2020春高中化学 第1章 原子结构与元素周期律 第3节 元素周期表的应用 第2课时 预测同主族元素

第1章原子结构与元素周期律第3节元素周期表的应用第2课时预测同主族元素的性质[学习目标]1.以第ⅠA、ⅦA族元素为例，掌握同主族元素性质的递变规律。2.能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构，分析、预测、比较元素及其化合物的性质。3.了解元素周期表中各个区域元素的应用。1．碱金属元素包括：Li、Na、K、Rb、Cs(填写元素符号)等元素，它们都处于元素周期表中第ⅠA族；卤族元素包括：F、Cl、Br、I(填写元素符号)等元素，它们都处于元素周期表中第ⅦA族。2．钠与水反应的离子方程式为2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。钠与氧气在常温和加热条件下反应得到的产物分别为：Na2O、Na2O2。3．氯气与氢气反应的条件是：点燃或光照，与溴化钠溶液反应的离子方程式为：Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2。4．实验室制取氯气，验证集气瓶是否收集满的方法之一：用湿润的淀粉碘化钾试纸，具体操作是：用镊子夹住湿润的淀粉碘化钾试纸放在瓶口处；反应原理(用离子方程式表示)Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。一、卤族元素1．原子结构的相似性。元素(名称与符号)氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)原子结构示意图最外层电子数都为7最高正化合价无都为＋7价最低负化合价都为－1价自然界中存在形态全部以化合态形式存在气态氢化物通式为HX(X表示卤素)最高价氧化物对应的水化物无通式为HXO4，且均为强酸原子半径从上到下，依次增大2．卤族元素的性质。(1)卤素单质的物理性质。比较项目F2Cl2Br2I2颜色、状态淡黄绿色气体黄绿色气体深红棕色液体紫黑色固体密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高(2)卤素单质的化学性质的递变性。化学性质规律与H2化合的难易程度――――――→F2Cl2Br2I2与H2化合越来越难氢化物的稳定性――――――→HFHClHBrHI稳定性逐渐减弱最高价氧化物对应水化物的酸性――――――→HClO4HBrO4HIO4酸性逐渐减弱单质的氧化性――――――→F2Cl2Br2I2氧化性逐渐减弱阴离子的还原性――――――→F－Cl－Br－I－还原性逐渐增强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引力逐渐减弱→元素的原子得电子能力逐渐减弱→元素的非金属性逐渐减弱。二、碱金属元素的性质1．原子结构的相似性及递变性。(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．碱金属单质的性质。(1)物理性质。(2)化学性质。与O2①锂与O2：2Li＋O2=====△Li2O②钠与O2：4Na＋O2===2Na2O，2Na＋O2=====△Na2O2相似性与H2O①钠与水：2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑②钾与水：2K＋2H2O===2KOH＋H2↑与O2从Li到Cs反应越来越剧烈，产物越来越复杂递变性与H2O从Li到Cs，与水反应越来越剧烈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→元素的原子失电子能力逐渐增强→元素的金属性逐渐增强。三、同主族元素的性质与原子结构的关系四、元素周期律和元素周期表的具体应用1．在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料。2．在过渡元素中寻找优良的催化剂。3．在非金属元素区域研究，生产新型农药等。4．预测新元素的性质。[易错提醒]1．在加热条件下锂与O2反应只生成Li2O，不能生成Li2O2。2．随着核电荷数的增加，碱金属单质的熔、沸点逐渐降低，但卤族元素单质的熔、沸点逐渐升高。3．金属原子失去的电子越多，元素的金属性不一定强，非金属原子得到的电子越多，元素的非金属性也不一定强。4．切勿错误认为氢化物水溶液的酸性越强，则元素的非金属性越强。5．常温下状态是液体的非金属单质只有溴单质，切勿错误认为“常温下状态是液体的单质只有溴单质”，金属汞常温下也是液体状态。6．金属元素在分界线的左侧，但分界线的左边的并不都是金属元素，如氢元素。7．金属和非金属分界线附近的元素并非都能做半导体材料，如铝元素。8．一般来说，非金属元素的最高正价与最低负价绝对值的和等于8，但氟元素无正价，氧无最高正价。9．最外层电子数相同的元素的性质不一定相似，如Mg和He。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在实验室中锂、钠、钾都需要保存在煤油中。()(2)同主族自上至下，元素的原子半径逐渐增大。()(3)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。()(4)金属的活泼性：Mg＞Ca。()(5)同主族随核电荷数增加，气态氢化物稳定性逐渐增强。()解析：(1)碱金属均易与氧气、水等发生反应，故应密闭保存；钠、钾的密度比煤油的密度大，且不与煤油发生反应，因此可保存于煤油中。但锂的密度比煤油的小，不能保存在煤油中，一般保存在石蜡中。(2)同主族自上至下，电子层数逐渐增加，原子半径逐渐增大。(3)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、沸点增大。(4)Mg和Ca同主族且属自上至下的关系，金属性逐渐增强，故金属性Mg＜Ca。(5)同主族，随核电荷数增加，气态氢化物稳定性逐渐减弱。答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．下列金属与水反应最剧烈的是()A．LiB．KC．RbD．Cs解析：在碱金属中，随着元素原子电子层数的增多，碱金属的金属活动性增强，四个选项中与水反应最剧烈的应是Cs。答案：D3．F、Cl和Br都是ⅦA族元素，关于这三种元素原子的说法正确的是()A．原子半径：FClBrB．最外层电子数都相同C．核外电子层数都相同D．最外层电子数都不相同解析：F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，故最外层电子数都为7，B正确，D错误；从F→Br，核外电子层数增多，原子半径增大，C错误。答案：B4．下列叙述正确的是()AHBr、HI、HCl的稳定性依次减弱B．RbOH、KOH、NaOH的碱性依次增强C．K＋、Na＋、Li＋的氧化性依次减弱D．HIO4、HBrO4、HClO4的酸性依次增强解析：A项，稳定性：HClHBrHI；B项，碱性：RbOHKOHNaOH；C项，氧化性：Li＋Na＋K＋；D项正确。答案：D要点一同周期、同主族元素性质的递变规律问题：同周期、同主族元素的性质递变规律有哪些？提示：项目同周期(自左至右)同主族(从上到下)原子半径减小增大主要化合价＋1→＋7－4→－1相似(最高正价相同)金属性减弱增强非金属性增强减弱离子阳离子氧化性增强减弱阴离子还原性减弱增强单质氧化性增强减弱还原性减弱增强氢化物稳定性增强减弱还原性减弱增强最高价氧化物对应水化物酸性增强减弱碱性减弱增强[例1]下列关于元素性质的有关叙述中不正确的是()A．C、N、O、F的原子半径依次减小B．Na、K、Rb、Cs的失电子能力逐渐增强C．C、N、O、F的最高正价依次升高D．Na、Mg、Al、Si的最外层电子数依次增加思路点拨：解答该题要注意以下三点：(1)同周期，左→右，最外层电子数递增，原子半径递减，最高正价递增；(2)同主族，上→下，失电子能力递增；(3)F无正价。解析：同周期，左→右，最外层电子数递增，原子半径递减，最高正价递增，但要注意F元素无正价，A、D正确，C错误；同主族，上→下，失电子能力递增，B正确。答案：C解题归纳解答元素性质的变化规律题目的一般思路1．判断所给元素的相对位置，即是同周期还是同主族。2．根据元素周期律得出相应的结论。3．考虑应用一般规律解答的对象是否有特殊性。1.元素X、Y、Z和Q在周期表中的位置如图所示，其中元素Q位于第4周期，X、Y、Z原子的最外层电子数之和为17。下列说法不正确的是()A．原子半径(r)：r(Q)r(Y)r(Z)B．元素X有－4、＋2、＋4等多种价态C．Y、Z的氧化物对应的水化物均为强酸D．可以推测H3QO4是Q的最高价氧化物的水化物解析：根据各元素在周期表中的位置，设X元素原子的最外层电子数为x，则Y的为(x＋2)，Z的为(x＋3)，再根据“X、Y、Z原子的最外层电子数之和为17”可得，3x＋5＝17，解得x＝4。由此可得X为碳元素、Y为硫元素、Z为氯元素、Q为砷元素。原子半径大小为r(As)r(S)r(Cl)，A项正确；碳元素常见的化合价有多种，如在甲烷中为－4，在单质碳中为0，在CO中为＋2，在碳酸及碳酸盐中为＋4，B项正确；硫和氯的最高价氧化物对应的水化物为强酸，但不是二者所有的含氧酸均为强酸，如H2SO3、HClO等为弱酸，C项错误；砷元素最高价氧化物对应的水化物为H3AsO4，D项正确。答案：C要点二元素“位、构、性”之间的关系问题：同一元素的“位、构、性”之间有何关系？提示：(1)“位、构、性”三者关系的解读。①原子结构决定元素在周期表中的位置。结构最外层电子数＝主族序数电子层数＝周期序数位置②原子结构――→决定元素的化学性质。结构最外层电子数越少，电子层数越多，越易失电子，还原性越强最外层电子数越多，电子层数越少，越易得电子，氧化性越强性质③位置―――→体现或推测原子结构和元素性质。(2)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(11H)无中子。②元素周期表中的周期一般都是从金属元素开始，但第一周期例外，是从氢元素开始的。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，但石墨导电，晶体硅是半导体。⑤非金属氧化物一般是酸性氧化物，但NO、CO等不是酸性氧化物。⑥氟无正价，氧无最高正价；在Na2O2中氧显－1价；在NaH中氢显－1价。[例2](2015·江苏卷)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X原子最外层有6个电子，Y是至今发现的非金属性最强的元素，Z在周期表中处于周期序数等于族序数的位置，W的单质广泛用作半导体材料。下列叙述正确的是()A．原子最外层电子数由多到少的顺序：Y、X、W、ZB．原子半径由大到小的顺序：W、Z、Y、XC．元素非金属性由强到弱的顺序：Z、W、XD．简单气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序：X、Y、W思路点拨：解答本题的思维流程如下：(1)细心审题，准确把握限制条件；(2)确定各元素在元素周期表中的位置；(3)根据元素周期律分析选项，确定答案。解析：由“Y是至今发现的非金属性最强的元素”可知，Y为F；由X原子序数小于Y且“X原子最外层有6个电子”可知，X为O；由“Z在周期表中处于周期序数等于族序数的位置”可知，Z为Al；由“W的单质广泛用作半导体材料”可知，W是Si。A选项，原子最外层电子数由多到少的顺序是F、O、Si、Al，所以正确；B选项，原子半径由大到小的顺序：Z、W、X、Y，所以错误；C选项，元素非金属性由强到弱的顺序：Y、X、W，所以错误；D选项，简单气态氢化物的稳定性Y的最强，所以错误。答案：A2．W、X、Y、Z四种短周期主族元素在周期表中的相对位置如图所示，由此可知()XYWZA.Z元素氢化物的水溶液一定是强酸B．原子半径：XYC．四种元素最高价氧化物对应的水化物酸性最强的一定是YD．四种元素对应的简单氢化物稳定性最强的是Y解析：W、X、Y、Z是四种短周期主族元素，根据周期表结构知，X和Y位于第2周期，而W和Z位于第3周期；W可能是ⅠA族到ⅣA族元素，Z元素的氢化物可能是SiH4、PH3、H2S或HCl，硫化氢水溶液是弱酸，所以Z元素的氢化物水溶液不一定是强酸，故A错误；同周期从左到右原子半径逐渐减小，故B错误；元素的非金属性越强，其最高价氧化物的水化物酸性越强，非金属性Y元素最强，若Y是氧、氟元素，其没有最高价氧化物的水化物，故C错误；元素的非金属性越强，其简单氢化物的稳定性越强，这几种元素非金属性最强的是Y元素，所以Y元素的氢化物稳定性最强，故D正确。答案：D课堂小结