhì)、尋找新材料提供了許多有價(jià)值的指導(dǎo)。
分界線(xiàn)附近元素
過(guò)渡元素
ⅣB 族到ⅥB 族的過(guò)渡元素的單質(zhì)
氟氯磷硫等元素
半導(dǎo)體材料
優(yōu)良催化劑
耐高溫、耐腐蝕的特種合金
研制農(nóng)藥
尋找
尋找
尋找
尋找
依據(jù)元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系推斷
核外電子排布
電子層數(shù)、最外層電子數(shù)
周期序數(shù)、族序數(shù)
元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)
★由元素原子或離子的核外電子排布推斷
推知
推知
推知
依據(jù)元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系推斷
元素單質(zhì)及化合物的性質(zhì)
元素名稱(chēng)或符號(hào)
原子結(jié)構(gòu):電子層數(shù)和最外層電子數(shù)
元素在元素周期表中的位置
★由元素單質(zhì)或化合物的性質(zhì)(特性)推斷
推知
推知
推知
依據(jù)元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系推斷
元素在元素周期表中的位置
周期序數(shù)、
族序數(shù)
原子結(jié)構(gòu):電子層數(shù)和最外層電子數(shù)
元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)
★由元素在元素周期表中的位置推斷
推知
推知
推 知
元素“位-構(gòu)-性”關(guān)系模型
原子結(jié)構(gòu)
元素位置
元素性質(zhì)
化合價(jià)
原子半徑
原子得失電子能力
物質(zhì)性質(zhì)
物理性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)
核電荷數(shù)
核外電子排布
電子層數(shù)
最外層電子數(shù)
原子序數(shù)
周期
族
反映
決定
判斷元素，推出位置
運(yùn)用遞變規(guī)律推出性質(zhì)
反映
決定
決定
03
課堂小結(jié)
04
課堂練習(xí)
1.鉈是超導(dǎo)材料的組成元素之一,鉈在元素周期表中位于第6周期,與鋁是同主族元素,元素符號(hào)是Tl。以下對(duì)鉈的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)推斷中,不正確的是(　　)。
A.鉈是易導(dǎo)電的銀白色金屬
B.鉈能生成+3價(jià)的離子
C.Tl3+的氧化性比Al3+強(qiáng)
D.氫氧化鉈的堿性比氫氧化鋁強(qiáng)
C
2.下列關(guān)于SiO2和CO2的說(shuō)法不正確的是(　　)。
A.SiO2的沸點(diǎn)比CO2高
B.CO2與SiO2化學(xué)式雖然相似,但CO2與SiO2的物理性質(zhì)有很大區(qū)別
C.CO2和SiO2均能和水反應(yīng)生成相應(yīng)的酸
D.CO2和SiO2均能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽和水
C
3.砷為第4周期ⅤA族元素,根據(jù)它在元素周期表中的位置推測(cè),砷不可能具有的性質(zhì)是(　　)。
A.砷在通常狀況下是固體
B.可以有-3、+3、+5等多種化合價(jià)
C.As2O5對(duì)應(yīng)水化物的酸性比H3PO4弱
D.砷的氧化性比磷強(qiáng)
D
4．下列關(guān)于硅元素及其化合物的說(shuō)法正確的是
A．陶瓷是以黏土和石灰石作為原料，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的
B．因SiO2能導(dǎo)電，故SiO2可用來(lái)生產(chǎn)光導(dǎo)纖維
C．碳化硅可用作耐高溫結(jié)構(gòu)材料、耐高溫半導(dǎo)體材料
D．瓷坩堝及石英坩堝能與氫氟酸接觸，也能對(duì)苛性堿和碳酸鈉進(jìn)行熔融操作
C
Thanks
好好學(xué)習(xí)天天向上

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