2024-2025学年新教材高中化学第1章原子结构元素周期律第3节第2课时研究同主族元素的性质和预测元素及其化合物的性质教案鲁科版必修第二册

PAGE12-第2课时探讨同主族元素的性质和预料元素及其化合物的性质发展目标体系构建1.通过分析ⅠA族、ⅦA族元素性质的改变规律，相识同主族元素性质的递变规律及其与原子结构的关系，学会利用“证据推理与模型认知”的思维解决实际问题。2．能通过卤素有关试验探究同主族元素性质的改变，培育科学探究精神与创新意识。3．能利用同周期、同主族元素性质的递变规律，预料元素及其化合物的性质。一、同主族元素原子结构和元素性质的递变关系1．碱金属元素原子结构和元素性质的递变关系(1)碱金属元素的原子结构。元素eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10())相同点最外电子层上都只有1个电子递变性核电荷数渐渐增大电子层数渐渐增多原子半径渐渐增大(2)碱金属元素单质的化学性质。元素LiNaKRbCs相像性都是活泼金属，最高价为＋1价，单质都能与氧气、水等物质反应，最高价氧化物对应的水化物一般有很强的碱性递变性与O2反应反应越来越猛烈，产物越来越困难，Li生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；Rb和Cs遇到空气会马上燃烧与H2O反应反应越来越猛烈，Na与水猛烈反应，K与水反应能发生稍微爆炸，Rb、Cs遇水则发生爆炸结论eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10(随着核电荷数增大，原子半径渐渐增大，失电子实力渐渐增加))2.ⅦA族元素(卤族元素)原子结构与性质的相像性和递变性(1)相像性元素(名称与符号)氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)原子最外层电子数都为7最高正价无为＋7价最低负价都为－1价自然界中存在形态全部以化合态形式存在单质性质都是活泼非金属，在氧化还原反应中常作氧化剂最高价含氧酸化学式无HClO4HBrO4HIO4酸性具有很强的酸性气态氢化物的化学式HFHClHBrHI(2)递变性元素FClBrI电子层数渐渐增多原子半径渐渐增大得电子实力渐渐减弱失电子实力渐渐增加单质与H2化合的条件暗处爆炸点燃或光照加热(200℃)更高温度下，缓慢反应，可逆氢化物的稳定性渐渐减弱最高价氧化物对应水化物的酸性—渐渐减弱(3)探究卤族元素性质的相像性和递变性试验操作试验现象化学方程式静置后，液体分层，上层无色，下层橙色Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2静置后，液体分层，上层无色，下层紫色Br2＋2KI=2KBr＋I2静置后，液体分层，上层无色，下层紫色Cl2＋2KI=2KCl＋I2结论：卤素单质的氧化性：Cl2>Br2>I2；卤素离子的还原性：I－>Br－>Cl－。微点拨：(1)F无含氧酸，因F无正价。(2)HF为弱酸，HCl、HBr、HI均为强酸。3．理论说明4．碱金属单质与卤素单质的物理性质递变规律(1)碱金属元素单质的物理性质。元素eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10())相像性颜色银白色(除Cs外)硬度松软导电、导热性很强递变性密度渐渐增大(但ρK<ρNa)熔、沸点渐渐降低(2)卤族元素单质的物理性质及递变性。单质物理性质F2Cl2Br2I2颜色淡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渐渐增大熔、沸点渐渐上升二、预料元素及化合物的性质(以硅为例)1．性质的预料(1)硅元素的原子结构及性质分析。原子结构示意图最高正价最低负价元素类别得电子实力＋4－4非金属元素较弱(2)性质预料。硅及其化合物的化学式化学性质预料预料依据Si化学性质不活泼，但是在肯定条件下能与氧气等发生化学反应，由于其性质的特别性，可能还具有独特的性质与碳元素同主族，与碳单质具有相像的化学性质SiO2具有酸性氧化物的通性，能与碱、碱性氧化物等发生反应，可能也具有肯定的特性与碳元素同主族，与CO2具有相像的化学性质H2SiO3具有酸的性质，能与碱反应，但酸性较弱，酸性弱于碳酸同主族元素性质的相像性和递变规律2.化学性质验证(1)单质硅的化学性质①常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF、强碱(如NaOH)溶液反应。Si＋2F2=SiF4，Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑，Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。②加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应。Si＋O2eq\o(=,\s\up10(△))SiO2。(2)SiO2的化学性质①具有酸性氧化物的通性：a.常温下SiO2与强碱溶液反应生成盐和水：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2＋CaOeq\o(②弱氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高温))Si(粗)＋2CO↑。③特性：与氢氟酸(HF)反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。此反应常被用来刻蚀玻璃。(3)H2SiO3的化学性质。H2SiO3是一种弱酸，具有酸的性质，但是酸性比碳酸的弱。验证：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。三、元素周期表的应用1．元素周期表是探讨化学的重要工具，可为探讨物质结构、发觉新元素、合成新物质、找寻新材料供应很多有价值的指导。2．找寻新材料1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原子半径越大元素原子得电子实力越强，失电子实力越弱。 ()(2)元素周期表中元素的性质与元素在周期表中的位置有关。 ()(3)最外层电子数相同的元素肯定位于同一主族。 ()(4)在周期表中的过渡元素中找寻半导体材料。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．钾和钠的性质相像，下列说法中能较好地说明这个事实的是()A.最外层电子数相同 B．都是金属元素C.原子半径相差不大 D．最高化合价相同A[A项，钠和钾都位于元素周期表第ⅠA族，原子最外层电子数相同，性质相像，正确；B项，金属元素有很多种，但性质不完全相像，错误；C项，同主族元素的原子半径相差较大，但性质相像，错误；D项，最高化合价相同的元素性质不肯定相同，如Mg、Cu的最高化合价都为＋2价，但性质不同，错误。]3．F、Cl和Br都是第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：F>Cl>BrB.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[答案]B同主族元素及其物质性质的递变规律(素养养成——宏观辨识与微观探析)元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有广泛应用，如用N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。(1)阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？依据元素周期律，预料H3AsO4与H3PO4酸性强弱的关系是什么？提示：元素N在元素周期表中的位置是第2周期ⅤA族。同一主族，元素的非金属性从上到下渐渐减弱，故酸性：H3PO4>H3AsO4。(2)元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少？在肯定条件下，S与H2反应有肯定难度，请推断：在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小？提示：S的最高正价为＋6，最低负价是－2，二者代数和是4，元素非金属性越强，与氢气化合越简洁。同主族从上到下非金属性减弱，Se与H2化合难度更大。内容同主族(自上而下)原子结构电子层数增多最外层电子数相同原子半径渐渐增大元素性质原子得电子实力减弱原子失电子实力增加元素的金属性增加元素的非金属性减弱元素的主要化合价最高正价数＝主族序数(F无正价，O无最高正价)单质和化合物单质还原性与氧化性还原性增加，氧化性减弱非金属元素气态氢化物的形成及稳定性形成由易到难，稳定性由强到弱最高价氧化物对应的水化物酸碱性酸性减弱碱性增加非金属气态氢化物的还原性增加离子氧化还原实力阳离子氧化性减弱阴离子还原性增加【例1】下列关于物质性质改变的比较，不正确的是()A.稳定性强弱：HF>HCl>HBr>HIB.原子半径大小：Na>S>OC.碱性强弱：KOH>NaOH>LiOHD.还原性强弱：F－>Cl－>I－D[非金属性强弱：F＞Cl＞I，对应阴离子的还原性依次增加。]解答元素性质的改变规律题目的一般思路(1)首先推断所给元素的相对位置，即是同周期还是同主族。(2)然后依据元素周期律得出相应的结论。(3)最终考虑涉及元素是否有特别性。1．下列关于Li、Na、K、Rb、Cs的叙述均正确的一组是()①金属性最强的是锂②形成的离子中，氧化性最强的是锂离子③在自然界中均以化合态形式存在④Li的密度最小⑤均可与水反应，产物均为MOH和H2⑥它们在O2中燃烧的产物都有M2O和M2O2两种形式⑦微粒半径：Rb＋>K＋>Na＋，Cs>Cs＋A.①②③④⑤ B．③④⑤⑥⑦C.①②④⑥⑦ D．②③④⑤⑦D[①同主族元素从上到下金属性依次增加，所以金属性最强的是铯，故错误；②同主族元素从上到下金属性依次增加，阳离子的氧化性依次减弱，所以氧化性最强的是锂离子，故正确；③碱金属性质活泼，简洁与空气中的氧气和水发生反应，所以在自然界中均以化合态形式存在，故正确；④碱金属密度从上到下呈增大趋势，所以Li的密度最小，故正确；⑤碱金属均可与水反应，产物均为MOH和H2，故正确；⑥锂只有Li2O一种氧化物，故错误；⑦Rb＋、K＋、Na＋，电子层依次削减，所以半径依次减小，故Rb＋>K＋>Na＋，Cs与Cs＋具有相同的质子数，但是Cs核外电子数多，所以半径大，故正确。]2．运用元素周期律分析，下列说法中错误的是()A.Sr是第5周期ⅡA族元素，Sr(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强B.As是第4周期ⅤA族元素，AsH3的还原性比NH3的还原性弱C.Cs的原子半径比Na的原子半径大，Cs与水反应比Na与水反应更猛烈D.Cl的核电荷数比Al的核电荷数大，Cl的原子半径比Al的原子半径小B[同主族元素，随原子序数的增大，元素的金属性增加，非金属性减弱，第ⅡA族元素Mg和Sr，原子序数：Mg<Sr，则碱性：Sr(OH)2>Mg(OH)2，A项正确；第ⅤA族元素N和As，原子序数：N<As，则单质的氧化性：N2>As，其对应阴离子的还原性：N3－<As3－，B项错误；Cs比Na更易失电子，其与水反应比钠更猛烈，C项正确；Al与Cl同周期，且原子序数：Al<Cl，则原子半径：Al>Cl，D项正确。]元素“位、构、性”之间的关系(素养养成——证据推理与模型认知)短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如下图所示：XYZ(1)Y所在周期中全部主族元素，Y的原子半径最小对吗？提示：依据同周期、同主族元素性质的改变规律进行推断。短周期为1～3周期，由图可得X为氦，Y为氟，Z为硫；同周期自左向右原子半径渐渐减小(稀有气体元素除外)，因此F所在周期的全部主族元素中，F的原子半径最小。(2)能否发生反应Cl2＋H2Z=Z↓＋2HCl?提示：氯的非金属性比硫强，因此能发生置换反应：Cl2＋H2S=S↓＋2HCl。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\{(\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(原子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(核电荷数,电子层数))原子半径,最外层电子数))))eq\a\vs4\al(元素,性质)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(金属性（失电子实力）,非金属性（得电子实力）,化合价))3．元素在周期表中位置与元素性质的关系eq\a\vs4\al(位置→,性质)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(同主族→\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相像性：化学性质相像,递变性：从上到下，得电子能,力渐渐减弱，失电子,实力渐渐增加)),同周期→递变性：从左到右，失电子实力渐渐,减弱，得电子实力渐渐增加))【例2】元素R、X、T、Z、Q在元素周期表中的相对位置如图所示，其中R单质在暗处与H2猛烈化合并发生爆炸，则下列推断正确的是()A.非金属性：Z<T<XB.R与Q的电子数相差26C.气态氢化物稳定性：R<T<QD.最高价氧化物对应水化物的酸性：T<QB[R单质在暗处与H2化合并爆炸，R为F元素，则X为S，T为Cl，Z为Ar，Q为Br。同周期非金属从左到右渐渐增加(稀有气体除外)，A错误；F与Br原子序数相差26，故电子数相差26，B正确；非金属性越强，氢化物稳定性越强，最高价氧化物的水化物酸性越强，同主族元素从上到下非金属性减弱，C、D错误。]1．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()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>H3PO4C[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。]2．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的最外层电子数是内层电子数的3倍，X所在的周期数是最外层电子数的3倍，由W、X、Y三种元素形成的一种盐溶于水后，加入盐酸，产生的无色气体能使品红褪色。下列说法正确的是()A.W与X可形成至少两种化合物B.X的简洁离子与Z的简洁离子具有相同的电子层结构C.最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>ZD.简洁气态氢化物的稳定性：W<YA[W的最外层电子数是内层电子数的3倍，W为氧元素；X所在的周期数是最外层电子数的3倍，X为钠，由W、X、Y三种元素形成的一种盐溶于水后，加入盐酸，产生的无色气体能使品红褪色，该盐为亚硫酸盐或亚硫酸氢盐，所以Y为硫元素；短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，Z为氯元素；A项，氧与钠可以形成氧化钠、过氧化钠等至少两种化合物，正确；B项，Na＋核外有2层电子层，Cl－核外有3层电子层，两种离子的电子层结构不同，错误；C项，元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性就越强，非金属性：Cl>S，因此酸性HClO4>H2SO4，错误；D项，元素的非金属性越强，氢化物越稳定，非金属性O>S，所以简洁气态氢化物的稳定性：H2O>H2S，错误。]2024年是元素周期表发表150周年，期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值，(1)请确定铟在元素周期表中的位置？提示：In为49号元素，依据元素周期表中元素的排布规律，In是第5周期第ⅢA族元素。(2)依据铟在元素周期表中的位置，推断下列对In元素性质的推想是否正确。可能的性质正误推断能与酸反应产生氢气________能与碱反应产生氢气________氧化物既能与酸反应又能与碱反应________原子半径：In>Al________提示：√××√(3)若铟与铷(37Rb)同周期，试比较In(OH)3与RbOH碱性的强弱。提示：In是第5周期第ⅢA族元素，Rb为第5周期第ⅠA族元素，金属性In<Rb，依据元素周期律，碱性：In(OH)3<RbOH。(4)你作出上述推断的依据是什么？提示：元素“位、构、性”之间的关系。通过本情境素材中49In的位置推断，性质推断及比较，提升了元素“位、构、性”关系的应用实力，1．下列关于F、Cl、Br、I相关物质性质的比较中，正确的是()A．单质的颜色随核电荷数的增加而变浅B．单质的熔、沸点随核电荷数的增加而降低C．简洁氢化物的还原性随核电荷数的增加而增加D．简洁氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增加C[A项，从F2到I2，单质颜色分别为淡黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色，单质的颜色随着核电荷数的增加而加深，错误；B项，从F2到I2，状态由气态→液态→固态，熔、沸点随核电荷数的增加而上升，错误；C项，元素的非金属性越强，对应离子的还原性越弱，从F到I，元素的非金属性渐渐减弱，简洁氢化物的还原性渐渐增加，正确；D项，元素的非金属性越强，其简洁气态氢化物的稳定性越强，从F到I，元素的非金属性渐渐减弱，其简洁气态氢化物的稳定性渐渐减弱，错误。]2．某主族元素的原子最外层是第5层，其上有1个电子，下列描述中正确的是()A．常温下，其单质与水反应不如钠与水反应猛烈B．其原子半径比钾原子半径小C．其碳酸盐易溶于水D．其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解C[由主族元素原子的第5电子层上只有1个电子可知：该元素位于周期表第5周期ⅠA族，为Rb(铷)。由同一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更猛烈；RbOH的碱性强于NaOH，因NaOH可使Al(OH)3溶解，则RbOH也肯定能使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。]3．(素养题)“世界硒都”——恩施，硒资源相对丰富和集中，属于高硒区，该地盛产富硒茶，含有人体所必需的硒元素，有肯定的保健作用。已知硒元素与氧元素同族，与钙元素同周期。下列关于硒的描述不正确的是()A．原子序数为24B．最高价氧化物是SeO3，是酸性氧化物C．原子半径比钙小D．气态氢化物的化学式是H2Se，稳定性比HCl差A[硒的原子序数为8＋8＋18＝34。]4．能说明SiO2为酸性氧化物的事实为()A．SiO2与H2SO4、HNO3不反应B．SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OC．SiO2＋2KOH=K2