4.2.2元素周期表和元素周期律的应用 导学案 2024-2025学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

4.2.2元素周期表和元素周期律的应用 【课程目标】　 1.能利用元素在元素周期表中的位置和原子结构，分析、预测、比较元素及其化合物的性质。 2．体会元素周期律(表)在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。 夯基提能·一遍过>>>自学·探究.提升 知识点一　元素周期表的分区和元素化合价规律　 1．元素周期表的金属区和非金属区 请填写出图中序号所示内容：①________；②________；③________；④________；⑤________；⑥________；⑦________；⑧________。 【师说·助学】　结合上图，回答下列问题。 (1)元素周期表的金属区和非金属区是如何分布的？并指出金属性、非金属性最强的元素(放射性元素除外)。 (2)位于分界线处的元素的性质有何特点？ 2．元素化合价与元素在周期表中位置的关系 族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 最高正价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 ＋6 ＋7 最低负价 － －4 －3 －2 －1 绝对值之和 － 8 8 8 8 结合表格数据归纳化合价规律。 (1)主族元素的最高正化合价＝____________＝________________(O、F除外)。 (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(O、F除外)。 ②最低负价等于使它达到稳定结构所需要得到的电子数。 ③|最高正价|＋|最低负价|＝____(H、O、F除外)。 3．价电子 主族元素的价电子数＝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。 即学即练 1．正误判断，错误的说明原因。 (1)金属元素只表现金属性，非金属元素只表现非金属性：________________________________。 (2)原子最外层电子数大于3且小于8的元素一定是非金属元素：__________________________。 (3)最外层电子数是2的元素，最高正价一定是＋2价：________________________________。 2．某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，由此可以判断(　　) A．R的简单气态氢化物的化学式为H2R B．R一定是第ⅣA族元素 C．R的简单气态氢化物比同周期其他元素的简单气态氢化物稳定 D．R一定是第四周期元素 3．古时人们把雄黄酒洒在墙角、床底等处，可以驱虫，清洁环境。雄黄是一种矿物质，俗称“鸡冠石”，其主要成分是硫化砷，As位于元素周期表第ⅤA族。另外，与As同周期、第ⅥA族元素Se在生活中也有广泛的应用。 (1)砷元素的最高价态是________；Se的最高价氧化物对应水化物的化学式为________________________________________________________________________。 (2)试比较As、Se的气态氢化物的热稳定性________________。 知识点二　元素周期表和元素周期律的应用　 1．在理论上的应用 (1)比较不同周期、不同主族元素的性质 如金属性：Mg＞Al、Ca＞Mg，可推知碱性：____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：①已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2____溶。 ②根据卤族元素性质的递变规律，可推知不常见元素砹(At)应为____色固体，与氢气____化合，HAt不稳定，其水溶液呈____性，AgAt____溶于水等。 (3)为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。 2．在科技生产中的应用 【师说·助学】　门捷列夫在研究周期表时，科学地预言了包括“类铝”“类硅”在内的11种当时尚未发现的元素。 (1)门捷列夫预言的“类硅”，多年后被德国化学家文克勤发现，命名为锗(Ge)。 ①已知主族元素锗的最高化合价为＋4价，其最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物。试比较元素的非金属性Si________Ge(填“>”或“<”)。 ②锗位于硅的下一周期，试写出“锗”在周期表中的位置________________。根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种用途是________________。 ③硅和锗的单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。 (2)“类铝”在门捷列夫预言4年后，被布瓦博德朗在一种矿石中发现，命名为镓(Ga)。 ①由镓的性质推知，镓与铝同主族，且位于铝的下一周期。试从原子结构的角度解释镓与铝性质相似的原因__________________________________。 ②为判断Ga(OH)3是否为两性氢氧化物，设计实验时，需要选用的试剂有GaCl3溶液，________和________________。 即学即练 1．元素周期表中的金属和非金属元素的分界线用虚线表示。下列说法不正确的是(　　) A．在金属元素与非金属元素的分界线附近可以寻找制备半导体材料的元素 B．在过渡元素中可以寻找制备催化剂及耐高温、耐腐蚀合金的元素 C．在非金属元素区域可以寻找制备新型农药材料的元素 D．地球上元素含量的分布和它们在元素周期表中的位置有密切关系 2．镭是元素周期表中第七周期第ⅡA族元素，关于镭的性质，下列描述不正确的是(　　) A．在化合物中呈＋2价 B．单质能和水反应，放出氢气 C．镭比钙的金属性弱 D．碳酸镭难溶于水 素养落实·重拓展>>合作·探究.分享 主族元素的周期性变化规律 内容 同周期(从左到右) 同主族(从上到下) 原子结构 电子层数 ________ 依次________ 最外层电子数 依次增加1个 ________ 原子半径 逐渐________ 逐渐________ 元素的性质 金属性 逐渐________ 逐渐________ 非金属性 逐渐________ 逐渐________ 主要化合价 一般，最高正价：_______________ 负化合价：____________________ 最高正价数＝____________(O、F除外) 化合物性质 最高价氧化 物对应水化物 酸性逐渐________ 碱性逐渐________ 酸性逐渐________碱性逐渐________ 气态氢化物 的稳定性 逐渐________ 逐渐________ 离子的氧化 性、还原性 阳离子氧化性逐渐________，阴离子还原性逐渐________ 阳离子氧化性逐渐__________，阴离子还原性逐渐____________ 例1 [2024·安徽宿州高一期末]下列性质的比较，不能用元素周期律解释的是(　　) A．氧化性：Cl2>Br2>I2 B．失电子能力：K>Na>Li C．酸性：HClO4>H2SO4>H2SO3 D．原子半径：N>O>H 例2 [2024·河北石家庄高一期末]W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，X和Z同主族。盐YZW与浓盐酸反应生成黄绿色气体，此气体同冷的烧碱溶液作用，可得到含YZW的溶液。下列说法正确的是(　　) A．原子半径：W<X<Y<Z B．氢化物水溶液酸性：X>Z C．X的单质与水反应生成两种酸 D．标准状况下，W的单质状态与X的相同 【变式演练】 1．[2024·辽宁大连高一期末]As与Ga同周期，As与N同主族，Ga与Al同主族。下列事实不能用元素周期律解释的是(　　) A．非金属性：As＞Ga B．碱性：Ga(OH)3＞Al(OH)3 C．酸性：H3AsO4＞H3AsO3 D．热稳定性：NH3＞AsH3 2．四种短周期元素在元素周期表中的位置如图所示，T是地壳中含量最高的金属元素。下列说法不正确的是(　　) A．W的氢化物比R的氢化物稳定 B．T的最高价氧化物对应的水化物可能为强碱 C．Q的原子半径比T的小 D．W和Q的原子序数相差10 夯基提能·一遍过 知识点一 1．增强　Al　Si　非金属　金属　增强　增强　增强 [师说·助学]　 答案：(1)金属元素位于周期表分界线的左下方，金属性最强的是Cs(放射性元素除外)，非金属元素位于周期表分界线的右上方，非金属性最强的是F。 (2)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。 2．(1)主族序数　最外层电子数　(2)③8 即学即练 1．答案：(1)错误。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。 (2)错误。如第ⅣA族元素Ge为金属元素。 (3)错误。如稀有气体元素He，最外层电子数为2，其化合价为0。 2．解析：某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，说明该元素的最高正化合价为＋6价，该元素可为第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。该元素最低负化合价为－2价，则元素R的简单气态氢化物的化学式为H2R，故A正确；R一定是第ⅥA族元素，故B错误；同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强，简单气态氢化物的稳定性逐渐增强，故C错误；根据题干信息不能确定元素R所在的周期，故D错误。 答案：A 3．答案：(1)＋5价　H2SeO4　(2)H2Se＞AsH3 知识点二 1．(1)＞　＞　＞　(2)①难　②黑　难　酸　难　 [师说·助学]　提示：(1)①>　②第四周期第ⅣA族　用作半导体材料　③锗 (2)①原子最外层电子数都是3个　②稀硫酸(或盐酸)　NaOH溶液 即学即练 1．解析：金属与非金属元素分界线附近的元素既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性，故可以寻找制备半导体材料的元素，A正确；过渡金属元素具有特殊性，可在过渡元素中寻找制备催化剂和耐高温、耐腐蚀合金的元素，B正确；农药中通常含有氟、氯、硫、磷、砷等元素，故可在非金属元素区域寻找制备新型农药的元素，C正确；地球上元素含量的分布与其在周期表中的位置无关，D错误。 答案：D 2．解析：镭是第七周期第ⅡA族元素，根据同主族元素性质的递变规律可知，镭在化合物中的化合价为＋2价，A正确；Ca能与水反应放出H2，则比Ca活泼的镭也能与水反应放出H2，B正确；镭的金属性比钙强，C错误；BaCO3难溶于水，则碳酸镭也难溶于水，D正确。 答案：C 素养落实·重拓展 相同　增加　相同　减小　增大　减弱　增强　增强　减弱　＋1→＋7　主族序数－8　主族序数　增强　减弱　减弱　增强　增强　减弱　增强　减弱　减弱　增强　 例1　解析：周期表中同主族从下到上，同周期从左到右，元素的非金属性增强，单质氧化性Cl2>Br2>I2，故A不符合；周期表中同主族从上到下，同周期从右到左，元素的金属性增强，失电子能力K>Na>Li，故B不符合；周期表中同主族从下到上，同周期从左到右，元素的非金属性增强，最高价氧化物对应的水化物的酸性增强，但亚硫酸中硫不是最高价，酸性HClO4>H2SO4>H2SO3，不能用元素周期律解释，故C符合；电子层数越多，原子或离子的半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，对核外电子的吸引能力越强，原子或离子半径越小，原子半径N>O>H，故D不符合。 答案：C 例2　解析：盐与浓盐酸反应生成黄绿色气体，该气体为氯气，与氢氧化钠溶液作用，得到含有YZW的溶液，则盐为NaClO，W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X与Z同族，则W、X、Y、Z分别为O、F、Na、Cl。原子的核外电子层数越多原子半径越大，同一周期随着原子序数的增加原子半径减小，因此原子半径Na>Cl>O>F，A错误；X的氢化物水溶液为HF溶液，Z的氢化物水溶液为HCl溶液，氟元素的非金属性强于氯元素，与氢结合得更牢固，因此HF溶液中解离出的氢离子浓度小于HCl溶液中解离出的氢离子浓度，X的氢化物水溶液酸性弱于Z，B错误；氟气与水生成HF和氧气，C错误；W的单质为氧气，X的单质为氟气，二者在标准状况下都呈气态，D正确。 答案：D 变式演练 1．解析：As与Ga同周期，As与N同主族，As与N都位于第ⅤA族，Ga与Al同主族，Ga与Al都位于第ⅢA族。 同周期从左到右主族元素的非金属性逐渐增强，非金属性As＞Ga能用元素周期律解释，A项不符合题意；同主族从上到下元素的金属性逐渐增强，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，金属性Ga＞Al，碱性Ga(OH)3＞Al(OH)3能用元素周期律解释，B项不符合题意；H3AsO4、H3AsO3都是As的含氧酸，H3AsO4中非羟基氧的个数为1，H3AsO3中非羟基氧的个数为0，含氧酸中非羟基氧的个数越大、酸性越强，故酸性H3AsO4＞H3AsO3，不能用元素周期律解释，C项符合题意；同主族从上到下元素的非金属性逐渐减弱，简单气态氢化物的稳定性逐渐减弱，非金属性N＞As，热稳定性NH3＞AsH3能用元素周期律解释，D项不符合题意。 答案：C 2．解析：T是地壳中含量最高的金属元素，则T是Al元素，结合四种短周期主族元素在周期表中的相对位置推知，Q是C元素，R是P元素，W是S元素。由于元素的非金属性S>P，则氢化物的稳定性H2S>PH3，A正确；T是Al元素，其最高价氧化物对应的水化物是Al(OH)3，属于弱碱，B错误；Q(C)处于第二周期，T(Al)处于第三周期，则原子半径C<Al，C正确；W(S)的原子序数是16，Q(C)的原子序数是6，二者的差值是10，D正确。 答案：B 学科网（北京）股份有限公司 $$