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第三节 元素周期律的应用
第3课时　预测元素及其化合物的性质
复习巩固
同周期、同主族元素性质的变化规律(0族除外)
内容 同周期（从左到右） 同主族（从上到下）
原子半径
电子层结构
失电子能力 得电子能力
金属性非金属性
主要化合价
最高价氧化物对应的水化物酸碱性
非金属元素气态氢 化物的形成与稳定性
逐渐减小
逐渐增大
电子层数相同、最外层电子增多
失电子逐渐减弱
得电子逐渐增强
失电子逐渐增强
得电子逐渐减弱
金属性减弱、 非金属性增强
金属性增强、非金属性减弱
最高正价+1→+7（除O、F）
最高正价=主族序数
碱性逐渐减弱
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强
酸性逐渐减弱
形成：由难到易
稳定性：逐渐增强
形成：由易到难
稳定性：逐渐减弱
电子层增多最外层电子数相同
元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，而根据元素的原子结构又可推测它在元素周期表中的位置和性质，三者之间的关系如图所示。
世界著名高科技产业区——硅谷
硅谷，是高科技事业云集的圣塔克拉拉谷的别称。硅谷最早是研究和生产以硅为基础的半导体芯片的地方，因此得名。
硅在地壳中的含量仅次于氧，硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。计算机芯片、光导纤维、玻璃仪器等，都是以硅或硅的化合物为材料制成的。硅在自然界中主要以硅酸盐（如地壳中的大多数矿物）和氧化物（如水晶、玛瑙、石英砂）的形式存在。
认识硅
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
与同主族的碳元素相比，硅元素原子的得电子能力弱。（非金属性）
与同周期的磷元素相比，硅元素原子的得电子能力弱。（非金属性）
硅单质的物理性质
单质硅
单质碳
灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体
熔、沸点高、硬度大
(导电性介于导体和绝缘体之间)
晶体硅是良好的半导体
硅（Si）的化学性质
（1）常温下，硅的化学性质不活泼，除氢氟酸、氟气、强碱外不跟其他物质反应。
Si＋2F2＝SiF4
Si＋4HF＝SiF4↑＋2H2↑
③Si＋2KOH＋H2O＝K2SiO3＋2H2↑
a.硅与氟气反应：
b.硅与氢氟酸反应：
c.硅与KOH（强碱）反应：
(与唯一酸反应)
（2）加热条件下，硅和一些非金属反应。
Si+2Cl2 SiCl4
Si + O2 SiO2
Si + C SiC(金刚砂)
高温
1.我国具有独立知识产权的电脑芯片“龙芯一号”的问世，填补了我国计算机制造史上的一项空白。下列对晶体硅的有关叙述正确的是( 　 )
A．晶体硅和金刚石的物理性质相似
B．晶体硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质发生反应
C．晶体硅是一种良好的半导体材料，但是它的提炼工艺复杂，价格昂贵
D．晶体硅具有金属光泽，故它属于金属材料，可以导电
A
资料卡片
SiO2是一种酸性氧化物，能与强碱溶液反应。如SiO2与 NaOH 溶液反应可生成 Na2SiO3 。
氢氟酸是 HF 的水溶液，可与 SiO2 发生反应生成 SiF4 气体和水，可以用氢氟酸溶蚀玻璃生产磨砂玻璃。
SiO2 既能与 NaOH 溶液反应，也能与氢氟酸反应，能认为 SiO2 属于两性氧化物吗
SiO2 不属于两性氧化物。两性氧化物指既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物。 SiO2 能与氢氟酸反应，但并不生成盐和水。
——但不溶于水，也不与水反应
酸性氧化物的通性
SiO2＋CaO === CaSiO3
高温
SiO2＋2NaOH==Na2SiO3＋H2O
SiO2＋Na2O === Na2SiO3
高温
与强碱溶液反应：
与碱性氧化物反应：
硅酸钠
俗称泡花碱，其水溶液俗称“水玻璃”，可作粘合剂、防火剂
为什么不能用磨口玻璃塞的试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
若使用带玻璃塞的试剂瓶盛放碱液，碱液能与玻璃中SiO2发生反应生成Na2SiO3，导致玻璃塞与瓶口内侧粘连而无法打开。
特性：只能与氢氟酸(HF)反应
SiO2 + 4HF === SiF4↑+ 2H2O（曾用于刻蚀玻璃）
HF能腐蚀玻璃，因此，盛装氢氟酸不能用玻璃试剂瓶而要用塑料瓶。
SiO2+2C Si+2CO↑（工业制粗硅）
高温
弱氧化性
与碳酸盐反应
SiO2＋Na2CO3 === Na2SiO3＋CO2 ↑
高温
SiO2＋CaCO3 === CaSiO3＋CO2 ↑
高温
工业生产玻璃原理
二氧化硅的用途
光导纤维
石英坩埚
玻璃仪器
水晶、玛瑙饰品
【例1】《本草衍义》中有如下叙述：“嘉州峨眉山有燕萨石，形六棱而锐首，色莹白明澈。”这里“燕萨石”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。下列说法不正确的是(　　)
A．二氧化硅是一种立体网状结构的晶体，熔点高、硬度大
B．二氧化硅为酸性氧化物，能与水反应生成硅酸
C．实验室不能用磨口玻璃塞试剂瓶盛放氢氧化钠溶液
D．氢氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氢氟酸
B
甲 乙
丙 丁
3．甲~丁均为短周期主族元素，在元素周期表中的相对位置如图所示。丁的最高价氧化物对应的水化物在同周期中酸性最强，下列说法正确的是
A．非金属性：丁>丙>甲
B．原子半径：甲>乙>丙
C．最简单氢化物的沸点：乙>甲
D．丙与乙形成的二元化合物易溶于水和强碱溶液
【答案】C
【分析】由元素在周期表中的相对位置，可知甲、乙处于第二周期，而丙、丁处于第三周期，丁的最高价氧化物对应的水化物在同周期中酸性最强，故丁为Cl元素，可知甲是N元素、乙是O元素、丙是Si元素。
【详解】A．同周期主族元素自左而右非金属性增强，同主族自上而下非金属性减弱，则非金属性：甲>丙，故A错误；
B．同周期主族元素自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，则原子半径：丙＞甲＞乙，故B错误；
C．甲的简单氢化物为氨气，乙的简单氢化物为水，常温下水是液态，氨气是气态，水的沸点高于氨气，因此最简单氢化物的沸点：乙>甲，故C正确；
D．丙与乙形成的二元化合物化合物是SiO2，SiO2不溶于水，故D错误；
鞋盒里面的秘密
防潮、防霉、防臭
干燥剂
思考：这种干燥剂的成分是什么呢？
透明小球是硅酸逐渐聚合而形成的胶体-硅酸溶胶，硅酸浓度较大时，则形成软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。硅酸凝胶经干燥脱水就形成硅酸干胶，称为“硅胶”。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用做实验室和袋装食品等的干燥剂，也可以用作催化剂的载体
硅酸（H2SiO3）物理性质
颜色：白色
状态：胶状固体
溶解性：不溶于水
硅酸是一种很弱的酸，酸性比碳酸弱，难溶于水，不稳定，受热易分解。
硅酸（H2SiO3）化学性质
结合碳酸的制备，硅酸的制备可以让SiO2和水反应制得吗？
二氧化硅难溶于水，又不与水反应，故实验室用可溶性硅酸盐与其他酸反应制备
Na2SiO3 +2HCl === H2SiO3↓+ 2NaCl
Na2SiO3+CO2+H2O === H2SiO3↓+Na2CO3
Na2SiO3+H2SO4 === H2SiO3↓+ Na2SO4
酸性强弱：盐酸 > 硅酸
酸性强弱：碳酸 > 硅酸
在试管中加入2ml饱和Na2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液颜色变浅并接近消失时停止
实验步骤
如何证明酸性盐酸>碳酸>硅酸？
B
A：Na2CO3/NaHCO3
B : HCl
C : 饱和NaHCO3
D : Na2SiO3
—— 不能使指示剂变色
弱酸性
(酸性： HCl > H2CO3 > H2SiO3)
H2SiO3 + 2NaOH Na2SiO3 + 2H2O
不稳定(比H2CO3稳定)，受热易分解
Na2SiO3+3H2O+2CO2 H4SiO4(胶体) +2NaHCO3
(过量二氧化碳)
原硅酸
H2SiO3 H2O + SiO2
加热
H4SiO4 H2O + H2SiO3
脱水
硅酸（H2SiO3）化学性质
硅酸盐
金属材料
材料
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
传统无机非金属材料
新型无机非金属材料
(以硅酸盐材料为主)
陶瓷 玻璃 水泥砖
主要含有硅、氧等元素，具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点，以及特殊的光学、电学等性能。
2. 常见的硅酸盐材料
水泥
玻璃
陶瓷
黏土（主要成分为含水的铝硅酸盐）
黏土、
石灰石、石膏:调节水泥硬化速率
玻璃
玻璃
原料：
工业设备：
应用：
纯碱、石灰石和石英砂（主要成分SiO2）
玻璃窑
主要成分：
生产建筑材料、光学仪器、各种器皿，制造玻璃纤维用于高强度复合材料等。
反应条件：
高温熔融
反应方程式：
SiO2＋Na2CO3 Na2SiO3＋CO2↑
SiO2＋CaCO3 CaSiO3＋CO2↑
Na2SiO3 、CaSiO3、SiO2
【阅读拓展】中国是瓷器的故乡，至宋代时，是瓷业最为繁荣的时期。当时的官窑、汝窑、哥窑、钧窑和定窑并称为宋代五大名窑。其中钧窑以“人窑一色，出窑万彩”的神奇窑变著称。
官窑弦纹瓶
汝窑天蓝釉螭龙双耳瓶
哥窑贯耳瓶
钧窑紫红斑小盏
定窑刻花盘口壶
硅酸盐
1.硅酸盐
存在：
定义：
表示方法：
硅酸盐一般结构复杂，存在于地壳、岩石中
由金属、硅、氧等元素形成的盐
①用盐的化学式表示，如Na2SiO3、CaSiO3
②用氧化物的形式表示，如Na2O SiO2、CaO SiO2
氧化物书写顺序：活泼金属氧化物·较活泼金属氧化物·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
将下列硅酸盐改写为氧化物
各元素原子总个数比值符合原来的组成，若出现分数应化为整数。
歌曲《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”“色白花青的锦鲤跃然於碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡(BaCuSi2Ox，铜为＋2价)，下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是( )
A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2
B．性质稳定，不易脱色
C．易溶解于强酸和强碱
D．x等于6
C
我国是一个拥有五千年文化传承的文明古国，下列国宝级文物主要由硅酸盐制成的是（ ）
D
选项 A B C D
文物
名称 《四羊方尊》国家博物馆 《千里江山图》故宫博物院 《青铜神树》三星堆博物馆 陶兵马俑秦始皇博物馆
【解析】A项，四羊方尊主要成分为铜合金，错误；B项，千里江山图主要材料为纤维素，错误；C项，青铜神树的主要成分为铜合金，错误；D项，兵马俑为陶俑主要材料为硅酸盐，正确。
“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”是赞誉越窑秘色青瓷的诗句，描绘我国古代精美的青瓷工艺品。玻璃、水泥和陶瓷均为硅酸盐制品，下列有关说法正确的是(　 　)
A．玻璃是人类最早使用的硅酸盐制品
B．制水泥的原料为纯碱、石灰石和石英
C．硅酸盐制品的性质稳定、熔点较高
D．沙子和黏土的主要成分均为硅酸盐
C
《天工开物》记载：“凡埏泥造瓦，掘地二尺余，择取无砂粘土而为之”，“凡坯既成，干燥之后，则堆积窖中燃薪举火”，“浇水转釉(主要为青色)，与造砖同法”。下列说法错误的是(　　)
A．沙子和粘土主要成分为硅酸盐
B．“燃薪举火”使粘土发生复杂的物理化学变化
C．烧制后自然冷却成红瓦，浇水冷却成青瓦
D．粘土是制作砖瓦和陶瓷的主要原料
A
知识拓展
新型无机非金属材料：新型陶瓷
类别 成分 性能 应用
金刚砂
高温 结构陶瓷
压电陶瓷
透明陶瓷
超导陶瓷 YBa2Cu3O7-δ Bi2Sr2Ca2Cu3O10 Tl2Ba2Ca2Cu3O10
SiC、Si3N4
某些金属氧化物
耐高温、抗氧化、耐腐蚀
火箭发动机、高温电极材料
钛酸盐、锆酸盐
实现机械能与电能的相互转化
滤波器、扬声器、点火器
氧化铝、氧化钇
氮化铝、氟化钙
优异的光学性能、耐高温，绝缘性好
高压钠灯、激光器、高温探测窗
某临界温度下电阻为零，超导性
电力、交通、医疗
耐高温结构材料
耐高温半导体材料
碳化硅(SiC)
硬度大、耐高温、抗氧化
知识拓展
富勒烯C60
石墨烯
碳纳米管（单壁）
碳纳米管（多壁）
新型无机非金属材料：碳纳米材料
石墨烯是只有一个碳原子直径厚度的单层石墨
由碳原子构成的一系列笼形分子的总称
如C50、C60、C70、C120
由石墨片层卷成的管状物，具有纳米尺度的直径
电阻率低、热导率高，具有很高的强度
比表面积大，有相当高的强度 和优良的电学性能
北京冬奥会上科技元素“星光熠熠”，向世界展现了一个现
代化的中国。212项技术在冬奥会上得以应用，如含有石墨烯的智能
服饰、铝合金管材和光导纤维等等。有关说法中不正确的是（ ）
A．石墨烯是一种电阻率低、热导率高的具有优异性能的新型材料
B．我国提出网络强国战略，光缆线路总长超过三千万公里，光缆的
主要成分是二氧化硅
C．制造手机芯片的关键材料是二氧化硅
D．富勒烯及“超轻海绵”使用的石墨烯是新型无机非金属材料
C
在金属和非金属分界线处，
寻找半导体材料。
寻找优良催化剂，寻找耐高温耐酸碱腐蚀的特种合金材料（用来制造火箭、导弹、宇宙飞船等）
寻找用于制农药的材料(非金属F、Cl、S、P等)
周期表和周期律的应用
原子结构
表中位置
元素性质
原子序数= 核电荷数
周期数= 电子层数
主族序数=最外层电子数
同位素－化学性质相同
相似性（最外层电子数相同，化学性质相似）
递变性（从上至下，金属性增强，非金属性减弱）
同周期
同主族
递变性（从左到右，金属性减弱，非金属性增强）
电子层数相同
决定
反映
决定
反映
反映
反映
最外层电子数影响原子得失电子的趋势
电子层数
失电子能力得电子能力强弱
核电荷数
(主族)化合价 最外层电子数=最高正价 最外层电子数-8=负价

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