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）预测同主族元素的性质学案 鲁科版必修2-鲁科版高中必修2化学学案

第2课时预测同主族元素的性质1．以ⅠA族、ⅦA族元素为例，掌握同主族元素性质的递变规律。(重点)2．能运用原子结构理论初步解释同主族元素性质的递变规律。3．掌握由同主族元素的性质特点预测不熟悉元素的性质。(难点)4．了解元素周期表的应用。同主族元素的性质[基础·初探]1．卤族元素原子结构和性质的相似性和递变性(1)相似性最高化合价0均为＋7最低化合价均为－1气态氢化物HFHClHBrHI最高价氧化物的水化物无HClO4(强酸)HBrO4(强酸)HIO4(强酸)(2)单质的物理性质及递变性单质物理性质F2Cl2Br2I2颜色浅黄绿色黄绿色深红棕色紫黑色状态气体气体液体固体密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高(3)结构及化学性质的递变性结构及性质规律原子半径eq\o(→,\s\up13(FClBrI),\s\do13(原子半径逐渐增大))单质的氧化性eq\o(→,\s\up13(F2Cl2Br2I2),\s\do13(氧化性逐渐减弱))阴离子的还原性eq\o(→,\s\up13(F－Cl－Br－I－),\s\do13(还原性逐渐增强))与H2化合的难易程度eq\o(→,\s\up13(F2Cl2Br2I2),\s\do13(与H2化合越来越难))氢化物的稳定性eq\o(→,\s\up13(HFHClHBrHI),\s\do13(稳定性逐渐减弱))最高价氧化物对应水化物的酸性eq\o(→,\s\up13(HClO4HBrO4HIO4),\s\do13(酸性逐渐减弱))2.碱金属元素原子结构和性质的相似性与递变性(1)相似性①原子的最外电子层都有1个电子。②最高化合价均为＋1价。③都是活泼的金属元素，单质都能与氧气、水等物质发生反应。④最高价氧化物对应的水化物一般具有很强的碱性。(2)递变性结构及性质规律原子半径eq\o(→,\s\up13(LiNaKRbCs),\s\do13(原子半径增大))单质的还原性eq\o(→,\s\up13(LiNaKRbCs),\s\do13(单质还原性增强))与水、氧气反应的剧烈程度eq\o(→,\s\up13(LiNaKRbCs),\s\do13(与H2O、O2反应越来越剧烈))最高价氧化物对应水化物的碱性eq\o(→,\s\up13(LiOHNaOHKOHRbOHCsOH),\s\do13(碱性逐渐增强))3.同主族元素性质的递变规律[探究·升华][思考探究]1．Li、Na、K在空气中燃烧分别生成Li2O、Na2O2、KO2(超氧化钾)说明什么问题？如何保存钾单质？【提示】说明Li、Na、K活动性依次增强；保存钾时应保存在煤油中，以避免与空气中的O2、H2O反应。2．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。[认知升华]元素周期表中元素性质的变化规律[题组·冲关]题组1卤素性质变化规律1．下列关于ⅦA族元素的说法中不符合递变规律的是()A．F2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱B．F－、Cl－、Br－、I－的还原性逐渐增强C．HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱D．HF、HCl、HBr、HI水溶液的酸性逐渐减弱【解析】从F到I原子半径逐渐增大，单质的氧化性逐渐减弱，则其对应阴离子的还原性逐渐增强，故A、B两项均正确；从F到I，其气态氢化物的热稳定性逐渐减弱，C项正确；F－半径较小，与H结合稳定，HF在水中难以电离出H＋，为弱酸，故酸性强弱关系为HF<HCl<HBr<HI，D项错误。【答案】D2．下列事实可以证明氯、溴、碘三种元素的非金属性依次减弱的是()【导学号：55102041】A．熔沸点：I2>Br2>Cl2B．酸性：HClO3>HBrO3>HIO3C．稳定性：HCl>HBr>HID．氧化性：HClO>HBrO>HIO【解析】元素的非金属性强弱可以从其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱或其单质与氢气反应生成气态氢化物的难易程度以及对应气态氢化物的稳定性强弱来判断，故C项正确。【答案】C3．砹是原子序数最大的卤族元素，根据卤素性质的递变规律，对砹及其化合物的叙述，正确的是()A．与H2化合能力：At2>I2B．砹在常温下为白色固体C．砹原子的最外电子层上有7个电子D．砹能从NaCl溶液中置换出氯单质【解析】从F2到At2，元素的非金属性逐渐减弱，与H2化合能力逐渐减弱，A项不正确；由F2到I2，单质的颜色依次加深，I2是紫黑色固体，则砹为黑色固体，B项不正确；卤族元素的原子，最外层上都有7个电子，C项正确；因氧化性Cl2>At2，所以At2不能从溶液中置换出Cl2，D项不正确。【答案】C题组2碱金属元素性质变化规律4．下列各组比较不正确的是()A．铯与水的反应现象比钠剧烈B．还原性：K>Na>LiC．熔点：Li>Na>KD．碱性：LiOH>NaOH>KOH【解析】铯的活动性比钠强，与水反应比钠更剧烈，甚至会爆炸，A项正确；随着电子层数增多，碱金属的金属性逐渐增强，单质的还原性依次增强，即还原性：K>Na>Li，B项正确；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碱性依次增强，即碱性：LiOH<NaOH<KOH<RbOH<CsOH，D项错误。【答案】D5．关于锂的结构和性质的判断，错误的是()【导学号：55102042】①与水反应比钠剧烈②原子半径比钠小③氧化物暴露于空气易吸收二氧化碳④阳离子最外层电子数和钠离子相同⑤其单质是强还原剂A．只有① B．①和④C．②和③ D．③和⑤【解析】Li与Na位于同一主族，但原子序数比Na的小，原子半径比Na的小，金属性比Na的弱，与水反应不如Na剧烈，①错，②对；Li2O是碱性氧化物，能与CO2反应，③对；Li＋最外层有2个电子，Na＋最外层有8个电子，④错；碱金属元素的单质都是很强的还原剂，⑤对。【答案】B6．某主族元素原子R的第五电子层上只有一个电子。下列描述正确的是()A．其单质在常温下与水的反应不如钠剧烈B．其原子半径比钾离子半径小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】由主族元素原子R的第五电子层上只有一个电子可知：R位于周期表第5周期ⅠA族，为Rb(铷)。由同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。【答案】C题组3同周期、同主族元素性质递变规律7．下列说法正确的是()A．同主族元素的原子序数越大非金属性越强B．同周期主族元素的原子序数越大半径越大C．同周期主族元素的原子序数越大越易失电子D．同主族元素的原子序数越大金属性越强【解析】同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，失电子能力逐渐减弱，B、C项均错，同主族元素从上到下金属性增强，非金属性减弱，A项错误，D项正确。【答案】D8．下列各组物质性质的比较中正确的是()A．酸性：H3PO4>H2SO4>HClO4B．碱性：Mg(OH)2>Ca(OH)2>KOHC．热稳定性：H2S>H2O>HFD．氧化性：F2>Cl2>Br2>I2【解析】元素非金属性Cl>S>P，则酸性HClO4>H2SO4>H3PO4，A不正确；元素金属性K>Ca>Mg，则碱性KOH>Ca(OH)2>Mg(OH)2，B不正确；元素非金属性F>O>S，则热稳定性：HF>H2O>H2S，C不正确；元素非金属性F>Cl>Br>I，则氧化性F2>Cl2＞Br2＞I2。【答案】D9．已知P、S、Cl、As、Br五种元素在元素周期表中的位置如图所示。下列比较关系正确的是()【导学号：55102043】PSClAsBrA.原子半径：As>Cl>PB．热稳定性：HCl>AsH3>HBrC．还原性：As3－>S2－>Cl－D．酸性：H3AsO4>H2SO4>H3PO4【解析】A项，原子半径：As>P>Cl，A项错误；B项，非金属性：Cl>Br>As，热稳定性：HCl>HBr>AsH3，B项错误；C项，非金属性：Cl>S>As，对应阴离子的还原性：As3－>S2－>Cl－，C项正确；D项，非金属性：S>P>As，其最高价氧化物对应水化物的酸性：H2SO4>H3PO4>H3AsO4，D项错误。【答案】C元素周期表的应用[基础·初探]1．利用元素周期表寻找新材料(1)在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料。(2)在过渡金属元素中寻找优良的催化剂，并通过加入少量稀土元素改善其性能。(3)在ⅣB到ⅥB族的过渡金属元素中寻找耐高温、耐腐蚀的材料，用以制造火箭、导弹、宇宙飞船等。(4)利用元素周期表，还可以寻找合适的超导材料、磁性材料等。2．利用元素周期表指导探矿(1)相对原子质量较小的元素在地壳中含量较多，相对原子质量较大的元素在地壳中含量较少。(2)原子序数是偶数的元素在地壳中含量较多，原子序数是奇数的元素在地壳中含量较少。(3)地球表面的元素多数呈现高价态，处于岩层深处的元素多数呈现低价态。(4)碱金属一般是强烈的亲石元素，主要富集于岩石圈。[探究·升华][思考探究]1．什么元素(放射性元素除外)的金属性最强？什么元素的非金属性最强？分别位于元素周期表中的什么位置？【提示】铯的金属性最强，氟的非金属性最强，分别位于元素周期表的左下角和右上角。2．如果已知X、Y为周期表中相邻的两元素，且它们的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为X>Y，能否确定它们的相对位置？【解析】可根据元素非金属性的变化规律确定它们的相对位置。由已知条件可确定非金属性为X>Y，所以，如果它们同周期，则X在Y的右面；如果它们同主族，则X在Y的上面。[认知升华]1．元素“位、构、性”之间的关系(1)元素的原子结构与元素在周期表中位置的关系：结构→位置eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(原子序数＝质子数,周期序数＝电子层数,主族序数＝最外层电子数))(2)元素的原子结构与元素性质的关系：eq\b\lc\\rc\(\a\vs4\al\co1(结构→性质))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①同周期最外层电子数越小，原子半径,越大→越易失电子，还原性越强,②同周期最外层电子数越多，原子半径,越小→越易得电子，氧化性越强))(3)元素性质与元素在周期表中位置的关系：2．元素“位、构、性”关系的应用(1)比较同主族元素的金属性、非金属性、最高价氧化物对应的水化物的酸碱性、氢化物的稳定性等。(2)比较同周期元素及其化合物的性质。(3)比较不同周期、不同主族元素的性质时，要找出参照物。(4)推断一些未学过的元素的某些性质。【温馨提醒】1．“位、构、性”关系及规律只适用于主族元素，不适用于副族元素。2．酸性比较应是最高价氧化物对应的水化物，而低价、中间价的含氧酸或无氧酸不遵循此规律。[题组·冲关]题组1元素“位、构、性”之间的关系1．已知砷(As)为第ⅤA族元素，下列砷元素形成的化合物的化学式错误的是()A．氢化物：AsH3B．最高价氧化物：As2O5C．砷化钠：NaAsD．含氧酸：H3AsO4【解析】砷的化合价为－3、＋3、＋5，根据化合价规则可知C项错误。【答案】C2．如图所示的表为元素周期表短周期的一部分，下列有关A、B、C、D四种元素的叙述正确的是()A.原子半径大小比较为A>B>C>DB．生成的氢化物稳定性为A>B>C>DC．A与C形成的阴离子可能有ACeq\o\al(2－,3)D．A、B、C、D的单质常温下均不导电【解析】由A、B、C、D在元素周期表中的位置可以得到四种元素分别为C、N、O、P。在同一主族中，随着原子序数的增加原子半径逐渐增大，故D>B，A错误；氢化物的稳定性与非金属性有关，非金属性越强氢化物的稳定性就越强，在同一周期中，随着原子序数的增加非金属性逐渐增强，所以氢化物的稳定性逐渐增强，即氢化物稳定性为C>B>A，B错误；C与O可以形成COeq\o\al(2－,3)离子，C正确；C形成的石墨单质在常温下可以导电，D错误。【答案】C3．四种短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X的简单离子具有相同电子层结构，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，W与Y同族，Z与X形成的离子化合物的水溶液呈中性。下列说法正确的是()【导学号：55102044】A．简单离子半径：W<X<ZB．W与X形成的化合物溶于水后溶液呈碱性C．气态氢化物的热稳定性：W<YD．最高价氧化物的水化物的酸性：Y>Z【解析】四种短周期主族元素的原子序数依次增大，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，则X为Na元素；Z与X(Na)形成的离子化合物的水溶液呈中性，则Z为Cl元素；因W与X的简单离子电子层结构相同，且W与Y同族，则W可能为N(或O)元素、Y可能为P(或S)元素。A项，Na＋与N3－(或O2－)电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，电子层数越多离子半径越大，故离子半径：Na＋<N3－(或O2－)<Cl－。B项，W与X形成的化合物Na2O、Na2O2(或Na3N)溶于水后的溶液均为NaOH溶液(或NaOH和NH3的混合溶液)，呈碱性。C项，元素的非金属性越强，其气态氢化物的热稳定性越强，故热稳定性：W>Y。D项，最高价氧化物对应的水化物中HClO4是最强的无机酸。【答案】B题组2无机推断4．现有A、B、X、Y、Z五种短周期元素，原子序数逐渐增大。它们的性质或原子结构如下表：元素性质或原子结构A原子核内只有一个质子B单质是空气中含量最多的气体X原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍Y短周期元素中原子半径最大的元素(稀有气体除外)Z最高正化合价与最低负化合价的代数和为6(1)X、Y、Z的元素名称分别为___________、____________、__________。(2)X、Y、Z形成的简单离子半径由大到小的顺序为_____(用r表示半径)。(3)W元素的核电荷数是B、X的核电荷数的和，则W与Z的氢化物稳定性为____________>____________(填化学式)。(4)A、B两元素形成的高中化学常见化合物的水溶液显______性。(5)Z单质与水反应的离子方程式为_______________________________