高中化学苏教版 (2019)必修 第一册专题5 微观结构与物质的多样性第一单元 元素周期律和元素周期表第2课时导学案及答案

第2课时　元素周期表　元素周期表的应用

一、元素周期表

1．元素周期表的出现与演变

2．现行元素周期表的编排原则与结构

(1)编排原则

(2)元素周期表的结构

(3)常见族的别称

3.碱金属的性质

(1)物理性质

(2)碱金属与水反应的现象

结论：从上表可知，ⅠA族元素金属性强弱随着原子序数的递增而增强。

4．卤族元素

(1)卤素单质及其化合物在生活中的用途：牙膏中添加氟化钠可降低患蛀牙的概率，具有强氧化性的氯气可用于自来水和泳池杀菌消毒，碘酒在医疗中用于伤口的消毒等。

(2)卤素单质之间的置换反应

微点拨：因为F2能与H2O发生反应(2F2＋2H2O===4HF＋O2)，所以F2不能从其他卤化物的盐溶液中置换出卤素单质。

5．同周期、同主族元素金属性、非金属性的递变规律

(1)同一主族元素的原子最外层电子数相同，随着核电荷数的递增，电子层数逐渐增加，原子半径逐渐增大，原子失去电子的能力逐渐增强，获得电子的能力逐渐减弱，元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

(2)同一周期元素(稀有气体元素除外)的原子，核外电子层数相同，随着核电荷数的递增，最外层电子数逐渐增加，原子半径逐渐减小，原子失去电子的能力逐渐减弱，得到电子的能力逐渐增强，从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。

6．金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律

请填写出图中序号所示内容。

①增强　②减弱　③增强　④增强　⑤Al　⑥Si　⑦金属　⑧非金属

微点拨：1.元素周期表的左下方是金属性最强的元素(钫)，右上方是非金属性最强的元素(氟)。碱性最强的是FrOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。

2．由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。

二、元素周期表的应用

1．根据同周期、同主族元素性质的递变规律判断元素性质的强弱(或大小)。

2．应用于元素“位置—结构—性质”的相互推断。

3．寻找新材料和稀有矿产。

4．寻找新物质

(1)在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料。

(2)研究氟、氯、硫、磷附近元素，制造新农药。

(3)在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)

(1)碱金属元素即 ⅠA族元素。 (×)

(2)K比Na活泼，故K可以从钠盐溶液中置换出Na。 (×)

(3)卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示。 (×)

(4)HX都极易溶于水，它们的热稳定性随核电荷数增加而增强。 (×)

2．根据元素所在元素周期表的位置，判断下列元素都能作为半导体材料的是(　　 )

A．Si、K　　　　 B．C、Si

C．Si、Ge   D．As、Se

C　[在元素周期表中，在金属与非金属的分界处可以找到半导体材料，如Si、Ge可用作半导体材料。]

3．锗位于硅的下一周期，写出“锗”在周期表中的位置        。根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种用途是         。硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是        (填“硅”或“锗”)。

[答案]　第四周期ⅣA族　半导体材料　锗

1817年，瑞典的化学家阿尔费德森(Arfvedson.J.A.1792－1841)在分析一种矿物时发现，得出的已知成分只有96%，那么其余的4%到哪儿去了呢？他经过反复试验，确信一定是矿物中含有一种至今还不知道的元素。因这种元素是在矿物(名叫透理长石)中发现的，他就取名为“锂”(希腊文“岩石”之意)。不久，阿尔费德森又在其它矿物中发现了这种元素。另一位著名的瑞典化学家贝采里乌斯也在卡尔斯温泉和捷克的马里安温泉的矿泉水中发现了锂。1855年，德国化学家本生(Bunsen.R.W.1811－1899)和英国化学家马提森(Matthiessen.A.1831－1870)用熔融的氯化锂电解出纯锂。

[问题1]　在周期表中，锂元素在什么位置？

[提示]　锂位于第二周期ⅠA族。

[问题2]　锂单质有什么化学性质？与同主族的钠的性质类似吗？

[提示]　锂单质能与氧气、水、酸等反应，与钠性质类似。

[问题3]　碱金属单质的化学性质为什么具有相似性？

[提示]　结构决定性质，碱金属元素的原子结构相似，最外层均有一个电子，均易失电子，化学性质活泼，故他们的单质具有较强的还原性，能与氧气等非金属及水、酸反应。

[问题4]　碱金属单质的化学性质为什么具有递变性？

[提示]　碱金属原子结构存在递变性。从Li到Cs，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱，元素金属性逐渐增强；故单质还原性的逐渐增强，离子的氧化性逐渐减弱。

1．相似性(R表示碱金属元素)

原子都容易失去最外层的一个电子，化学性质活泼，它们的单质都具有较强的还原性，它们都能与氧气等非金属单质及水反应。碱金属与水反应的通式为2R＋2H2O===2ROH＋H2↑。

2．递变性

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强。

(1)

(2)与O2的反应越来越剧烈，产物更加复杂，如Li与O2反应只能生成Li2O，Na与O2反应还可以生成 Na2O2，而K与O2反应能够生成KO2等。

(3)与H2O的反应越来越剧烈，如K与H2O反应可能会发生轻微爆炸，Rb与Cs遇水发生剧烈爆炸。

(4)最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，CsOH的碱性最强。

1．下列关于碱金属(按Li、Na、K、Rb、Cs的顺序)的叙述中不正确的是(　　 )

A．碱金属原子最外层都只有一个电子，在化学反应中容易失电子表现出强还原性

B．单质的熔点和沸点依次递减

C．单质都能与水反应生成碱，都能在空气中燃烧生成过氧化物

D．原子半径逐渐增大，单质与水反应的剧烈程度逐渐增强

C　[金属锂在空气中燃烧只生成氧化物。]

2．铯是碱金属元素，下列关于铯及其化合物叙述中，不正确的是(　　 )

A．Cs密度比水要小

B．Cs与水反应十分剧烈，甚至会发生爆炸

C．Cs2CO3加热时不易分解

D．CsOH是强碱，碱性比KOH强

A　[Cs密度比水要大，A错。]

1826年，法国的一位青年波拉德，他在很起劲地研究海藻。当时人们已经知道海藻中含有很多碘，波拉德便在研究怎样从海藻中提取碘。他把海藻烧成灰，用热水浸取，再往里通进氯气，这时，就得到紫黑色的固体——碘的晶体。然而，奇怪的是，在提取后的母液底部，总沉着一层深褐色的液体，这液体具有刺鼻的臭味。达件事引起了波拉德的注意，他立即着手详细地进行研究，最后终于证明，这深褐色的液体，是一种人们还未发现的新元素。波拉德把它命名为“滥”，按照希腊文的原意，就是“盐水”的意思。波拉德把自己的发现通知了巴黎科学院。科学院把这新元素改称为“溴”，按照希腊文的原意，就是“臭”的意思。波拉德关于发现溴的论文——《海藻中的新元素》发表后德国著名的化学家利比息非常仔细、几乎是逐字逐句进行推敲地读完了它。读完后，利比息感到深为后悔，因为他在几年以前，也做过和波拉德相似的实验，看到过这一奇怪的现象，所不同的是，利比息没有深入地钻研下去。当时，他只凭空地断定，这深褐色的液体只不过是氯化碘(ICl)——通氯气时，氯和碘形成的化合物。因此，他只是往瓶子上贴了一张“氯化碘”的标签就完了，从而失之交臂，没有发现这一新的元素。

[问题1]　写出波拉德获得溴、碘单质的离子方程式。

[提示]　Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。

[问题2]　比较Cl－、Br－、I－还原性的强弱，并从原子结构的角度解释原因。

[提示]　Cl－、Br－、I－的还原性：Cl－＜Br－＜I－。按Cl－、Br－、I－顺序，离子的电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，原子核对最外层电子吸引力的逐渐减小，失去电子的能力逐渐增强，故Cl－、Br－、I－还原性的逐渐增强。

[问题3]　ICl被称为卤素互化物，其化学性质很像卤素的单质，它能与大多数金属、非金属化合生成卤化物，它也能与水发生以下反应：ICl＋H2O===HCl＋HIO。现将IBr加入水中反应，IBr是氧化剂吗？若将溴化碘加入AgNO3溶液中，有什么现象发生？

[提示]　IBr与水反应生成HIO和HBr。I、Br元素的化合价没有发生变化，IBr既不是氧化剂也不是还原剂。将溴化碘加入AgNO3溶液中，IBr与水反应生成HIO和HBr，HBr与AgNO3反应产生淡黄色沉淀AgBr。

1．相似性(X表示卤素元素)

卤素原子都容易得到一个电子使其最外层达到8个电子的稳定结构，它们的单质都是活泼的非金属单质，都具有较强的氧化性。

(1)与H2反应：X2＋H22HX。

(2)与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X22NaX。

(3)与H2O反应

①X2＋H2O===HX＋HXO(X＝Cl、Br、I)；

②2F2＋2H2O===4HF＋O2。

(4)与NaOH溶液反应

X2＋2NaOH===NaX＋NaXO＋H2O(X＝Cl、Br、I)。

2．递变性(X表示卤素元素)

随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减小，卤素原子得电子的能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱。

(1)

(2)与H2反应越来越难，对应氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强，即：

稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；还原性：HF＜HCl＜HBr＜HI。

(3)卤素单质与变价金属(如Fe)反应时，F2、Cl2、Br2生成高价卤化物(如FeX3)，而I2只能生成低价卤化物(如FeI2)。

(4)氢化物都易溶于水，其水溶液酸性依次增强，氢化物中HCl、HBr、HI的熔、沸点依次升高，HF的熔、沸点最低。

(5)最高价氧化物的水化物的酸性逐渐减弱，即酸性：HClO4＞HBrO4＞HIO4，HClO4是已知含氧酸中酸性最强的酸。

3．卤素的特性

(1)氟元素无正价，无含氧酸。F－的还原性极弱。

(2)X2＋H2O===HX＋HXO而2F2＋2H2O===4HF＋O2。

(3)Br2在室温下是唯一的一种液态非金属单质。

(4)碘为紫黑色固体，易升华，淀粉遇I2变蓝色。

(5)氢氟酸为弱酸，而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。

3．关于卤素(用X表示)的下列叙述正确的是(　　 )

A．卤素单质与水反应均可用X2＋H2O===HXO＋HX表示

B．HX热稳定性随核电荷数增加而增强

C．卤素单质的颜色从F2→I2随相对分子质量增大而逐渐加深

D．X－离子的还原性依次为F－＜Cl－＜Br－＜I－，因此相对分子质量小的卤素单质可将相对分子质量大的卤素从其盐溶液中置换出来

C　[2F2＋2H2O===O2＋4HF，A错；HX热稳定性随核电荷数增加而减弱，B错；F2优先与水反应，故不能用F2从其他盐溶液中置换出来卤素单质，D错。]

4．下列说法正确的是(　　 )

A．F、Cl、Br原子的最外层电子数都是7，次外层电子数都是8

B．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属性递增规律

C．酸性：HFO4＞HClO4＞HBrO4＞HIO4

D．砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的相似性，砹微溶于水，易溶于CCl4

D　[F的次外层电子数为2，Br的次外层电子数为18，A项错误；元素的非金属性强弱可以根据其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱比较，不能根据氢化物的酸性强弱比较，B项错误；F无正化合价，不能形成HFO4，C错误；由碘微溶于水、易溶于四氯化碳可推知，砹微溶于水，易溶于CCl4，D正确。]

1．我国西部地区蕴藏着丰富的锂资源，开发锂的用途是一个重要的科学课题。关于锂的叙述不正确的是(　　)

A．锂是较轻的金属

B．LiOH的碱性比NaOH的弱

C．锂的金属性比钠的强

D．锂在空气中燃烧生成Li2O

C　[锂比钠的活泼性弱，在空气中燃烧只生成Li2O，LiOH的碱性比NaOH的弱，锂的金属性比钠的弱，C项错误。]

2．按氟、氯、溴、碘顺序，下列说法不正确的是(　　 )

A．它们的单质的熔、沸点逐渐升高

B．原子半径逐渐增大，单质氧化性逐渐增强

C．单质的颜色逐渐加深

D．它们气态氢化物的稳定性逐渐减弱

B　[氟、氯、溴、碘的单质的熔、沸点逐渐升高，A正确；氟、氯、溴、碘同为ⅦA族元素，同主族从上到下，原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，因此单质氧化性逐渐减弱，B错误；氟、氯、溴、碘的单质的颜色逐渐加深，C正确；非金属性：F＞Cl＞Br＞I，非金属性越强，氢化物越稳定，则它们气态氢化物的稳定性逐渐减弱，D正确。]

3．下列有关碱金属元素的叙述正确的是(　　 )

A．碱金属单质均为银白色，密度均小于水

B．碱金属单质从Li到Cs，熔点依次升高

C．氢氧化铯碱性强于氢氧化钠

D．碱金属元素形成的阳离子，从Li＋到Cs＋氧化性依次增强

C　[碱金属单质中除了Rb、Cs，其他的密度均小于水，Cs略带金属光泽，其他的都是银白色的，A错误；碱金属单质从Li到Cs，熔点依次降低，还原性依次增强，形成的阳离子的氧化性依次降低，对应的氢氧化物碱性依次增强，C正确，B、D错误。]

4．向含有NaBr和KI的混合溶液中通入过量Cl2，充分反应后将溶液蒸干并灼烧所得物质，最后剩余的固体是(　　 )

A．NaCl和KI　　　　　 B．NaCl、KCl、I2

C．KCl和NaBr   D．KCl和NaCl

D　[过量的Cl2将I－、Br－从溶液中完全置换出来，在蒸干、灼烧过程中溴挥发、碘升华，所得固体为NaCl和KCl。此题也可利用Cl2、Br2、I2活泼性强弱用排除法选出D项。]

5．(1)卤素氢化物中最不稳定的是        (写化学式)。

(2)单质熔、沸点随原子序数递增而升高的是        (填序号)。

A．碱金属　　　　　　B．卤素

(3)下列反应中，更剧烈的是        (填序号)。

A．钠与水反应   B．钾与水反应

(4)取下列溶液分装两试管，再分别依次加入少量氯水和少量四氯化碳，用力振荡、静置后，四氯化碳层显紫红色的是        (填序号)。

A．溴化钠溶液   B．碘化钾溶液

[解析]　卤素中碘元素的非金属性最弱，氢化物最不稳定的是HI；碱金属元素单质熔、沸点随原子序数递增而降低，卤素单质熔、沸点随原子序数递增而升高；钾比钠活泼，与水反应更剧烈；氯水与NaBr、KI溶液分别生成Br2、I2，而二者的四氯化碳溶液分别为橙色、紫红色。

[答案]　(1)HI　(2)B　(3)B　(4)B