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鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 元素周期表的应用课文内容ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第3节 元素周期表的应用课文内容ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，逐渐增多，逐渐增大，化合态，HClO4，HBrO4，HIO4，HCl，HBr，深红棕等内容，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__。②递变性:随着核电荷数的增加,电子层数_________,原子半径_________。
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_____→原子半径逐渐_____→原子核对最外层电子(1个)的引力逐渐_____→元素原子的失电子能力逐渐_____→元素的金属性逐渐_____。
【自主探索】1.元素周期表中ⅠA族元素全部是碱金属元素吗?提示:ⅠA族元素除H外均属于碱金属元素。
2.判断下列说法是否正确。(1)Li、Na、K元素的原子核外电子层数随着核电荷数的增加而增多。 ( )提示:√。Li、Na、K元素在周期表中依次为第2、3、4周期,因此其电子层数逐渐增加。
(2)因为Na比K容易失去电子,所以Na比K的还原性强。 ( )提示:×。K比Na更容易失电子。
3.(情境思考)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。提示: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)你从上述实验能得出什么样的结论?提示: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.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_____→原子半径逐渐_____→原子核对最外层电子的引力逐渐_____→元素原子的得电子能力逐渐_____→元素的非金属性逐渐_____。
【自主探索】1.判断下列说法是否正确。(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。 ( )提示:×。同主族元素自上至下,碱金属单质的熔、沸点逐渐降低,卤素单质的熔、沸点逐渐增大。
(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。( )提示:×。同主族元素随核电荷数的增加,气态氢化物的稳定性逐渐减弱。
2.(前后串联)利用原子结构如何解释F、Cl、Br、I得失电子能力的变化?提示:F、Cl、Br、I最外层都有7个电子,都易得一个电子达到稳定结构,但原子半径依次增大,得电子能力逐渐减弱。
三、同主族元素性质的递变规律
【自主探究】1.你能说明同主族元素性质相似性和递变性的原因吗?提示:同主族元素原子的最外层电子数相同,所以同主族元素性质具有相似性。同主族元素原子的电子层数逐渐增多,原子半径增大,所以元素原子失电子能力增强,得电子能力减弱,元素的金属性增强,非金属性减弱。
2.(前后串联)根据同周期和主族元素性质的递变规律,判断元素周期表中得电子能力最强的元素。提示:F元素。同周期元素从左向右元素原子的得电子能力逐渐增强,同主族元素从上到下元素原子的得电子能力逐渐减弱。因此得电子能力最强的元素为F元素。
知识点一 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性 1.相似性(R表示碱金属元素)
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)碱金属的化学性质及比较
【合作探究】(1)(思维升华)①K比Na活泼,K可以从钠盐溶液中置换出Na吗?为什么?(证据推理与模型认知)提示:不能。钾与水反应生成KOH和氢气。
②碱金属的阳离子没有还原性,所以有强氧化性,这句话对吗?为什么?(宏观辨识与微观探析)提示:不对。碱金属的阳离子很稳定,不具有强氧化性。
(2)(情境应用)社会生产、科学研究和国防建设等部门,对时间的要求特别高。它们要求时间要精准到千分之一秒,甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求,人们制造出了一系列精密的计时器具,铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。铯是属于第6周期的碱金属元素,推测金属铯与水反应的现象,写反应的方程式并判断CsOH的碱性强弱。(证据推理与模型认知)提示:碱金属元素随电子层数的增加,金属性逐渐增强。金属铯与水能剧烈反应,甚至发生剧烈的爆炸,反应的方程式为2Cs+2H2O====2CsOH+H2↑,CsOH属于强碱。
【典例示范】【典例】(2020·江苏高考)海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到Cl2和NaOH，以NaCl、NH3、CO2等为原料可得到NaHCO3；向海水晒盐得到的卤水中通Cl2可制溴；从海水中还能提取镁。下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是( )A.NaOH的碱性比Mg(OH)2的强B.Cl2得到电子的能力比Br2的弱C.原子半径r：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na)D.原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br)
【命题意图】本题考查元素周期律，意在考查学生对原子结构、元素周期律的掌握。【解析】选A。A项，Na的金属性强于Mg，则最高价氧化物对应水化物的碱性NaOH强于Mg(OH)2，正确；B项，Cl的非金属性强于Br，则得电子能力Cl2强于Br2，错误；C项，Na、Mg、Cl位于同一周期，电子层数相同，核电荷数大的原子，核对核外电子的吸引能力增强，所以原子半径会减小，则r(Na)>r(Mg)> r(Cl)，错误。
【误区警示】碱金属元素性质的差异性同主族元素的性质,不但要记住其相似性和递变性,还要注意违背一般规律的特殊性质。(1)碱金属单质的密度逐渐增大,但K单质的密度小于Na;Na、K都可以保存在煤油中,但Li不能保存在煤油中,而应保存在石蜡中。(2)碱金属元素只有Li与O2反应生成Li2O 一种产物,其他与O2反应的产物至少有两种。(3)碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物中只有LiOH微溶,其他均为易溶于水的碱。
【素养训练】人体液的渗透压平衡主要通过钠离子和氯离子进行调节,钠离子的另一个重要作用是调节神经元轴突膜内外的电荷,钠离子与钾离子的浓度差变化是神经冲动传递的物质基础,世界卫生组织建议每人每日摄入1～2克钠盐,钾离子也参与调节渗透压与轴突膜内外的电荷,人体中心脏、肝脏、脾脏等器官中钾比较富集。
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>KD.碱性:LiOHNa>Li,但K不能置换出NaCl溶液中的Na,而是与H2O反应,B项不正确;碱金属元素从Li到Cs,熔、沸点逐渐降低,即Li>Na>K>Rb>Cs,C项正确;从Li到Cs,碱金属元素的金属性逐渐增强,对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强,即碱性:LiOH
2.(2020·哈尔滨高一检测)某主族元素的原子最外层是第5层,其上有1个电子,下列描述中正确的是( )A.常温下,其单质与水反应不如钠与水反应剧烈B.其原子半径比钾原子半径小C.其碳酸盐易溶于水D.其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解
【解析】选C。由主族元素原子的第五电子层上只有一个电子可知:该元素位于周期表第5周期ⅠA族,为Rb(铷)。由同一主族元素性质递变规律可知,Rb的金属性强于Na,故其与水的反应比Na更剧烈;RbOH的碱性强于NaOH,因NaOH可使Al(OH)3溶解,则RbOH也一定能使Al(OH)3溶解;Rb、K同主族,且Rb比K多一个电子层,则Rb的原子半径比K的原子半径大;又Na2CO3、K2CO3均易溶于水,可类推出Rb2CO3也应易溶于水。
知识点二 卤素单质的相似性和递变性 1.相似性
3.特殊性(1)F2能与水反应,反应方程式为2F2+2H2O ==== 4HF+O2。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。
【知识拓展】1.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)在常温下,Br2是唯一一种液态非金属单质。(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。
2.溴和碘在有机溶剂中的颜色溴和碘在有机溶剂中浓度不同,颜色不同。碘在水中一般为黄色到褐色,在有机溶剂中一般为紫色到紫红色;溴在水中一般为黄色到棕色,在有机溶剂中一般为橙色到橙红色。在一定条件下,溶液颜色可以作为判断是否有相应物质生成的依据。
【合作探究】(思维升华)已知还原性I->Br->Cl->F-,试从原子结构的角度分析其原因是什么?(宏观辨识与微观探析)提示:还原性即微粒失去电子的能力。按I-→Br-→Cl-→F-的顺序,离子的半径逐渐减小,原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大,失去电子的能力逐渐减弱,故还原性逐渐减弱。
(教材二次开发)教材中“ⅦA族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等称为卤族元素”则下图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与相对分子质量的关系图。判断①②③④的氧化性顺序。(证据推理与模型认知)提示:卤素单质的沸点与其相对分子质量成正比,根据题图知,①②③④对应的分别是F2、Cl2、Br2、I2,因此氧化性顺序为①>②>③>④。
【典例示范】【典例】1940年,意大利化学家西格雷发现了第85号元素,它被命名为“砹(At)”。在希腊文里,砹的意思是“不稳定”。西格雷后来迁居到了美国,和美国科学家科里森、麦肯齐在加利福尼亚大学用“原子大炮”——回旋加速器加速氦原子核,轰击金属铋209,由此制得了第85号元素——“亚碘”,即是砹。砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素,推测砹和砹的化合物正确的是( )A.与H2化合的能力:At2>I2B.砹在常温下是白色固体C.砹原子的最外层上有7个电子D.砹易溶于水,难溶于四氯化碳
【解题指南】解答本题重点注意以下两个方面:(1)卤素单质性质的相似性。(2)卤素单质与氢气等化合能力的递变性。
【素养训练】下列说法中,不符合ⅦA族元素性质特征的是( )A.从上到下元素的非金属性增强B.易形成-1价离子C.从上到下,最高价氧化物的水化物酸性减弱(F除外)D.从上到下,氢化物的还原性依次增强
【解析】选A。同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,选项A符合题意;第ⅦA族元素原子最外层有7个电子,易得1个电子形成-1价离子,选项B不符合题意;从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱,选项C不符合题意;同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以氢化物的还原性依次增强,选项D不符合题意。
【加固训练】1.(2020·潍坊高一检测)卤素是最活泼的一族非金属,下列关于卤族元素的说法正确的是( )A.卤素单质的最外层电子数都是7B.从上到下,卤素原子的电子层数依次增多,半径依次减小C.从F到I,原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱,原子得电子能力依次减弱D.卤素单质与H2化合的容易程度为F2
2.《本草衍义》中对精制砒霜过程有如下叙述“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞,着覆器,遂凝结,累然下垂如乳尖,长者为胜,平短者次之。大块者已是下等,片如细屑者极下也,入药当用如乳尖长者。”砒霜的主要成分是三氧化二砷,其中砷的原子序数为33。
(1)推测砷元素在元素周期表中的位置。提示:原子数序为33,比36小3,36号元素为第4周期0族的稀有气体元素,因此33号元素砷位于元素周期表第4周期第ⅤA族。
(2)推测砷元素的重要化合价,写出气态氢化物的化学式,并判断其稳定性。提示:由于砷为第ⅤA族元素,因此主要化合价为+5、+3、-3价等。其中气态氢化物为AsH3,由于其非金属性较同主族的P、N弱,因此AsH3的稳定也较差。
(3)写出砷的最高价氧化物的化学式,并判断其对应水化物的酸性与H3PO4酸性的强弱。提示:由于砷的最高价为+5价,因此其氧化物的化学式为As2O5,其对应水化物为H3AsO4,其酸性比同主族P元素的最高价氧化物对应水化物为H3PO4的酸性弱。
(4)文中涉及的混合物分离的操作方法是什么?提示:升华。“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞”为升华操作。
知识点三 同主族元素性质的相似性和递变规律 同主族元素原子结构与性质的递变规律
【合作探究】(1)(思维升华)短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如图所示:①Y所在周期中所有主族元素,Y的原子半径最小,对吗?(证据推理与模型认知)②能否发生反应Cl2+H2Z ==== Z↓+2HCl?(证据推理与模型认知)
提示:①根据同周期、同主族元素性质的变化规律进行判断。短周期为1～3周期,由图可得X为氦,Y为氟,Z为硫;同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),因此F所在周期的所有主族元素中,F的原子半径最小。②氯的非金属性比硫强,因此能发生置换反应:Cl2+H2S====S↓+2HCl。
(2)(情境应用)在实验室用金属钠、钾做实验时,发现钠、钾常保存在煤油中,这是为什么呢?(科学探究与创新意识)提示:钠、钾保存在煤油中,以避免与空气中的O2、H2O反应。
【典例示范】【典例】X、Y两种元素,原子序数均小于20;X、Y原子的最外层电子数相等,且原子半径RX
【解析】选A。X、Y原子的最外层电子数相同,且原子序数<20,说明X、Y为同一主族的元素,又X的原子半径小于Y,说明在周期表中X位于Y的上方。A项,若X(OH)n为强碱,则X为金属元素,根据同主族元素性质的递变规律,Y也为金属元素,且Y元素原子的失电子能力要强于X元素原子,Y(OH)n应该比X(OH)n的碱性更强;B项,若HnXOm为HNO3,氮元素的氢化物NH3溶于水显碱性;C项,若X元素为氧,则Y元素为硫,形成的单质是S;D项,若Y元素为氯,则X元素为氟,氯元素的最高正价为+7价,但氟元素无正价。
【母题追问】(1)若Y能形成H3YO4的化合物,则X也能形成H3XO4的化合物吗?提示:不能。若Y能形成H3YO4的化合物,则X、Y应为第ⅤA族的氮、磷元素,氮元素形成的HNO3。
(2)若Y形成氢化物的水溶液呈酸性,则X形成的氢化物的水溶液也一定呈酸性吗?提示:不一定。若X、Y为第ⅥA族元素,H2S呈酸性,而H2O呈中性。
【素养训练】2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。(1)请确定铟在元素周期表中的位置?提示:In为49号元素,根据元素周期表中元素的排布规律,In是第五周期第ⅢA族元素。
(2) 的中子数与电子数的差值为多少。提示: 的中子数为115-49=66,电子数为49,中子数与电子数的差值为66-49=17。
(3)根据铟在元素周期表中的位置,判断下列对In元素性质的推测是否正确。提示:从上到下为√,×,×,√。In在元素周期表中位于第5周期ⅢA族,与Al同主族,但原子半径In>Al,金属性In>Al,属于金属元素,因此In能与酸反应产生H2,不能与碱反应,氧化物In2O3属于碱性氧化物,只能与酸反应生成盐和水。
(4)若铟与铷(37Rb)同周期,试比较In(OH)3与RbOH碱性的强弱。提示:In是第五周期第ⅢA族元素,Rb为第五周期第ⅠA族元素,金属性InH2S>PH3>SiH4。
2.(2020·南宁高一检测)四种短周期元素在周期表中的位置如图,其中只有M为金属元素。下列说法不正确的是( )A.原子半径Z
【三言两语话重点】同主族元素,随核电荷数的增加:(1)元素原子得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强。(2)元素最高价氧化物对应水化物酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强。(3)气态氢化物稳定性逐渐减弱,还原性逐渐增强。(4)单原子离子的还原性逐渐增强,氧化性逐渐减弱。
1.(2020·泰安高一检测)已知钾在空气中燃烧生成KO2。自然界中仅存在极微量的金属钫(Fr),它的已知同位素都有放射性,它是碱金属元素中密度最大的元素。根据它在周期表中的位置预言其性质,其中不正确的是( )A.在已知元素中(稀有气体除外),它具有最大的原子半径B.在空气中燃烧时,生成氧化物Fr2OC.氧化物的水化物是极强的碱D.单质的失电子能力比钠强
【解析】选B。根据同主族和同周期元素性质递变规律可知,原子半径最大的元素位于周期表的左下角,即钫,A正确;碱金属元素从上到下,失电子能力逐渐增强,D正确;由于Na在氧气中燃烧生成Na2O2,K在氧气中燃烧生成KO2,据此可知,Fr在空气中燃烧应生成比Fr2O更复杂的氧化物,B错误。
2.下列有关卤族元素从上到下的变化的说法中,正确的是( )A.原子半径逐渐增大B.阴离子还原性逐渐减弱C.都有最高价氧化物的水化物,化学式为HXO4D.与氢气越来越容易化合,氢化物的稳定性逐渐增强【解析】选A。同一主族从上到下,电子层逐渐增多,所以原子半径逐渐增大,故A正确;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,单质氧化性依次减弱,阴离子还原性逐渐增强,故B错误;F没有正价,无最高价氧化物的水化物,故C错误;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,与氢气越来越难化合,气态氢化物的稳定性依次减弱,故D错误。
3. (双选)(2020·闵行区高一检测)我国在砷化镓太阳能电池研究方面国际领先。砷(As)和镓(Ga)都是第四周期元素,分别属于ⅤA和ⅢA族。下列说法中,不正确的是( )A.原子半径:Ga>As>PB.热稳定性:NH3>PH3>AsH3C.酸性:H3AsO4>H2SO4>H3PO4D.碱性Ga(OH)3
【加固训练】1.(2020·孝感高一检测)以下有关原子结构及元素周期律的叙述正确的是 ( )A.ⅠA族元素铯的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子B.同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大C.ⅦA族元素从上到下,其氢化物的稳定性逐渐增强D.同主族元素从上到下,单质的熔点逐渐降低
【解析】选B。同位素原子的质子数相同,同主族元素自上而下,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的稳定性逐渐减弱,金属的熔点逐渐降低而非金属的熔点往往逐渐升高。
2.(2020·中山高一检测)X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素。下列叙述中能说明X的得电子能力比Y强的是( )A.X原子的电子层数比Y原子的电子层数多B.与H2化合的能力X
【解析】选B。非金属性:C>B,则H2CO3的酸性强于H3BO3,A项错误;Be、Mg位于同一主族,且原子序数Mg>Be,故碱性Mg(OH)2>Be(OH)2,B项正确;HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱,C项错误;M+与R2-核外电子层结构相同,则M必在R的下一周期,原子序数M>R,D项错误。
【素养新思维】5.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?(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?(3)Br2具有较强的氧化性,SO2具有较强的还原性,将SO2气体通入溴水后,溶液中存在的主要离子有哪些?
【解析】(1)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)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。(3)在溶液中,Br2与SO2反应生成H2SO4和HBr。答案:(1)第2周期第ⅤA族;酸性:H3PO4>H3AsO4(2)4;更大(3)H+、Br-、
【加固训练】(2020·银川高一检测)A、B、C、D四种元素在周期表中分别处于元素X的四周(如表),已知X元素最高价氧化物的化学式为X2O5,且五种元素中有一种元素的原子半径是它们所处的同族中最小的(稀有气体除外)。试确定:
(1)写出元素符号:A________,B________,C________,D________。 (2)C、D、X最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序:________________(用化学式填写)。 (3)A、B、X气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序:____________________(用化学式填写)。
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__。②递变性:随着核电荷数的增加,电子层数_________,原子半径_________。
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_____→原子半径逐渐_____→原子核对最外层电子(1个)的引力逐渐_____→元素原子的失电子能力逐渐_____→元素的金属性逐渐_____。
【自主探索】1.元素周期表中ⅠA族元素全部是碱金属元素吗?提示:ⅠA族元素除H外均属于碱金属元素。
2.判断下列说法是否正确。(1)Li、Na、K元素的原子核外电子层数随着核电荷数的增加而增多。 ( )提示:√。Li、Na、K元素在周期表中依次为第2、3、4周期,因此其电子层数逐渐增加。
(2)因为Na比K容易失去电子,所以Na比K的还原性强。 ( )提示:×。K比Na更容易失电子。
3.(情境思考)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。提示: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)你从上述实验能得出什么样的结论?提示: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.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_____→原子半径逐渐_____→原子核对最外层电子的引力逐渐_____→元素原子的得电子能力逐渐_____→元素的非金属性逐渐_____。
【自主探索】1.判断下列说法是否正确。(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。 ( )提示:×。同主族元素自上至下,碱金属单质的熔、沸点逐渐降低,卤素单质的熔、沸点逐渐增大。
(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。( )提示:×。同主族元素随核电荷数的增加,气态氢化物的稳定性逐渐减弱。
2.(前后串联)利用原子结构如何解释F、Cl、Br、I得失电子能力的变化?提示:F、Cl、Br、I最外层都有7个电子,都易得一个电子达到稳定结构,但原子半径依次增大,得电子能力逐渐减弱。
三、同主族元素性质的递变规律
【自主探究】1.你能说明同主族元素性质相似性和递变性的原因吗?提示:同主族元素原子的最外层电子数相同,所以同主族元素性质具有相似性。同主族元素原子的电子层数逐渐增多,原子半径增大,所以元素原子失电子能力增强,得电子能力减弱,元素的金属性增强,非金属性减弱。
2.(前后串联)根据同周期和主族元素性质的递变规律,判断元素周期表中得电子能力最强的元素。提示:F元素。同周期元素从左向右元素原子的得电子能力逐渐增强,同主族元素从上到下元素原子的得电子能力逐渐减弱。因此得电子能力最强的元素为F元素。
知识点一 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性 1.相似性(R表示碱金属元素)
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)碱金属的化学性质及比较
【合作探究】(1)(思维升华)①K比Na活泼,K可以从钠盐溶液中置换出Na吗?为什么?(证据推理与模型认知)提示:不能。钾与水反应生成KOH和氢气。
②碱金属的阳离子没有还原性,所以有强氧化性,这句话对吗?为什么?(宏观辨识与微观探析)提示:不对。碱金属的阳离子很稳定,不具有强氧化性。
(2)(情境应用)社会生产、科学研究和国防建设等部门,对时间的要求特别高。它们要求时间要精准到千分之一秒,甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求,人们制造出了一系列精密的计时器具,铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。铯是属于第6周期的碱金属元素,推测金属铯与水反应的现象,写反应的方程式并判断CsOH的碱性强弱。(证据推理与模型认知)提示:碱金属元素随电子层数的增加,金属性逐渐增强。金属铯与水能剧烈反应,甚至发生剧烈的爆炸,反应的方程式为2Cs+2H2O====2CsOH+H2↑,CsOH属于强碱。
【典例示范】【典例】(2020·江苏高考)海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到Cl2和NaOH，以NaCl、NH3、CO2等为原料可得到NaHCO3；向海水晒盐得到的卤水中通Cl2可制溴；从海水中还能提取镁。下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是( )A.NaOH的碱性比Mg(OH)2的强B.Cl2得到电子的能力比Br2的弱C.原子半径r：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na)D.原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br)
【命题意图】本题考查元素周期律，意在考查学生对原子结构、元素周期律的掌握。【解析】选A。A项，Na的金属性强于Mg，则最高价氧化物对应水化物的碱性NaOH强于Mg(OH)2，正确；B项，Cl的非金属性强于Br，则得电子能力Cl2强于Br2，错误；C项，Na、Mg、Cl位于同一周期，电子层数相同，核电荷数大的原子，核对核外电子的吸引能力增强，所以原子半径会减小，则r(Na)>r(Mg)> r(Cl)，错误。
【误区警示】碱金属元素性质的差异性同主族元素的性质,不但要记住其相似性和递变性,还要注意违背一般规律的特殊性质。(1)碱金属单质的密度逐渐增大,但K单质的密度小于Na;Na、K都可以保存在煤油中,但Li不能保存在煤油中,而应保存在石蜡中。(2)碱金属元素只有Li与O2反应生成Li2O 一种产物,其他与O2反应的产物至少有两种。(3)碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物中只有LiOH微溶,其他均为易溶于水的碱。
【素养训练】人体液的渗透压平衡主要通过钠离子和氯离子进行调节,钠离子的另一个重要作用是调节神经元轴突膜内外的电荷,钠离子与钾离子的浓度差变化是神经冲动传递的物质基础,世界卫生组织建议每人每日摄入1～2克钠盐,钾离子也参与调节渗透压与轴突膜内外的电荷,人体中心脏、肝脏、脾脏等器官中钾比较富集。
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>KD.碱性:LiOH
2.(2020·哈尔滨高一检测)某主族元素的原子最外层是第5层,其上有1个电子,下列描述中正确的是( )A.常温下,其单质与水反应不如钠与水反应剧烈B.其原子半径比钾原子半径小C.其碳酸盐易溶于水D.其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解
【解析】选C。由主族元素原子的第五电子层上只有一个电子可知:该元素位于周期表第5周期ⅠA族,为Rb(铷)。由同一主族元素性质递变规律可知,Rb的金属性强于Na,故其与水的反应比Na更剧烈;RbOH的碱性强于NaOH,因NaOH可使Al(OH)3溶解,则RbOH也一定能使Al(OH)3溶解;Rb、K同主族,且Rb比K多一个电子层,则Rb的原子半径比K的原子半径大;又Na2CO3、K2CO3均易溶于水,可类推出Rb2CO3也应易溶于水。
知识点二 卤素单质的相似性和递变性 1.相似性
3.特殊性(1)F2能与水反应,反应方程式为2F2+2H2O ==== 4HF+O2。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。
【知识拓展】1.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)在常温下,Br2是唯一一种液态非金属单质。(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。
2.溴和碘在有机溶剂中的颜色溴和碘在有机溶剂中浓度不同,颜色不同。碘在水中一般为黄色到褐色,在有机溶剂中一般为紫色到紫红色;溴在水中一般为黄色到棕色,在有机溶剂中一般为橙色到橙红色。在一定条件下,溶液颜色可以作为判断是否有相应物质生成的依据。
【合作探究】(思维升华)已知还原性I->Br->Cl->F-,试从原子结构的角度分析其原因是什么?(宏观辨识与微观探析)提示:还原性即微粒失去电子的能力。按I-→Br-→Cl-→F-的顺序,离子的半径逐渐减小,原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大,失去电子的能力逐渐减弱,故还原性逐渐减弱。
(教材二次开发)教材中“ⅦA族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等称为卤族元素”则下图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与相对分子质量的关系图。判断①②③④的氧化性顺序。(证据推理与模型认知)提示:卤素单质的沸点与其相对分子质量成正比,根据题图知,①②③④对应的分别是F2、Cl2、Br2、I2,因此氧化性顺序为①>②>③>④。
【典例示范】【典例】1940年,意大利化学家西格雷发现了第85号元素,它被命名为“砹(At)”。在希腊文里,砹的意思是“不稳定”。西格雷后来迁居到了美国,和美国科学家科里森、麦肯齐在加利福尼亚大学用“原子大炮”——回旋加速器加速氦原子核,轰击金属铋209,由此制得了第85号元素——“亚碘”,即是砹。砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素,推测砹和砹的化合物正确的是( )A.与H2化合的能力:At2>I2B.砹在常温下是白色固体C.砹原子的最外层上有7个电子D.砹易溶于水,难溶于四氯化碳
【解题指南】解答本题重点注意以下两个方面:(1)卤素单质性质的相似性。(2)卤素单质与氢气等化合能力的递变性。
【素养训练】下列说法中,不符合ⅦA族元素性质特征的是( )A.从上到下元素的非金属性增强B.易形成-1价离子C.从上到下,最高价氧化物的水化物酸性减弱(F除外)D.从上到下,氢化物的还原性依次增强
【解析】选A。同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,选项A符合题意;第ⅦA族元素原子最外层有7个电子,易得1个电子形成-1价离子,选项B不符合题意;从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱,选项C不符合题意;同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以氢化物的还原性依次增强,选项D不符合题意。
【加固训练】1.(2020·潍坊高一检测)卤素是最活泼的一族非金属,下列关于卤族元素的说法正确的是( )A.卤素单质的最外层电子数都是7B.从上到下,卤素原子的电子层数依次增多,半径依次减小C.从F到I,原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱,原子得电子能力依次减弱D.卤素单质与H2化合的容易程度为F2
2.《本草衍义》中对精制砒霜过程有如下叙述“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞,着覆器,遂凝结,累然下垂如乳尖,长者为胜,平短者次之。大块者已是下等,片如细屑者极下也,入药当用如乳尖长者。”砒霜的主要成分是三氧化二砷,其中砷的原子序数为33。
(1)推测砷元素在元素周期表中的位置。提示:原子数序为33,比36小3,36号元素为第4周期0族的稀有气体元素,因此33号元素砷位于元素周期表第4周期第ⅤA族。
(2)推测砷元素的重要化合价,写出气态氢化物的化学式,并判断其稳定性。提示:由于砷为第ⅤA族元素,因此主要化合价为+5、+3、-3价等。其中气态氢化物为AsH3,由于其非金属性较同主族的P、N弱,因此AsH3的稳定也较差。
(3)写出砷的最高价氧化物的化学式,并判断其对应水化物的酸性与H3PO4酸性的强弱。提示:由于砷的最高价为+5价,因此其氧化物的化学式为As2O5,其对应水化物为H3AsO4,其酸性比同主族P元素的最高价氧化物对应水化物为H3PO4的酸性弱。
(4)文中涉及的混合物分离的操作方法是什么?提示:升华。“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞”为升华操作。
知识点三 同主族元素性质的相似性和递变规律 同主族元素原子结构与性质的递变规律
【合作探究】(1)(思维升华)短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如图所示:①Y所在周期中所有主族元素,Y的原子半径最小,对吗?(证据推理与模型认知)②能否发生反应Cl2+H2Z ==== Z↓+2HCl?(证据推理与模型认知)
提示:①根据同周期、同主族元素性质的变化规律进行判断。短周期为1～3周期,由图可得X为氦,Y为氟,Z为硫;同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),因此F所在周期的所有主族元素中,F的原子半径最小。②氯的非金属性比硫强,因此能发生置换反应:Cl2+H2S====S↓+2HCl。
(2)(情境应用)在实验室用金属钠、钾做实验时,发现钠、钾常保存在煤油中,这是为什么呢?(科学探究与创新意识)提示:钠、钾保存在煤油中,以避免与空气中的O2、H2O反应。
【典例示范】【典例】X、Y两种元素,原子序数均小于20;X、Y原子的最外层电子数相等,且原子半径RX
【解析】选A。X、Y原子的最外层电子数相同,且原子序数<20,说明X、Y为同一主族的元素,又X的原子半径小于Y,说明在周期表中X位于Y的上方。A项,若X(OH)n为强碱,则X为金属元素,根据同主族元素性质的递变规律,Y也为金属元素,且Y元素原子的失电子能力要强于X元素原子,Y(OH)n应该比X(OH)n的碱性更强;B项,若HnXOm为HNO3,氮元素的氢化物NH3溶于水显碱性;C项,若X元素为氧,则Y元素为硫,形成的单质是S;D项,若Y元素为氯,则X元素为氟,氯元素的最高正价为+7价,但氟元素无正价。
【母题追问】(1)若Y能形成H3YO4的化合物,则X也能形成H3XO4的化合物吗?提示:不能。若Y能形成H3YO4的化合物,则X、Y应为第ⅤA族的氮、磷元素,氮元素形成的HNO3。
(2)若Y形成氢化物的水溶液呈酸性,则X形成的氢化物的水溶液也一定呈酸性吗?提示:不一定。若X、Y为第ⅥA族元素,H2S呈酸性,而H2O呈中性。
【素养训练】2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。(1)请确定铟在元素周期表中的位置?提示:In为49号元素,根据元素周期表中元素的排布规律,In是第五周期第ⅢA族元素。
(2) 的中子数与电子数的差值为多少。提示: 的中子数为115-49=66,电子数为49,中子数与电子数的差值为66-49=17。
(3)根据铟在元素周期表中的位置,判断下列对In元素性质的推测是否正确。提示:从上到下为√,×,×,√。In在元素周期表中位于第5周期ⅢA族,与Al同主族,但原子半径In>Al,金属性In>Al,属于金属元素,因此In能与酸反应产生H2,不能与碱反应,氧化物In2O3属于碱性氧化物,只能与酸反应生成盐和水。
(4)若铟与铷(37Rb)同周期,试比较In(OH)3与RbOH碱性的强弱。提示:In是第五周期第ⅢA族元素,Rb为第五周期第ⅠA族元素,金属性In
2.(2020·南宁高一检测)四种短周期元素在周期表中的位置如图,其中只有M为金属元素。下列说法不正确的是( )A.原子半径Z
【三言两语话重点】同主族元素,随核电荷数的增加:(1)元素原子得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强。(2)元素最高价氧化物对应水化物酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强。(3)气态氢化物稳定性逐渐减弱,还原性逐渐增强。(4)单原子离子的还原性逐渐增强,氧化性逐渐减弱。
1.(2020·泰安高一检测)已知钾在空气中燃烧生成KO2。自然界中仅存在极微量的金属钫(Fr),它的已知同位素都有放射性,它是碱金属元素中密度最大的元素。根据它在周期表中的位置预言其性质,其中不正确的是( )A.在已知元素中(稀有气体除外),它具有最大的原子半径B.在空气中燃烧时,生成氧化物Fr2OC.氧化物的水化物是极强的碱D.单质的失电子能力比钠强
【解析】选B。根据同主族和同周期元素性质递变规律可知,原子半径最大的元素位于周期表的左下角,即钫,A正确;碱金属元素从上到下,失电子能力逐渐增强,D正确;由于Na在氧气中燃烧生成Na2O2,K在氧气中燃烧生成KO2,据此可知,Fr在空气中燃烧应生成比Fr2O更复杂的氧化物,B错误。
2.下列有关卤族元素从上到下的变化的说法中,正确的是( )A.原子半径逐渐增大B.阴离子还原性逐渐减弱C.都有最高价氧化物的水化物,化学式为HXO4D.与氢气越来越容易化合,氢化物的稳定性逐渐增强【解析】选A。同一主族从上到下,电子层逐渐增多,所以原子半径逐渐增大,故A正确;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,单质氧化性依次减弱,阴离子还原性逐渐增强,故B错误;F没有正价,无最高价氧化物的水化物,故C错误;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,与氢气越来越难化合,气态氢化物的稳定性依次减弱,故D错误。
3. (双选)(2020·闵行区高一检测)我国在砷化镓太阳能电池研究方面国际领先。砷(As)和镓(Ga)都是第四周期元素,分别属于ⅤA和ⅢA族。下列说法中,不正确的是( )A.原子半径:Ga>As>PB.热稳定性:NH3>PH3>AsH3C.酸性:H3AsO4>H2SO4>H3PO4D.碱性Ga(OH)3
【加固训练】1.(2020·孝感高一检测)以下有关原子结构及元素周期律的叙述正确的是 ( )A.ⅠA族元素铯的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子B.同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大C.ⅦA族元素从上到下,其氢化物的稳定性逐渐增强D.同主族元素从上到下,单质的熔点逐渐降低
【解析】选B。同位素原子的质子数相同,同主族元素自上而下,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的稳定性逐渐减弱,金属的熔点逐渐降低而非金属的熔点往往逐渐升高。
2.(2020·中山高一检测)X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素。下列叙述中能说明X的得电子能力比Y强的是( )A.X原子的电子层数比Y原子的电子层数多B.与H2化合的能力X
【解析】选B。非金属性:C>B,则H2CO3的酸性强于H3BO3,A项错误;Be、Mg位于同一主族,且原子序数Mg>Be,故碱性Mg(OH)2>Be(OH)2,B项正确;HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱,C项错误;M+与R2-核外电子层结构相同,则M必在R的下一周期,原子序数M>R,D项错误。
【素养新思维】5.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?(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?(3)Br2具有较强的氧化性,SO2具有较强的还原性,将SO2气体通入溴水后,溶液中存在的主要离子有哪些?
【解析】(1)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)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。(3)在溶液中,Br2与SO2反应生成H2SO4和HBr。答案:(1)第2周期第ⅤA族;酸性:H3PO4>H3AsO4(2)4;更大(3)H+、Br-、
【加固训练】(2020·银川高一检测)A、B、C、D四种元素在周期表中分别处于元素X的四周(如表),已知X元素最高价氧化物的化学式为X2O5,且五种元素中有一种元素的原子半径是它们所处的同族中最小的(稀有气体除外)。试确定:
(1)写出元素符号:A________,B________,C________,D________。 (2)C、D、X最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序:________________(用化学式填写)。 (3)A、B、X气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序:____________________(用化学式填写)。
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