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第3节 元素周期表的应用
学习课题
同周期元素性质的递变规律
知识点1
实验内容 实验现象 化学(或离子)方程式
将一小块钠放入滴有酚酞冷水的小烧杯中 剧烈反应 浮、熔、游、响、红 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑
将除去氧化膜的镁条、铝片分别放入滴有酚酞冷水的试管，然后加热试管 镁与冷水：常温， -
镁与热水：加热，
铝与冷水： -
铝与热水： -
将除去氧化膜的镁条、铝片分别放入盛有少量稀盐酸的试管 镁与稀盐酸： Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
铝与稀盐酸： 2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
无明显变化
反应缓慢，溶液变浅红色
反应剧烈，生成大量气体，
反应较剧烈，生成气体，
无明显变化
无明显变化
实验结论：单质与水或酸反应置换出氢气越容易，其元素的原子失电子能力越强。
实验：钠、镁、铝与水（或酸）反应的实验探究
第3周期元素原子失电子能力的比较
元素原子得失电子能力强弱的判断方法
(1)根据元素在元素周期表中的相对位置：在周期表越位于左下方的元素，其原子失电子能力就越强。
(2)单质与水或酸反应置换出氢气的难易程度，其元素的原子失电子能力越强。
探究 NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3碱性强弱
实验操作 沉淀溶解情况 沉淀逐渐溶解 沉淀逐渐溶解 沉淀溶解 沉淀不溶解
化学方程式 Al(OH)3＋3HCl===AlCl3＋3H2O Al(OH)3＋NaOH===Na[Al(OH)4] Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O -
实验结论 NaOH是强碱，Mg(OH)2是中强碱，Al(OH)3是两性氢氧化物，三者的碱性依次减弱 实验结论：最高价氧化物对应水化物的碱性越强，其元素的原子失电子能力越强
元素原子失电子能力强弱的判断方法
(1)根据元素在元素周期表中的相对位置：在周期表越位于左下方的元素，其原子失电子能力就越强。
(2)单质与水或酸反应置换出氢气越容易，其元素的原子失电子能力越强。
（3）最高价氧化物对应水化物的碱性越强，其元素的原子失电子能力越强
(4)单质与盐溶液的置换反应，强置换弱。
(5)金属高价阳离子氧化性越弱，其原子失电子能力越强。
总结归纳
在化学反应中，金属原子失电子越多，该金属的金属性越强，这句话正确吗？试举例说明。
不正确，金属性强弱的比较，是比较原子失去电子的难易程度，而不是失去电子的多少。如化学反应中，Na失去一个电子，而Al失去三个电子，但Na的金属性比Al强。
深入思考
第3周期非金属元素原子得电子能力的比较
原子 Si P S Cl
最高正价 +4 +5 +6 +7
最低负价 -4 -3 -2 -1
单质与氢气化合条件 高温 较高温度 加热 点燃或光照
结论 从Si到Cl，与H2化合越来越容易 单质与氢气化合越容易，其元素原子的得电子能力越强 气态氢化物的稳定性 很不稳定 不稳定 较不稳定 稳定
结论 从Si到Cl，气态氢化物的稳定性越来越强 气态氢化物的稳定性越强，其元素原子的得电子能力越强 原子 Si P S Cl
最高正价 +4 +5 +6 +7
最高价氧化物
最高价氧化物对应的水化物的酸性 弱酸 中强酸 强酸 最强无机酸
结论 从Si到Cl，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强 最高价氧化物对应水化物的酸性越强，其元素的原子得电子能力越强 第3周期非金属元素原子得电子能力的比较
(1)根据在元素周期表中的相对位置：在元素周期表越位于右上方的元素，其原子得电子能力就越强(稀有气体除外)。
总结归纳
元素原子得电子能力强弱的判断方法
(2)单质与氢气化合越容易，其元素原子的得电子能力越强。
(3)气态氢化物的稳定性越强，其元素原子的得电子能力越强。
(4)最高价氧化物对应水化物的酸性越强，其元素的原子得电子能力越强。
(5)元素的简单阴离子还原性越强，其元素的原子得电子能力越弱。
(6)活泼的非金属能将不活泼的非金属从其盐溶液中置换出来。氧化性强置换出弱。
深入思考
由H2SO4的酸性大于HClO的酸性，可推断S的非金属性大于Cl的非金属性吗？
不可以。因为HClO不是Cl元素最高价氧化物对应的水化物，无法判断两者的非金属性强弱。
在同一周期的主族元素中，各元素原子的核外电子层数相同，从左至右核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大，原子失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强。
试从原子结构角度解释同周期元素性质递变性的原因
性质递变规律：
项目 同周期主族元素（从左至右） 同主族（从上至下）
原子半径 逐渐减小 从上到下逐渐增大
电子层数/最外层电子数 电子层数相同，从左到右最外层电子数由1递增到7 最外层电子数相同，从上到下电子层数逐渐增大
得失电子能力 得电子能力逐渐增大，失电子能力逐渐减小 从上到下得电子能力逐渐减小，失电子能力逐渐增强
金属性/非金属性 非金属性逐渐增大，金属性逐渐减小 从上到下非金属性逐渐减小，金属性逐渐增强
化合价 一般情况下，最高正价由+1至+7（O,F及稀有气体除外），最低负化合价由-4至-1 从上到下正负化合价不变
最高价氧化物对应水化物的酸碱性 最高价氧化物对应水化物的酸碱性 从上到下酸性逐渐减小，碱性逐渐增强
生成气态氢化物的难易程度和稳定性 生成气态氢化物越来越容易，越来越稳定 从上到下生成气态氢化物越来越困难，越来越不稳定
拓展延伸
短周期元素(第1周期除外)在元素周期表中同周期元素随原子序数递增，由活泼金属元素逐渐过渡到不太活泼的金属元素，再过渡到非金属元素，最后是稀有气体元素。
结论：分界线附近元素的性质：既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。
及时反馈
在第3周期元素中，除稀有气体元素外：
(1)原子半径最小的元素是______(填元素符号，下同)。
(2)金属性最强的元素是________。
(3)最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是__________(填化学式，下同)。
(4)最不稳定的气态氢化物是________。
(5)最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是______。
(6)最高价氧化物对应水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的是________。
Cl
Na
HClO4
SiH4
NaOH
Al(OH)3
趁热打铁
学习笔记第15-16页 第1-4题
同主族元素性质的递变规律
知识点2
----以碱金属元素（ⅠA族 氢除外）和卤族元素为例
碱金属单质 颜色和状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃
Li 银白色固体 0.534 180.5 1341
Na 银白色固体 0.971 97.82 881.4
K 银白色固体 0.856 63.38 759
Rb 银白色固体 1.532 39.31 691
Cs 略带金属光泽固体 1.876 28.44 668.2
结论 ①除Cs元素外，其余碱金属单质都呈银白色。 ②密度都比较小，自上而下，密度有增大的趋势，但钠和钾密度反常。 ③自上而下，单质的熔点，沸点逐渐降低。 ④碱金属单质比较软，有延展性，导热性和导电性良好。 观察表格，总结碱金属元素单质在物理性质上表现出的相似性和递变性规律。
元素符号 原子结构示意图 相似性 递变性
Li 最外层均 有1个电子 自上而下，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱,金属性逐渐增强
Na K Rb Cs 碱金属元素的原子结构的相似性和递变性
碱金属单质的化学性质
（1）回忆以前学过关于钠的知识，钠有哪些化学性质？
钠在空气中燃烧
钠与水反应
问题与推测
（2）结合锂、钠和钾的原子结构特点，推测锂、钾可能具有哪些与钠相似的化学性质？
推测
依据原子结构最外层电子数都是1
都位于元素周期表第IA族
钠
能与水反应
能在空气中燃烧
锂
钾
都能与水反应
都能在空气中燃烧
观看钾、钠在空气中燃烧的实验视频，观察实验现象并描述。
现象：钾、钠都能在空气中燃烧，迅速熔化成光亮小球，钠产生黄色火焰，得到淡黄色固体，钾产生紫色火焰（透过蓝色钴玻璃），得到白色固体，钾燃烧比钠燃烧更剧烈。
实验与观察
视频
现象：钾和钠都浮在水面上；均熔成闪亮的小球；小球四处游动；发出嘶嘶响声；加了酚酞的溶液均呈红色。
钾与水的反应有轻微爆炸并着火燃烧，更加剧烈。
观看钾、钠与水反应的实验视频，观察实验现象并描述。
视频
碱金属元素单质在化学性质上表现出的相似性和递变性规律
碱金属单质 Li Na K Rb Cs
最高正价 +1 +1 +1 +1 +1
最高价氧化物对应的水化物 LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
相似性 都是活泼金属，最高价为＋1价，单质都能与氧气、水等物质反应，最高价氧化物对应的水化物一般有很强的碱性 递变性 与氧气反应 反应越来越剧烈，产物越来越复杂，Li生成Li2O；Na能生成Na2O和Na2O2；Rb和Cs遇到空气会立即燃烧 与水的反应 反应越来越剧烈，Na与水剧烈反应，K与水反应能发生轻微爆炸，Rb、Cs遇水则发生爆炸 结论： 同主族元素自上而下，失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强 同主族元素性质的递变规律
知识点2
----以碱金属元素（ⅠA族 氢除外）和卤族元素为例
卤族元素单质 颜色和状态 密度 熔点/℃ 沸点/℃ 水溶性
F2 淡黄绿色气体 1.69 g/L(15℃) -219.6 -118.1 溶
Cl2 黄绿色气体 3.214g/L(0℃) -101.5 -34.04 可溶
Br2 深红棕色液体 3.119g/cm （20℃） -7.25 58.8 可溶
I2 紫黑色固体 4.93g/cm 113.6 185.2 难溶
结论 ①自上而下，颜色逐渐变深，密度逐渐增加； ②自上而下，熔点，沸点逐渐升高； ③在水中的溶解度都不大，自上而下，溶解度逐渐减少，除F2外，都不易溶于水，但都易溶于有机溶剂，如酒精，CCl4等。 观察表格，卤族元素单质在物理性质上表现出的相似性和递变性规律。
实验操作 实验现象 实验结论
溶液分层，上层颜色变浅或无色，下层溶液呈紫色 溴、碘单质在有机溶剂CCl4中的溶解度均大于它们在水中的溶解度，CCl4能分别将它们从水溶液中提取出来
溶液分层，上层颜色变浅或无色，下层溶液呈橙色 实验探究卤族元素性质的相似性和递变性
卤族元素单质在化学性质上表现出的相似性和递变性规律
元素 F Cl Br I
单质与氢气化合的条件 暗处爆炸 点燃或光照 加热 不断加热，缓慢反应，可逆
结论 从I2到F2 ,与氢气的反应越来越容易进行，反应剧烈程度依次增强 氢化物的稳定性 H2＋F2===2HF
稳定 较稳定 不如HCl稳定 不稳定
结论 从I2到F2,与氢气化合，生成的气态氢化物的稳定性依次增强 最高价氧化物对应的水化物的酸性 - 逐渐减弱 结论 从I2到F2,最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强 项目 化学方程式
与水的反应
与金属Na的反应
与碱的反应
卤族元素单质在化学性质上表现出的相似性和递变性规律
元素符号 原子结构示意图 最高正价 最低负价 相似性 递变性
F - -1 最外层均有7个电子；得电子能力强，其单质都具有较强的氧化性。 最高化合价为＋7价 (除F外)， 最低化合价为－1价， 易形成－1价离子 自上而下，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的引力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱
Cl +7 -1 Br +7 -1 I +7 -1 卤族元素的原子结构的相似性和递变性
卤素单质间的置换反应的实验探究
实验操作 实验现象 离子方程式
静置后，液体分层，下层呈橙色 2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
静置后，液体分层，下层呈紫色 2I－＋Br2===2Br－＋I2
静置后，液体分层，下层呈紫色 2I－＋Cl2===2Cl－＋I2
结论 Cl2、Br2、I2单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应阴离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－ 深入思考
氧化性F2>Cl2，那么能否用F2与NaCl溶液反应置换Cl2
　否，F2与H2O先反应，无法置换出Cl2。
预测元素及其化合物的性质
学习课题
----多角度认识硅及其化合物的性质
从山川大河到珠宝玉器，
从世界上第一台计算机到笔记本再到智能手机，
人类的生活发生了翻天覆地的变化，这些都要归功于一种元素——硅。硅在地壳中的含量仅次于氧，硅的氧化物及其硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤。玛瑙、水晶、计算机和手机的芯片、光导纤维、玻璃等都是以硅或硅的化合物为材料制成的。
硅元素在地壳中的含量
硅原子最外层有4个电子，
最高正化合价为＋4价，
最低负化合价为－4价；
硅的非金属性比同周期磷元素弱，比同主族碳元素弱
硅元素在元素周期表的位置
1.硅与半导体材料
硅是常温下化学性质稳定的半导体材料。
半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。硅是常温下化学性质稳定的半导体材料，主要用于制造芯片和太阳能电池。自然界中没有游离态的硅。工业上，用焦炭在电炉中还原二氧化硅得到含有少量杂质的粗硅;将粗硅提纯后，可以得到用作半导体材料的高纯硅。
身边的化学
2.二氧化硅与光导纤维
二氧化硅广泛存在于自然界中，沙子、石英和水晶的成分都是二氧化硅。
二氧化硅是一种酸性氧化物，具备酸性氧化物的通性。
项目 化学（离子）方程式 用途
与碱反应 -
与氢氟酸反应 刻蚀玻璃
与碱性氧化物反应 -
与盐反应 制造玻璃
不溶于水、也不与水反应的酸性氧化物
身边的化学
二氧化硅常被用来制造高性能的现代通信材料光导纤维(简称“光纤”)。光纤通信克服了声音信号和图像信号在铜丝或铝丝媒介中传播损耗大的缺点，并节约了大量金属资源。光纤除了用于通信外，还用于能量传输、信息处理、遥测遥控和医疗器械(如光导纤维内窥镜)制造等方面。
身边的化学
硅酸盐是由硅元素、氧元素和金属元素组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐材料(如陶瓷、玻璃、水泥等)是无机非金属材料的主要分支之一，有着悠久的历史。
身边的化学
陶瓷材料是人类应用最早的硅酸盐材料。玻璃的种类很多，除普通玻璃外还有铅玻璃、有色玻璃、钢化玻璃等。制造普通玻璃的主要原料是纯碱、石灰石和石英。水泥是非常重要的建筑材料。普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸钙(3CaO·Al2O3)等。随着信息科学、能源技术、航天技术、生物工程等现代科学技术的发展，一些具有有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料，如高温结构陶瓷、生物陶瓷和压电陶瓷等，相继被研制出来。
硅酸钠(Na2SiO3)能与酸(如HCl溶液)反应，
反应的化学方程式：Na2SiO3＋2HCl===H2SiO3↓＋2NaCl
具有酸的性质，能与碱(如NaOH溶液)反应，
酸性较弱，
酸性弱于碳酸、磷酸
教材中描述“硅酸可以由硅酸钠与盐酸、硫酸等反应制得”，则将少量CO2通入Na2SiO3溶液会发生反应吗？为什么？若反应，写出反应的化学方程式。
会发生反应生成硅酸，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===H2SiO3↓＋Na2CO3。
因为C和Si同主族，而C的非金属性比Si强，因此硅酸的酸性比碳酸的弱，上述反应符合强酸制弱酸的原理。
深入思考
趁热打铁
1．判断正误
(1)硅在地壳中的含量仅次于氧，自然界中没有游离态的硅(　　)
(2)硅原子最外层有4个电子，既不易得到电子，也不易失去电子(　　)
(3)二氧化硅为酸性氧化物，与任何酸都不反应(　　)
(4)SiO2常用来制造光导纤维和太阳能电池(　　)
(5)不能用SiO2与水反应的方法来制取硅酸，也不能用瓷坩埚来加热烧碱或纯碱使其熔化(　　)
√
√
√
×
×
1930年美国化学家托马斯·米奇利成功
地获得了一种新型的致冷剂——CCl2F2（即
氟里昂，简称F12）。这完全得益于元素周期
表的指导。在1930年前，一些气体如氨，二
氧化硫，氯乙烷和氯甲烷等，被相继用作致冷剂。但是，这些致冷剂不是有毒就是易燃，很不安全。为了寻找无毒不易燃烧的致冷剂，米奇利根据元素周期表研究，分析单质及化合物易燃性和毒性的递变规律。
元素周期表的应用
在第三周期中，单质的易燃性是Na>Mg>Al，在第二周期中，CH4比NH3易燃，NH3双比H2O易燃，再比较氢化物的毒性：AsH3>PH3>NH3 H2S>H2O，根据这样的变化趋势，元素周期表中右上角的氟元素的化合物可能是理想的元素，不易燃的致冷剂。
米奇利还分析了其它的一些规律，最终，一种全新的致冷剂CCl2F2终于应运而生了。80年代，科学家们发现氟里昂会破坏大气的臭氧层，危害人类的健康的气候，逐步将被淘汰。人们又将在元素周期表的指导下去寻找新一代的致冷剂。
在金属和非金属分界线处，寻找半导体材料。
寻找优良催化剂，寻找耐高温耐酸碱腐蚀的特种合金，用来制造火箭、导弹、宇宙飞船等
寻找用于制农药的材料(非金属F、Cl、S、P等)
1．判断正误
(1)最外层电子数是2的元素，都是ⅡA族元素(　　)
(2)由硅原子结构可知，硅元素在周期表中的位置是第3周期ⅣA族，既不易失电子，也不易得电子(　　)
(3)氧元素为ⅥA族元素，其最高正化合价为＋6价(　　)
(4)某元素位于第5周期ⅠA族，由此可知该元素极易失去1个电子(　　)
及时反馈
√
×
×
√
趁热打铁
1．下列说法正确的是(　　)
A．SiO2溶于水显酸性
B．二氧化碳通入水玻璃(Na2SiO3溶液)中可以得到白色沉淀
C．因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸强
D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸
　B
趁热打铁
2.根据元素周期律和元素周期表的知识分析下面的推断，其中错误的是(　　)
A．短周期主族元素中半径最大的是Na
B．Sr(OH)2的碱性强于Ba(OH)2
C．砹(At)的单质是有色固体，HAt很不稳定
D．AsH3是无色、有毒的气体
　B
谢谢聆听

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