高中 化學 必修 第一冊 第四章 物質結構 元素周期律《第二節(jié) 第2課時 元素周期表和元素周期律的應用》教學設計

第2課時元素周期表和元素周期律的應用[學習目標]1.能利用元素在元素周期表中的位置和原子結構，分析、預測、比較元素及其化合物的性質。2.體會元素周期律(表)在學習元素及其化合物知識及科學研究中的重要作用。任務一元素周期表的分區(qū)和元素化合價規(guī)律1．元素周期表的金屬區(qū)和非金屬區(qū)請?zhí)顚懗鰣D中序號所示內容：①增強；②Al；③Si；④非金屬；⑤金屬；⑥增強；⑦增強；⑧增強。[交流研討]結合上圖，回答下列問題：(1)元素周期表的金屬區(qū)和非金屬區(qū)是如何分布的？并指出金屬性、非金屬性最強的元素(放射性元素除外)。(2)位于分界線處的元素的性質有何特點？提示：(1)金屬元素位于周期表的左下方，金屬性最強的是Cs(放射性元素除外)，非金屬元素位于周期表分界線的右上方，非金屬性最強的是F。(2)分界線附近的元素既能表現出一定的金屬性，又能表現出一定的非金屬性。2．元素化合價與元素在周期表中位置的關系族序數ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA最高正價＋1＋2＋3＋4＋5＋6＋7最低負價—－4－3－2－1絕對值之和—8888結合表格數據歸納化合價規(guī)律：(1)主族元素最高正化合價＝主族序數＝最外層電子數(O、F除外)。(2)非金屬元素的化合價①最高正價等于原子所能失去或偏移的最外層電子數(O、F除外)。②最低負價等于使它達到穩(wěn)定結構所需要得到的電子數。③|最高正價|＋|最低負價|＝8(H、O、F除外)。3．價電子主族元素的價電子數＝最外層電子數，過渡元素的價電子包括最外層電子及次外層或倒數第三層的部分電子。1．正誤判斷，錯誤的說明原因。(1)金屬元素只表現金屬性，非金屬元素只表現非金屬性：_________________。(2)原子最外層電子數大于3且小于8的元素一定是非金屬元素：___________________。(3)最外層電子數是2的元素，最高正價一定是＋2價：________________。答案：(1)錯誤。分界線附近的元素既能表現出一定的金屬性，又能表現出一定的非金屬性(2)錯誤。如第ⅣA主族元素Ge為金屬元素(3)錯誤。如稀有氣體元素He，最外層電子數為2，其化合價為02．某主族元素R的最高正化合價與最低負化合價的代數和為4，由此可以判斷()A．R的簡單氣態(tài)氫化物的化學式為H2RB．R一定是第ⅣA族元素C．R的簡單氣態(tài)氫化物比同周期其他元素的簡單氣態(tài)氫化物穩(wěn)定D．R一定是第四周期元素答案：A解析：某主族元素R的最高正化合價與最低負化合價的代數和為4，說明該元素的最高正化合價為＋6價，該元素可為第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。該元素最低負化合價為－2價，則元素R的簡單氣態(tài)氫化物的化學式為H2R，故A正確；R一定是第ⅥA族元素，故B錯誤；同周期主族元素從左到右非金屬性逐漸增強，簡單氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸增強，故C錯誤；根據題干信息不能確定元素R所在的周期，故D錯誤。3．雄黃是一種礦物質，俗稱“雞冠石”，其主要成分是硫化砷，As位于元素周期表第ⅤA族。另外，與As同周期、第ⅥA族元素Se在生活中也有廣泛的應用。(1)砷元素的最高價態(tài)是________；Se的最高價氧化物對應水化物的化學式為________。(2)試比較As、Se的氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：________________。答案：(1)＋5價H2SeO4(2)H2Se＞AsH3任務二元素周期表和元素周期律的應用1．在理論上的應用(1)比較不同周期、不同主族元素的性質如金屬性：Mg＞Al、Ca＞Mg，可推知堿性：Mg(OH)2＞Al(OH)3、Ca(OH)2＞Mg(OH)2，得堿性：Ca(OH)2＞Al(OH)3。(2)推測未知元素的某些性質例如：①已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2難溶，可推知Be(OH)2難溶。②根據鹵族元素性質的遞變規(guī)律，可推知不常見元素砹(At)應為黑色固體，與氫氣難化合，HAt不穩(wěn)定，其水溶液呈酸性，AgAt難溶于水等。(3)指導新元素的發(fā)現及預測它們的原子結構和性質。2．在科技生產中的應用[交流研討]門捷列夫在研究周期表時預言了包括“類鋁”“類硅”在內的11種元素。(1)門捷列夫預言的“類硅”，多年后被德國化學家文克勤發(fā)現，命名為鍺(Ge)。①已知主族元素鍺的最高化合價為＋4價，其最高價氧化物對應的水化物為兩性氫氧化物。試比較元素的非金屬性：Si________Ge(用“>”或“<”表示)。②若鍺位于硅的下一周期，寫出“鍺”在周期表中的位置是____________。根據鍺在周期表中處于金屬和非金屬分界線附近，預測鍺單質的一種用途是_____________________________________________________________________________________________________。③硅和鍺單質分別與H2反應時，反應較難進行的是________(填“硅”或“鍺”)。(2)“類鋁”在門捷列夫預言4年后，被布瓦博德朗在一種礦石中發(fā)現，命名為鎵(Ga)。①由鎵的性質推知，鎵與鋁同主族，且位于鋁的下一周期。試從原子結構的角度解釋鎵與鋁性質相似的原因：_______________________________________________________。②為判斷Ga(OH)3是否為兩性氫氧化物，設計實驗時，需要選用的試劑有GaCl3溶液，________和________。提示：(1)①>②第四周期第ⅣA族半導體材料③鍺(2)①原子最外層電子數都是3個②稀硫酸(或鹽酸)NaOH溶液元素位置、原子結構、元素性質之間的關系1．元素周期表中的金屬和非金屬元素的分界線處用虛線表示。下列說法不正確的是()A．在金屬元素與非金屬元素的分界線附近可以尋找制備半導體材料的元素B．在過渡元素中可以尋找制備催化劑及耐高溫和耐腐蝕的元素C．在非金屬元素區(qū)域可以尋找制備新型農藥材料的元素D．在地球上元素含量的分布和它們在元素周期表中的位置有密切關系答案：D解析：金屬與非金屬元素分界線附近的元素既表現出一定的金屬性，又表現出一定的非金屬性，故可以尋找制備半導體材料的元素，A正確；過渡金屬元素具有特殊性，可在過渡元素中尋找制備催化劑和耐高溫、耐腐蝕材料的元素，B正確；農藥中通常含有氟、氯、硫、磷、砷等元素，故可在非金屬元素區(qū)域尋找制備新型農藥的元素，C正確；地球上元素含量的分布與其在周期表中的位置無關，D錯誤。2．鐳是元素周期表中第七周期第ⅡA族元素，下列關于鐳的性質描述中不正確的是()A．在化合物中呈＋2價B．單質能和水反應，放出氫氣C．鐳比鈣的金屬性弱D．碳酸鐳難溶于水答案：C解析：鐳是第七周期第ⅡA族元素，根據同主族元素性質的遞變規(guī)律可知，鐳在化合物中的化合價為＋2價，A正確；Ca能與水反應放出H2，則比Ca活潑的鐳也能與水反應放出H2，B正確；鐳的金屬性比鈣強，C錯誤；BaCO3難溶于水，則碳酸鐳也難溶于水，D正確。1．下列元素最高正化合價依次增大的是()A．Al、Si、P、Cl B．C、N、O、FC．Si、P、S、Se D．Si、Al、Mg、Na答案：A解析：B項中F沒有正化合價，O沒有最高正化合價，錯誤；C項中S和Se的最高正化合價相同，錯誤；D項中最高正化合價依次減小，錯誤。2．已知某原子最外層有7個電子，推測下列選項不正確的是()A．單質有氧化性B．最高正價一定為＋7價C．是非金屬元素D．同周期元素中原子半徑最小(稀有氣體除外)答案：B解析：某原子的最外層有7個電子，O沒有最高正化合價，說明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一個電子達到穩(wěn)定結構，其單質具有強氧化性，故A說法正確；F沒有正價，故B說法錯誤；第ⅦA族為非金屬元素，故C說法正確；同周期元素從左向右原子半徑逐漸減小(稀有氣體除外)，因此鹵族元素的原子半徑是同周期元素中最小的，故D說法正確。3．四種短周期元素在元素周期表中的位置如圖所示，T是地殼中含量最高的金屬元素。下列說法不正確的是()A．W的氫化物比R的氫化物穩(wěn)定B．T的最高價氧化物對應的水化物可能為強堿C．Q的原子半徑比T的小D．W和Q的原子序數相差10答案：B解析：T是地殼中含量最高的金屬元素，則T是Al元素，結合四種短周期主族元素在周期表中的相對位置推知，Q是C元素，R是P元素，W是S元素。由于元素的非金屬性：S>P，則氫化物的穩(wěn)定性：H2S>PH3，A正確；T是Al元素，其最高價氧化物對應的水化物是Al(OH)3，屬于弱堿，B錯誤；Q(C)處于第二周期，T(Al)處于第三周期，則原子半徑：C<Al，C正確；W(S)的原子序數是16，Q(C)的原子序數是6，二者的差值是10，D正確。4．我國著名化學家張青蓮精確地測定了鍺(Ge)、鋅等九種元素的相對原子質量，得到的新值被作為國際新標準。已知鍺的原子序數為32。(1)它位于元素周期表中第________周期第________族。(2)鍺類似于鋁，能溶于氫氧化鈉溶液，其主要原因是________(填序號)。①它與硅位于同一主族②它位于周期表中金屬與非金屬分界線附近③它位于邊界線附近④它是兩性物質(3)材料科學是目前全世界研究的熱點，為了尋找半導體材料，科學家應在元素周期表中某區(qū)域尋找元素組成材料，該區(qū)域是________(填字母)。A．左上角 B．右上角C．過渡元素 D．金屬與非金屬分界線附近答案：(1)四ⅣA(2)②(3)D解析：根據元素周期表的結構可知，鍺屬于第四周期第ⅣA族元素。鍺位于元素周期表中金屬與非金屬分界線附近，它具有某些金屬元素的性質，又具有某些非金屬元素的性質，它是金屬元素。課時測評31元素周期表和元素周期律的應用(本欄目內容在學生用書中以活頁形式分冊裝訂！)題點一元素周期表的分區(qū)和化合價變化規(guī)律1．(2023·長沙高一檢測)元素的原子結構決定其性質和在周期表中的位置。下列說法正確的是()A．元素原子的最外層電子數等于元素的最高化合價B．多電子原子中，在離核較近的區(qū)域內運動的電子能量較高C．P、S、Cl得電子能力和最高價氧化物對應水化物的酸性均依次增強D．元素周期表中位于金屬和非金屬的分界線附近的元素屬于過渡元素答案：C題點二元素周期表和元素周期律的應用2．下列事實不能用元素周期律解釋的是()A．酸性：H2SO3>H2CO3B．還原性：S2－>Cl－C．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：NH3>CH4D．Cl2從KI溶液中置換出I2答案：A解析：元素的非金屬性越強，對應的最高價氧化物的水化物的酸性越強，H2SO3不是最高價含氧酸，不能用元素周期律解釋，A選；硫的非金屬性弱于氯，故還原性：S2－>Cl－，能用元素周期律解釋，B不選；N的非金屬性強于C，所以氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：NH3>CH4，能用元素周期律解釋，C不選；氯的非金屬性強于碘，所以Cl2從KI溶液中置換出I2，能用元素周期律解釋，D不選。3．借助堿金屬和鹵族元素的遞變性分析下面的推斷，其中正確的是()A．已知Ca是第四周期第ⅡA族的元素，故Ca(OH)2的堿性比Mg(OH)2的堿性弱B．已知As是第四周期第ⅤA族的元素，故AsH3的穩(wěn)定性比NH3的穩(wěn)定性強C．已知Cs的原子半徑比Na的原子半徑大，故Cs與水反應不如Na與水反應劇烈D．已知Cl的核電荷數比F的核電荷數多，故Cl的原子半徑比F的原子半徑大答案：D解析：由堿金屬元素和鹵族元素的遞變性可知，同主族元素從上到下金屬性遞增，非金屬性遞減，最高價氧化物對應的水化物堿性增強，金屬活動性增強，非金屬氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性減弱，A、B、C錯誤；同主族元素隨核電荷數增大，原子半徑遞增，D正確。4．(2023·四川綿陽高一期末)硒(Se)位于元素周期表中第四周期第ⅥA族，可用作光敏材料、電解錳的催化劑，也是動植物必需的營養(yǎng)元素。下列有關硒的說法錯誤的是()A．74Se、76Se互為同位素B．H2O的穩(wěn)定性小于H2SeC．H2SO4的酸性比H2SeO4強D．將O2通入H2Se的水溶液中可得Se答案：B解析：同位素是指質子數相同而中子數不同的同一元素的不同原子，74Se、76Se符合同位素的概念，故A正確；同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，O的非金屬性強于Se，H2O的穩(wěn)定性大于H2Se，故B錯誤；同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸減弱，S的非金屬性強于Se，H2SO4的酸性比H2SeO4強，故C正確；同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，非金屬性強的單質能置換非金屬性弱的單質，O的非金屬性強于Se，所以將O2通入H2Se的水溶液中可得Se，故D正確。5．(2023·山東昌邑高一期末)根據元素周期律，由下列事實進行歸納推測，推測不合理的是()選項事實推測A12Mg與水反應緩慢，20Ca與水反應較快56Ba與水反應會更快BSi是半導體材料，同族的Ge也是半導體材料第ⅣA族元素的單質都可作半導體材料CHCl在1500℃時分解，HI在230℃時分解HBr的分解溫度介于二者之間DSi與H2高溫時反應，S與H2加熱能反應P與H2在高溫時能反應答案：B解析：同主族金屬元素由上至下金屬性增強，與水反應劇烈程度增強，金屬性：Ba＞Ca＞Mg，Ca與水反應較快，則Ba與水反應更快，故A正確；半導體材料通常位于元素周期表中金屬元素和非金屬元素的分界處，Si和Ge處于金屬和非金屬分界線處，能作半導體，但C和Pb不能作半導體，所以第ⅣA族元素并不都是半導體材料，故B錯誤；同主族非金屬元素由上至下非金屬性減弱，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性減弱，非金屬性：Cl＞Br＞I，所以HBr的分解溫度介于二者之間，故C正確；同周期非金屬元素從左到右非金屬性增強，與氫氣化合難度減小，非金屬性：S＞P＞Si，所以P與H2在高溫時能反應，故D正確。題點三元素“位—構—性”關系的應用6．(2023·溫州高一檢測)Se、Br兩種元素的部分信息如圖所示，下列說法正確的是()A．原子半徑：Br>Se>PB．還原性：S2－>Se2－>Br－C．Br在元素周期表中位于第四周期第ⅦA族D．Se、Br位于同一主族答案：C7．短周期元素A、B、C原子序數依次增大，A3－與B2－、C＋電子層結構相同，則下列說法中不正確的是()A．三種元素可組成CAB2和CAB3型化合物B．離子半徑：C＋＞B2－＞A3－C．H2B在同主族元素氣態(tài)氫化物中最穩(wěn)定D．B的某種單質可用于殺菌消毒答案：B解析：三種短周期元素A、B、C的原子序數依次增大，A3－與B2－、C＋的電子層結構相同，A、B在第二周期，C在第三周期，則A為N元素，B為O元素，C為Na元素。三種元素可組成化合物NaNO2和NaNO3，故A項正確；核外電子排布相同的離子，原子序數越大，離子半徑越小，則離子半徑：A3－＞B2－＞C＋，故B項錯誤；O為第ⅥA族中非金屬性最強的元素，則對應的氣態(tài)氫化物最穩(wěn)定，故C項正確；O元素的單質臭氧具有強氧化性，可用于殺菌消毒，故D項正確。8．在一定條件下，ROeq\o\al(n－,3)和I－發(fā)生反應的離子方程式為ROeq\o\al(n－,3)＋6I－＋6H＋=R－＋3I2＋3H2O，則ROeq\o\al(n－,3)中R元素的化合價及R所在的族是()A．＋5價，第ⅦA族 B．＋5價，第ⅤA族C．＋7價，第ⅦA族 D．＋7價，第ⅤA族答案：A解析：根據電荷守恒可知n＝1，所以ROeq\o\al(n－,3)中R元素的化合價是＋5價；還原產物是R－，說明R元素的最低化合價是－1價，所以R是第ⅦA族元素，A項正確。9．元素周期表中前三周期部分元素的原子序數與常見價態(tài)的關系圖如下。若用原子序數表示對應元素，下列說法中不正確的是()A．a與d的非金屬性比較：d<aB．原子半徑大小：b＞c＞a＞d＞eC．a可以形成兩種氫化物D．b、c、e的最高價氧化物對應水化物之間均可反應答案：B解析：根據分析可知，a為O，b為Na，c為Al，d為P，e為Cl，同一主族從上到下非金屬性逐漸減弱，同一周期從左向右非金屬性逐漸增強，則非金屬性：O＞S＞P，即非金屬性：a＞d，故A正確；同一周期從左向右原子半徑逐漸減小，同一主族從上到下原子半徑逐漸增大，則原子半徑大小為b＞c＞d＞e＞a，故B錯誤；O可以形成H2O和H2O2兩種氫化物，故C正確；Na、Al、Cl的最高價氧化物對應水化物分別為NaOH、氫氧化鋁和高氯酸，由于氫氧化鋁為兩性氫氧化物，則NaOH、氫氧化鋁和高氯酸之間均可反應，故D正確。10．根據元素周期表回答下列問題：(1)在上面元素周期表中，全部是金屬元素的區(qū)域為________(填字母)。A．Ⅰ區(qū)B．Ⅱ區(qū)C．Ⅲ區(qū)D．Ⅳ區(qū)(2)a～m中，化學性質最不活潑的是________元素(填元素符號，下同)。只有負化合價而無正化合價的是________。(3)最高價氧化物對應水化物呈兩性的是________(填化學式，下同)，寫出它分別與a、l的最高價氧化物對應的水化物反應的離子方程式：_____________、____________________。(4)a、c的最高價氧化物對應水化物的堿性：________>_____