高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 元素周期表的应用集体备课ppt课件

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元素周期律的发现和元素周期表的诞生，开创了化学科学的新纪元。从此，人们对千变万化的物质世界的认识再也不是支离破碎的了。
利用元素周期表，人们不仅可以系统地总结已有的元素知识，而且可以结合原子结构的知识，研究元素性质的递变规律,并在此基础上预测未被发现的新物质的性质和应用，继而把它们合成出来。
认识同周期元素性质的递变规律
元素周期表是元素周期律的具体表现形式，那么，元素周期表是怎样体现元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的呢?现以第3周期元素为例，研究元素原子失电子能力或得电子能力的变化规律.
第3周期元素原子得失电子能力的比较第3周期包括钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、氯(cl)、氩(Ar)8种元素，请你运用实验观察、查阅资料等方法认识这些元素原子失电子能力或得电子能力的相对强弱。
交流研讨1.第3周期元素的原子结构有什么特点?
2.第3周期元素原子失电子能力或得电子能力，按照原子序数递增的顺序如何变化?为什么?实验探究实验探究实验目的:比较钠、镁、铝三种元素原子失电子能力的相对强弱。
实验用品:金属钠(切成小块)，表面积相同的镁条和铝条，稀盐酸，NaOH溶液 MgCl2 溶液，AlCl3溶液，蒸馏水;烧杯，试管，表面皿，酒精灯，试管夹，小刀，镊子，玻璃片，滤纸等
试剂表面积相同的镁条和铝条，MgCl2溶液，金属钠(切成小块)，盐酸(1 ml·L-1)，NaOH溶液、AlCl 3溶液，蒸馏水仪器烧杯，试管，表面皿，酒精灯，试管夹。
方法导引元素原子失电子能力的强弱可以采用下列方法间接地判断。1.比较元素的单质与水( 或酸)反应置换出氢的难易程度。置换反应越容易发生，元素原子的失电子能力越强。
2.比较元素最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。一般说来，碱性越强，元素原子失电子的能力越强。
在第3周期中，从钠到氯，各元素原子的核外电子层数相同，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，元素原子的失电子能力逐渐减弱、得电子能力逐渐增强。而氩为稀有气体元素，性质十分稳定，其原子既不易得电子也不易失电子。对其他周期元素进行同样的研究，也能得到类似的结论。
例如，从锂(Li)到氖(Ne)，随着原子序数的递增，由活泼的金属元素(Li)逐渐过渡到不太活泼的金属元素再过渡到非金属元素(N、O、F等)，最后是稀有气体元素--氖(Ne)其实，金属元素、非金属元素之间并没有严格的界限，元素周期表中位于金属元素与非金属元素交界处附近的元素，
既能表现出一定的金属元素的性质，又能表现出一定的非金属元素的性质。例如，硅元素属于非金属元素，锗元素属于金属元素，但它们的单质均具有半导体的性质。在同一周期的主族元素中，各元素原子的核外电子层数相同，但从左到右核电荷数依欢增多，原子半径逐渐减小，元素原子的失电子能力逐渐减弱、得电子能力逐渐增强。
元素周期表清楚地体现了元素的性质随着原子序数递增呈现的周期性变化。
研究同主族元素的性质元素
在元素周期表中的位置反映了该元素原子结构的特点以及由此决定的元素的性质，因此可以根据某元素在元素周期表中的位置推测它的原子结构和有关性质。
1.在元素周期表中，同主族元素原子的核外电子排布有什么特点?请你以IA 族金属元素和ⅦA 族元素为例，推测同主族元素性质的相似性和递变性。2.尝试利用学过的元素及其化合物的知识为你的推测寻找证据。
在元素周期表中，位于同一主族的元素原子的最外层电子数相同，因此同主族元素具有相似的性质。例如,IA 族中的金属元素锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)等称为碱金属元素(图1-3-3)。
碱金属元素具有相似的性质，原子的最外层都只有1个电子，元素的最高化合价为+1价;元素原子的失电子能力强，是活泼的金属元素。
又如，ⅦA族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等称为卤族元素。卤族元素原子的最外层都有7个电子，元素的最高化合价为+7价(F除外)，最低化合价为-1价;元素原子的得电子能力强，是活泼的非金属元素。
同主族元素原子的核电荷数、电子层数不同，导致它们的性质有所差异。同主族元素原子从上到下，核外电子层数依次增多，原子半径逐渐增大，元素原子的失电子能力逐渐增强、得电子能力逐渐减弱。
同主族元素原子结构的相似性，决定着它们的单质和某些同类化合物表现出相似的性质:其原子结构的差异性，又决定着它们的单质和某些同类化合物的性质有一定的差异，且自上而下随着元素核电荷数的增加而递变。例如，碱金属元素的单质都能与氧气、水等物质发生反应，碱金属元素最高价氧化物对应的水化物一般具有很强的碱性;
但是，金属锂与氧气反应不如金属钠与氧气反应剧烈，而金属铷和铯遇到空气会立即燃烧，遇水还可能发生爆炸。又如，从氟到碘，单质的氧化性逐渐减弱，单质与氢气发生的化合反应越来越难进行:氟气与氢气在暗处能剧烈化合并发生爆炸，生成的氟化氢很稳定;氯气与氢气在光照或点燃条件下能发生反应，生成的氯化氢较稳定;
溴蒸气与氢气加热至一定温度时才能反应，生成的化氢不如氯化氢稳定;碘与氢气在不断加热的情况下才能缓慢反应，生成的碘化氢不稳定，在同一条件下同时分解为碘和氢气。
思考1.除了上述实验外，还可以找到哪些证据说明卤族元素性质的相似性和递变性?2.学习了元素周期律和元素周期表后，在分析物质的化学性质时你有了哪些新角度?
碱金属、卤族元素单质的物理性质碱金属单质和卤族元素单质在物理性质上均分别表现出一些相似性和递变规律。例如，除铯外，其余的碱金属单质都呈银白色:它们都比较软、有延展性、密度比较小、导热性和导电性较好;从锂到铯单质的熔点、沸点逐渐降低。又如，从氟到碘，卤族元素单质的颜色逐渐变深，熔点、沸点逐渐升高。
由以上分析可以得知，同一周期或同一主族的元素，它们的性质总是呈现规律性变化。
金属材料金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金合金和特种金属材料等。属、金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。黑色金属又称钢铁材料，包括工业纯铁、铸铁、碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。
广义上的黑色金属还包括铬、锰及其合金。有色金属指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料，如非晶态金属材料，准晶、微晶、纳米品金属材料，具有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能的合金，以及金属基复合材料等。
人类文明的发展和人类社会的进步与金属材料关系密切。石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代都以金属材料及其应用为其显著的特征。现在，品种繁多、功能各异的金属料更是成为世界各国经济社会发展的重要物质基础。
预测元素及其化合物的性质
在元素周期表中，有许多我们陌生的元素，我们可以基于对已知元素的认识，利用元素周期律以及对已知元素及其化合物性质的研究思路和方法，研究陌生元素及其化合物的性质。
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。
1.比较碳、硅、磷元素的性质2.硅及其化合物有哪些?尝试写出它们的化学式。3.请预测硅及其化合物的化学性质，并说明预测依据
元素的性质通常包括元素化合价、原子半径、元素原子的得失电子能力等，可以根据元素原子结构的特点和元素在元素周期表中的位置认识元素的性质。例如，硅原子的最外层有4个电子，最高化合价为 +4价，最低化合价为-4价，硅属于非金属元素;与同期磷元素的原子相比，其核电荷数较小、原子半径较大、原子核对最外层电子的吸引作用较弱，因此硅元素原子的得电子能力较弱.
从物质类别、元素化合价、物质所含有关元素在元素周期表中的位置的角度可以认识有关物质的化学性质。例如，硅元素(原子序数为14)位于元素周期表中第3周期ⅣA族,属于非金属元素;二氧化硅(Si02)属于酸性氧化物，能与碱溶液缓慢反应，高温时能与碱性氧化物反应;
二氧化硅中硅元素的化合价为+4价，因此二氧化硅具有氧化性，能与某些还原剂反应;硅酸(H2SiO3)的酸性弱于碳酸，硅酸可以由硅酸钠(Na2SiO3)与盐酸、硫酸等反应制得。此外，二氧化硅还具有一些特殊的性质。例如，二氧化硅虽然属于酸性氧化物，但能与氢氟酸反应，该反应曾用于刻蚀玻璃。
硅及其化合物与非金属材料硅与半导体材料 半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，主要用于制造芯片和太阳能电池。自然界中没有游离态的硅。工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅;将粗硅提纯后，可以得到用作半导体材料的高纯硅。
二氧化硅与光导纤维二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英和水品的主要成分都是二氧化硅。二氧化硅常被用来制造高性能的现代通信材料--光导纤维(简称“光纤”)。光纤通信克服了声音信号和图像信号在铜丝或铝丝媒介中传播损耗大的缺点，并节约了大量金属资源。光纤除了用于通信外，还用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械(如光导纤维内窥镜 )制造等方面。
硅酸盐与无机非金属材料硅酸盐是由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐材料如陶瓷、玻璃、水泥等)是无机非金属材料的主要分支之一有着悠久的历史。陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料。玻璃的种类很多，除普通玻璃外还有铅玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等。
制造普通玻璃的主要原料是纯碱、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钙(3Ca0·Si0,)、硅酸二钙(2CaO·Si0,)、铝酸三钙(3CaO·ALO;)等。随着信息科学、能源技术、航天技术、生物工程等现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷等，相继被研制出来。
元素周期表已成为化学家的得力工具，为研究物质结构、发现新元素、合成新物质寻找新材料提供了许多有价值的指导。例如，根据在元素周期表中位置相近的元素具有相似的性质这一规律，人们不但在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料，还在过渡元素中寻找优良的催化剂。
又如，位于元素周期表中ⅣB族到VB族的过渡元素的单质，如钛(Ti)、钽(Ta)、钼(M)、钨(W)等，大多具有耐高温、耐腐蚀等特点，人们常利用以它们为原料制成的特种合金来制造火箭、导弹、宇宙飞船等。此外人们还利用元素周期表寻找合适的超导材料、磁性材料等.
1.归纳总结元素的原子结构、元素在元素周期表中的位置、元素性质、物质性质之间的关系。2.构建原子结构、元素在元素周期表中的位置、元素性质、物质性质的关系模型，示例如下:
1.X、Y是元素周期表VIIA 族中的两种元素。下列叙述中能说明X的原子得电子能力比Y强的是( )。A.X原子的电子层数比Y原子的电子层数多B.X的氢化物的沸点比Y的氢化物的沸点低C.X的气态氢化物比Y的气态氢化物稳定D.Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来
2.在元素周期表中找到硫元素，按照下列要求回顾、梳理你对硫元素的相关认识，并与同学们交流分享。(1)写出能想到的关于硫及其化合物的相关信息，(2)梳理认识硫及其化合物的基本角度(3)用图示的方法表示对硫元素的有关认识,
(4)在与同学们交流研讨的过程中，不断丰富、完善关于硫及其化合物的知识网络概括认识元素及其化合物性质的基本角度。
3.已知 X、Y、Z 为三种原子序数相邻的元素，最高价氧化物对应水化物的酸性相对强弱是HXO4>H2YO4>H3ZO4。下列说法中，不正确的是( ) A.气态氧化物的稳定性:X>Y>ZB.原子的得电子能力:YY>ZD.三种元素原子的最外层电子数相等
4.下列各选项中，微粒按氧化性由弱到强、原子或离子半径由大到小的顺序排列的是 ( )。A.O、Cl、S、PB. K+ Al 3 + Ca 2 + Ba 2 + C. Rb、k、Na、LiD.K+ 、Mg 2 + 、A 3 + 、H +
5.已知 X、Y、Z、W 均为元素周期表中的短周期元素，它们具有如下特征:
(1)W的元素符号是__________,其原子结构示意图为____________________ (2)四种元素中，原子半径最大的是__________(填元素符号)。(3)Y元素原子的得电子能力_______ (填“强”或“弱”)于 W，请用原子结构的知识解释其原因:___________________________________
(4)将 WY2通入 BaCl2溶液中，没有明显变化，再向其中加入乙元素最高价氧化物对应的水化物，可观察到的现象是________________________,所发生反应的离子方程式是________________________________________
6.请利用元素周期表的有关知识，判断下列对于铍及其化合物的性质的推测是否正确，并说明理由。(1)铍元素的原子半径大于硼元素的原子半径。(2)相同条件下，单质铍与酸的反应比单质锂与酸的反应剧烈。(3)氢氧化铍的碱性比氢氧化钙的碱性弱。(4)单质铍能与冷水剧烈反应。