鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 元素周期表的应用导学案

第3节　元素周期表的应用

基础课时5　认识同周期元素性质的递变规律

一、第3周期元素原子得失电子能力的比较

1．钠、镁与水反应的实验探究

2．镁、铝与酸反应的实验探究

3．钠、镁、铝的最高价氧化物对应的水化物的碱性比较

4．硅、磷、硫、氯四种元素原子得电子能力的比较

　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)失电子能力：Na>Mg>Al。  (　　)

(2)与盐酸反应的剧烈程度：Na>Mg>Al。 (　　)

(3)碱性：Mg(OH)2>NaOH>Al(OH)3。 (　　)

(4)金属离子得电子数目越少，氧化性越强。 (　　)

(5)与氢气化合的剧烈程度：C>N2>O2>F2。 (　　)

(6)稳定性SiH4<HCl，则非金属性Si<Cl。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

　“硫酸是一种强酸”，则能否由H2SO4的酸性大于HClO的酸性，可推断S的非金属性大于Cl的非金属性？

提示：不能。因为HClO不是Cl元素最高价氧化物对应的水化物，无法判断两者的非金属性强弱。

二、同周期元素原子的得失电子能力的变化规律及原因

1．变化规律

同周期的主族元素从左到右，元素原子的得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱。

2．同周期主族元素的性质递变的原因

同周期主族元素的原子，核外电子层数相同，随着核电荷数的递增：

　铁在氯气中燃烧生成FeCl3，铁粉与硫粉反应生成FeS，请从原子结构角度解释原因。

提示：由于S和Cl位于同一周期，电子层数相同，原子半径r(Cl)<r(S)，因此Cl的得电子能力强于S，因此Cl2的氧化性强于S。

同周期原子结构与元素性质递变规律

NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3碱性强弱的实验探究：

1．叙述甲、乙、丙实验过程中的实验现象。

提示：甲：溶液出现白色沉淀；

乙：溶液中出现白色沉淀，后又逐渐溶解消失；

丙：加氨水后出现白色沉淀，加盐酸后沉淀又溶解消失。

2．由上述实验你会得出什么结论？

提示：由上述实验可得出：①NaOH为强碱、Mg(OH)2为中强碱、Al(OH)3为两性氢氧化物。②三种金属单质失电子能力：Na>Mg>Al。

3．如何用原子结构理论解释钠、镁、铝失电子能力的强弱关系？

提示：钠、镁、铝三种元素原子的电子层数相同，但随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，原子核对核外电子的吸引力逐渐增大，所以，失电子能力逐渐减弱。

4．最外层电子数少的原子的失电子能力一定强于最外层电子数多的原子，这种说法对吗？

提示：不一定，如失电子能力Ca>Na。

同周期原子结构与元素性质的递变规律

【例题】　同一短周期三种元素X、Y、Z，已知其气态氢化物分别是HX、H2Y、ZH3，则下列判断错误的是 (　　)

A．热稳定性：HX>H2Y>ZH3

B．还原性：HX>H2Y>ZH3

C．酸性：H3ZO4<H2YO4<HXO4

D．非金属性：X>Y>Z

B　[同一周期，其气态氢化物分别是HX、H2Y、ZH3，自左到右分别为Z、Y、X，非金属性逐渐增强，因此非金属性：X>Y>Z。非金属性越强，气态氢化物越稳定，因此热稳定性：HX>H2Y>ZH3，故A正确；非金属性越强，气态氢化物越不易失电子，还原性越弱，故B错误；非金属性越强，最高价含氧酸酸性越强，酸性：H3ZO4<H2YO4<HXO4，故C正确；同一周期，其气态氢化物分别是HX、H2Y、ZH3，自左到右分别为Z、Y、X，非金属性逐渐增强，因此非金属性：X>Y>Z，故D正确。]

[变式旁通]　(1)判断三种元素原子半径的大小顺序。

(2)判断三种元素简单离子的还原性顺序。

提示：(1)原子半径的大小顺序为Z>Y>X。由于三种元素在元素周期表中从左到右依次为Z、Y、X，而同周期从左到右原子半径逐渐减小。

(2)简单离子的还原性顺序为Z3－>Y2－>X－。由于三种元素在元素周期表中从左到右依次为Z、Y、X，它们的非金属性逐渐增强，对应离子的还原性逐渐减弱。

1．按C、N、O、F的顺序，下列递变规律错误的是(　　)

A．原子半径逐渐减小

B．元素原子得电子能力逐渐增强

C．最高价氧化物对应水化物的酸性依次增强

D．气态氢化物稳定性逐渐增强

C　[O无最高正价，F无正价也无最高价氧化物对应的水化物。]

2．对Na、Mg、Al的有关性质的叙述不正确的是(　　)

A．原子半径：Na<Mg<Al

B．碱性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3

C．离子半径：Na＋>Mg2＋>Al3＋

D．离子的氧化性：Na＋<Mg2＋<Al3＋

A　[Na、Mg、Al位于元素周期表中同一周期，从左向右原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，离子的氧化性逐渐增强，最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐减弱，故A项错误，B、D项正确；Na＋、Mg2＋、Al3＋具有相同的核外电子排布，原子序数越大，离子半径越小，故C项正确。]

元素原子得失电子能力强弱的判断依据

为了探究元素非金属性强弱，某同学设计了如图所示的装置，可比较HNO3、H2CO3、H2SiO3的酸性强弱，进而比较氮、碳、硅三种元素原子的得电子能力强弱。

供选择的试剂：稀硝酸、稀硫酸、碳酸钙固体、硅酸钠溶液、澄清石灰水、饱和碳酸氢钠溶液。

1．锥形瓶中装有某可溶性正盐，分液漏斗中盛放何种试剂？

提示：锥形瓶中盛放碳酸钙固体，分液漏斗内装稀硝酸，两者反应生成二氧化碳气体。

2．装置B盛放何种试剂？其作用是什么？

提示：因为硝酸具有挥发性，所以应通过装置B除去HNO3蒸气，否则无法确定后面的H2SiO3沉淀是由CO2与Na2SiO3反应生成的，还是HNO3与Na2SiO3反应生成的。所以B中盛放饱和碳酸氢钠溶液，吸收混合气体中的硝酸蒸气。

3．装置C盛放何种试剂？写出发生反应的离子方程式。

提示：装置C中盛放硅酸钠溶液。SiO＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋CO。

4．通过实验证明碳、氮、硅三种原子得电子能力由强到弱的顺序是怎样的？

提示：N>C>Si。

元素原子得失电子能力强弱的判断依据

1．元素原子失去电子能力强弱的判断依据

(1)金属活动性顺序表中越靠前，金属原子失电子能力越强。

(2)同一周期的金属元素，从左往右，原子失电子能力逐渐减弱。

(3)金属与水或酸反应置换出氢时，置换反应越容易发生，金属原子失电子能力越强。

(4)金属与盐溶液反应，较活泼金属(失电子能力强)置换出较不活泼的金属。

(5)最高价氧化物对应的水化物碱性越强，失电子能力越强。

2．元素原子得电子能力强弱的判断依据

(1)同周期的非金属元素，从左到右得电子能力逐渐增强(不包括稀有气体)。

(2)非金属元素最高价氧化物对应水化物的酸性越强，得电子能力越强。

(3)非金属元素的单质与氢气化合越容易，得电子能力越强；生成的气态氢化物越稳定，得电子能力越强。

(4)不同的非金属单质M和N在溶液中发生置换反应，若M能置换出N，则得电子能力：M>N。

(1)不能根据得电子的多少来判断非金属性强弱。

(2)不能根据气态氢化物水溶液的酸性强弱判断非金属性强弱。

(3)必须是最高价氧化物对应的水化物酸性比较才能说明非金属性强弱。

1．下列事实不能用于判断金属元素失电子能力强弱的是(　　)

A．金属间发生的置换反应

B．1 mol金属单质在反应中失去电子的多少

C．金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性强弱

D．金属元素的单质与水或酸置换出氢气的难易

B　[活泼性强的金属能置换出活泼性弱的金属；最高价氧化物对应水化物碱性越强，元素原子失电子能力越强；金属越活泼越容易置换出氢。]

2．下列不能说明氯的得电子能力比硫强的事实是(　　)

①HCl比H2S稳定；②HClO氧化性比H2SO4强；③HClO4酸性比H2SO4强；④Cl2能与H2S反应生成S；⑤氯原子最外层有7个电子，硫原子最外层有6个电子；⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3，S与Fe反应生成FeS。

A．②⑤　　 B．①②

C．①②④  D．①③⑤

A　[气态氢化物稳定性越高，非金属性越强，故①可以说明；只有最高价氧化物对应的水化物酸性越强，则非金属性才越强，故②不能说明，③可以说明；Cl2能置换出H2S中的S，故④可以说明；最外层电子数的多少不能说明非金属性的强弱，故⑤不能说明；⑥中Fe与Cl2、S分别反应生成FeCl3、FeS，说明非金属性Cl>S。综上所述，②⑤不能说明氯的得电子能力比硫强的事实。]

3．已知X、Y、Z、T四种元素，X、Y在反应时各结合一个电子形成稳定结构，所放出的能量Y>X；氢化物的稳定性HX>HT；原子序数T>Z，其稳定结构的阴离子核外电子数相等，其离子半径Z>T，这四种元素的得电子能力从强到弱排列正确的是(　　)

A．X、Y、Z、T  B．Y、X、Z、T

C．X、Y、T、Z  D．Y、X、T、Z

D　[据结合电子放出的能量知，元素原子得电子能力Y>X；由氢化物的稳定性知，元素原子得电子能力X>T；由元素在元素周期表中的位置知，元素原子得电子能力T>Z。]

1．对于第3周期从左到右的主族元素，下列说法中不正确的是(　　)

A．原子半径逐渐减小

B．电子层数逐渐增多

C．最高化合价的数值逐渐增大

D．元素的非金属性逐渐增强

B　[同周期主族元素具有相同的电子层数，随着核电荷数的增加原子半径逐渐减小，故A正确，B错误；同周期主族元素从左到右原子最外层电子数逐渐增多，对应的最高化合价的数值逐渐增大，故C正确；同周期主族元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，故D正确。]

2．能说明钠比铝活泼的是(　　)

A．最外层电子数钠原子比铝原子少

B．相等物质的量的钠和铝分别和盐酸反应，钠产生的气体少

C．钠与铝的电子层数相等

D．常温下钠能与水剧烈反应，而铝不能

D　[能说明失电子能力Na>Al，取决于其失电子难易程度，不取决于其失电子多少。]

3．下列判断错误的是 (　　)

A．原子半径：Na>Mg>O

B．热稳定性：HF>H2O>H2S

C．酸性：HClO4>H2SO4>H3PO4

D．碱性：NaOH<Mg(OH)2<Al(OH)3

D　[Na、Mg位于同一周期且原子序数Na<Mg，而O原子是第2周期ⅥA族，则原子半径Na>Mg>O，A项正确；B项正确；Cl、S、P同一周期且原子序数依次减少，非金属性逐渐减弱，其最高价含氧酸的酸性逐渐减弱，C项正确；碱性NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3，D项错误。 ]

4．能够说明元素A的非金属性比元素B的非金属性强的理由是(　　)

A．A、B两元素的原子具有相同的电子层数，且原子半径A>B

B．通常条件下，元素A的单质是气态，元素B的单质是固态

C．A的气态氢化物比B的气态氢化物分解温度高

D．A的最高价氧化物对应的水化物的酸性弱于B的最高价氧化物对应的水化物的酸性

C　[A项，A、B电子层数相同且原子半径：A>B，说明得电子能力：B>A，即非金属性：B>A；B项，单质的状态属于物理性质，不能用于判断非金属性强弱；C项，气态氢化物稳定性：A>B，则非金属性：A>B；D项，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，对应元素的非金属性越强。]

5．请根据元素周期表中第3周期主族元素相关知识，回答下列问题。

(1)原子半径最小的元素的原子结构示意图为________，金属性最强的元素是________(填元素符号)；氧化性最弱的简单阳离子是________(填离子符号)。

(2)最不稳定的气态氢化物是________(填化学式)。

(3)最高价氧化物对应水化物中，碱性最强的是________(填化学式，下同)，酸性最强的是________，显两性的是________，该两性氢氧化物与盐酸、烧碱溶液分别反应的离子方程式为__________________、____________________。

[解析]　(1)第3周期元素(Ar除外)从左到右原子半径逐渐减小，元素的金属性逐渐减弱，金属阳离子的氧化性增强，原子半径最小的元素是Cl，金属性最强的是Na，Na＋的氧化性最弱。

(2)非金属性最弱的非金属元素Si的气态氢化物最不稳定。

(3)金属性最强的钠对应的NaOH的碱性最强，非金属性最强的氯对应的HClO4的酸性最强。

[答案]　(1)　Na　Na＋　(2)SiH4

(3)NaOH　HClO4　Al(OH)3　Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O　Al(OH)3＋OH－===[Al(OH)4]－