高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第1章 原子结构 元素周期律第3节 元素周期表的应用第2课时导学案

第2课时　预测元素及其化合物的性质

学业要求

1．认识原子结构、元素性质以及元素在元素周期表中位置的关系。

2．初步学会利用元素周期表，分析、比较、预测元素及其化合物之间的性质。

3．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。

知识网络

,

学业基础——自学·思记·尝试

一、根据同周期、同主族元素性质的递变规律预测硅的性质

1．性质的预测：

(1)硅元素的原子结构及性质分析：

(2)性质预测：

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＋________ F2===

________________________________________________________________________，

Si＋________HF===

________________________________________________________________________，

Si＋2NaOH＋H2O===

________________________________________________________________________。

②加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应：

Si＋O2

_______________________________________________________________________。

(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===

________________________________________________________________________；

b．高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：

SiO2＋CaO

________________________________________________________________________。

②弱氧化性：SiO2＋2C

________________________________________________________________________。

③特性：与氢氟酸(HF)反应：

SiO2＋________HF===

________________________________________________________________________。

此反应常被用来刻蚀________。

(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＋________===________＋Na2CO3。

二、元素周期表的应用

1．科学预测：

根据元素在周期表中的位置，推测元素的原子结构，预测其主要性质，为研究物质结构、发现新元素、合成新物质等提供许多有价值的指导。

2．在生产生活中的应用：

利用元素周期表寻找新材料。

将下面左右两侧对应内容连线：

[即学即练]

1．下列有关材料的说法正确的是(　　)

A．硅广泛存在于自然界中，天然单质硅叫水晶

B．石英熔点很高，可用作耐火材料，主要成分是SiO2

C．SiO2不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器

D．SiO2用于制造芯片、太阳能电池

2．下列关于SiO2和CO2的说法中正确的是(　　)

A．CO2、SiO2都能与碱及碱性氧化物反应

B．CO2和SiO2与水反应分别生成相应的酸

C．二氧化硅可用来制作干燥剂，因二氧化硅可与水反应

D．CO2和SiO2都是由相应的分子构成的

3．应用元素周期律分析下列推断，其中正确的组合是(　　)

①碱金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增大而增强

②砹(At)是第ⅦA族元素，其简单氢化物的稳定性强于HCl

③硒(Se)与氧同主族，它的最高价氧化物对应水化物的酸性比硫酸弱

④第2周期非金属元素的简单气态氢化物溶于水后，水溶液均为酸性

⑤铊(Tl)与铝同主族，其单质既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应

⑥第3周期金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增大而减弱

A．①③④　　B．①③⑥    C．③④⑤　　D．②④⑥

4.元素周期表是学习和研究化学的重要工具。短周期元素甲～戊在元素周期表中的相对位置如图所示，下列判断正确的是(　　)

A．原子半径：丙>甲

B．原子核外电子层数：戊<丁

C．原子核外最外层电子数：丙>戊>丁

D．元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：戊<丁

5．关于元素周期表，下列叙述中不正确的是(　　)

A．利用元素周期表可以预测元素的性质

B．在过渡元素中可以寻找制备催化剂及耐高温、耐腐蚀的元素

C.在元素周期表的左下角可以寻找制备新型农药材料的元素

D．元素在地球上的分布和它们在元素周期表中的位置没有密切关系

核心素养——合作·探究·分享

一元素“位一构一性”三者间的关系

[例1]　

如图是周期表中短周期的一部分，A、B、C三种元素原子核外电子数之和等于B原子的质量数，B原子核内质子数和中子数相等。下列叙述不正确的是(　　)

A．C元素是非金属性最强的元素

B．A元素最高价氧化物对应的水化物具有强氧化性

C．B元素的氧化物、氢化物的水溶液都呈酸性

D．三种元素的原子半径由大到小的顺序是B>C>A

状元随笔　同周期主族元素从左到右，元素的非金属性越来越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越来越强(O无含氧酸、F无正价，则一定没有含氧酸)；同主族元素从上到下，元素的金属性越来越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性越来越强。

 [提升1]　科学家合成出了一种新化合物(如图所示)，其中W、X、Y、Z为同一短周期元素，Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列叙述正确的是(　　)

A．WZ的水溶液呈碱性

B．元素非金属性的顺序为X>Y>Z

C．Y的最高价氧化物的水化物是中强酸

D．该新化合物中Y不满足8电子稳定结构

关键能力

元素“位一构一性”三者间的关系

(1)元素“位”“构”“性”总体关系

(2)“位”“构”“性”具体表现

①结构与位置的关系：结构位置

②结构与性质的关系：

③位置、结构和性质的关系：

状元随笔　元素“位”“构”“性”规律中的特例

1．一般原子的原子核是由质子和中子构成的，但核素氕H)中无中子。

2．元素周期表中的每一周期一般是从金属元素开始的，但第1周期例外，是从氢元素开始的。

3．非金属单质一般不导电，但石墨是导体，晶体硅是半导体。

4．非金属氧化物一般是酸性氧化物，但NO、CO等不是酸性氧化物。

5．氟元素是ⅦA族元素，只有－1价和0价，无正价；氧元素一般显－2价，但在Na2O2中显－1价；氢元素一般显＋1价，但在NaH中显－1价。

二元素周期律中的“规律”

[例2]　铍原子比铝原子少1个电子层，最外层电子数也比铝原子少1，在周期表中铍和铝处于对角线位置，具有“对角线”关系的元素性质存在相似性。下列关于铍的判断不正确的是(　　)

A．Be能在空气中燃烧      B．BeO熔点较低

C．BeCl2易溶于水        D．Be(OH)2具有两性

状元随笔　

利用“对角线”规则解题时，元素必须处于A、D位置，若处于B、C位置则不成立。

 [提升2]　2019年是门捷列夫发现元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是(　　)

A.原子半径：W<X

B．常温常压下，Y单质为固态

C．气态氢化物热稳定性：Z<W

D．X的最高价氧化物的水化物是强碱

状元随笔　解答本题的关键是要根据W、X的位置关系，并结合题干信息“W与X的最高化合价之和为8”进行计算，推出相应的元素。

关键能力

1.“三角形”规律

 ACB所谓“三角形”，即A、B处于同一周期，A、C处于同一主族(图中A、B、C位置)，可推出三者原子结构、性质方面的规律。如原子序数：C>B>A；原子半径：r(C)>r(A)>r(B)。

    A、B、C若为非金属元素，则非金属性：B>A>C；单质的氧化性：B>A>C；简单气态氢化物的稳定性：B>A>C；阴离子的还原性：C>A>B。

    若A、B、C为金属元素，则金属性：C>A>B；单质的还原性：C>A>B；最高价氧化物对应水化物的碱性：C>A>B；阳离子的氧化性：B>A>C。

2．“对角线”规律

在第2、3周期中，某些元素处于不同的主族，但其化学性质却很相似，如Li与Mg、Be与Al、B与Si等，这一规律

称为“对角线”规律[注意：此对角线只能是左上右下的对角线，即第2周期第N主族元素与第3周期第(N＋1)主族元素的性质相似](图中A、D位置)。应用此规律可根据已知元素及其化合物的性质，推导未知元素及其化合物的性质。

 3.两性规律

  周期序数等于其主族序数的元素一般具有两性，由此可推断元素及其化合物的性质。

学考评价——夯实·测控·演练

1．下列关于元素金属性、非金属性强弱判断不正确的是(　　)

A．高温下，2C＋SiO2高温2CO↑＋Si，说明非金属性：C>Si

 B．碱性：KOH>Mg(OH)2，说明金属性：K>Mg

 C．氟气与氢气在暗处相遇就会爆炸，氯气与氢气混合在光照或点燃时发生爆炸，说明非金属性：F>Cl

 D．氧化性：Cu2＋>Na＋，说明金属性：Na>Cu

2．2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“石田”，tián)，Ts的原子核外最外层电子数是7。下列说法不正确的是(　　)

A．Ts是第7周期第ⅦA族元素

B．Ts的同位素原子具有相同的电子数

C．Ts在同族元素中非金属性最弱

D．HTs易溶于水，稳定性强，还原性强

3．下列离子方程式中书写正确的是(　　)

A．水玻璃中通入过量的二氧化碳：

＋H2SiO3

 B．二氧化硅放入澄清石灰水中：

Ca(OH)2＋2SiO2===CaSiO3↓＋H2O

 C．二氧化硅与氢氟酸反应：

SiO2＋4H＋＋4F－===SiF4↑＋2H2O

 D．单质硅溶于烧碱溶液中：

===＋2H2↑

4．运用元素周期律分析下面的推断，其中不正确的是(　　)

A．硒化氢是无色、比硫化氢稳定的气体

B．砹化银不溶于水也不溶于稀硝酸

C．硫酸镭是难溶于水的白色固体

D．锗单质是一种半导体材料

5．随着原子序数的递增，八种短周期元素(用字母x～h表示)的原子半径相对大小、最高价或最低价的变化如图所示。

请回答下列问题：

(1)x形成的阴离子的结构示意图为________。

(2)如果z原子中含8个中子，则其原子符号为________。

(3)f的单质和e的最高价氧化物对应的水化物相互反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(4)比较d、e常见离子的半径大小：________(填离子符号，用“>”表示)。

(5)g、h两元素最高价氧化物对应水化物的酸性更强的是____________________(填化学式)。

(6)均含x、z、d三种元素的两种化合物发生中和反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

第2课时　预测元素及其化合物的性质

学 业 基 础

一、

1．(1)　＋4　－4　非金属　弱

(2)氧气　碳　酸性　CO2　弱于

2．(1)①2　SiF4　4　SiF4↑＋2H2↑

Na2SiO3＋2H2↑

②SiO2

(2)①a.Na2SiO3＋H2O　b．CaSiO3

②Si(粗)＋2CO↑　③4　SiF4↑＋2H2O　玻璃

(3)CO2＋H2O　H2SiO3↓

二、

2.

[即学即练]

1．解析：硅元素以化合态广泛存在于自然界中，自然界中无硅的单质，水晶的主要成分是二氧化硅，故A错误；石英的主要成分是SiO2，石英的熔点很高，可用作耐火材料，故B正确；SiO2能与氢氟酸反应：SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O，故C错误；硅是半导体材料，可用于制造芯片、太阳能电池，二氧化硅常用于制作光导纤维，故D错误。

答案：B

2．解析：CO2、SiO2都是酸性氧化物，都能与碱及碱性氧化物反应，故A正确；SiO2不溶于水，也不能和水反应生成硅酸，故B不正确；由SiO2制备干燥剂硅胶的过程：SiO2Na2SiO3硅酸，硅酸在一定条件下可制得硅胶，硅胶可用作干燥剂，SiO2不与水反应，故C不正确；CO2是由分子构成的，SiO2是由硅、氧原子直接构成的，故D不正确。

答案：A

3．解析：同主族元素从上到下金属性逐渐增强，则碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性随原子序数的增大而增强，①正确；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，简单氢化物的稳定性逐渐减弱，砹(At)是第ⅦA族元素，其简单氢化物的稳定性弱于HCl，②错误；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，最高价含氧酸的酸性逐渐减弱，硒(Se)与氧同主族，它的最高价氧化物对应水化物的酸性比硫酸弱，③正确；第2周期非金属元素的简单气态氢化物溶于水后，水溶液不一定均为酸性，如NH3溶于水后，水溶液呈碱性，④错误；同主族元素从上到下金属性逐渐增强，铊(Tl)与铝同主族，金属性强于铝，其单质能与盐酸反应，不能与氢氧化钠溶液反应，⑤错误；同周期元素自左向右金属性逐渐减弱，则第3周期金属元素的最高价氧化物对应水化物的碱性随原子序数的增大而减弱，⑥正确。

答案：B

4．解析：同周期主族元素从左到右原子半径减小，故原子半径：甲>丙，A错误；同周期主族元素原子核外电子层数相同，故原子核外电子层数：戊＝丁，B错误；同周期主族元素从左到右原子最外层电子数增多，同主族元素的最外层电子数相等，故原子核外最外层电子数：丙>戊>丁，C正确；同周期主族元素从左到右最高价氧化物对应水化物的酸性增强，故元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：丁<戊，D错误。

答案：C

5．解析：根据元素在周期表中的位置，可以判断其原子的电子层数和最外层电子数，从而判断其金属性和非金属性的相对强弱，并结合同周期、同族元素性质的递变规律，可以预测元素的性质，故A正确；过渡元素均为金属元素，可寻找催化剂及耐高温、耐腐蚀的合金材料，故B正确；元素周期表的左下角为活泼的金属元素，应在右上角的非金属元素区域寻找制备新型农药材料的元素，故C错误；元素在地球上的分布和它们在元素周期表中的位置没有密切关系，故D正确。

答案：C

核 心 素 养

[例1]　解析：依据元素周期表的结构，结合短周期元素A、B、C在元素周期表中的相对位置可知A、C位于第2周期，B位于第3周期，设A的原子序数为x，则C的原子序数为x＋2，B的原子序数为x＋9，原子中原子序数＝核外电子数，则B的质量数为2x＋18，由题意可得3x＋11＝2x＋18，解得x＝7，故A、B、C分别为元素N、S、F。非金属性最强的元素是F，A正确；N元素最高价氧化物对应的水化物是HNO3，HNO3具有强氧化性，B正确；SO2、SO3和H2S溶于水分别得到亚硫酸、硫酸、氢硫酸，水溶液均显酸性，C正确；一般电子层数越多，原子半径越大，同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，则N、S、F三种元素的原子半径由大到小的顺序为S>N>F，即B>A>C，D错误。

答案：D

[提升1]　解析：由W、X、Y、Z为同一短周期元素，结合新化合物的结构式可知，X为ⅣA族元素，Z为卤族元素，W为碱金属元素，再由Z的核外最外层电子数是X核外电子数的一半可知，Z为Cl、X为Si，进而推知W为Na、Y为P。A项，NaCl的水溶液呈中性，错误；B项，元素的非金属性：Si<P<Cl，即X<Y<Z，错误；C项，Y(P)的最高价氧化物的水化物为H3PO4，属于中强酸，正确；D项，2个硅原子和1个P原子形成2个共价键，阴离子得到1个电子，所以该化合物中磷原子最外层满足8电子稳定结构，错误。

答案：C

[例2]　解析：Be与Al在元素周期表中处于对角线位置，化学性质相似，Al能在空气中燃烧，则Be也能在空气中燃烧，A正确；Al2O3的熔点很高，则BeO的熔点也较高，B错误；BeCl2与AlCl3性质相似，AlCl3易溶于水，则BeCl2也易溶于水，C正确；Be(OH)2与氢氧化铝的性质相似，氢氧化铝是两性氢氧化物，则Be(OH)2也具有两性，D正确。

答案：B

[提升2]　解析：根据题给周期表片段中各种元素的相对位置可知，W与X的最高化合价之差为2，设X的最高化合价为a，则W的最高化合价为a＋2，结合题意知2a＋2＝8，解得a＝＋3，从而推知X为Al、Y为Si、Z为P、W为N。A项，同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小，同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大，故原子半径：W(N)<X(Al)；B项，常温常压下，Y(Si)单质为固态；C项，非金属性：Z(P)<W(N)，故气态氢化物的热稳定性：Z<W；D项，X为Al，其最高价氧化物的水化物为Al(OH)3，属于两性氢氧化物。

答案：D

学 考 评 价

1．解析：2C＋SiO22CO↑＋Si能够进行，是因为高温下生成的气态一氧化碳脱离反应体系，使反应正向进行，并不能够说明C的非金属性比Si强，A错误；元素的金属性越强，最高价氧化物对应水化物的碱性也越强，B正确；元素非金属性越强，其单质与氢气的化合越容易，C正确；金属阳离子的氧化性越强，其单质的还原性越弱，故金属性越弱，D正确。

答案：A

2．解析：元素周期表中第7周期0族为118号元素。117号元素位于118号左侧，即第ⅦA族，所以Ts是第7周期第ⅦA族元素，A正确；同位素是同种元素的不同核素，因此Ts的同位素原子具有相同的电子数，B正确；同主族元素从上到下非金属性依次减弱，所以Ts在同族元素中非金属性最弱，C正确；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，简单气态氢化物的稳定性减弱，所以HTs的稳定性较弱，D错误。

答案：D

3．解析：水玻璃中通入过量的二氧化碳生成硅酸和碳酸氢钠，且Na2SiO3应拆为离子形式，A错误；该离子方程式没配平，B错误；氢氟酸是弱酸，应该用化学式表示，C错误；单质硅溶于烧碱溶液中生成硅酸钠和H2，D正确。

答案：D

4．解析：同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，简单气态氢化物的稳定性逐渐减弱，所以硒化氢(H2Se)不如H2S稳定，A错误；Cl、At是同主族元素，AgCl不溶于水和稀硝酸，则砹化银也不溶于水和稀硝酸，B正确；镭位于第ⅡA族，MgSO4是易溶于水的白色固体，CaSO4是微溶于水的白色固体，BaSO4是难溶于水的白色固体，所以RaSO4也是难溶于水的白色固体，C正确；Ge位于金属元素与非金属元素的交界处，则锗单质是一种优良的半导体材料，D正确。

答案：A

5．解析：从图中的化合价和原子半径的大小，可以推出x是H元素，y是C元素，z是N元素，d是O元素，e是Na元素，f是Al元素，g是S元素，h是Cl元素。(1)x是H元素，H元素形成的阴离子为H－，H－的结构示意图为。(2)z是N元素，N原子的质子数为7，如果N原子中含8个中子，则质量数为7＋8＝15，其原子符号为。(3)f是Al元素，e是Na元素，Na的最高价氧化物对应的水化物为NaOH，Al与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。(4)d是O元素，e是Na元素，d、e形成的常见离子分别为O2－、Na＋，电子层结构相同的离子，核电荷数越大离子半径越小，故r(O2－)>r(Na＋)。(5)g是S元素、h是Cl元素，元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性：Cl>S，最高价氧化物对应水化物的酸性：HClO4>H2SO4。(6)x是H元素，z是N元素，d是O元素，含H、N、O三种元素的化合物为HNO3和NH3·H2O，HNO3和NH3·H2O发生中和反应生成NH4NO3和H2O，反应的离子方程式为  +NH3·H2O===＋H2O。

答案：(1)　(2)

(3)2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑

(4)O2－>Na＋

(5)HClO4

(6)  +NH3·H2O===＋H2O。