2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第1章原子結(jié)構(gòu)元素周期律第3節(jié)第2課時研究同主族元素的性質(zhì)和預(yù)測元素及其化合物的性質(zhì)教案魯科版必修第二冊

PAGE12-第2課時探討同主族元素的性質(zhì)和預(yù)料元素及其化合物的性質(zhì)發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過分析ⅠA族、ⅦA族元素性質(zhì)的改變規(guī)律，相識同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律及其與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，學(xué)會利用“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的思維解決實際問題。2．能通過鹵素有關(guān)試驗探究同主族元素性質(zhì)的改變，培育科學(xué)探究精神與創(chuàng)新意識。3．能利用同周期、同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，預(yù)料元素及其化合物的性質(zhì)。一、同主族元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變關(guān)系1．堿金屬元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變關(guān)系(1)堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)。元素eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10())相同點最外電子層上都只有1個電子遞變性核電荷數(shù)漸漸增大電子層數(shù)漸漸增多原子半徑漸漸增大(2)堿金屬元素單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。元素LiNaKRbCs相像性都是活潑金屬，最高價為＋1價，單質(zhì)都能與氧氣、水等物質(zhì)反應(yīng)，最高價氧化物對應(yīng)的水化物一般有很強的堿性遞變性與O2反應(yīng)反應(yīng)越來越猛烈，產(chǎn)物越來越困難，Li生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；Rb和Cs遇到空氣會馬上燃燒與H2O反應(yīng)反應(yīng)越來越猛烈，Na與水猛烈反應(yīng)，K與水反應(yīng)能發(fā)生稍微爆炸，Rb、Cs遇水則發(fā)生爆炸結(jié)論eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10(隨著核電荷數(shù)增大，原子半徑漸漸增大，失電子實力漸漸增加))2.ⅦA族元素(鹵族元素)原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相像性和遞變性(1)相像性元素(名稱與符號)氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)原子最外層電子數(shù)都為7最高正價無為＋7價最低負(fù)價都為－1價自然界中存在形態(tài)全部以化合態(tài)形式存在單質(zhì)性質(zhì)都是活潑非金屬，在氧化還原反應(yīng)中常作氧化劑最高價含氧酸化學(xué)式無HClO4HBrO4HIO4酸性具有很強的酸性氣態(tài)氫化物的化學(xué)式HFHClHBrHI(2)遞變性元素FClBrI電子層數(shù)漸漸增多原子半徑漸漸增大得電子實力漸漸減弱失電子實力漸漸增加單質(zhì)與H2化合的條件暗處爆炸點燃或光照加熱(200℃)更高溫度下，緩慢反應(yīng)，可逆氫化物的穩(wěn)定性漸漸減弱最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性—漸漸減弱(3)探究鹵族元素性質(zhì)的相像性和遞變性試驗操作試驗現(xiàn)象化學(xué)方程式靜置后，液體分層，上層無色，下層橙色Cl2＋2NaBr=2NaCl＋Br2靜置后，液體分層，上層無色，下層紫色Br2＋2KI=2KBr＋I2靜置后，液體分層，上層無色，下層紫色Cl2＋2KI=2KCl＋I2結(jié)論：鹵素單質(zhì)的氧化性：Cl2>Br2>I2；鹵素離子的還原性：I－>Br－>Cl－。微點撥：(1)F無含氧酸，因F無正價。(2)HF為弱酸，HCl、HBr、HI均為強酸。3．理論說明4．堿金屬單質(zhì)與鹵素單質(zhì)的物理性質(zhì)遞變規(guī)律(1)堿金屬元素單質(zhì)的物理性質(zhì)。元素eq\o(→,\s\up10(LiNaKRbCs),\s\do10())相像性顏色銀白色(除Cs外)硬度松軟導(dǎo)電、導(dǎo)熱性很強遞變性密度漸漸增大(但ρK<ρNa)熔、沸點漸漸降低(2)鹵族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)及遞變性。單質(zhì)物理性質(zhì)F2Cl2Br2I2顏色淡黃綠色黃綠色深紅棕色紫黑色狀態(tài)氣體氣體液體固體密度漸漸增大熔、沸點漸漸上升二、預(yù)料元素及化合物的性質(zhì)(以硅為例)1．性質(zhì)的預(yù)料(1)硅元素的原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)分析。原子結(jié)構(gòu)示意圖最高正價最低負(fù)價元素類別得電子實力＋4－4非金屬元素較弱(2)性質(zhì)預(yù)料。硅及其化合物的化學(xué)式化學(xué)性質(zhì)預(yù)料預(yù)料依據(jù)Si化學(xué)性質(zhì)不活潑，但是在肯定條件下能與氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于其性質(zhì)的特別性，可能還具有獨特的性質(zhì)與碳元素同主族，與碳單質(zhì)具有相像的化學(xué)性質(zhì)SiO2具有酸性氧化物的通性，能與堿、堿性氧化物等發(fā)生反應(yīng)，可能也具有肯定的特性與碳元素同主族，與CO2具有相像的化學(xué)性質(zhì)H2SiO3具有酸的性質(zhì)，能與堿反應(yīng)，但酸性較弱，酸性弱于碳酸同主族元素性質(zhì)的相像性和遞變規(guī)律2.化學(xué)性質(zhì)驗證(1)單質(zhì)硅的化學(xué)性質(zhì)①常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，只與F2、HF、強堿(如NaOH)溶液反應(yīng)。Si＋2F2=SiF4，Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑，Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。②加熱條件下和某些非金屬單質(zhì)(如O2、Cl2)發(fā)生反應(yīng)。Si＋O2eq\o(=,\s\up10(△))SiO2。(2)SiO2的化學(xué)性質(zhì)①具有酸性氧化物的通性：a.常溫下SiO2與強堿溶液反應(yīng)生成鹽和水：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；b.高溫下SiO2與堿性氧化物反應(yīng)生成鹽：SiO2＋CaOeq\o(②弱氧化性：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up10(高溫))Si(粗)＋2CO↑。③特性：與氫氟酸(HF)反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O。此反應(yīng)常被用來刻蝕玻璃。(3)H2SiO3的化學(xué)性質(zhì)。H2SiO3是一種弱酸，具有酸的性質(zhì)，但是酸性比碳酸的弱。驗證：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3。三、元素周期表的應(yīng)用1．元素周期表是探討化學(xué)的重要工具，可為探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)、發(fā)覺新元素、合成新物質(zhì)、找尋新材料供應(yīng)很多有價值的指導(dǎo)。2．找尋新材料1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)原子半徑越大元素原子得電子實力越強，失電子實力越弱。 ()(2)元素周期表中元素的性質(zhì)與元素在周期表中的位置有關(guān)。 ()(3)最外層電子數(shù)相同的元素肯定位于同一主族。 ()(4)在周期表中的過渡元素中找尋半導(dǎo)體材料。 ()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．鉀和鈉的性質(zhì)相像，下列說法中能較好地說明這個事實的是()A.最外層電子數(shù)相同 B．都是金屬元素C.原子半徑相差不大 D．最高化合價相同A[A項，鈉和鉀都位于元素周期表第ⅠA族，原子最外層電子數(shù)相同，性質(zhì)相像，正確；B項，金屬元素有很多種，但性質(zhì)不完全相像，錯誤；C項，同主族元素的原子半徑相差較大，但性質(zhì)相像，錯誤；D項，最高化合價相同的元素性質(zhì)不肯定相同，如Mg、Cu的最高化合價都為＋2價，但性質(zhì)不同，錯誤。]3．F、Cl和Br都是第ⅦA族元素，關(guān)于這三種元素原子的說法正確的是()A.原子半徑：F>Cl>BrB.最外層電子數(shù)都相同C.核外電子層數(shù)都相同D.最外層電子數(shù)都不相同[答案]B同主族元素及其物質(zhì)性質(zhì)的遞變規(guī)律(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子結(jié)構(gòu)和元素的性質(zhì)，如氮族元素是位于元素周期表ⅤA族的元素，在生活中有廣泛應(yīng)用，如用N2作防腐氣體，液氮還可用作制冷劑，P可用于制造農(nóng)藥等。如圖是元素周期表的一部分。(1)陰影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？依據(jù)元素周期律，預(yù)料H3AsO4與H3PO4酸性強弱的關(guān)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，元素的非金屬性從上到下漸漸減弱，故酸性：H3PO4>H3AsO4。(2)元素硫的最高正價和最低負(fù)價的代數(shù)和是多少？在肯定條件下，S與H2反應(yīng)有肯定難度，請推斷：在相同條件下Se與H2反應(yīng)的難度比S與H2反應(yīng)的難度更大還是更??？提示：S的最高正價為＋6，最低負(fù)價是－2，二者代數(shù)和是4，元素非金屬性越強，與氫氣化合越簡潔。同主族從上到下非金屬性減弱，Se與H2化合難度更大。內(nèi)容同主族(自上而下)原子結(jié)構(gòu)電子層數(shù)增多最外層電子數(shù)相同原子半徑漸漸增大元素性質(zhì)原子得電子實力減弱原子失電子實力增加元素的金屬性增加元素的非金屬性減弱元素的主要化合價最高正價數(shù)＝主族序數(shù)(F無正價，O無最高正價)單質(zhì)和化合物單質(zhì)還原性與氧化性還原性增加，氧化性減弱非金屬元素氣態(tài)氫化物的形成及穩(wěn)定性形成由易到難，穩(wěn)定性由強到弱最高價氧化物對應(yīng)的水化物酸堿性酸性減弱堿性增加非金屬氣態(tài)氫化物的還原性增加離子氧化還原實力陽離子氧化性減弱陰離子還原性增加【例1】下列關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)改變的比較，不正確的是()A.穩(wěn)定性強弱：HF>HCl>HBr>HIB.原子半徑大?。篘a>S>OC.堿性強弱：KOH>NaOH>LiOHD.還原性強弱：F－>Cl－>I－D[非金屬性強弱：F＞Cl＞I，對應(yīng)陰離子的還原性依次增加。]解答元素性質(zhì)的改變規(guī)律題目的一般思路(1)首先推斷所給元素的相對位置，即是同周期還是同主族。(2)然后依據(jù)元素周期律得出相應(yīng)的結(jié)論。(3)最終考慮涉及元素是否有特別性。1．下列關(guān)于Li、Na、K、Rb、Cs的敘述均正確的一組是()①金屬性最強的是鋰②形成的離子中，氧化性最強的是鋰離子③在自然界中均以化合態(tài)形式存在④Li的密度最?、菥膳c水反應(yīng)，產(chǎn)物均為MOH和H2⑥它們在O2中燃燒的產(chǎn)物都有M2O和M2O2兩種形式⑦微粒半徑：Rb＋>K＋>Na＋，Cs>Cs＋A.①②③④⑤ B．③④⑤⑥⑦C.①②④⑥⑦ D．②③④⑤⑦D[①同主族元素從上到下金屬性依次增加，所以金屬性最強的是銫，故錯誤；②同主族元素從上到下金屬性依次增加，陽離子的氧化性依次減弱，所以氧化性最強的是鋰離子，故正確；③堿金屬性質(zhì)活潑，簡潔與空氣中的氧氣和水發(fā)生反應(yīng)，所以在自然界中均以化合態(tài)形式存在，故正確；④堿金屬密度從上到下呈增大趨勢，所以Li的密度最小，故正確；⑤堿金屬均可與水反應(yīng)，產(chǎn)物均為MOH和H2，故正確；⑥鋰只有Li2O一種氧化物，故錯誤；⑦Rb＋、K＋、Na＋，電子層依次削減，所以半徑依次減小，故Rb＋>K＋>Na＋，Cs與Cs＋具有相同的質(zhì)子數(shù)，但是Cs核外電子數(shù)多，所以半徑大，故正確。]2．運用元素周期律分析，下列說法中錯誤的是()A.Sr是第5周期ⅡA族元素，Sr(OH)2的堿性比Mg(OH)2的堿性強B.As是第4周期ⅤA族元素，AsH3的還原性比NH3的還原性弱C.Cs的原子半徑比Na的原子半徑大，Cs與水反應(yīng)比Na與水反應(yīng)更猛烈D.Cl的核電荷數(shù)比Al的核電荷數(shù)大，Cl的原子半徑比Al的原子半徑小B[同主族元素，隨原子序數(shù)的增大，元素的金屬性增加，非金屬性減弱，第ⅡA族元素Mg和Sr，原子序數(shù)：Mg<Sr，則堿性：Sr(OH)2>Mg(OH)2，A項正確；第ⅤA族元素N和As，原子序數(shù)：N<As，則單質(zhì)的氧化性：N2>As，其對應(yīng)陰離子的還原性：N3－<As3－，B項錯誤；Cs比Na更易失電子，其與水反應(yīng)比鈉更猛烈，C項正確；Al與Cl同周期，且原子序數(shù)：Al<Cl，則原子半徑：Al>Cl，D項正確。]元素“位、構(gòu)、性”之間的關(guān)系(素養(yǎng)養(yǎng)成——證據(jù)推理與模型認(rèn)知)短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如下圖所示：XYZ(1)Y所在周期中全部主族元素，Y的原子半徑最小對嗎？提示：依據(jù)同周期、同主族元素性質(zhì)的改變規(guī)律進行推斷。短周期為1～3周期，由圖可得X為氦，Y為氟，Z為硫；同周期自左向右原子半徑漸漸減小(稀有氣體元素除外)，因此F所在周期的全部主族元素中，F(xiàn)的原子半徑最小。(2)能否發(fā)生反應(yīng)Cl2＋H2Z=Z↓＋2HCl?提示：氯的非金屬性比硫強，因此能發(fā)生置換反應(yīng)：Cl2＋H2S=S↓＋2HCl。1．元素的原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中位置的關(guān)系結(jié)構(gòu)→位置eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(原子序數(shù)＝質(zhì)子數(shù),周期序數(shù)＝電子層數(shù),主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)))2．元素的原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(原子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(核電荷數(shù),電子層數(shù)))原子半徑,最外層電子數(shù)))))eq\a\vs4\al(元素,性質(zhì))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(金屬性（失電子實力）,非金屬性（得電子實力）,化合價))3．元素在周期表中位置與元素性質(zhì)的關(guān)系eq\a\vs4\al(位置→,性質(zhì))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(同主族→\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相像性：化學(xué)性質(zhì)相像,遞變性：從上到下，得電子能,力漸漸減弱，失電子,實力漸漸增加)),同周期→遞變性：從左到右，失電子實力漸漸,減弱，得電子實力漸漸增加))【例2】元素R、X、T、Z、Q在元素周期表中的相對位置如圖所示，其中R單質(zhì)在暗處與H2猛烈化合并發(fā)生爆炸，則下列推斷正確的是()A.非金屬性：Z<T<XB.R與Q的電子數(shù)相差26C.氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性：R<T<QD.最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：T<QB[R單質(zhì)在暗處與H2化合并爆炸，R為F元素，則X為S，T為Cl，Z為Ar，Q為Br。同周期非金屬從左到右漸漸增加(稀有氣體除外)，A錯誤；F與Br原子序數(shù)相差26，故電子數(shù)相差26，B正確；非金屬性越強，氫化物穩(wěn)定性越強，最高價氧化物的水化物酸性越強，同主族元素從上到下非金屬性減弱，C、D錯誤。]1．已知P、S、Cl、As、Br五種元素在元素周期表中的位置如圖所示。下列比較關(guān)系正確的是()PSClAsBrA.原子半徑：As>Cl>PB.熱穩(wěn)定性：HCl>AsH3>HBrC.還原性：As3－>S2－>Cl－D.酸性：H3AsO4>H2SO4>H3PO4C[A項，原子半徑：As>P>Cl，A項錯誤；B項，非金屬性：Cl>Br>As，熱穩(wěn)定性：HCl>HBr>AsH3，B項錯誤；C項，非金屬性：Cl>S>As，對應(yīng)陰離子的還原性：As3－>S2－>Cl－，C項正確；D項，非金屬性：S>P>As，其最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：H2SO4>H3PO4>H3AsO4，D項錯誤。]2．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的3倍，X所在的周期數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍，由W、X、Y三種元素形成的一種鹽溶于水后，加入鹽酸，產(chǎn)生的無色氣體能使品紅褪色。下列說法正確的是()A.W與X可形成至少兩種化合物B.X的簡潔離子與Z的簡潔離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)C.最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性：Y>ZD.簡潔氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：W<YA[W的最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的3倍，W為氧元素；X所在的周期數(shù)是最外層電子數(shù)的3倍，X為鈉，由W、X、Y三種元素形成的一種鹽溶于水后，加入鹽酸，產(chǎn)生的無色氣體能使品紅褪色，該鹽為亞硫酸鹽或亞硫酸氫鹽，所以Y為硫元素；短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，Z為氯元素；A項，氧與鈉可以形成氧化鈉、過氧化鈉等至少兩種化合物，正確；B項，Na＋核外有2層電子層，Cl－核外有3層電子層，兩種離子的電子層結(jié)構(gòu)不同，錯誤；C項，元素的非金屬性越強，最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性就越強，非金屬性：Cl>S，因此酸性HClO4>H2SO4，錯誤；D項，元素的非金屬性越強，氫化物越穩(wěn)定，非金屬性O(shè)>S，所以簡潔氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：H2O>H2S，錯誤。]2024年是元素周期表發(fā)表150周年，期間科學(xué)家為完善周期表做出了不懈努力。中國科學(xué)院院士張青蓮教授曾主持測定了銦(49In)等9種元素相對原子質(zhì)量的新值，(1)請確定銦在元素周期表中的位置？提示：In為49號元素，依據(jù)元素周期表中元素的排布規(guī)律，In是第5周期第ⅢA族元素。(2)依據(jù)銦在元素周期表中的位置，推斷下列對In元素性質(zhì)的推想是否正確?？赡艿男再|(zhì)正誤推斷能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣________能與堿反應(yīng)產(chǎn)生氫氣________氧化物既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)________原子半徑：In>Al________提示：√××√(3)若銦與銣(37Rb)同周期，試比較In(OH)3與RbOH堿性的強弱。提示：In是第5周期第ⅢA族元素，Rb為第5周期第ⅠA族元素，金屬性In<Rb，依據(jù)元素周期律，堿性：In(OH)3<RbOH。(4)你作出上述推斷的依據(jù)是什么？提示：元素“位、構(gòu)、性”之間的關(guān)系。通過本情境素材中49In的位置推斷，性質(zhì)推斷及比較，提升了元素“位、構(gòu)、性”關(guān)系的應(yīng)用實力，1．下列關(guān)于F、Cl、Br、I相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的比較中，正確的是()A．單質(zhì)的顏色隨核電荷數(shù)的增加而變淺B．單質(zhì)的熔、沸點隨核電荷數(shù)的增加而降低C．簡潔氫化物的還原性隨核電荷數(shù)的增加而增加D．簡潔氫化物的穩(wěn)定性隨核電荷數(shù)的增加而增加C[A項，從F2到I2，單質(zhì)顏色分別為淡黃綠色、黃綠色、深紅棕色、紫黑色，單質(zhì)的顏色隨著核電荷數(shù)的增加而加深，錯誤；B項，從F2到I2，狀態(tài)由氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài)，熔、沸點隨核電荷數(shù)的增加而上升，錯誤；C項，元素的非金屬性越強，對應(yīng)離子的還原性越弱，從F到I，元素的非金屬性漸漸減弱，簡潔氫化物的還原性漸漸增加，正確；D項，元素的非金屬性越強，其簡潔氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越強，從F到I，元素的非金屬性漸漸減弱，其簡潔氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性漸漸減弱，錯誤。]2．某主族元素的原子最外層是第5層，其上有1個電子，下列描述中正確的是()A．常溫下，其單質(zhì)與水反應(yīng)不如鈉與水反應(yīng)猛烈B．其原子半徑比鉀原子半徑小C．其碳酸鹽易溶于水D．其氫氧化物不能使氫氧化鋁溶解C[由主族元素原子的第5電子層上只有1個電子可知：該元素位于周期表第5周期ⅠA族，為Rb(銣)。由同一主族元素性質(zhì)遞變規(guī)律可知，Rb的金屬性強于Na，故其與水的反應(yīng)比Na更猛烈；RbOH的堿性強于NaOH，因NaOH可使Al(OH)3溶解，則RbOH也肯定能使Al(OH)3溶解；Rb、K同主族，且Rb比K多一個電子層，則Rb的原子半徑比K的原子半徑大；又Na2CO3、K2CO3均易溶于水，可類推出Rb2CO3也應(yīng)易溶于水。]3．(素養(yǎng)題)“世界硒都”——恩施，硒資源相對豐富和集中，屬于高硒區(qū)，該地盛產(chǎn)富硒茶，含有人體所必需的硒元素，有肯定的保健作用。已知硒元素與氧元素同族，與鈣元素同周期。下列關(guān)于硒的描述不正確的是()A．原子序數(shù)為24B．最高價氧化物是SeO3，是酸性氧化物C．原子半徑比鈣小D．氣態(tài)氫化物的化學(xué)式是H2Se，穩(wěn)定性比HCl差A(yù)[硒的原子序數(shù)為8＋8＋18＝34。]4．能說明SiO2為酸性氧化物的事實為()A．SiO2與H2SO4、HNO3不反應(yīng)B．SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2OC．SiO2＋2KOH=K2