魯科版必修2 第一章第3節(jié)元素周期表的應(yīng)用 學(xué)案7.doc

皰丁巧解牛知識(shí)巧學(xué)一、認(rèn)識(shí)同周期元素性質(zhì)的遞變1.實(shí)驗(yàn)探究:鈉、鎂、鋁的失電子能力(1)比較na、mg與水的反應(yīng)鈉、鎂與水的反應(yīng)(2)比較mg、al與鹽酸的反應(yīng)鎂、鋁與鹽酸的反應(yīng)(3)比較al與可溶性鎂鹽、鎂與可溶性鋁鹽的反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論na+h2o常溫下，反應(yīng)劇烈，酚酞變紅色失電子能力：namgmg+h2o加熱反應(yīng)緩慢，酚酞變淺紅色mg+hcl(aq)反應(yīng)劇烈，生成大量氣體失電子能力：mgalal+hcl(aq)反應(yīng)較劇烈，生成氣體mg+alcl3(aq)mg表面有al生成失電子能力：mgalal+mgcl2(aq)不反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：失電子能力鈉鎂鋁2.硅、磷、硫、氯的得電子能力元素名稱(或符號(hào))硅(si) 磷(p) 硫(s) 氯(cl)最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性強(qiáng)弱h2sio4h3po4h2so4hclo4弱酸 中強(qiáng)酸 強(qiáng)酸 最強(qiáng)酸生成氣態(tài)氫化物的難易氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性sih4ph3h2shcl 根據(jù)非金屬與h2化合的難易及生成的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性，元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性，可判斷非金屬元素的得電子能力強(qiáng)弱。其得電子能力硅磷硫hclhbrhi最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性hclo4hbro4hio4氣態(tài)氫化物水溶液的酸性hfhclhbrhi弱酸 強(qiáng)酸 強(qiáng)酸 強(qiáng)酸最高正價(jià)+7 +7 +7最低負(fù)價(jià)-1 -1 -1 -13.堿金屬元素的性質(zhì)(1)實(shí)驗(yàn)探究:鈉、鉀與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論k+h2o鉀浮在水面上，熔成一個(gè)閃亮的小球，迅速向各個(gè)方向游動(dòng)，發(fā)出嘶嘶的響聲，有火光和白霧出現(xiàn)k、na都能與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，k比na與水反應(yīng)劇烈na+h2o鈉浮在水面上，熔成一個(gè)閃亮的小球，迅速向各個(gè)方向游動(dòng)，發(fā)出嘶嘶的響聲總結(jié)歸納 a族元素的單質(zhì)都是銀白色固體，熔點(diǎn)低、密度小；都能與h2o、o2、cl2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)能力隨核電荷數(shù)的增多而增強(qiáng)。(2)堿金屬的遞變性4.一些化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)(1)鈁元素：門捷列夫預(yù)測(cè)了鈁的性質(zhì)，法國(guó)女化學(xué)家佩麗發(fā)現(xiàn)并研究了鈁的性質(zhì)。(2)镎和钚元素：麥克米倫和艾貝爾森發(fā)現(xiàn)了镎。西博格等發(fā)現(xiàn)了钚，研究了钚的性質(zhì)，并建立了錒系元素?？偨Y(jié)歸納 三、元素周期表在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用1.尋找新材料(1)在金屬元素和非金屬元素的交界處尋找半導(dǎo)體材料。(2)在過渡元素中尋找催化劑。通過少量稀土元素的加入來改善催化劑的性能。(3)在b到b的過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的材料，制造火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等。(4)利用元素周期表，還可尋找合適的超導(dǎo)材料、磁性材料等。2.合成新農(nóng)藥 研究元素周期表右上角的元素，合成新農(nóng)藥。3.地球上化學(xué)元素的分布與元素在周期表中的位置密切相關(guān)(1)相對(duì)原子質(zhì)量小的元素，地殼中含量多；相對(duì)原子質(zhì)量大的元素，地殼中含量少。(2)原子序數(shù)是偶數(shù)的元素在地殼中含量多，原子序數(shù)是奇數(shù)的元素在地殼中含量少。(3)地球表面的元素多數(shù)呈現(xiàn)高價(jià)態(tài)，地層深處的元素多數(shù)處于低價(jià)態(tài)。(4)堿金屬一般是強(qiáng)烈的親石元素，主要富集在巖石圈的上層。(5)科學(xué)家把元素周期表分為十個(gè)區(qū)，同一區(qū)域里的元素往往是同生礦。4.制冷劑“氟利昂”的研制(1)制冷劑的特點(diǎn)：性質(zhì)穩(wěn)定，無毒害，無異味，不易燃燒，沸點(diǎn)低，對(duì)冷凍劑沒有腐蝕作用。(2)制冷劑的尋找ccl2f2等是優(yōu)良的制冷劑(如果不考慮對(duì)大氣臭氧層的破壞)。問題探究問題1 “元素的性質(zhì)”中的“性質(zhì)”的含義是什么？研究“元素性質(zhì)的遞變”，主要研究元素哪些方面的性質(zhì)？思路:研究元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，必須先明確元素性質(zhì)的具體表現(xiàn)方式，以便明確從哪個(gè)角度研究。探究:這里要研究的元素的性質(zhì)，主要是指“元素原子得失電子的能力”。元素原子得失電子能力的強(qiáng)弱，可以通過許多方法間接說明。其中，元素原子失電子能力的強(qiáng)弱，可以從以下方面說明：元素的單質(zhì)與水或酸反應(yīng)置換出氫的難易程度。越容易置換出氫，元素原子失電子能力越強(qiáng)；反之，越弱。元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的堿性強(qiáng)弱。堿性越強(qiáng)，元素原子失電子能力越強(qiáng)；反之，越弱。而元素原子得電子能力的強(qiáng)弱，可以從以下方面說明：元素的單質(zhì)與氫氣化合生成氣態(tài)氫化物的難易程度以及氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性。一般，單質(zhì)與氫氣化合越容易，氫化物越穩(wěn)定，元素原子得電子能力就越強(qiáng)；反之，就越弱。元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱。一般來說，酸性越強(qiáng)，元素原子得電子能力越強(qiáng)；反之，越弱。問題2 從對(duì)第3周期元素性質(zhì)研究結(jié)果來看，同周期中元素性質(zhì)是如何遞變的？引起這種遞變的本質(zhì)原因是什么？哪些事實(shí)證明了這種內(nèi)在的變化規(guī)律？思路:根據(jù)實(shí)驗(yàn)來判斷其性質(zhì)是怎樣變化的。探究: 隨著元素原子序數(shù)的遞增，同周期元素原子失電子能力逐漸減弱，得電子能力逐漸增強(qiáng)。引起這種變化的本質(zhì)原因是元素原子結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化同周期元素中，隨著原子序數(shù)的遞增，最外電子層的電子數(shù)逐漸增多，從1個(gè)逐漸遞增到稀有氣體的8個(gè)電子(氦為2個(gè))，同時(shí)，核電荷數(shù)也依次增加。在這個(gè)變化過程中，由于核電荷數(shù)的增加，使原子半徑逐漸減小，使核對(duì)外層電子的吸引力逐漸增強(qiáng)，而結(jié)構(gòu)的這一變化是決定性質(zhì)變化的主要因素。而稀有氣體，由于原子的最外電子層已經(jīng)達(dá)到了8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以，在一般情況下，它不容易得到電子，也不容易失去電子，而表現(xiàn)相對(duì)較穩(wěn)定的性質(zhì)。這體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)和性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的辯證統(tǒng)一關(guān)系，也體現(xiàn)了量變引起質(zhì)變的這一辯證規(guī)律。從金屬鈉、鎂、鋁與水和酸的反應(yīng)以及它們的氫氧化物的堿性強(qiáng)弱，從硅、磷、硫、氯與氫氣化合的條件以及它們氫化物的穩(wěn)定性、它們的最高價(jià)含氧酸的酸性強(qiáng)弱，還有氬的特殊穩(wěn)定性，這些事實(shí)都說明了以上的變化規(guī)律。問題3 同主族元素在原子結(jié)構(gòu)上有什么相似的地方？又有什么遞變？這決定著元素的性質(zhì)有什么相似之處和遞變規(guī)律？思路:元素周期表與元素原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和元素的性質(zhì)有著密切的關(guān)系，元素在周期表中的位置反映了該元素原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及由此決定的元素的性質(zhì)，所以可以根據(jù)元素在周期表的位置，推測(cè)它的原子結(jié)構(gòu)和有關(guān)性質(zhì)。探究:“同主族元素”這一位置關(guān)系，決定了這些元素的最外層上的電子數(shù)是相同的，因此它們的最高正價(jià)和最低負(fù)價(jià)都分別相同，它們的同類化合物的結(jié)構(gòu)相似，性質(zhì)也相似。但同主族內(nèi)，隨著原子序數(shù)的遞增，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大，核對(duì)外層電子的吸引力逐漸減小，因此，得電子的能力逐漸減弱，失電子的能力逐漸增強(qiáng)。典題熱題例1 超重元素“穩(wěn)定島”的假設(shè)預(yù)言：自然界中可能存在著原子序數(shù)為114號(hào)元素的穩(wěn)定同位素208x。請(qǐng)根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論和元素周期律，預(yù)測(cè)：(1)它在周期表的哪一周期？哪一族？是金屬還是非金屬？(2)寫出它的最高價(jià)氧化物、氫氧化物(或含氧酸)的化學(xué)式，并估計(jì)后者的酸堿性。(3)它與氯能生成幾種化合物？解析：根據(jù)元素周期表的結(jié)構(gòu)、各周期內(nèi)包含的元素的種數(shù)以及同周期元素的排列，需先用遞減法確定114號(hào)元素在周期表中的位置，114-2-8-8-18-18-32=28，依據(jù)第7周期排滿為32種元素來推，該元素應(yīng)在第7周期，從左邊開始，排列為第28種元素，即第a族，而該族的第6周期為鉛元素，是金屬，則該元素也為金屬。然后，再依據(jù)同主族元素原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的遞變規(guī)律可知，它的最高價(jià)為+4，還有+2價(jià)化合物，所以可確定它的最高價(jià)氧化物及其水化物的化學(xué)式為xo2、x(oh)4,且x(oh)4以堿性為主；氯化物有兩種，為xcl2和xcl4。答案：(1)第7周期,第a族，是金屬(2)xo2、x(oh)4,x(oh)4以堿性為主(3)xcl2和xcl4。深化升華 該題是利用元素周期表結(jié)構(gòu)的知識(shí)，來推導(dǎo)元素在周期表中的位置，然后再利用元素周期律，從位置來推導(dǎo)性質(zhì)。在推導(dǎo)過程中要知道每一周期有多少種元素，再根據(jù)周期表中共有18列，在第7周期中還有錒系元素，因而可推導(dǎo)出屬于周期表的哪一列。再根據(jù)周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，推導(dǎo)其具有的性質(zhì)。例2 錸(re)是自然界中最后一種被諾達(dá)克等三位科學(xué)家于1926年發(fā)現(xiàn)的元素。他們從數(shù)以噸計(jì)的含有多種元素的礦石中，通過復(fù)雜的工藝一點(diǎn)一滴地富集濃縮，才制得了僅2毫克的金屬錸?，F(xiàn)工業(yè)采用的方法是：在氫氣流中于800 的高溫下，使高錸酸鉀中的錸元素全部被還原出來。族 周期b425mn錳5te锝675re錸(1)根據(jù)你的理解，請(qǐng)說明錸元素的發(fā)現(xiàn)為什么會(huì)如此艱難？_。(2)錸有兩種天然同位素：穩(wěn)定同位素185re和放射性同位素187re，兩種同位素原子中的中子數(shù)之和是_。(3)寫出現(xiàn)代工業(yè)上用氫氣還原金屬錸的化學(xué)反應(yīng)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目_。解析：(1)首先從題干中“數(shù)以噸計(jì)的含有多種元素的礦石中一點(diǎn)一滴地富集濃縮，才制得了僅2毫克的金屬錸”說明錸元素在自然界中的含量極其少，而且分散，無單獨(dú)的礦質(zhì)，與其他多種礦物體伴生，難以發(fā)現(xiàn)；從“通過復(fù)雜的工藝”說明從其他礦物中分離的工藝復(fù)雜，也是導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)慢的一個(gè)原因。(2)從表格中觀察發(fā)現(xiàn)錸元素的質(zhì)子數(shù)為75，由兩種同位素的質(zhì)量數(shù)可以求出二者的中子數(shù)分別為110和112，因而得出中子數(shù)之和為222。(3)再次觀察表格可知，錸和錳是同為第b族，因此，高錸酸鉀的化學(xué)式跟高錳酸鉀的化學(xué)式相似，其中錸的化合價(jià)也和錳元素在高錳酸鉀中的相同，再利用氧化還原知識(shí)，就可以完成工業(yè)上制備錸的化學(xué)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移情況。答案：(1)元素錸在自然界中的含量極其稀少且分散，無單獨(dú)的礦質(zhì)，與其他多種礦物體伴生，不僅難以發(fā)現(xiàn)，而且從其他礦物中分離出來的工藝相當(dāng)復(fù)雜。所以，發(fā)現(xiàn)艱難而且時(shí)間漫長(zhǎng) (2)222(3)2re+2koh+6h2o 深化升華 此題意在考查審題能力和分析問題以及組織說明問題的能力，同時(shí)也考查知識(shí)的遷移能力及對(duì)元素周期律知識(shí)的掌握和應(yīng)用。根據(jù)同一族元素性質(zhì)的相似性，由同族已知元素的化學(xué)式及化合價(jià)可推出其他元素的化合價(jià)。例3 a、b、c、d、e、f為原子序數(shù)依次增大的前三周期主族元素。已知：a、c、f三種原子的最外層共有11個(gè)電子，且這三種元素的最高價(jià)氧化物的水化物之間兩兩皆能反應(yīng)，均生成鹽和水；d元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4；e元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3。(1)寫出下列元素的符號(hào)：a_，d_，e_。(2)b的單質(zhì)在f的單質(zhì)中的現(xiàn)象是，化學(xué)方程式是_。(3)a、c兩種元素最高價(jià)氧化物的水化物相互反應(yīng)的離子方程式是_。解析：根據(jù)各種元素均為前三周期的主族元素，a、c、f三種元素的最高價(jià)氧化物的水化物之間兩兩反應(yīng)生成鹽和水，可推知其中一種元素為鋁。因a、b、c、e原子序數(shù)依次增大，故只能是c為鋁元素，a為鈉元素，b為鎂元素。再根據(jù)a、c、f三種元素的最外層共有11個(gè)電子，可求得f的最外層電子數(shù)為11-3-1=7，f為氯元素。d和e的原子序數(shù)應(yīng)介于13和17之間，依據(jù)d元素原子的最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)少4，e元素原子次外層電子數(shù)比最外層電子數(shù)多3，可推知d為硅，e為磷。答案：(1) na si p(2)產(chǎn)生白煙 mg+cl2mgcl2(3)oh-+al(oh)3=+2h2o深化升華 此題考查的是根據(jù)元素的性質(zhì)以及在周期表中的位置確定元素的名稱。根據(jù)元素在周期表中的位置和性質(zhì)特點(diǎn)、未知元素和已知元素原子序數(shù)的關(guān)系、未知元素和已知元素最外層電子數(shù)的關(guān)系、未知元素之間原子序數(shù)的關(guān)系和最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)的關(guān)系，均可確定元素名稱。例4 如何利用mgcl2溶液、alcl3溶液、naoh溶液和鹽酸等設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行mg(oh)2、al(oh)3堿性強(qiáng)弱的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，來探究說明鎂和鋁兩種元素原子失電子能力的強(qiáng)弱？解析：許多氫氧化物能和酸反應(yīng)生成鹽和水。把只與酸反應(yīng)生成鹽和水，而不能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物叫做堿；而把既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能和堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物叫做兩性氫氧化物。大量實(shí)驗(yàn)證明，mg(oh)2是堿，而al(oh)3是最常見的典型的兩性氫氧化物，它和鹽酸及氫氧化鈉的反應(yīng)方程式為al(oh)3+3hcl=alcl3+3h2o al(oh)3+naoh=nalo2+2h2onaalo2叫做偏鋁酸鈉。其中，氫氧化物與堿反應(yīng)生成了鹽和水，說明氫氧化物已經(jīng)顯示出了一定的酸性。 對(duì)酸和堿的認(rèn)識(shí)還有一種理論，稱之為“酸堿電離理論”。首先，把電解質(zhì)在水中電離時(shí)，能完全電離成離子，而在水中沒有電解質(zhì)分子存在的電解質(zhì)，叫做強(qiáng)電解質(zhì)，例如naoh、hcl、nacl等強(qiáng)堿、強(qiáng)酸和大部分鹽等，電離時(shí)用等號(hào)表示,如naoh=na+oh-；而把在水中，只有部分電離成離子，還有電解質(zhì)分子存在的電解質(zhì)，叫做弱電解質(zhì),電離時(shí)用可逆號(hào)“”，例如 nh3h2o+oh-,mg(oh)2溶于水以后，也有極少部分未發(fā)生電離，而al(oh)3在水中則同時(shí)存在著兩種電離趨勢(shì)，電離方程式可表示為h+h2oal(oh)3al3+3oh-酸式電離 堿式電離答案：由所給的試劑可以分析設(shè)計(jì)，先用兩支試管，分別取mgcl2溶液、alcl3溶液，再分別加入適量naoh溶液，制得mg(oh)2和al(oh)3白色沉淀物，然后再將制得的氫氧化物分別分成兩份，向一份中繼續(xù)加入naoh溶液，另一份加入鹽酸。發(fā)現(xiàn)mg(oh)2不溶于naoh溶液只溶于鹽酸；而al(oh)3既能