苏教版 (2019)必修 第一册第一单元 元素周期律和元素周期表第四课时学案

第四课时　元素周期表的应用

1．了解元素周期表的应用，认识元素周期表理论对实践的指导作用。

2．理解元素在周期表中的位置、元素原子结构和元素性质三者之间的关系，建立“位—构—性”关系应用的思维模型。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．元素周期表中金属元素与非金属元素的分区

分界线附近的元素的物理性质和化学性质介于金属与非金属之间。

2．元素周期表的应用

(1)预测未知元素的主要性质。

(2)指导人们寻找新材料和稀有矿产。

(3)借助元素周期表制备具有特定性质的新物质。

①在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料(如锗、硅、硒等)。

②在过渡元素(副族和Ⅷ族)中寻找优良的催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。

③研究氟、氯、硫、磷、砷等附近的元素，制造新农药。

[问题探讨]

1．金属元素与非金属元素之间有没有严格的界限？

提示：没有，金属元素和非金属元素的主要区别在于金属原子易失去电子成为阳离子，而非金属原子则易得到电子生成阴离子。图中所示，虚线右上方区域的元素是非金属元素，左下方区域的元素是金属元素，位于这条线附近的元素，既表现出某些金属的性质，也表现出某些非金属的性质。所以说金属、非金属元素之间没有严格的界限。

2．如何利用元素周期表寻找新材料和稀有矿产？

提示：通常元素与它的同族元素、同周期相邻元素的性质相似，在自然界中往往以共生矿的形式存在。当希望找到一种有价值的稀有元素时，可以根据其在周期表中的上下左右位置的元素，定向选择那些地壳中含量较大或分布比较集中的元素的矿床。

1．如图所示，元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。

下列说法正确的是(　　)

A．虚线左下方的元素均为非金属元素

B．可在虚线左下方寻找制农药的元素

C．可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)

D．可在虚线的右上方，寻找耐高温合金材料

解析：选C　虚线左下方的元素均为金属元素，A项错误；制农药的元素位于元素周期表的右上角，主要是F、Cl、S、P、As等非金属元素，B项错误；耐高温材料所需元素应该在过渡元素中寻找，D项错误。

2．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，下列说法正确的是(　　)

A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性

B．第三周期主族元素的最高正化合价等于它所处的主族序数

C．短周期元素形成离子后，最外层电子都达到8电子稳定结构

D．同一主族元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同

解析：选B　处于元素周期表金属与非金属分界线附近的元素，既表现金属性，又表现非金属性，A项错误；主族元素(F、O除外)的最高正化合价等于它所处的主族序数，也等于其最外层电子数，B项正确；H＋、Li＋的最外层电子数分别是0、2，C项错误；同一主族元素的原子最外层电子数虽相同，但是核电荷数、原子半径不同，化学性质相似，不完全相同，D项错误。

3．镓是俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。镓的原子序数为31，属于ⅢA族。镓的熔点为29.78 ℃，沸点高达2 403 ℃。镓有过冷现象(即冷至熔点下不凝固)，它可过冷到－120 ℃。由此判断下列有关镓的性质及其用途的叙述不正确的是(　　)

A．镓是制造高温温度计的上佳材料

B．镓能溶于强酸和强碱中

C．镓与锌、锡、铟等金属制成的合金，可用在自动救火的水龙头中

D．近年来镓成为电子工业的新宠，其主要用途是制造半导体材料，被誉为“半导体家族的新成员”，这是利用了镓的导电性介于导体和绝缘体之间的性质

解析：选D　镓的金属性比铝的强，是典型金属，易导电，是电的良导体，D错误。

4．元素周期表对于化学研究和指导生产实践具有十分重要的意义，请将下表中A、B两栏的内容用各自的序号对应起来。

答案：②　③　④　①

现有X、Y、Z、A、B、C几种元素：

①X、Y、Z是原子核外有3层电子的金属元素，原子半径：X<Y<Z。

②A、B是非金属元素，它们可与氢气化合形成气态氢化物H2A和HB。室温时，A的单质为淡黄色固体，B的单质为液态。

③C的单质是常温下呈液态的金属。

利用上述已知条件，请回答下列问题：

(1)X、Y、Z分别是什么元素？A、B、C的单质分别是什么物质？

提示：Al、Mg、Na；硫、溴、汞。

(2)X的最高价氧化物对应的水化物与Z的最高价氧化物对应的水化物在水中发生什么反应？

提示：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。

(3)C单质的蒸气扩散到空气中会对人体产生危害，通常在洒落的C单质上覆盖A单质进行处理，该过程中发生什么反应(用化学方程式表示)?

提示：汞与硫粉反应，该反应的化学方程式为Hg＋S===HgS。

(4)如何设计实验事实比较Y、Z单质金属性的强弱？

提示：将大小形状相同的金属钠和金属镁分别投入到冷水中，钠与冷水剧烈反应，镁与冷水几乎不反应，由此可以判断：金属性：Mg<Na。

1．元素的“位—构—性”关系

“位—构—性”推断的核心是“结构”，即根据结构首先判断其在元素周期表中的位置，然后根据元素性质的相似性和递变性预测其可能的性质；也可以根据其具有的性质确定其在周期表中的位置，进而推断出结构。

(1)结构与位置的互推

①电子层数＝周期序数。

②质子数＝原子序数。

③主族元素原子最外层电子数＝主族序数。

④主族元素的最高正价＝主族序数(氧、氟除外)，最低负价＝主族序数－8。

(2)性质与位置的互推

①根据元素的性质可以推知元素在周期表中的位置：若同周期元素A、B、C的金属性逐渐增强，则A、B、C在同周期中按照C、B、A的顺序从左到右排列。

②根据元素在周期表中的位置关系可以推断元素的性质：若同主族元素A、B、C在同一主族中从上往下排列，则可推知A、B、C的单质的氧化性依次减弱或还原性依次增强。

(3)结构与性质的互推

①若某元素原子的最外层电子数小于4，则该元素原子在反应中容易失电子；若某元素原子的最外层电子数大于4，则该元素原子在反应中容易得电子。

②若某元素原子在反应中容易得电子，则该元素原子的最外层电子数大于4；若某元素原子在反应中容易失电子，则该元素原子的最外层电子数小于4。

2．元素“位—构—性”规律

(1)一般规律

(2)特例

①一般原子的原子核是由质子和中子构成的，但核素氕(H)无中子。

②元素周期表中一般都是从金属元素开始，但第一周期例外，是从氢元素开始的。

③所有元素中，只有碳元素形成的化合物种类最多。

④非金属单质一般不导电，但石墨导电。

⑤非金属氧化物一般是酸性氧化物，但NO、CO不是酸性氧化物。

⑥氟是ⅦA族元素，只有－1价，无正价；氧一般显－2价，在Na2O2中显－1价；氢显＋1价，但在NaH中显－1 价。

3．元素周期律的主要体现形式

元素周期表是元素周期律的具体表现形式，元素周期律主要体现在原子核外电子排布、原子半径、金属性、非金属性的周期性变化。(见下图)

[名师点拨]

元素综合推断的思维模型

1．短周期元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如表所示，下面判断正确的是(　　)

A．原子半径：丙<丁<戊

B．金属性：甲>丙

C．最高价氧化物对应水化物的碱性：丙>丁>戊

D．最外层电子数：甲>乙

解析：选C　同周期元素原子半径从左至右依次减小，故A项错误；同主族元素自上而下金属性逐渐增强，故B项错误；同周期元素从左至右金属性逐渐减弱，故最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱，故C项正确；同周期元素的原子最外层电子数从左到右依次增加，故D项错误。

2．某元素原子M层电子数是K层电子数的3.5倍，则该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为(　　)

A．HNO3  B．H3PO4

C．H2SO4  D．HClO4

解析：选D　K层电子数为2，则该原子M层电子数为7，该元素为Cl，其最高正价为＋7价，最高价氧化物对应水化物的化学式为HClO4。

3．如图是部分短周期元素的原子序数与其某种常见化合价的关系图，若用原子序数代表所对应的元素，则下列说法正确的是(　　)

A．31d和33d属于同种核素

B．气态氢化物的稳定性：a>d>e

C．b和c的最高价氧化物对应的水化物可以反应

D．a和b只能形成一种化合物

解析：选C　由部分短周期元素的原子序数与其某种常见化合价的关系图分析可知，a为氧元素，e为硫元素，b为钠元素，c为铝元素，d为磷元素。31d和33d质子数相同，中子数不同，不是同种核素，二者互为同位素，A错误；a、e、d的非金属性依次减弱，它们的气态氢化物的稳定性也依次减弱，即a>e>d，B错误；b和c的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH和Al(OH)3，二者可以相互反应，C正确；a和b可形成Na2O和Na2O2，D错误。

4．短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，其中只有Y、Z处于同一周期且相邻，Z是地壳中含量最多的元素，W是短周期中金属性最强的元素。下列说法正确的是(　　)

A．原子半径：r(X)<r(Y)<r(Z)<r(W)

B．W的最高价氧化物对应的水化物是一种弱碱

C．Y单质的氧化性比Z的强

D．X、Y、Z三种元素可以组成酸、碱、盐

解析：选D　Z是地壳中含量最多的元素，则Z是O元素；W是短周期中金属性最强的元素，则W是Na元素； X、Y、Z原子序数依次增大，Y、Z处于同一周期且相邻，则Y是N元素， X是H元素。原子半径：r(X)<r(Z)<r(Y)<r(W)，A选项错误。W的最高价氧化物对应的水化物是NaOH，属于强碱，B选项错误。元素的非金属性越强，其单质的氧化性越强，因为非金属性：O>N，所以Z的单质(O2)的氧化性大于Y的单质(N2)的氧化性，C选项错误。X、Y、Z三种元素组成的化合物可能是HNO3、NH3·H2O、NH4NO3，即为酸、碱、盐，D选项正确。

[分级训练·课课过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．某元素的最高正价与负价的代数和为4，则该元素可能为(　　)

A．C   B．P

C．O   D．S

解析：选D　元素的最高正价与负价绝对值之和为8，代数和为4，则该元素的最高正价为＋6，负价为－2，位于元素周期表中第ⅥA族(O无最高正价，除外)，可能为S、Se、Te等。

2.X、Y、Z、W均为短周期元素，它们在周期表中相对位置如图所示。若Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，下列说法正确的是(　　)

A．只由这四种元素不能组成有机化合物

B．最高价氧化物对应水化物的酸性W比Z弱

C．Z的单质与氢气反应较Y剧烈

D．X、Y形成的化合物都易溶于水

解析：选A　因为Y原子最外层电子数是内层电子数的3倍，则Y一定是O，Z为S，W为Cl，X为N，由于有机物中必定含有碳元素，则A正确；Cl的非金属性强于S，故其最高价氧化物对应水化物的酸性强，B错误；S的非金属性弱于O，S单质与H2反应程度较弱，C错误；NO难溶于水，D错误。

3．下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是(　　)

A．NaOH的碱性比Mg(OH)2的强

B．Cl2得到电子的能力比Br2的弱

C．原子半径r：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na)

D．原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br)

解析：选A　元素的金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，A项正确；Cl的非金属性强于Br，则Cl2得到电子的能力比Br2的强，B项错误；同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，则原子半径大小顺序为r(Na)>r(Mg)>r(Cl)，C项错误；Na、Mg、Cl、Br原子的最外层电子数分别为1、2、7、7，D项错误。

4．下表为元素周期表的一部分，表中序号分别代表某一元素。请回答下列问题：

(1)①～⑩中，最活泼的金属元素是________(写元素符号，下同)，最不活泼的元素是________。

(2)①、⑧的简单离子，其半径更大的是________(写离子符号)。

(3)⑧、⑨的气态氢化物，更稳定的是________(填化学式)。

(4)元素的非金属性：⑥________⑦(填“>”或“<”)。

(5)①～⑨的最高价氧化物对应的水化物中：酸性最强的是________(填化学式)；碱性最强的是________(填化学式)，该碱与⑤的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

解析：(1)在此表中最活泼的金属元素在元素周期表中ⅠA 族，由表知是②，即K，最不活泼的元素在元素周期表中的0族，由表知是⑩，即Ne。(2)由表知①为Na、⑧为F，它们的简单离子Na＋、F－的核外电子排布相同，且钠的原子序数比氟的大，所以r(Na＋)<r(F－)。(3)由表知⑧为F、⑨为Cl，两者的气态氢化物分别为HF、HCl，根据非金属性越强其气态氢化物越稳定的规律知，HF更稳定。(4)⑥为Si，⑦为N，根据元素周期律，元素的非金属性：Si<P<N，所以非金属性：Si<N。(5)由表知①～⑨中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的非金属元素是Cl，其最高价氧化物对应的水化物是HClO4；由表知①～⑨中最高价氧化物对应的水化物碱性最强的金属元素是K，其最高价氧化物对应的水化物是KOH。由表知⑤为铝，最高价氧化物对应的水化物为Al(OH)3，其与KOH反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。

答案：(1)K　Ne　(2)F－　(3)HF　(4)<　(5)HClO4　KOH　Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O