鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 原子结构 元素周期律第3节 元素周期表的应用第2课时导学案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 原子结构 元素周期律第3节 元素周期表的应用第2课时导学案，共14页。学案主要包含了预测元素及化合物的性质，元素周期表的应用等内容，欢迎下载使用。







一、同主族元素原子结构和元素性质的递变关系


1．碱金属元素原子结构和元素性质的递变关系


(1)碱金属元素的原子结构。


(2)碱金属元素单质的化学性质。





2.ⅦA族元素(卤族元素)原子结构与性质的相似性和递变性


(1)相似性


(2)递变性


(3)探究卤族元素性质的相似性和递变性


结论：卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2；


卤素离子的还原性：I－>Br－>Cl－。


微点拨：(1)F无含氧酸，因F无正价。


(2)HF为弱酸，HCl、HBr、HI均为强酸。


3．理论解释





4．碱金属单质与卤素单质的物理性质递变规律


(1)碱金属元素单质的物理性质。


(2)卤族元素单质的物理性质及递变性。


二、预测元素及化合物的性质(以硅为例)


1．性质的预测


(1)硅元素的原子结构及性质分析。


(2)性质预测。


2.化学性质验证


(1)单质硅的化学性质


①常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF、强碱(如NaOH)溶液反应。


Si＋2F2===SiF4，


Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑，


Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。


②加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应。


Si＋O2 eq \(=====,\s\up10(△))SiO2。


(2)SiO2的化学性质


①具有酸性氧化物的通性：


a.常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水：


SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；


b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：


SiO2＋CaO eq \(=====,\s\up10(高温))CaSiO3。


②弱氧化性：SiO2＋2C eq \(=====,\s\up10(高温))Si(粗)＋2CO↑。


③特性：与氢氟酸(HF)反应：


SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。


此反应常被用来刻蚀玻璃。


(3)H2SiO3的化学性质。


H2SiO3是一种弱酸，具有酸的性质，但是酸性比碳酸的弱。


验证：Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3。


三、元素周期表的应用


1．元素周期表是研究化学的重要工具，可为研究物质结构、发现新元素、合成新物质、寻找新材料提供许多有价值的指导。


2．寻找新材料








1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)


(1)原子半径越大元素原子得电子能力越强，失电子能力越弱。( )


(2)元素周期表中元素的性质与元素在周期表中的位置有关。( )


(3)最外层电子数相同的元素一定位于同一主族。( )


(4)在周期表中的过渡元素中寻找半导体材料。( )


[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×


2．钾和钠的性质相似，下列说法中能较好地解释这个事实的是( )


A.最外层电子数相同 B．都是金属元素


C.原子半径相差不大 D．最高化合价相同


A [A项，钠和钾都位于元素周期表第ⅠA族，原子最外层电子数相同，性质相似，正确；B项，金属元素有很多种，但性质不完全相似，错误；C项，同主族元素的原子半径相差较大，但性质相似，错误；D项，最高化合价相同的元素性质不一定相同，如Mg、Cu的最高化合价都为＋2价，但性质不同，错误。]


3．F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，关于这三种元素原子的说法正确的是( )


A.原子半径：F>Cl>Br


B.最外层电子数都相同


C.核外电子层数都相同


D.最外层电子数都不相同


[答案] B








同主族元素及其物质性质的递变规律


(素养养成——宏观辨识与微观探析)





元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有广泛应用，如用N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。





(1)阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？根据元素周期律，预测H3AsO4与H3PO4酸性强弱的关系是什么？


提示：元素N在元素周期表中的位置是第2周期ⅤA族。同一主族，元素的非金属性从上到下逐渐减弱，故酸性：H3PO4>H3AsO4。


(2)元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少？在一定条件下，S与H2反应有一定难度，请判断：在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小？


提示：S的最高正价为＋6，最低负价是－2，二者代数和是4，元素非金属性越强，与氢气化合越容易。同主族从上到下非金属性减弱，Se与H2化合难度更大。





【例1】 下列关于物质性质变化的比较，不正确的是( )


A.稳定性强弱：HF>HCl>HBr>HI


B.原子半径大小：Na>S>O


C.碱性强弱：KOH>NaOH>LiOH


D.还原性强弱：F－>Cl－>I－


D [非金属性强弱：F＞Cl＞I，对应阴离子的还原性依次增强。]





解答元素性质的变化规律题目的一般思路


(1)首先判断所给元素的相对位置，即是同周期还是同主族。


(2)然后根据元素周期律得出相应的结论。


(3)最后考虑涉及元素是否有特殊性。








1．下列关于Li、Na、K、Rb、Cs的叙述均正确的一组是( )


①金属性最强的是锂 ②形成的离子中，氧化性最强的是锂离子 ③在自然界中均以化合态形式存在 ④Li的密度最小 ⑤均可与水反应，产物均为MOH和H2 ⑥它们在O2中燃烧的产物都有M2O和M2O2两种形式 ⑦微粒半径：Rb＋>K＋>Na＋，Cs>Cs＋


A.①②③④⑤ B．③④⑤⑥⑦


C.①②④⑥⑦ D．②③④⑤⑦


D [①同主族元素从上到下金属性依次增强，所以金属性最强的是铯，故错误；②同主族元素从上到下金属性依次增强，阳离子的氧化性依次减弱，所以氧化性最强的是锂离子，故正确；③碱金属性质活泼，容易与空气中的氧气和水发生反应，所以在自然界中均以化合态形式存在，故正确；④碱金属密度从上到下呈增大趋势，所以Li的密度最小，故正确；⑤碱金属均可与水反应，产物均为MOH和H2，故正确；⑥锂只有Li2O一种氧化物，故错误；⑦Rb＋、K＋、Na＋，电子层依次减少，所以半径依次减小，故Rb＋>K＋>Na＋，Cs与Cs＋具有相同的质子数，但是Cs核外电子数多，所以半径大，故正确。]


2．运用元素周期律分析，下列说法中错误的是( )


A.Sr是第5周期ⅡA族元素，Sr(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强


B.As是第4周期ⅤA族元素，AsH3的还原性比NH3的还原性弱


C.Cs的原子半径比Na的原子半径大，Cs与水反应比Na与水反应更剧烈


D.Cl的核电荷数比Al的核电荷数大，Cl的原子半径比Al的原子半径小


B [同主族元素，随原子序数的增大，元素的金属性增强，非金属性减弱，第ⅡA族元素Mg和Sr，原子序数：MgMg(OH)2，A项正确；第ⅤA族元素N和As，原子序数：NAs，其对应阴离子的还原性：N3－Cl，D项正确。]





元素“位、构、性”之间的关系


(素养养成——证据推理与模型认知)





短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如下图所示：


(1)Y所在周期中所有主族元素，Y的原子半径最小对吗？


提示：根据同周期、同主族元素性质的变化规律进行判断。短周期为1～3周期，由图可得X为氦，Y为氟，Z为硫；同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外)，因此F所在周期的所有主族元素中，F的原子半径最小。


(2)能否发生反应Cl2＋H2Z===Z↓＋2HCl?


提示：氯的非金属性比硫强，因此能发生置换反应：Cl2＋H2S===S↓＋2HCl。








1．元素的原子结构与元素在周期表中位置的关系


结构→位置 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(原子序数＝质子数,周期序数＝电子层数,主族序数＝最外层电子数))


2．元素的原子结构与元素性质的关系


eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(原子\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\c1(核电荷数,电子层数))原子半径,最外层电子数)))) eq \a\vs4\al(元素,性质) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(金属性（失电子能力）,非金属性（得电子能力）,化合价))


3．元素在周期表中位置与元素性质的关系


eq \a\vs4\al(位置→,性质) eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(同主族→\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(相似性：化学性质相似,递变性：从上到下，得电子能, 力逐渐减弱，失电子, 能力逐渐增强)),同周期→递变性：从左到右，失电子能力逐渐, 减弱，得电子能力逐渐增强))


【例2】 元素R、X、T、Z、Q在元素周期表中的相对位置如图所示，其中R单质在暗处与H2剧烈化合并发生爆炸，则下列判断正确的是 ( )





A.非金属性：Z

B.R与Q的电子数相差26


C.气态氢化物稳定性：R

D.最高价氧化物对应水化物的酸性：T

B [R单质在暗处与H2化合并爆炸，R为F元素，则X为S，T为Cl，Z为Ar，Q为Br。同周期非金属从左到右逐渐增强(稀有气体除外)，A错误；F与Br原子序数相差26，故电子数相差26，B正确；非金属性越强，氢化物稳定性越强，最高价氧化物的水化物酸性越强，同主族元素从上到下非金属性减弱，C、D错误。]





1．已知P、S、Cl、As、Br五种元素在元素周期表中的位置如图所示。下列比较关系正确的是( )


A.原子半径：As>Cl>P


B.热稳定性：HCl>AsH3>HBr


C.还原性：As3－>S2－>Cl－


D.酸性：H3AsO4>H2SO4>H3PO4


C [A项，原子半径：As>P>Cl，A项错误；B项，非金属性：Cl>Br>As，热稳定性：HCl>HBr>AsH3，B项错误；C项，非金属性：Cl>S>As，对应阴离子的还原性：As3－>S2－>Cl－，C项正确；D项，非金属性：S>P>As，其最高价氧化物对应水化物的酸性：H2SO4>H3PO4>H3AsO4，D项错误。]


2．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的最外层电子数是内层电子数的3倍，X所在的周期数是最外层电子数的3倍，由W、X、Y三种元素形成的一种盐溶于水后，加入盐酸，产生的无色气体能使品红褪色。下列说法正确的是( )


A.W与X可形成至少两种化合物


B.X的简单离子与Z的简单离子具有相同的电子层结构


C.最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>Z


D.简单气态氢化物的稳定性：W

A [W的最外层电子数是内层电子数的3倍，W为氧元素；X所在的周期数是最外层电子数的3倍，X为钠，由W、X、Y三种元素形成的一种盐溶于水后，加入盐酸，产生的无色气体能使品红褪色，该盐为亚硫酸盐或亚硫酸氢盐，所以Y为硫元素；短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，Z为氯元素；A项，氧与钠可以形成氧化钠、过氧化钠等至少两种化合物，正确；B项，Na＋核外有2层电子层，Cl－核外有3层电子层，两种离子的电子层结构不同，错误；C项，元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性就越强，非金属性：Cl>S，因此酸性HClO4>H2SO4，错误；D项，元素的非金属性越强，氢化物越稳定，非金属性O>S，所以简单气态氢化物的稳定性：H2O>H2S，错误。]








2019年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值，被采用为国际新标准。





(1)请确定铟在元素周期表中的位置？


提示：In为49号元素，根据元素周期表中元素的排布规律，In是第5周期第ⅢA族元素。


(2)根据铟在元素周期表中的位置，判断下列对In元素性质的推测是否正确。


提示：√ × × √


(3)若铟与铷(37Rb)同周期，试比较In(OH)3与RbOH碱性的强弱。


提示：In是第5周期第ⅢA族元素，Rb为第5周期第ⅠA族元素，金属性In

(4)你作出上述判断的依据是什么？


提示：元素“位、构、性”之间的关系。





通过本情境素材中49In的位置推断，性质判断及比较，提升了元素“位、构、性”关系的应用能力，加强了“证据推理与模型认知”的学科素养。





1．下列关于F、Cl、Br、I相关物质性质的比较中，正确的是 ( )


A．单质的颜色随核电荷数的增加而变浅


B．单质的熔、沸点随核电荷数的增加而降低


C．简单氢化物的还原性随核电荷数的增加而增强


D．简单氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增强


C [A项，从F2到I2，单质颜色分别为淡黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色，单质的颜色随着核电荷数的增加而加深，错误；B项，从F2到I2，状态由气态→液态→固态，熔、沸点随核电荷数的增加而升高，错误；C项，元素的非金属性越强，对应离子的还原性越弱，从F到I，元素的非金属性逐渐减弱，简单氢化物的还原性逐渐增强，正确；D项，元素的非金属性越强，其简单气态氢化物的稳定性越强，从F到I，元素的非金属性逐渐减弱，其简单气态氢化物的稳定性逐渐减弱，错误。]


2．某主族元素的原子最外层是第5层，其上有1个电子，下列描述中正确的是( )


A．常温下，其单质与水反应不如钠与水反应剧烈


B．其原子半径比钾原子半径小


C．其碳酸盐易溶于水


D．其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解


C [由主族元素原子的第5电子层上只有1个电子可知：该元素位于周期表第5周期ⅠA族，为Rb(铷)。由同一主族元素性质递变规律可知，Rb的金属性强于Na，故其与水的反应比Na更剧烈；RbOH的碱性强于NaOH，因NaOH可使Al(OH)3溶解，则RbOH也一定能使Al(OH)3溶解；Rb、K同主族，且Rb比K多一个电子层，则Rb的原子半径比K的原子半径大；又Na2CO3、K2CO3均易溶于水，可类推出Rb2CO3也应易溶于水。]


3．(素养题)“世界硒都”——恩施，硒资源相对丰富和集中，属于高硒区，该地盛产富硒茶，含有人体所必需的硒元素，有一定的保健作用。已知硒元素与氧元素同族，与钙元素同周期。下列关于硒的描述不正确的是 ( )


A．原子序数为24


B．最高价氧化物是SeO3，是酸性氧化物


C．原子半径比钙小


D．气态氢化物的化学式是H2Se，稳定性比HCl差


A [硒的原子序数为8＋8＋18＝34。]


4．能说明SiO2为酸性氧化物的事实为( )


A．SiO2与H2SO4、HNO3不反应


B．SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O


C．SiO2＋2KOH===K2SiO3＋H2O


D．SiO2＋2C eq \(=====,\s\up10(高温))Si＋2CO↑


[答案] C


5．为了更好地掌握元素周期表的应用，某同学在做氯、溴、碘性质递变规律实验时，自己设计了一套实验方案，并记录了有关实验现象如下：


请你帮助该同学整理并完成实验报告。


(1)实验目的：研究________元素性质递变规律。


(2)实验用品：


试剂：氯水，溴水，NaBr溶液，KI溶液，CCl4溶液。


仪器：①________，②________。


(3)此实验的结论为____________________________________。


(4)氯、溴、碘最高价氧化物对应的水化物酸性强弱(用分子式表示)：__________________________________________________。


(5)氟、氯、溴、碘气态氢化物稳定性大小顺序(用分子式表示)：___________________________________________________________。


(6)该同学又做了另外一个实验，向新制得的Na2S溶液中滴加新制的氯水。该实验现象为___________________________________，


此反应的离子方程式为_________________________________，


此实验的结论为___________________________________。


[答案] (1)同主族 (2)试管 胶头滴管


(3)氧化性：Cl2>Br2>I2


(4)HClO4>HBrO4>HIO4


(5)HF>HCl>HBr>HI


(6)生成淡黄色沉淀 Cl2＋S2－===S↓＋2Cl－ 氧化性：Cl2>S


发 展 目 标
体 系 构 建
1.通过分析ⅠA族、ⅦA族元素性质的变化规律，认识同主族元素性质的递变规律及其与原子结构的关系，学会利用“证据推理与模型认知”的思维解决实际问题。


2．能通过卤素有关实验探究同主族元素性质的变化，培养科学探究精神与创新意识。


3．能利用同周期、同主族元素性质的递变规律，预测元素及其化合物的性质。
元素
eq \(―――――――――――→,\s\up10(Li Na K Rb Cs),\s\d10( ))
相同点
最外电子层上都只有1个电子
递变性
核电荷数逐渐增大
电子层数逐渐增多
原子半径逐渐增大
元素
Li
Na
K
Rb
Cs
相似性
都是活泼金属，最高价为＋1价，单质都能与氧气、水等物质反应，最高价氧化物对应的水化物一般有很强的碱性
递


变


性
与O2


反应
反应越来越剧烈，产物越来越复杂，Li生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；Rb和Cs遇到空气会立即燃烧
与H2O


反应
反应越来越剧烈，Na与水剧烈反应，K与水反应能发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水则发生爆炸
结论
eq \(――――――――――――――――――――――――――――――――――→,\s\up10(Li Na K Rb Cs),\s\d10(随着核电荷数增大，原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强))
元素(名称与符号)
氟(F)
氯(Cl)
溴(Br)
碘(I)
原子最外层电子数
都为7
最高正价
无
为＋7价
最低负价
都为－1价
自然界中存在形态
全部以化合态形式存在
单质性质
都是活泼非金属，在氧化还原反应中常作氧化剂
最高价含氧酸
化学式
无
HClO4
HBrO4
HIO4
酸性
具有很强的酸性
气态氢化物


的化学式
HF
HCl
HBr
HI
元素
F
Cl
Br
I
电子层数
逐渐增多
原子半径
逐渐增大
得电子能力
逐渐减弱
失电子能力
逐渐增强
单质与H2


化合的条件
暗处


爆炸
点燃或


光照
加热


(200 ℃)
更高温度下，缓慢反应，可逆
氢化物的稳定性
逐渐减弱
最高价氧化物对应水化物的酸性
—
逐渐减弱
实验操作
实验现象
化学方程式
静置后，液体分层，上层无色，下层橙色
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫色
Br2＋2KI===2KBr＋I2
静置后，液体分层，上层无色，下层紫色
Cl2＋2KI===2KCl＋I2
元素
eq \(――――――――――→,\s\up10(Li Na K Rb Cs),\s\d10( ))
相似性
颜色
银白色(除Cs外)
硬度
柔软
导电、导热性
很强
递变性
密度
逐渐增大(但ρK<ρNa)
熔、沸点
逐渐降低
单质


物理性质
F2
Cl2
Br2
I2
颜色
淡黄绿色
黄绿色
深红棕色
紫黑色
状态
气体
气体
液体
固体
密度
逐渐增大
熔、沸点
逐渐升高
原子结构示意图
最高正价
最低负价
元素类别
得电子能力
＋4
－4
非金属元素
较弱
硅及其化合


物的化学式
化学性质预测
预测依据
Si
化学性质不活泼，但是在一定条件下能与氧气等发生化学反应，由于其性质的特殊性，可能还具有独特的性质
与碳元素同主族，与碳单质具有相似的化学性质
SiO2
具有酸性氧化物的通性，能与碱、碱性氧化物等发生反应，可能也具有一定的特性
与碳元素同主族，与CO2具有相似的化学性质
H2SiO3
具有酸的性质，能与碱反应，但酸性较弱，酸性弱于碳酸
同主族元素性质的相似性和递变规律
内容
同主族(自上而下)
原子结构
电子层数
增多
最外层电子数
相同
原子半径
逐渐增大
元素性质
原子得电子能力
减弱
原子失电子能力
增强
元素的金属性
增强
元素的非金属性
减弱
元素的主要化合价
最高正价数＝主族序数(F无正价，O无最高正价)
单质和化合物
单质还原性与氧化性
还原性增强，氧化性减弱
非金属元素气态氢化物的形成及稳定性
形成由易到难，稳定性由强到弱
最高价氧化物对应的水化物酸碱性
酸性
减弱
碱性
增强
非金属气态氢化物的还原性
增强
离子氧化还原能力
阳离子氧化性
减弱
阴离子还原性
增强
X
Y
Z
P
S
Cl
As
Br
可能的性质
正误判断
能与酸反应产生氢气
________
能与碱反应产生氢气
________
氧化物既能与酸反应又能与碱反应
________
原子半径：In>Al
________
实验步骤
实验现象
①将少量的氯水滴入到适量NaBr溶液中，再滴入少量的CCl4溶液并用力振荡
溶液分为上下两层，上层为无色，下层为橙色
②将少量的溴水滴入到适量KI溶液中，再滴入少量的CCl4溶液并用力振荡
溶液分为上下两层，上层为无色，下层为紫色