高中化学人教版 (2019)必修 第一册实验活动3 同周期、同主族元素性质的递变学案设计

实验活动3　同周期、同主族元素性质的递变的实验报告

[实验目的]

1．加深对同周期、同主族元素性质递变规律的认识。

2．体会元素周期表和元素周期律在学习元素化合物知识中的重要作用。

3．掌握常见药品的取用、液体的加热以及萃取等基本操作。

4．能准确描述实验现象，并根据现象得出相应结论。

[实验原理]

　同周期元素从左到右，金属性渐弱，非金属性渐强。同主族元素从上到下，非金属性渐弱，金属性渐强。元素金属性的强弱可以从元素的单质跟水或酸溶液反应置换出氢气的难易，或由元素最高价氧化物对应水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断；元素非金属性的强弱可以从元素最高价氧化物水化物的酸性强弱，或跟氢化合生成气态氢化物的难易以及氢化物的稳定程度来判断，另外也可以由非金属单质是否能把其他元素从它们的化合物里置换出来加以判断。

[实验用品]

　试管、试管夹、试管架、量筒、胶头滴管、酒精灯、白色点滴板、镊子、砂纸、火柴。

钠、镁条、新制的氯水、溴水、NaBr溶液、NaI溶液、1 mol/L MgCl2溶液、1 mol/L AlCl3溶液、1 mol/L NaOH溶液、酚酞溶液。

[实验步骤]

1．同主族元素性质的递变

(1)在点滴板的3个孔穴中分别滴入3滴NaBr溶液、NaI溶液和新制的氯水，然后向NaBr溶液和NaI溶液中各滴入3滴新制的氯水。观察颜色变化，并与氯水的颜色进行比较。

(2)在点滴板的两个孔穴中分别滴入3滴NaI溶液和溴水，然后向NaI溶液中滴入3滴溴水。观察颜色变化，并与溴水的颜色进行比较。写出反应的化学方程式。

2．同周期元素性质的递变

(1)取100 mL小烧杯，向烧杯中注入约50 mL水，然后用镊子取绿豆大小的一块钠，用滤纸将其表面的煤油擦去，放入烧杯中，盖上玻璃片，观察现象。反应完毕后，向烧杯中滴入2～3滴酚酞试液，观察现象。

(2)取两支试管各注入约5 mL的水，取一小片铝和一小段镁带，用砂纸擦去氧化膜，分别投入两支试管中。若前面两支试管反应缓慢，可在酒精灯上加热，反应一段时间再加入2～3滴酚酞试液，观察现象。

(3)取两支试管各注入约5 mL 1 mol/L MgCl2溶液，1 mol/L AlCl3溶液，再用胶头滴管分别向试管中滴加1 mol/L的NaOH溶液，观察实验现象。

[现象记录和结论]

实验(一)

实验(二)

[实验问题探究与分析]

1．实验一中使用的氯水为何要新制备的？

[答案]　因为氯水中溶解的氯气部分能够与水反应，生成盐酸和次氯酸，次氯酸不稳定，受光照分解产生氧气，最终氯水变为盐酸。

2．画出并比较元素氟、氯、溴、碘的原子结构示意图，从微观上分析并解释实验现象？

[答案]　其原子结构示意图为：

它们的最外层电子数相同，所以化学性质相似；随着原子序数的递增，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，所以元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。在非金属单质间的置换反应中，非金属性强的可以置换出非金属性弱的，所以上述反应可以发生。

3．画出并比较元素钠、镁、铝的原子结构示意图，从微观上分析并解释实验现象？

[答案]　其原子结构示意图为：

它们的电子层数相同，随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱，所以元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。在金属单质间的置换反应中，金属性强的可以置换出金属性弱的，所以上述反应可以发生。

4．由上述实验结果总结出什么规律？

[答案]　同一周期元素随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；同一主族元素随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。

[课堂练习]

1．根据元素周期律和周期表，下列各项叙述正确的组合是(　　)

①同一主族元素，原子半径越大，非金属单质的熔点一定越高　②同一周期元素的原子(除稀有气体)，半径越大越容易失去电子　③若R2－和M＋的电子层结构相同，则微粒半径：M＋>R2－　④原子半径X小于Y的同一主族的两种元素，若X(OH)n是强碱，则Y(OH)n也是强碱　⑤除第一周期外，第n周期的最后一种金属元素位于第n主族

A．①②④       B．①③⑤   

C．②③④       D．②④⑤

[解析]　①不正确，例如第ⅣA元素中，金刚石的熔点大于硅的。同周期自左向右原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱。②正确。③不正确，因为核外电子排布相同的微粒，其离子半径随原子序数的增大而减小，即离子半径是M＋＜R2－。同主族自上而下原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强，④正确。根据元素周期表可知，⑤正确。答案选D。

[答案]　D

2．某同学为探究元素周期表中元素性质的递变规律，设计了如下系列实验：

Ⅰ.探究同周期元素性质的递变规律

(1)相同条件下，将钠、镁、铝各1 mol分别投入到足量的同浓度的稀盐酸中，试预测实验结果：________与稀盐酸反应最剧烈；________与稀盐酸反应产生的气体最多。

(2)向Na2S溶液中通入氯气出现黄色浑浊，可证明Cl的非金属性比S强，反应的离子方程式为________________________________。

Ⅱ.探究同主族元素非金属性的递变规律

某研究性学习小组设计了一组实验来探究ⅦA族元素原子的得电子能力强弱规律。下图中A、B、C是三个可供选择制取氯气的装置，装置D的玻璃管中①、②处依次放置蘸有NaBr溶液、NaOH浓溶液的棉球。

(3)写出装置B中仪器a的名称________。

(4)实验室制取氯气还可采用如下原理：2KMnO4＋16HCl(浓)===2KCl＋2MnCl2＋5Cl2↑＋8H2O，依据该反应原理选择________(填“A”或“B”或“C”)装置制取氯气。

(5)反应装置的导气管连接装置D的X导管，试回答下列问题：

①处发生反应的离子方程式为___________________________；

②处发生反应的离子方程式为___________________________。

[解析]　Ⅰ.(1)金属活泼性顺序为：钠＞镁＞铝，所以相同条件下与盐酸反应最激烈的是钠，反应速率最慢的是铝；生成1 mol氢气需要得到2 mol电子，1 mol钠失去1 mol电子，1 mol镁失去2 mol电子，而1 mol铝失去3 mol电子，所以生成氢气最多的是金属铝。

(2)氯气氧化性强于硫单质，所以氯气能够与硫离子反应生成硫，反应的离子方程式为：S2－＋Cl2===S↓＋2Cl－。

Ⅱ.(3)由图知a为分液漏斗。

(4)高锰酸钾与浓盐酸反应较为剧烈，无需加热即可进行，因此，选择A装置。

(5)检验氯气的性质时，不能先通过NaOH溶液，否则会消耗氯气，且起不到尾气吸收的作用， 因为①处为NaBr溶液、②处为NaOH溶液，所以应从X端进氯气。

①氯气先与NaBr溶液反应生成Br2，反应的离子方程式为Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2。

②然后氯气与NaOH溶液反应，其离子反应方程式为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。

[答案]　(1)钠(或Na)　铝(或Al)　(2)S2－＋Cl2===2Cl－＋S↓　(3)分液漏斗　(4)A　(5)①Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　②Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O