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 元素周期表的应用学案，共13页。学案主要包含了ⅠA族元素性质的递变规律探究，卤族元素性质的递变规律探究，预测元素及其化合物的性质，元素周期表的应用等内容，欢迎下载使用。

一、ⅠA族(除H外)元素性质的递变规律探究
1．原子结构特点
(1)原子结构
(2)对比归纳
①相似性：最外层电子数都是1。
②递变性：随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。
2．单质及化合物性质的递变性
3．碱金属元素的性质与原子结构之间的关系
从Li→Cs，最外层电子数均为1，但随核电荷数的增加，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(1个)的引力逐渐减弱→元素原子的失电子能力逐渐增强→元素的金属性逐渐增强。
某兴趣小组在实验室中完成了如图所示的实验：
(1)请叙述上述实验现象的异同点。
(2)你从上述实验能得出什么样的结论？
提示：(1)相同点有：金属浮在水面上，熔成闪亮的小球，小球四处游动，发出“嘶嘶”的响声；反应后的溶液呈红色。不同点有：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。
(2)通过上述实验可以得出与水反应剧烈程度：K>Na；金属的活泼性：K>Na。
二、卤族元素性质的递变规律探究
1．卤族元素原子结构和性质的相似性
2．卤族元素性质的递变性
(1)卤族元素单质的物理性质及递变性
(2)卤素单质的结构及化学性质递变性
(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－。
3．卤族元素的性质与原子结构之间的关系
从F→I，随着核电荷数的增加，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→元素原子的得电子能力逐渐减弱→元素的非金属性逐渐减弱。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)同主族元素自上至下，碱金属和卤族元素单质的熔、沸点都逐渐增大。
( )
(2)同主族元素随核电荷数的增加，气态氢化物的稳定性逐渐增强。( )
(3)酸性：HF>HCl>HBr>HI。( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
三、预测元素及其化合物的性质(以Si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\up9(△))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\up9(高温))CaSiO3。
②弱氧化性：SiO2＋2C eq \(=====,\s\up9(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。
“玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑，故从彼名”。自佛经传入中国后，翻译人员考虑到“马脑”属玉石类，于是巧妙地译成“玛瑙”。
玛瑙的主要成分为二氧化硅，由于其与水化二氧化硅(硅酸)交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属，颜色可从极淡色到暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸。
提示：二氧化硅不与水反应，故应先与碱(如NaOH溶液)反应生成硅酸盐，再与酸(如盐酸)反应生成硅酸。
四、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(连线)
人工合成氨是科学史上的里程碑之一。一百多年来，工业合成氨需要高温高压的苛刻条件，而自然界的生物固氮是在常温常压下进行的。因此高效的人工模拟生物固氮成为催化科学领域的圣杯。
若要研制新型的高效催化剂，应该在元素周期表的什么位置寻找合适的元素？
提示：在元素周期表中的过渡元素部分寻找合适的催化剂。
同主族元素及其物质性质的递变规律
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逐渐减弱，Se与H2化合难度更大。
同主族元素原子结构与性质的递变规律
【例题】 运用元素周期律分析，下列说法中错误的是 ( )
A．Ra是第7周期ⅡA族元素，Ra(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，自上而下，随原子序数的增大，元素的金属性增强，非金属性减弱，ⅡA族元素Mg和Ra，原子序数：MgMg(OH)2，A项正确；ⅤA族元素N和As，原子序数：NAs，其对应阴离子的还原性：N3－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。]
2．砷为第4周期ⅤA族元素，根据它在元素周期表中的位置推测，砷不可能具有的性质是 ( )
A．AsH3比NH3稳定性强
B．可以存在－3、＋3、＋5等多种化合价
C．As2O5对应水化物的酸性比H3PO4弱
D．砷的非金属性比磷弱
A [N、P、As均为ⅤA族元素，分别位于第2、3、4周期，根据元素周期律判断，As比N、P非金属性弱，NH3比AsH3稳定性强，H3AsO4(As2O5的对应水化物)的酸性比H3PO4弱。As与N、P同在ⅤA族，N和P都有－3、＋3、＋5的化合价，则As也有－3、＋3、＋5的化合价。]
碱金属元素、卤素单质的相似性和递变性
1．ⅠA族中的元素都是碱金属元素吗？
提示：不是。ⅠA族中除氢元素外的其余元素都是金属元素，俗称碱金属元素。
2．碱金属元素在空气中燃烧都生成过氧化物吗？
提示：不是。碱金属元素随着原子序数的递增，金属活泼性逐渐增强，在空气中燃烧的产物也越来越复杂。锂生成氧化锂，钠生成过氧化钠，钾、铷、铯等生成更复杂的氧化物。
3．钾的金属性比钠强，钾可以将钠从NaCl溶液中置换出来吗？
提示：不能。因为Na、K的金属性很强，Na＋、K＋的氧化性比H＋的弱，所以将钾放入NaCl溶液中，K置换水中＋1价的氢原子，而不置换出钠。
4．卤素单质与水反应都能生成氢卤酸和次卤酸吗？
提示：不是。氯、溴、碘的单质与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸，而氟气与水反应生成氢氟酸和氧气，化学方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2。
1．碱金属性质的递变规律
(1)随着原子序数的递增，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，它们与水反应越来越容易，与O2反应的产物越来越复杂。
(2)碱金属都具有还原性，并且从Li到Cs逐渐增强。
2．卤素单质性质的相似性
(1)与H2反应：X2＋H2===2HX(一定条件)。
(2)与活泼金属(如Na)反应：2Na＋X2 eq \(=====,\s\up9(点燃))2NaX
(3)与H2O反应：
①H2O＋X2===HX＋HXO(X＝Cl、Br、I)
②2H2O＋2F2===4HF＋O2
3．卤素单质性质的递变性
(1)氧化性与还原性。
随着原子序数的递增：卤素单质的氧化性逐渐减弱，卤素阴离子的还原性逐渐增强。
(2)与H2反应的难易及氢化物的稳定性。
随着原子序数的递增：①与H2反应越来越难，生成的氢化物的稳定性越来越差，氢化物的还原性越来越强。
②氢化物都易溶于水，其水溶液的酸性依次增强。
(3)卤素单质与变价金属(如铁)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．卤素单质的特殊性
(1)F2能与水反应，因此，F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。
(2)通常情况下，氟没有正价，所以氟没有含氧酸。
(3)溶解性：通常情况下，除F2外，卤素单质在水中的溶解度都不大，但是均易溶于有机溶剂。
(4)卤素单质都有毒，液溴易挥发，保存时常用水密封。
1．下列与碱金属元素有关的比较中不正确的是( )
A．锂与水反应不如钠与水反应剧烈
B．还原性：K>Na，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠
C．熔、沸点：Li>Na>K
D．碱性：LiOH