高中化学人教版 (2019)必修 第一册第四章 物质结构 元素周期律第二节 元素周期律第二课时学案设计

第二课时　元素周期表和元素周期律的应用

1．了解元素周期表中元素的分区，理解元素的化合价与元素在周期表的位置关系。

2．了解元素与元素周期律的应用，理解元素原子结构、元素在周期表中的位置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。

奥地利首都维也纳一家矿场监督牟勒是第一个提取出碲的人。1782年，牟勒从一种被当地人称为“奇异金”的矿石中提取出碲。

已知：Te与O、S同主族。

[问题探讨]

1．碲的单质是什么状态的物质？请说明理由。

提示：固态；同主族非金属单质的熔点从上到下逐渐升高，硫单质是固体，故碲单质也是固体。

2．碲元素的常见化合价有哪些？

提示：类比S元素可知，碲元素的主要化合价有－2、＋4、＋6价。

3．碲单质有可能作半导体材料吗？请说明理由。

提示：能作半导体材料；原因是碲位于金属元素和非金属元素分界线附近，具有一定的金属性。

4．元素周期表在预测新元素、发现新物质方面起着巨大的作用。随着社会的发展，对新型农药的需求量越来越大。若要寻找新型农药，可在周期表的哪个位置进行探索？

提示：可在氟、氯、硫、磷、砷等元素所在周期表中的位置附近寻找。

1．元素周期表的金属区和非金属区

(1)分界线的划分：沿着周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之间画一条虚线，虚线左下方是金属元素，虚线右上方是非金属元素。

(2)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，故元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线。

2．元素化合价与元素在周期表中位置的关系

(1)主族元素最高正化合价＝主族序数＝最外层电子数，最高正化合价＋|最低负化合价|＝8。

(2)非金属元素的化合价

①最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数(O、F除外)。

②最低负价的绝对值等于使它达到8电子稳定结构所需要得到的电子数。(仅限第ⅣA族～第ⅦA族元素)

③最高正价与最低负价的绝对值之和等于8(O、F除外)。

3．在科技生产中的应用

4．元素周期律在理论上的应用

(1)预测未知元素的性质

依据：同主族元素性质的递变规律。

如已知卤族元素的性质递变规律，可推知未知元素砹(At)的单质应为有色固体，与氢气难化合，HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。

(2)比较元素的性质

依据：元素周期律。

如比较H2SO4和H2SeO4的酸性强弱，因为S、Se同主族，自上至下，元素的非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，故酸性：H2SO4>H2SeO4。

(3)解释实验现象，如氟气通入氯化钠溶液中，不是置换出氯气，而是与水发生剧烈反应，由元素周期表的递变规律知氟元素的非金属性最强，氟气是氧化性最强的非金属单质。

[名师点拨]

(1)在分界线的左侧(第ⅠA族)还包括非金属元素氢。

(2)元素周期表的左下方金属性最强的元素是铯(Fr是放射性元素，除外)，最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是CsOH。右上方非金属性最强的元素是氟，但最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是HClO4。

1．锶是人体不可缺少的一种微量元素，位于元素周期表中第五周期第ⅡA族。下列关于38Sr的说法不正确的是(　　)

A．原子最外层有2个电子

B．中子数为52的Sr的核素符号为Sr

C．与同周期的53I的原子半径相比：Sr>I

D．最高价氧化物对应的水化物的碱性：Ca(OH)2>Sr(OH)2

解析：选D　主族序数等于原子最外层电子数，锶元素位于周期表中第五周期第ⅡA族，所以锶原子最外层有2个电子，故A正确；质量数＝质子数＋中子数＝38＋52＝90，所以中子数为52的Sr的核素符号为Sr，故B正确；同一周期，从左到右，原子半径逐渐减小，由于原子序数：碘>锶，所以原子半径：Sr>I，故C正确；同一主族元素从上到下金属性增强，金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的碱性就越强，所以最高价氧化物对应的水化物的碱性：Ca(OH)2<Sr(OH)2，故D错误。

2．元素周期表可以指导人们进行规律性的推测和判断，下列说法不正确的是(　　)

A．若aX2＋和bY－的核外电子层结构相同，则原子序数：a＝b＋3

B．由水溶液的酸性：HCl>HF，可推断出元素的非金属性：Cl>F

C．锗与硅位于金属与非金属的交界处，都能作半导体材料

D．S和Se分别位于第ⅥA族的第三、四周期，则氢化物的稳定性：H2S>H2Se

解析：选B　aX2＋的核外电子数为a－2，bY－的核外电子数为b＋1，由二者核外电子层结构相同可知a－2＝b＋1，则a＝b＋3，A项正确；HCl和HF不是最高价含氧酸，所以不能根据二者酸性强弱来判断元素非金属性的强弱，B项错误；锗与硅位于金属与非金属的交界处，都可以作半导体材料，C项正确；同一主族元素从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，S的非金属性比Se强，则氢化物的稳定性：H2S>H2Se，D项正确。

3．科学家预测原子序数为114的元素，具有相当稳定的同位素，它的位置在第七周期ⅣA族，称为类铅。关于它的性质，预测错误的是(　　)

A．它的最外层电子数为4

B．它的最高价氧化物对应的水化物是强酸

C．它具有＋2、＋4价

D．它的金属性比铅强

解析：选B　由题意知，该元素位于第ⅣA族铅元素下面，金属性比铅强，D正确，B不正确；因处于第ⅣA族，其原子最外层有4个电子，A正确；由第ⅣA族元素常见化合物(如CO、CO2、PbO2、PbSO4)可知C正确。

1．同一元素的“位、构、性”关系可表示如下

具体表现为：

(1)结构与位置的关系

结构位置

(2)结构与性质的关系

结构性质

(3)位置、结构和性质的关系

2．主族元素在周期表中的特殊位置

(1)族序数等于周期数的元素：H、Be、Al；

(2)族序数等于周期数2倍的元素：C、S；

(3)族序数等于周期数3倍的元素：O；

(4)周期数是族序数2倍的短周期元素：Li；

(5)周期数是族序数3倍的短周期元素：Na；

(6)最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：C、Si；

(7)最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素：S；

(8)除H外，原子半径最小的元素：F；

(9)最高价不等于族序数的元素：O、F。

3．元素“位、构、性”规律中的特例

(1)绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成的，只有氕(H)无中子。

(2)元素周期表中的周期一般是从金属元素开始，但第一周期例外，是从氢元素开始。

(3)所有元素中，碳元素形成的化合物种类最多。

(4)非金属单质一般不导电，但石墨是导体，晶体硅是半导体。

(5)氟无正价，氧无最高正价；在Na2O2中氧显－1价；在NaH中氢显－1价。

1．类比和推理是化学研究的重要方法。下列说法正确的是(　　)

A．卤素单质的熔点从F2到I2逐渐升高，则碱金属单质的熔点从Li到Cs逐渐升高

B．117号Ts的最低化合价为－1

C．铊(Tl)和铝位于同一主族，则铊的最高价氧化物对应的水化物Tl(OH)3为两性

D．周期表中碲在硫的下面，相对原子质量大，则碲化氢是比硫化氢更稳定的气体

解析：选B　卤素单质的熔点与相对分子质量有关，相对分子质量越大，熔点越高，则从F2到I2逐渐升高，金属的熔点与金属键有关，原子半径越小，金属键越强，熔点越高，所以碱金属单质的熔点从Li到Cs逐渐降低，故A错误；117号Ts位于元素周期表的第七周期第ⅦA族，最外层有7个电子，最低化合价为－1价，故B正确；同一主族从上到下，元素的金属性逐渐增强，Tl元素位于元素周期表的第六周期第ⅢA族，金属性：Tl＞In＞Ga＞Al，则铊的最高价氧化物对应的水化物Tl(OH)3不具有两性，故C错误；同一主族从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，非金属性越强，简单氢化物的稳定性越强，则碲化氢是比硫化氢稳定性更弱的气体，故D错误。

2．元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。下列说法正确的是(　　)

A．元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价

B．多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高

C．P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应水化物的酸性均依次增强

D．元素周期表中位于金属和非金属的分界线附近的元素属于过渡元素

解析：选C　O无最高正价，F没有正价，A错误；多电子原子中，能量低的电子在离核较近的区域内运动，B错误；P、S、Cl的非金属性依次增强，得电子能力与最高价含氧酸(H3PO4、H2SO4、HClO4)的酸性均依次增强，C正确；过渡元素是第3纵列到第12纵列的元素，包括了七个副族与第Ⅷ族，D错误。

3．短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Y原子的电子总数是其K层电子数的4倍

B．原子半径大小顺序为r(X)>r(Y)>r(Z)>r(W)>r(Q)

C．Q的单质能与W的氢化物发生置换反应

D．元素Q的最高价氧化物对应水化物的酸性是短周期元素中最强的

解析：选B　由5种元素在周期表中的位置可以推知：Z为Al，X为N，Y为O，W为S，Q为Cl。Y原子的电子总数是8，其K层有2个电子，电子总数是K层电子数的4倍，A项正确；原子半径大小顺序为r(Z)>r(W)>r(Q)>r(X)>r(Y)，B项错误；氯气能与硫化氢发生置换反应生成氯化氢和硫单质，C项正确；根据同周期元素性质递变规律可知非金属性：短周期中F元素非金属性最强，但是F无正价，没有含氧酸，故短周期中Cl元素的最高价氧化物对应水化物的酸性最强，D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的绝对值相加等于8，再由题意最高正价与负价的代数和等于4，所以该元素的最高正价为＋6价，即最外层有6个电子，但O无最高正价。

2．运用元素周期律分析下列推断，其中错误的是(　　)

A．铍的氧化物的水化物可能具有两性

B．砹单质是一种有色固体，砹化氢很不稳定

C．硒化氢(H2Se)是无色、有毒，比H2S稳定的气体

D．硫酸锶难溶于水

解析：选C　A项，铍在元素周期表中位于第二周期第ⅡA族，处于金属与非金属交界区，其氧化物的水化物可能具有两性，正确；B项，砹是卤族元素，从氟到砹，元素的非金属性逐渐减弱，氢化物的稳定性逐渐减弱，砹化氢很不稳定，卤素单质的颜色逐渐加深，砹单质是一种有色固体，正确；C项，由于元素的非金属性S＞Se，所以相应的氢化物的稳定性H2Se比H2S弱，错误；D项，锶为第ⅡA族的元素，同一主族的元素形成的化合物性质相似，CaSO4微溶于水，BaSO4难溶于水，所以硫酸锶难溶于水，正确。

3．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．紧靠虚线两侧的元素都是具有金属性和非金属性的金属元素

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，寻找耐高温材料

解析：选C　A项，虚线左下方的元素均为金属元素，错误；B项，紧靠虚线两侧的元素不一定都是金属元素，如硅是非金属元素，错误；C项，元素周期表中的金属元素和非金属元素分界线附近的元素往往都既具有金属性，又具有非金属性，可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)，正确；D项，在过渡元素中可寻找耐高温材料，在非金属元素中寻找制农药的元素，错误。

4．X、Y、Z、W四种短周期元素在周期表中的位置关系如图所示，X原子最外层有5个电子。下列说法正确的是(　　)

A．离子半径：W－<Z2－

B．还原性：Z2－＜W－

C．酸性：H3YO4>HXO3

D．氢化物的稳定性：YH3>H2Z

解析：选A　X原子最外层有5个电子，X是N元素；根据X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置可知，Y、Z、W分别是P、S、Cl。电子层数相同，质子数越多，半径越小，离子半径：Cl－<S2－，故A正确；非金属性越强，阴离子还原性越弱，所以还原性：Cl－<S2－，故B错误；同主族元素从上到下非金属性减弱，所以最高价含氧酸的酸性：H3PO4<HNO3，故C错误；同周期元素从左到右非金属性增强，气体氢化物的稳定性增强，所以氢化物的稳定性：PH3<H2S，故D错误。

5．元素周期表在指导科学研究和生产实践方面具有十分重要的意义，请将下表中A、B两栏描述的内容对应起来。

①________　②________　③________　④________

答案：(b)　(d)　(a)　(c)