1、第2課時研究同主族元素性質的遞變規律第1章內容索引0102基礎落實必備知識全過關重難探究能力素養全提升03學以致用隨堂檢測全達標素養目標1.以A族和A族為例,掌握同一主族內元素性質遞變規律與原子結構的關系,學會運用證據推理與模型認知的核心素養解決實際問題。2.從宏觀辨識與微觀探析的視角學習金屬、非金屬在元素周期表中的位置及其性質的遞變規律。3.能設計實驗探究同主族元素的非金屬性、金屬性強弱,培養科學探究與創新意識。基礎落實必備知識全過關知識鋪墊1.鉀與水反應比鈉與水反應要劇烈,鉀元素的原子失電子能力比鈉元素原子失電子能力。2.氯氣可以與溴化鈉溶液發生氧化還原反應,說明氯氣的氧化性溴,說明氯原子

2、得電子能力溴原子。3.同一主族元素自上而下電子層數逐漸增多,原子半徑逐漸增大,元素的原子得電子能力逐漸,失電子能力逐漸。強強于強于減弱增強必備知識一、同主族元素原子結構和元素性質的遞變關系1.堿金屬元素原子結構和性質的相似性與遞變性(1)結構和性質的相似性。1+1堿性(2)結構和性質的遞變性。 增大增強劇烈增強2.鹵族元素的相似性與遞變性(1)結構和性質的相似性。 7+7-1HXHXO4 (2)結構和性質的遞變性。 增大減弱增強難減弱減弱(3)鹵素單質間的置換反應。 2NaBr+Cl2 =2NaCl+Br2 2KI+Cl2 = 2KCl+I2 2KI+Br2 = 2KBr+I2 減弱 3.同主

3、族元素性質與原子結構的關系 二、預測元素及其化合物的性質1.硅元素的單質及其化合物硅、二氧化硅(SiO2)、硅酸(H2SiO3)、硅酸鈉(Na2SiO3)等。2.硅及其化合物的性質硅及其化合物的化學式化學性質預測預測依據Si可與O2、Cl2、NaOH溶液等反應屬于非金屬單質H2SiO3具有酸的性質,可與堿(如NaOH)反應,硅酸是_,酸性比碳酸_碳的非金屬性_于硅,碳酸為弱酸弱酸弱強硅及其化合物的化學式化學性質預測預測依據SiO2SiO2是_氧化物,具有酸性氧化物的通性,在一定條件下能與堿性氧化物或堿反應生成鹽CO2屬于_氧化物Na2SiO3Na2SiO3是白色固體,易溶于水,與比硅酸酸性強的

4、一些酸反應,生成難溶于水的_屬于弱酸的正鹽,可與強酸反應生成硅酸酸性酸性硅酸三、元素周期表的應用1.元素周期表是研究化學的重要工具,可為研究物質結構、發現新元素、合成新物質、尋找新材料提供許多有價值的指導。2.尋找新材料【微思考1】從原子結構角度分析,決定元素性質的因素有哪些?【微思考2】已知HF是弱酸,酸性HClHF,能否說明非金屬性ClF?提示 元素的性質取決于原子核對最外層電子的吸引力。核電荷數越大、原子半徑越小,原子核對最外層電子的吸引力越大,越難失電子,越易得電子,即元素的非金屬性越強,金屬性越弱。提示 不能。不能依據氫化物水溶液的酸性強弱判斷相應元素的非金屬性強弱,應該依據氫化物的

5、穩定性、還原性或生成氫化物的難易程度判斷元素的非金屬性強弱。【微思考3】鹵族元素單質(F2除外)在反應中只能得到電子表現氧化性嗎?提示 不是。鹵族元素單質的化合價為0價,處于中間價態,化合價既能升高又能降低,因此鹵族元素單質(F2除外)既有氧化性又有還原性。自我檢測判斷下列說法是否正確,正確的畫“”,錯誤的畫“”。1.HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性和還原性均依次減弱。()2.因為Na比K容易失去電子,所以Na比K的還原性強。()3.同一主族元素從上往下,金屬性逐漸增強,非金屬性逐漸減弱。()4.處于金屬和非金屬分界線附近的元素常用作催化劑材料。()5.堿金屬元素的最外層電子數相同,隨電子

6、層數逐漸增多,失電子能力逐漸增強,所以與水反應的劇烈程度增強。()6.堿金屬元素隨核電荷數的增大,單質的熔點降低。() 重難探究能力素養全提升探究一同主族元素性質的相似性和遞變性問題探究某同學為了探究同主族元素性質的遞變規律,自己設計了一套實驗方案并進行實驗,同時記錄了有關的實驗現象。現在請你幫助該同學整理并完成實驗報告。【實驗目的】探究同一主族元素性質的遞變規律。【實驗儀器及藥品】試管、膠頭滴管、新制氯水、新制溴水、溴化鈉溶液、碘化鈉溶液、四氯化碳。【實驗內容】 序號實驗方案實驗現象向盛有少量溴化鈉溶液的試管中滴加少量新制的氯水,振蕩,再注入少量四氯化碳,振蕩后靜置液體分為兩層,下層呈橙紅色

7、向盛有少量碘化鈉溶液的試管中滴加少量溴水,振蕩,再注入少量四氯化碳,振蕩后靜置液體分為兩層,下層呈紫紅色(1)寫出上述兩個實驗中發生反應的離子方程式。提示 Cl2+2Br- Br2+2Cl-;Br2+2I- I2+2Br-。 (2)通過上述兩個反應說明涉及的鹵素單質的氧化性強弱順序是什么?(3)根據上述實驗的現象,你能得到什么結論?(4)由于氟單質過于活潑,所以很難設計出一個簡單的實驗來驗證其氧化性的強弱。試列舉兩項事實說明氟的非金屬性比氯強。提示 實驗證明氧化性:Cl2Br2I2。 提示 根據實驗現象可知,同一主族元素,各元素最外層電子數相同,但從上到下,電子層數依次增多,原子半徑依次增大,

8、原子得電子能力逐漸減弱。提示 HF的穩定性比HCl強;F2能置換出水中的氧,而Cl2不能置換出水中的氧(或其他合理答案)。深化拓展1.同主族元素從上到下性質的遞變規律比較內容遞變規律原子結構電子層數依次增多最外層電子數相同原子半徑逐漸增大元素性質主要化合價最高正價=族序數(O、F除外)、非金屬的負價=-(8-族序數)失電子能力逐漸增強得電子能力逐漸減弱金屬性逐漸增強非金屬性逐漸減弱比較內容遞變規律化合物性質最高價氧化物對應水化物的酸、堿性堿性增強,酸性減弱非金屬元素氣態氫化物的形成、穩定性形成逐漸變難,穩定性逐漸減弱氣態氫化物的還原性還原性逐漸增強2.常見鹵族元素的性質(1)常見鹵素單質的物理

9、性質。單質顏色狀態熔、沸點F2淡黃綠色氣體從氟到碘,熔、沸點逐漸升高Cl2黃綠色氣體Br2深紅棕色液體I2紫黑色固體(2)鹵族元素的化學性質。 元素FClBrI單質與H2的反應F2與H2在暗處就能劇烈化合并發生爆炸Cl2與H2在光照或點燃時劇烈化合溴蒸氣與H2加熱至一定溫度時才能反應I2與H2在不斷加熱的情況下才能緩慢進行氫化物的穩定性很穩定較穩定不如氯化氫穩定不穩定最高價氧化物對應水化物的酸性無HClO4HBrO4HIO4最強含氧酸強酸(比HClO4弱)強酸(比HBrO4弱)元素FClBrI鹵素單質間的置換反應氯置換溴:2Br+Cl2Br2+2Cl;氯置換碘:2I+Cl2I2+2Cl;溴置換

10、碘:2I+Br2I2+2Br結論(3)鹵族元素的特殊性。 元素特殊性氟(1)氟元素無正價,非金屬性最強,F-的還原性最弱;(2)2F2+2H2O4HF+O2,在暗處即可爆炸;(3)HF是弱酸,能腐蝕玻璃,故應保存在鉛制器皿或塑料瓶中溴(1)Br2是深紅棕色液體,易揮發;(2)Br2易溶于有機溶劑;(3)保存液溴的試劑瓶中加水,進行水封,不能用橡膠塞碘(1)淀粉遇I2變藍色;(2)I2在加熱時易升華;(3)I2易溶于有機溶劑;(4)食鹽中加入KIO3可防治甲狀腺腫大應用體驗【例1】研究下表信息可直接得出的結論是()元素FClBrI氫化物組成HFHClHBrHI氫化物形成難易程度H2、F2混合,在

11、冷暗處劇烈化合并發生爆炸H2、Cl2混合,光照或點燃時發生反應H2與Br2混合,加熱發生反應H2、I2混合,加熱時化合,同時HI又會分解氫化物熱穩定性很穩定穩定較穩定不穩定A.元素的性質隨原子序數的遞增而呈周期性變化B.同周期元素的非金屬性隨原子序數的遞增而增強C.A族元素的金屬性隨電子層數的增加而減弱D.A族元素的非金屬性隨電子層數的增加而減弱答案 D解析 題給表格中反映的是A族元素非金屬性的遞變規律,隨著原子序數的遞增,元素的非金屬性逐漸減弱。規律方法同主族、同周期元素(稀有氣體除外)性質發生遞變的原因(1)同周期主族元素性質遞變的主要原因。電子層數相同,隨質子數增多原子半徑減小原子核對核

12、外電子的吸引力增強失電子能力減弱,得電子能力增強金屬性減弱,非金屬性增強。(2)同主族元素性質遞變的主要原因。最外層電子數相同,隨電子層數增多原子半徑增大原子核對外層電子的吸引力減弱失電子能力增強,得電子能力減弱金屬性增強,非金屬性減弱。變式訓練1下列說法正確的是()A.堿金屬元素單質的熔點隨原子序數遞增而降低B.同種元素的原子均有相同的質子數和中子數C.族序數等于其周期序數的元素一定是金屬元素D.A族元素的陰離子還原性越強,其最高價氧化物對應水化物的酸性越強答案 A解析 堿金屬元素隨著原子序數的遞增原子半徑逐漸增大,單質的熔點逐漸降低,A項正確;同種元素的不同核素質子數相同,中子數不同,B項

13、錯誤;氫元素族序數等于其周期序數,氫元素屬于非金屬元素,C項錯誤;A族元素陰離子的還原性越強,元素的非金屬性越弱,最高價氧化物對應水化物的酸性越弱,D項錯誤。探究二“元素位置、原子結構、元素性質”的關系問題探究元素的性質反映了元素的原子結構,元素原子的結構決定了元素在周期表中的位置,為了驗證元素“位構性”的關系,某學習興趣小組對現有部分短周期元素的性質或原子結構進行了研究。元素編號元素性質或原子結構TM層上電子數是K層上電子數的3倍X最外層電子數是次外層電子數的2倍Y常溫下單質為雙原子分子,其氫化物水溶液呈堿性Z元素最高正價是+7價(1)元素X位于元素周期表的什么位置?(2)元素Y與氫元素形成

14、一種離子 ,如何檢驗該微粒?提示 X為C,碳元素位于元素周期表中第2周期A族。 (3)分析下列敘述能否說明元素Z與元素T的非金屬性強弱。a.常溫下Z的單質和T的單質狀態不同b.Z的氫化物比T的氫化物穩定c.一定條件下Z和T的單質都能與氫氧化鈉溶液反應提示 Z為Cl元素、T為S元素。常溫下Cl2和S的單質狀態不同,屬于物理性質,不能說明Cl和S的非金屬性強弱;HCl比H2S穩定,可說明Cl的非金屬性比S的強;Cl2和S都能與NaOH溶液反應,說明Cl2和S均既有氧化性又有還原性,不能說明Cl和S的非金屬性強弱。(4)探尋物質的性質差異性是學習的重要方法之一。T、X、Y、Z四種元素的最高價氧化物對

15、應的水化物中化學性質明顯不同于其他三種的是哪一種?為什么?提示 T、X、Y、Z分別是S元素、C元素、N元素、Cl元素,四種元素最高價氧化物對應的水化物分別是H2SO4、H2CO3、HNO3、HClO4,其中只有H2CO3是弱酸且是非氧化性酸。深化拓展1.有關“位構性”的推斷先根據結構判斷元素在元素周期表中的位置,然后根據元素性質的相似性和遞變性預測題給元素可能的性質;也可以根據元素具有的性質確定元素在周期表中的位置,進而推斷出元素原子的結構。“位構性”的關系如下:2.原子結構與元素性質的關系(1)最外層電子數大于電子層數時,屬于非金屬元素。(2)最外層電子數小于等于電子層數時,屬于金屬元素(氫

16、除外)。(3)同周期(稀有氣體除外)、同主族元素,原子半徑越大,越易失電子,金屬性越強,對應單質的還原性越強,形成的最高價氧化物對應水化物的堿性越強,其離子的氧化性越弱。(4)同周期(稀有氣體除外)、同主族元素,原子半徑越小,越易得電子,非金屬性越強,對應單質的氧化性越強,形成的氫化物越穩定,形成的最高價氧化物對應水化物的酸性越強,其離子的還原性越弱。應用體驗【例2】(2021北京第二十中學高一期末)砷(As)的原子結構示意圖為 ,下列關于As的描述不正確的是()A.屬于第4周期元素B.屬于A族元素C.屬于非金屬元素D.其非金屬性強于氮答案 D解析 從原子結構示意圖可知,原子核外有4個電子層,

17、最外層有5個電子,所以As是第4周期A族的元素,屬于非金屬元素,與N元素同主族,同主族元素從上到下,非金屬性減弱,因此非金屬性:NAs,故答案為D。規律方法元素“位構性”規律中的特例(1)一般原子的原子核是由質子和中子構成的,但核素氕 中無中子。(2)元素周期表中的周期一般都是從金屬元素開始,但第1周期例外,第1周期是從氫元素開始的。(3)所有元素中,碳元素形成的化合物種類最多。(4)非金屬單質一般不導電,但石墨導電,晶體硅是半導體。(5)非金屬氧化物一般是酸性氧化物,但NO、CO等不是酸性氧化物。(6)氟元素是A族元素,只有-1價和0價,無正價;氧元素一般顯-2價,在Na2O2中顯-1價,在

18、單質中顯0價,在OF2中顯+2價;氫元素在化合物中一般顯+1價,但在NaH中顯-1價。變式訓練2甲、乙、丙、丁、戊是中學化學常見的無機物,其中甲、乙均為單質,它們的轉化關系如圖所示(某些條件和部分產物已略去)。下列說法不正確的是()A.若組成甲、乙的元素位于同一周期,則戊可能是一種弱酸B.若組成甲、乙的元素位于同一主族,則戊可能是一種弱酸C.若甲為短周期中原子半徑最大的主族元素形成的單質,且戊為堿,則丙只能為Na2O2D.若丙、丁混合生成白煙,且丙為18電子分子,丁為10電子分子,則乙的水溶液可能具有漂白作用答案 C解析 若組成甲、乙的元素位于同一周期,則甲、乙可以是C和O2,戊是碳酸,A正確

19、。若組成甲、乙的元素位于同一主族,則甲、乙可以是S和O2,戊是亞硫酸,B正確。若甲為短周期中原子半徑最大的主族元素形成的單質,甲應是鈉,則丙可以是Na2O也可以是Na2O2,C錯。生成白煙是揮發性酸和NH3反應的特征現象,結合所含的電子數目可確定丙為HCl,則乙可能為氯氣,D項正確。學以致用隨堂檢測全達標 1.鈣元素位于第4周期A族,下列關于此元素的敘述不正確的是()A.原子半徑比鉀的原子半徑小B.氯化物易溶于水C.原子半徑比鎂的原子半徑小D.碳酸鹽難溶于水答案 C解析 鈣元素位于第4周期A族,結合元素性質的遞變規律及元素化合物的性質可知,A、B、D項正確。2.(2021北京昌平區高一期末)下

20、列事實不能用元素周期律解釋的是()A.非金屬性:SNH3C.酸性:HClH2SD.還原性:KNa答案 C解析 同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱,因此非金屬性:SNH3,能用元素周期律解釋,故B不符合題意;同周期元素從左到右非金屬性逐漸增強,其最高價氧化物對應水化物的酸性逐漸增強,因此酸性:HClO4H2SO4,而酸性:HClH2S不能用元素周期律解釋,故C符合題意;同主族元素從上到下金屬性逐漸增強,因此還原性:KNa,能用元素周期律解釋,故D不符合題意。3.下列有關元素的性質及其遞變規律正確的是()A.第2周期元素從左到右,最高正價從+1遞增到+7B.同一主族的元素,原子半徑越大,越容易失去電子,其單質的氧化性越強C.最外層電子數比次外層電子數多的元素一定位于第2周期D.堿金屬元素是指A族的所有元素答案 C解析 F不顯正價,A項錯誤;元素越容易失去電子被氧化,還原性越強,B項錯誤;第1周期元素僅有一層電子,第37周期元素原子最外層電子數一定小于次外層電子數,C項正確;A族中氫元素不屬于堿金屬,D項錯誤。4.(2022全國高一同步練習)如圖是部分短周期元素的主要化合價與原子序數的關系,下列說法正確的是()A.最高正化合價:XZYB.簡