2025版高一化學(xué)必修第一冊 第四章 第二節(jié) 第2課時(shí) 元素周期表和元素周期律的應(yīng)用

第2課時(shí)元素周期表和元素周期律的應(yīng)用課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.通過元素周期表的分區(qū),進(jìn)一步認(rèn)識元素周期表和元素周期律的應(yīng)用,建立其應(yīng)用的思維模型,并能應(yīng)用模型解決實(shí)際問題。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)2.通過對元素周期表、元素周期律應(yīng)用的探究,體會元素周期表和元素周期律在科學(xué)探究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的指導(dǎo)意義,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任)厘清重點(diǎn)元素周期表和元素周期律的應(yīng)用突破難點(diǎn)通過元素周期表和周期律的應(yīng)用,建立利用模型解決問題的化學(xué)思維學(xué)習(xí)任務(wù)一:元素周期表的分區(qū)和性質(zhì)遞變規(guī)律【必備知識·導(dǎo)學(xué)】[引入]研究人員發(fā)現(xiàn)金屬鉿和鋯的聯(lián)硒化物二維材料HfSe2和ZrSe2具有更優(yōu)越的半導(dǎo)體特性,有望代替硅材料應(yīng)用于未來半導(dǎo)體器件中。如果要研發(fā)更先進(jìn)的半導(dǎo)體材料,應(yīng)在元素周期表的什么位置進(jìn)行尋找?一、金屬元素與非金屬元素在周期表中的分布及性質(zhì)遞變規(guī)律[結(jié)論]1.分界線的劃分:沿著周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之間畫一條斜線,斜線的左下方是金屬元素,右上方是非金屬元素。2.周期表的左下方是金屬性最強(qiáng)的元素(Cs),右上方是非金屬性最強(qiáng)的元素(F)。堿性最強(qiáng)的是CsOH,酸性最強(qiáng)的含氧酸是HClO4。3.分界線附近的元素,既能表現(xiàn)出一定的金屬性,又能表現(xiàn)出一定的非金屬性,故元素的金屬性與非金屬性之間沒有嚴(yán)格的界線。[思考]每一周期最后一種金屬元素的周期數(shù)與主族序數(shù)有什么關(guān)系?提示:每一周期最后一種金屬元素的周期數(shù)=主族序數(shù)。二、元素化合價(jià)與元素在周期表中位置的關(guān)系1.價(jià)電子:可在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化,與元素的化合價(jià)有關(guān)的電子。主族元素的價(jià)電子=最外層電子數(shù),過渡元素的價(jià)電子包括最外層電子及次外層或倒數(shù)第三層的部分電子。2.化合價(jià)規(guī)律【判對錯·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”(1)同主族元素由上至下金屬性逐漸增強(qiáng)。 (√)提示:同主族元素從上到下,最外層電子離核距離逐漸增大,失電子能力逐漸增強(qiáng),金屬性逐漸增強(qiáng)。(2)所有元素都有最高正價(jià)+最低負(fù)價(jià)的絕對值=8。 (×)提示:氫元素最高正價(jià)+1,最低負(fù)價(jià)-1。(3)第ⅥA族所有元素的最高正價(jià)均為+6價(jià)。 (×)提示:O無最高正價(jià)。(4)X元素能形成H2X和XO2兩種化合物,則該元素位于第ⅥA族。 (√)提示:H2X中X呈-2價(jià),則最高正價(jià)為+6價(jià),位于第ⅥA族?！竞诵囊c(diǎn)·歸納】1.主族元素金屬性和非金屬性的遞變(1)同一主族,從上到下,金屬性逐漸增強(qiáng),非金屬性逐漸減弱。(2)同一周期,從左到右,金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強(qiáng)。2.元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷方法金屬性比較本質(zhì)原子越易失電子,金屬性越強(qiáng)(與原子失電子數(shù)目無關(guān))判斷方法①在金屬活動性順序表中越靠前,金屬性越強(qiáng)(極少數(shù)例外)②單質(zhì)與水或非氧化性酸反應(yīng)越劇烈,金屬性越強(qiáng)③單質(zhì)還原性越強(qiáng)或陽離子氧化性越弱,金屬性越強(qiáng)④最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的堿性越強(qiáng),金屬性越強(qiáng)⑤若Xn++Y→X+Ym+,則Y比X的金屬性強(qiáng)⑥元素在周期表中的位置:左邊或下方元素的金屬性強(qiáng)非金屬性比較本質(zhì)原子越易得電子,非金屬性越強(qiáng)(與原子得電子數(shù)目無關(guān))判斷方法①與H2化合越容易,氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定,非金屬性越強(qiáng)②單質(zhì)氧化性越強(qiáng)或陰離子還原性越弱,非金屬性越強(qiáng)③最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性越強(qiáng),非金屬性越強(qiáng)④元素在周期表中的位置:右邊或上方元素的非金屬性強(qiáng)3.元素的化合價(jià)與元素在周期表中位置之間的關(guān)系(1)主族元素最高正化合價(jià)=族序數(shù)=最外層電子(價(jià)電子)數(shù)。(2)非金屬元素的化合價(jià):①最高正價(jià)等于原子所能失去或偏移的最外層電子數(shù)(除O、F)。②最低負(fù)價(jià)等于使它達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)需要得到的電子數(shù)(除H)。③最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值之和等于8(除H、O、F)?！緦W(xué)力診斷·測評】1.(2024·廣州高一檢測)下列關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的比較,不正確的是()A.酸性:H2CO3<H2SO4<HClO4B.半徑:S2->F->Na+C.非金屬性:Si<C<ND.最低負(fù)價(jià):N>O>F【解析】選D。非金屬性越強(qiáng),最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性越強(qiáng),非金屬性:C<S<Cl,則酸性:H2CO3<H2SO4<HClO4,故A正確;電子層數(shù)越多,離子半徑越大,電子層數(shù)相同時(shí),原子序數(shù)越大離子半徑越小,因此半徑:S2->F->Na+,故B正確;同一周期從左到右非金屬性逐漸增強(qiáng),同一主族從上到下非金屬性逐漸減弱,則非金屬性:Si<C<N,故C正確;N元素的最低負(fù)價(jià)為-3,O元素的最低負(fù)價(jià)為-2,F元素的最低負(fù)價(jià)為-1,則最低負(fù)價(jià):N<O<F,故D錯誤。2.分析與推測能力是學(xué)習(xí)化學(xué)的必備能力之一,下列推測合理的是()A.最外層電子數(shù):Na<Mg<Al,可以推測失電子能力:Na<Mg<AlB.鎵和鋁同主族,可以推測堿性:Al(OH)3<Ga(OH)3C.非金屬性:S<Cl,可以推測酸性:H2S<HClD.根據(jù)Cl2和水的反應(yīng),可以推測F2和水反應(yīng)生成HF和HFO【解析】選B。失電子能力與最外層電子數(shù)不成正比,Na、Mg、Al失電子能力:Al<Mg<Na,故A不符合題意;鎵和鋁同主族,從上到下金屬性逐漸增強(qiáng),最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的堿性逐漸增強(qiáng),因此可以推測堿性:Al(OH)3<Ga(OH)3,故B符合題意;非金屬性:S<Cl,只能推測氫化物的穩(wěn)定性和最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱,不能推測氫化物的酸性強(qiáng)弱,故C不符合題意;根據(jù)Cl2和水的反應(yīng),不可以推測F2和水反應(yīng),F2和水反應(yīng)生成HF和O2,故D不符合題意。[延伸思考](1)Ga(OH)3的堿性強(qiáng)嗎?提示:Al(OH)3具有兩性,根據(jù)堿性Al(OH)3<Ga(OH)3可知Ga(OH)3堿性很弱。(2)氧化性F2>Cl2,利用F2能否從NaCl溶液中置換出Cl2?提示:不能,F2和水反應(yīng)生成HF和O2?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】常溫下,某元素X的氣態(tài)氫化物化學(xué)式為H2X,下面的敘述不正確的是()A.該元素的原子最外電子層上有6個(gè)電子B.該元素最高正價(jià)氧化物的化學(xué)式為XO2C.該元素是非金屬元素D.該元素最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的化學(xué)式為H2XO4【解析】選B。根據(jù)元素X的氣態(tài)氫化物化學(xué)式為H2X可知,元素X顯-2價(jià),位于周期表中第ⅥA族,原子最外層有6個(gè)電子;最高正價(jià)氧化物的化學(xué)式為XO3,最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的化學(xué)式為H2XO4;存在氣態(tài)氫化物的元素為非金屬元素。學(xué)習(xí)任務(wù)二:元素周期表和周期律的應(yīng)用【必備知識·探究】一、科學(xué)預(yù)測預(yù)測元素及其化合物的性質(zhì)(1)比較不同周期,不同主族元素的性質(zhì)如金屬性:Mg>Al、Ca>Mg,則由堿性: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(zhì)例如:已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2難溶,可推知Be(OH)2難溶。(3)指導(dǎo)新元素的發(fā)現(xiàn)及預(yù)測它們的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。二、尋找有特殊用途的新物質(zhì)【判對錯·通教材】判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”(1)Si是非金屬元素,故Si元素只表現(xiàn)非金屬性。 (×)提示:Si位于金屬與非金屬交界線附近,既表現(xiàn)金屬性又表現(xiàn)非金屬性。(2)處于金屬與非金屬分界線附近的元素常用作催化劑材料。 (×)提示:分界線附近的元素常用作半導(dǎo)體材料。(3)如果已知X、Y為周期表中相鄰的兩元素,且它們的最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性強(qiáng)弱為X>Y,則X一定在Y的右邊。 (×)提示:可根據(jù)元素非金屬性的變化規(guī)律確定它們的相對位置。由已知條件可確定非金屬性為X>Y,所以,如果它們同周期,則X在Y的右邊;如果它們同主族,則X在Y的上邊?！疚Ⅻc(diǎn)撥·拓教材】半導(dǎo)體器件的研制開始于鍺,后來發(fā)展到研制同族的硅,二者都位于金屬與非金屬分界線附近,具有半導(dǎo)體性能?！竞诵囊c(diǎn)·歸納】1.元素周期律的兩大應(yīng)用(1)比較元素的性質(zhì)如比較H2SO4和H2SeO4的酸性強(qiáng)弱,因?yàn)镾、Se同主族,自上至下,元素的非金屬性減弱,最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物酸性減弱,故酸性:H2SO4>H2SeO4。(2)預(yù)測未知元素的性質(zhì)如已知鹵族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律,可預(yù)測未知元素砹(At)應(yīng)為有色固體,與氫氣難化合,HAt不穩(wěn)定,水溶液呈酸性,AgAt難溶于水等性質(zhì)。2.元素“位—構(gòu)—性”關(guān)系【學(xué)力診斷·測評】1.(教材習(xí)題改編)元素周期表和元素周期律可以指導(dǎo)人們進(jìn)行規(guī)律性地推測和判斷。下列說法不正確的是()A.若X+和Y2-的核外電子層結(jié)構(gòu)相同,則原子序數(shù):X>YB.原子最外層電子數(shù)為2的元素一定位于元素周期表的第ⅡA族C.硅、鍺都位于金屬與非金屬的分界處,都可以作半導(dǎo)體材料D.第三周期主族元素的最高正價(jià)等于其所在主族序數(shù)【解析】選B。X+和Y2-的核外電子層結(jié)構(gòu)相同,則離子核外電子數(shù)相同,設(shè)核外電子數(shù)為n,則X的原子序數(shù)為n+1,Y的原子序數(shù)為n-2,原子序數(shù)X>Y,A正確;第ⅡA族元素原子最外層電子數(shù)為2,但He核外只有2個(gè)電子,He處于0族,過渡元素中也存在最外層電子數(shù)為2的元素,B錯誤;硅、鍺都位于金屬和非金屬的分界處,既有一定金屬性也有一定的非金屬性,都可以作半導(dǎo)體材料,C正確;第三周期主族元素最高正化合價(jià)等于其最外層電子數(shù)等于其所在主族序數(shù),D正確。2.(2024·蘭州高一檢測)A、B、C、D分別是短周期主族元素,且原子序數(shù)依次增大。已知A的最外層電子數(shù)是電子層數(shù)的3倍,A、C同主族,B的原子在短周期主族元素中原子半徑最大。下列說法正確的是()A.可以用氫氧化鈉溶液吸收C的氧化物B.BA2含有共價(jià)鍵,為共價(jià)化合物C.A與C形成的化合物對應(yīng)的水化物一定是強(qiáng)酸D.C元素的非金屬性比D元素的非金屬性強(qiáng)【解析】選A。A、B、C、D分別是短周期主族元素,且原子序數(shù)依次增大,已知A的最外層電子數(shù)是電子層數(shù)的3倍,主族元素最外層電子數(shù)小于8,只能有2個(gè)電子層,最外層電子數(shù)為6,則A為O元素;A、C同主族,且C為短周期元素,則C為S元素;B的原子在短周期主族元素中原子半徑最大,則B為Na元素;D的原子序數(shù)大于硫,則D為Cl元素。C的氧化物有SO2、SO3,均是酸性氧化物,都能與NaOH反應(yīng),可以用NaOH溶液吸收,故A正確;BA2是NaO2,由Na+與O2-構(gòu)成,屬于離子化合物,故B錯誤;S與O形成的化合物對應(yīng)的水化物有H2SO4、H2SO3,硫酸屬于強(qiáng)酸,但亞硫酸屬于弱酸,故C錯誤;同周期主族元素自左而右元素的非金屬性逐漸增強(qiáng),可知S元素的非金屬性比Cl元素的非金屬性弱,故3.(2024·杭州高一檢測)關(guān)于114號元素的預(yù)測或判斷不正確的是()A.該元素是一種金屬元素B.該元素處于第七周期第ⅥA族C.該元素的主要化合價(jià)為+2、+4D.該元素是一種放射性元素【解析】選B。根據(jù)元素周期表中周期和族的劃分,可知114號元素位于第七周期ⅣA族,處于碳族,位于鉛的下一周期,結(jié)合同主族元素性質(zhì)的相似性與遞變性解答。114號元素位于第七周期ⅣA,位于鉛的下一周期,同主族元素金屬性從上到下逐漸增強(qiáng),114號元素應(yīng)為金屬元素,故A正確;根據(jù)元素周期表中周期和族的劃分,可知114號元素位于第七周期ⅣA族,故B錯誤;C元素的主要化合價(jià)為+2,+4,故114號元素,主要化合價(jià)為+2,+4,故C正確;114號元素位于鉛下一周期,為放射性元素(83號元素后),故D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(2023·天津靜安區(qū)高一檢測)砹(At)是原子序數(shù)最大的鹵族元素,推測砹或砹的化合物不可能具有的性質(zhì)是()A.HAt很穩(wěn)定B.易溶于某些有機(jī)溶劑C.AgAt不溶于水D.是有色固體【解析】選A。同主族從上到下元素非金屬性減弱,則HAt很不穩(wěn)定,故A錯誤;碘易溶于有機(jī)溶劑,則砹易溶于某些有機(jī)溶劑,故B正確;因AgCl不溶于水,同主族元素的化合物的性質(zhì)相似,則AgAt不溶于水,故C正確;鹵族元素從上到下元素的單質(zhì)分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài),且顏色加深,則砹是有色固體,故D正確。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(2023·重慶高一檢測)下列說法正確的是()A.因?yàn)檠趸?HClO>稀H2SO4,所以非金屬性:Cl>SB.C、P、S、Cl的最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性逐漸增強(qiáng)C.從上到下,鹵族元素的非金屬性逐漸減弱,所以酸性:HCl>HID.離子半徑:K+>Cl->S2-【解析】選B。應(yīng)比較最高價(jià)含氧酸的酸性強(qiáng)弱,不能比較氧化性強(qiáng)弱,故A錯誤;P、S、Cl處于同一周期,元素的非金屬性依次增強(qiáng),H2CO3是弱酸,H3PO4是中強(qiáng)酸,故非金屬性:C<P,則非金屬性:C<P<S<Cl,則C、P、S、Cl的最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性逐漸增強(qiáng),故B正確;元素非金屬性強(qiáng)弱與氫化物酸性強(qiáng)弱無關(guān),和最高價(jià)含氧酸的酸性有關(guān),從上到下,鹵族元素的非金屬性逐漸減弱,所以酸性:HClO4>HIO4,故C錯誤;核外電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,核電荷數(shù)越大,離子半徑越小,故離子半徑:S2->Cl->K+,故D錯誤。2.(2023·鄭州高一檢測)碲(Te)是52號元素,處于金屬區(qū)與非金屬區(qū)的交界線上。下列有關(guān)碲(Te)元素的敘述錯誤的是()A.Te元素位于周期表中第六周期ⅥA族B.單質(zhì)碲在常溫下是固體C.碲可在空氣中燃燒生成二氧化碲(TeO2)D.H2TeO4的酸性比H2SO4弱【解析】選A。Te屬于氧族元素,位于周期表中第五周期第ⅥA族,在Se元素下方,故A錯誤;常溫下,氧族元素中比O元素原子序數(shù)大的元素單質(zhì)都是固體,所以單質(zhì)碲在常溫下是固體,故B正確;Te和S處于同一主族,最外層電子數(shù)相同,性質(zhì)相近,在空氣中燃燒生成二氧化碲(TeO2),故C正確;非金屬性S>Te,所以最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物酸性:H2TeO4<H2SO4,故D正確。3.短周期元素甲~戊在元素周期表中的相應(yīng)位置如表所示,下面判斷正確的是()甲乙丙丁戊A.原子半徑:丙<丁<戊B.金屬性:甲>丙C.氫氧化物堿性:丙>丁>戊D.最外層電子數(shù):甲>乙【解析】選C。同周期元素原子半徑從左至右是依次減小的,故A項(xiàng)錯誤;同主族元素金屬性自上而下是增強(qiáng)的,故B項(xiàng)錯誤;同周期元素的金屬性從左至右越來越弱,故對應(yīng)氫氧化物的堿性是逐漸減弱的,故C項(xiàng)正確;同周期元素的原子最外層電子數(shù)從左到右越來越多,故D項(xiàng)錯誤。4.(2023·龍巖高一檢測)現(xiàn)有五種短周期主族元素a、b、c、d、e,它們最高(或最低)化合價(jià)與原子半徑的關(guān)系如圖。下列有關(guān)說法錯誤的是()A.a、e是同主族元素B.簡單氫化物的穩(wěn)定性:c>dC.簡單離子半徑:c>e>bD.c的單質(zhì)能使有色鮮花褪色【解析】選C。根據(jù)元素的化合價(jià),結(jié)合原子半徑可知:a是H,b是O,c是Cl,d是S,e是Li或Na,然后結(jié)合元素周期律分析解答。a、e化合價(jià)都是+1價(jià),原子半徑e>a,可知a、e是同一主族元素,A正確;元素的非金屬性越強(qiáng),其相應(yīng)的簡單氫化物的穩(wěn)定性就越強(qiáng),c是Cl,d是S,元素的非金屬性:Cl>S,所以簡單氫化物的穩(wěn)定性:c(HCl)>d(H2S),B正確;b是O,c是Cl,e是