2025版高一化学必修第一册 第四章 第二节 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用

第2课时元素周期表和元素周期律的应用课标定向目标定位1.通过元素周期表的分区,进一步认识元素周期表和元素周期律的应用,建立其应用的思维模型,并能应用模型解决实际问题。(证据推理与模型认知)2.通过对元素周期表、元素周期律应用的探究,体会元素周期表和元素周期律在科学探究和工农业生产中的指导意义,培养科学态度与社会责任。(科学态度与社会责任)厘清重点元素周期表和元素周期律的应用突破难点通过元素周期表和周期律的应用,建立利用模型解决问题的化学思维学习任务一:元素周期表的分区和性质递变规律【必备知识·导学】[引入]研究人员发现金属铪和锆的联硒化物二维材料HfSe2和ZrSe2具有更优越的半导体特性,有望代替硅材料应用于未来半导体器件中。如果要研发更先进的半导体材料,应在元素周期表的什么位置进行寻找?一、金属元素与非金属元素在周期表中的分布及性质递变规律[结论]1.分界线的划分:沿着周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之间画一条斜线,斜线的左下方是金属元素,右上方是非金属元素。2.周期表的左下方是金属性最强的元素(Cs),右上方是非金属性最强的元素(F)。碱性最强的是CsOH,酸性最强的含氧酸是HClO4。3.分界线附近的元素,既能表现出一定的金属性,又能表现出一定的非金属性,故元素的金属性与非金属性之间没有严格的界线。[思考]每一周期最后一种金属元素的周期数与主族序数有什么关系?提示:每一周期最后一种金属元素的周期数=主族序数。二、元素化合价与元素在周期表中位置的关系1.价电子:可在化学反应中发生变化,与元素的化合价有关的电子。主族元素的价电子=最外层电子数,过渡元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。2.化合价规律【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”(1)同主族元素由上至下金属性逐渐增强。 (√)提示:同主族元素从上到下,最外层电子离核距离逐渐增大,失电子能力逐渐增强,金属性逐渐增强。(2)所有元素都有最高正价+最低负价的绝对值=8。 (×)提示:氢元素最高正价+1,最低负价-1。(3)第ⅥA族所有元素的最高正价均为+6价。 (×)提示:O无最高正价。(4)X元素能形成H2X和XO2两种化合物,则该元素位于第ⅥA族。 (√)提示:H2X中X呈-2价,则最高正价为+6价,位于第ⅥA族。【核心要点·归纳】1.主族元素金属性和非金属性的递变(1)同一主族,从上到下,金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。(2)同一周期,从左到右,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。2.元素金属性和非金属性强弱的判断方法金属性比较本质原子越易失电子,金属性越强(与原子失电子数目无关)判断方法①在金属活动性顺序表中越靠前,金属性越强(极少数例外)②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱,金属性越强④最高价氧化物对应的水化物的碱性越强,金属性越强⑤若Xn++Y→X+Ym+,则Y比X的金属性强⑥元素在周期表中的位置:左边或下方元素的金属性强非金属性比较本质原子越易得电子,非金属性越强(与原子得电子数目无关)判断方法①与H2化合越容易,气态氢化物越稳定,非金属性越强②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱,非金属性越强③最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,非金属性越强④元素在周期表中的位置:右边或上方元素的非金属性强3.元素的化合价与元素在周期表中位置之间的关系(1)主族元素最高正化合价=族序数=最外层电子(价电子)数。(2)非金属元素的化合价:①最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数(除O、F)。②最低负价等于使它达到8电子稳定结构需要得到的电子数(除H)。③最高正价与最低负价绝对值之和等于8(除H、O、F)。【学力诊断·测评】1.(2024·广州高一检测)下列关于物质性质的比较,不正确的是()A.酸性:H2CO3<H2SO4<HClO4B.半径:S2->F->Na+C.非金属性:Si<C<ND.最低负价:N>O>F【解析】选D。非金属性越强,最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,非金属性:C<S<Cl,则酸性:H2CO3<H2SO4<HClO4,故A正确;电子层数越多,离子半径越大,电子层数相同时,原子序数越大离子半径越小,因此半径:S2->F->Na+,故B正确;同一周期从左到右非金属性逐渐增强,同一主族从上到下非金属性逐渐减弱,则非金属性:Si<C<N,故C正确;N元素的最低负价为-3,O元素的最低负价为-2,F元素的最低负价为-1,则最低负价:N<O<F,故D错误。2.分析与推测能力是学习化学的必备能力之一,下列推测合理的是()A.最外层电子数:Na<Mg<Al,可以推测失电子能力:Na<Mg<AlB.镓和铝同主族,可以推测碱性:Al(OH)3<Ga(OH)3C.非金属性:S<Cl,可以推测酸性:H2S<HClD.根据Cl2和水的反应,可以推测F2和水反应生成HF和HFO【解析】选B。失电子能力与最外层电子数不成正比,Na、Mg、Al失电子能力:Al<Mg<Na,故A不符合题意;镓和铝同主族,从上到下金属性逐渐增强,最高价氧化物对应的水化物的碱性逐渐增强,因此可以推测碱性:Al(OH)3<Ga(OH)3,故B符合题意;非金属性:S<Cl,只能推测氢化物的稳定性和最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱,不能推测氢化物的酸性强弱,故C不符合题意;根据Cl2和水的反应,不可以推测F2和水反应,F2和水反应生成HF和O2,故D不符合题意。[延伸思考](1)Ga(OH)3的碱性强吗?提示:Al(OH)3具有两性,根据碱性Al(OH)3<Ga(OH)3可知Ga(OH)3碱性很弱。(2)氧化性F2>Cl2,利用F2能否从NaCl溶液中置换出Cl2?提示:不能,F2和水反应生成HF和O2。【补偿训练】常温下,某元素X的气态氢化物化学式为H2X,下面的叙述不正确的是()A.该元素的原子最外电子层上有6个电子B.该元素最高正价氧化物的化学式为XO2C.该元素是非金属元素D.该元素最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2XO4【解析】选B。根据元素X的气态氢化物化学式为H2X可知,元素X显-2价,位于周期表中第ⅥA族,原子最外层有6个电子;最高正价氧化物的化学式为XO3,最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2XO4;存在气态氢化物的元素为非金属元素。学习任务二:元素周期表和周期律的应用【必备知识·探究】一、科学预测预测元素及其化合物的性质(1)比较不同周期,不同主族元素的性质如金属性:Mg>Al、Ca>Mg,则由碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3、Ca(OH)2>Mg(OH)2,得碱性:Ca(OH)2>Al(OH)3。(2)推测未知元素的某些性质例如:已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2难溶。(3)指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。二、寻找有特殊用途的新物质【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”(1)Si是非金属元素,故Si元素只表现非金属性。 (×)提示:Si位于金属与非金属交界线附近,既表现金属性又表现非金属性。(2)处于金属与非金属分界线附近的元素常用作催化剂材料。 (×)提示:分界线附近的元素常用作半导体材料。(3)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的水化物的酸性强弱为X>Y,则X一定在Y的右边。 (×)提示: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的右边;如果它们同主族,则X在Y的上边。【微点拨·拓教材】半导体器件的研制开始于锗,后来发展到研制同族的硅,二者都位于金属与非金属分界线附近,具有半导体性能。【核心要点·归纳】1.元素周期律的两大应用(1)比较元素的性质如比较H2SO4和H2SeO4的酸性强弱,因为S、Se同主族,自上至下,元素的非金属性减弱,最高价氧化物对应的水化物酸性减弱,故酸性:H2SO4>H2SeO4。(2)预测未知元素的性质如已知卤族元素的性质递变规律,可预测未知元素砹(At)应为有色固体,与氢气难化合,HAt不稳定,水溶液呈酸性,AgAt难溶于水等性质。2.元素“位—构—性”关系【学力诊断·测评】1.(教材习题改编)元素周期表和元素周期律可以指导人们进行规律性地推测和判断。下列说法不正确的是()A.若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>YB.原子最外层电子数为2的元素一定位于元素周期表的第ⅡA族C.硅、锗都位于金属与非金属的分界处,都可以作半导体材料D.第三周期主族元素的最高正价等于其所在主族序数【解析】选B。X+和Y2-的核外电子层结构相同,则离子核外电子数相同,设核外电子数为n,则X的原子序数为n+1,Y的原子序数为n-2,原子序数X>Y,A正确;第ⅡA族元素原子最外层电子数为2,但He核外只有2个电子,He处于0族,过渡元素中也存在最外层电子数为2的元素,B错误;硅、锗都位于金属和非金属的分界处,既有一定金属性也有一定的非金属性,都可以作半导体材料,C正确;第三周期主族元素最高正化合价等于其最外层电子数等于其所在主族序数,D正确。2.(2024·兰州高一检测)A、B、C、D分别是短周期主族元素,且原子序数依次增大。已知A的最外层电子数是电子层数的3倍,A、C同主族,B的原子在短周期主族元素中原子半径最大。下列说法正确的是()A.可以用氢氧化钠溶液吸收C的氧化物B.BA2含有共价键,为共价化合物C.A与C形成的化合物对应的水化物一定是强酸D.C元素的非金属性比D元素的非金属性强【解析】选A。A、B、C、D分别是短周期主族元素,且原子序数依次增大,已知A的最外层电子数是电子层数的3倍,主族元素最外层电子数小于8,只能有2个电子层,最外层电子数为6,则A为O元素;A、C同主族,且C为短周期元素,则C为S元素;B的原子在短周期主族元素中原子半径最大,则B为Na元素;D的原子序数大于硫,则D为Cl元素。C的氧化物有SO2、SO3,均是酸性氧化物,都能与NaOH反应,可以用NaOH溶液吸收,故A正确;BA2是NaO2,由Na+与O2-构成,属于离子化合物,故B错误;S与O形成的化合物对应的水化物有H2SO4、H2SO3,硫酸属于强酸,但亚硫酸属于弱酸,故C错误;同周期主族元素自左而右元素的非金属性逐渐增强,可知S元素的非金属性比Cl元素的非金属性弱,故3.(2024·杭州高一检测)关于114号元素的预测或判断不正确的是()A.该元素是一种金属元素B.该元素处于第七周期第ⅥA族C.该元素的主要化合价为+2、+4D.该元素是一种放射性元素【解析】选B。根据元素周期表中周期和族的划分,可知114号元素位于第七周期ⅣA族,处于碳族,位于铅的下一周期,结合同主族元素性质的相似性与递变性解答。114号元素位于第七周期ⅣA,位于铅的下一周期,同主族元素金属性从上到下逐渐增强,114号元素应为金属元素,故A正确;根据元素周期表中周期和族的划分,可知114号元素位于第七周期ⅣA族,故B错误;C元素的主要化合价为+2,+4,故114号元素,主要化合价为+2,+4,故C正确;114号元素位于铅下一周期,为放射性元素(83号元素后),故D正确。【补偿训练】(2023·天津静安区高一检测)砹(At)是原子序数最大的卤族元素,推测砹或砹的化合物不可能具有的性质是()A.HAt很稳定B.易溶于某些有机溶剂C.AgAt不溶于水D.是有色固体【解析】选A。同主族从上到下元素非金属性减弱,则HAt很不稳定,故A错误;碘易溶于有机溶剂,则砹易溶于某些有机溶剂,故B正确;因AgCl不溶于水,同主族元素的化合物的性质相似,则AgAt不溶于水,故C正确;卤族元素从上到下元素的单质分为气态、液态、固态,且颜色加深,则砹是有色固体,故D正确。学情检测·素养达标1.(2023·重庆高一检测)下列说法正确的是()A.因为氧化性:HClO>稀H2SO4,所以非金属性:Cl>SB.C、P、S、Cl的最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐增强C.从上到下,卤族元素的非金属性逐渐减弱,所以酸性:HCl>HID.离子半径:K+>Cl->S2-【解析】选B。应比较最高价含氧酸的酸性强弱,不能比较氧化性强弱,故A错误;P、S、Cl处于同一周期,元素的非金属性依次增强,H2CO3是弱酸,H3PO4是中强酸,故非金属性:C<P,则非金属性:C<P<S<Cl,则C、P、S、Cl的最高价氧化物对应的水化物的酸性逐渐增强,故B正确;元素非金属性强弱与氢化物酸性强弱无关,和最高价含氧酸的酸性有关,从上到下,卤族元素的非金属性逐渐减弱,所以酸性:HClO4>HIO4,故C错误;核外电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径:S2->Cl->K+,故D错误。2.(2023·郑州高一检测)碲(Te)是52号元素,处于金属区与非金属区的交界线上。下列有关碲(Te)元素的叙述错误的是()A.Te元素位于周期表中第六周期ⅥA族B.单质碲在常温下是固体C.碲可在空气中燃烧生成二氧化碲(TeO2)D.H2TeO4的酸性比H2SO4弱【解析】选A。Te属于氧族元素,位于周期表中第五周期第ⅥA族,在Se元素下方,故A错误;常温下,氧族元素中比O元素原子序数大的元素单质都是固体,所以单质碲在常温下是固体,故B正确;Te和S处于同一主族,最外层电子数相同,性质相近,在空气中燃烧生成二氧化碲(TeO2),故C正确;非金属性S>Te,所以最高价氧化物对应的水化物酸性:H2TeO4<H2SO4,故D正确。3.短周期元素甲~戊在元素周期表中的相应位置如表所示,下面判断正确的是()甲乙丙丁戊A.原子半径:丙<丁<戊B.金属性:甲>丙C.氢氧化物碱性:丙>丁>戊D.最外层电子数:甲>乙【解析】选C。同周期元素原子半径从左至右是依次减小的,故A项错误;同主族元素金属性自上而下是增强的,故B项错误;同周期元素的金属性从左至右越来越弱,故对应氢氧化物的碱性是逐渐减弱的,故C项正确;同周期元素的原子最外层电子数从左到右越来越多,故D项错误。4.(2023·龙岩高一检测)现有五种短周期主族元素a、b、c、d、e,它们最高(或最低)化合价与原子半径的关系如图。下列有关说法错误的是()A.a、e是同主族元素B.简单氢化物的稳定性:c>dC.简单离子半径:c>e>bD.c的单质能使有色鲜花褪色【解析】选C。根据元素的化合价,结合原子半径可知:a是H,b是O,c是Cl,d是S,e是Li或Na,然后结合元素周期律分析解答。a、e化合价都是+1价,原子半径e>a,可知a、e是同一主族元素,A正确;元素的非金属性越强,其相应的简单氢化物的稳定性就越强,c是Cl,d是S,元素的非金属性:Cl>S,所以简单氢化物的稳定性:c(HCl)>d(H2S),B正确;b是O,c是Cl,e是