1、基础课时6研究同主族元素的性质预测元素及其化合物的性质学 习 任 务1以A族和A族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系，培养“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。2从“宏观辨识与微观探析”的视角学习金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。3能设计实验探究同主族元素的非金属性、金属性强弱，培养“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。一、A族(除H外)元素性质的递变规律探究1原子结构特点(1)原子结构(2)对比归纳相似性：最外层电子数都是1。递变性：随着核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。2单质及化合物性质的递变性结构及性质规律原子半径单质的还原性
2、与水、氧气反应的剧烈程度最高价氧化物对应水化物的碱性3碱金属元素的性质与原子结构之间的关系从LiCs，最外层电子数均为1，但随核电荷数的增加，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(1个)的引力逐渐减弱元素原子的失电子能力逐渐增强元素的金属性逐渐增强。某兴趣小组在实验室中完成了如图所示的实验：(1)请叙述上述实验现象的异同点。(2)你从上述实验能得出什么样的结论？提示：(1)相同点有：金属浮在水面上，熔成闪亮的小球，小球四处游动，发出“嘶嘶”的响声；反应后的溶液呈红色。不同点有：钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。(2)通过上述实验可以得出与水反应剧烈程度：KNa；金属的活泼性：K
3、Na。二、卤族元素性质的递变规律探究1卤族元素原子结构和性质的相似性元素(名称与符号)氟(F)氯(Cl)溴(Br)碘(I)原子结构示意图最外层电子数都为7最高正价无7价最低负价都为1价自然界中存在形态全部以化合态形式存在最高价含氧酸无HClO4HBrO4HIO4气态氢化物HFHClHBrHI2卤族元素性质的递变性(1)卤族元素单质的物理性质及递变性单质物理性质F2Cl2Br2I2颜色浅黄绿色黄绿色深红棕色紫黑色状态气体气体液体固体密度逐渐增大熔、沸点逐渐升高(2)卤素单质的结构及化学性质递变性结构及化学性质规律原子半径单质的氧化性阴离子的还原性与H2化合的难易程度氢化物的稳定性最高价氧化物对应
4、水化物的酸性(3)探究卤族元素性质的相似性和递变性实验操作实验现象化学方程式静置后，液体分层，上层无色，下层橙色Cl22NaBr=2NaClBr2静置后，液体分层，上层无色，下层紫色Br22KI=2KBrI2静置后，液体分层，上层无色，下层紫色Cl22KI=2KClI2结论：卤素单质的氧化性：Cl2Br2I2；卤素离子的还原性：IBrCl。3卤族元素的性质与原子结构之间的关系从FI，随着核电荷数的增加，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吸引力逐渐减弱元素原子的得电子能力逐渐减弱元素的非金属性逐渐减弱。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)同主族元素自上至下，碱金属和卤
5、族元素单质的熔、沸点都逐渐增大。()(2)同主族元素随核电荷数的增加，气态氢化物的稳定性逐渐增强。()(3)酸性：HFHClHBrHI。()答案(1)(2)(3)三、预测元素及其化合物的性质(以Si为例)1性质的预测(1)硅元素的原子结构及性质分析原子结构示意图最高正价最低负价元素类别得电子能力44非金属元素较弱(2)性质预测硅及其化合物的化学式化学性质预测预测依据Si化学性质不活泼，但是在一定条件下能与氧气等发生化学反应，由于其性质的特殊性，可能还具有独特的性质与碳元素同主族，与碳单质具有相似的化学性质SiO2具有酸性氧化物的通性，能与碱、碱性氧化物等发生反应，可能也具有一定的特性与碳元素同
6、主族，与CO2具有相似的化学性质H2SiO3具有酸的性质，能与碱反应，但酸性较弱，酸性弱于碳酸同主族元素性质的相似性和递变规律2化学性质验证(1)单质硅的化学性质常温下，硅的化学性质不活泼，只与F2、HF、强碱(如NaOH)溶液反应。Si2F2=SiF4；Si4HF=SiF42H2；Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。加热条件下和某些非金属单质(如O2、Cl2)发生反应。SiO2SiO2。(2)SiO2的化学性质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：SiO22NaOH=Na2SiO3H2O；b.高温下SiO2与碱性氧化物反应生成盐：SiO2CaOCaSiO3
7、。弱氧化性：SiO22CSi(粗)2CO。特性：与氢氟酸(HF)反应：SiO24HF=SiF42H2O。此反应常被用来刻蚀玻璃。(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：Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3。“玛瑙”早期被书写成“马脑”。因“色如马脑，故从彼名”。自佛经传入中国后，翻译人员考虑到“马脑”属玉石类，于是巧妙地译成“玛瑙”。玛瑙的主要成分为二氧化硅，由于其与水化二氧化硅(硅酸)交替而常重复成层。因其夹杂氧化金属，颜色可从极淡色到暗色。想一想如何由二氧化硅制取硅酸。提示：二氧化硅不与水反应，故应先与碱(如NaOH溶液
8、)反应生成硅酸盐，再与酸(如盐酸)反应生成硅酸。四、元素周期表的应用1元素周期表是研究化学的重要工具，可为研究物质结构、发现新元素、合成新物质、寻找新材料提供许多有价值的指导。2寻找新材料(连线)人工合成氨是科学史上的里程碑之一。一百多年来，工业合成氨需要高温高压的苛刻条件，而自然界的生物固氮是在常温常压下进行的。因此高效的人工模拟生物固氮成为催化科学领域的圣杯。若要研制新型的高效催化剂，应该在元素周期表的什么位置寻找合适的元素？ 提示：在元素周期表中的过渡元素部分寻找合适的催化剂。同主族元素及其物质性质的递变规律元素在元素周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质，如氮族元素是位于元素
9、周期表A族的元素，在生活中有广泛应用，如用N2作防腐气体，液氮还可用作制冷剂，P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。1阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么？根据元素周期律，预测H3AsO4与H3PO4酸性强弱的关系是什么？提示：元素N在元素周期表中的位置是第2周期A族。同一主族，元素的非金属性从上到下逐渐减弱，故酸性：H3PO4H3AsO4。2元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少？在一定条件下，S与H2反应有一定难度，请判断：在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小？提示：S的最高正价为6，最低负价是2，二者代数和是4，元素非金属性越强，与氢气化合越
10、容易。同主族从上到下非金属性逐渐减弱，Se与H2化合难度更大。同主族元素原子结构与性质的递变规律内容同主族(自上而下)原子结构电子层数增多最外层电子数相同原子半径逐渐增大元素性质原子得电子能力减弱原子失电子能力增强元素的金属性增强元素的非金属性减弱元素的主要化合价最高正价数主族序数(F无正价，O无最高正价)单质和化合物单质还原性与氧化性还原性增强，氧化性减弱非金属元素气态氢化物的形成及稳定性形成由易到难，稳定性由强到弱最高价氧化物对应的水化物酸碱性酸性减弱碱性增强非金属气态氢化物的还原性增强离子氧化还原能力阳离子氧化性减弱阴离子还原性增强【例题】运用元素周期律分析，下列说法中错误的是 ()AR
11、a是第7周期A族元素，Ra(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性强BAs是第4周期A族元素，AsH3的还原性比NH3的还原性弱CCs的原子半径比Na的原子半径大，Cs与水反应比Na与水反应更剧烈DCl的核电荷数比Al的核电荷数大，Cl的原子半径比Al的原子半径小B同主族元素，自上而下，随原子序数的增大，元素的金属性增强，非金属性减弱，A族元素Mg和Ra，原子序数：MgMg(OH)2，A项正确；A族元素N和As，原子序数：NAs，其对应阴离子的还原性：N3As3，B项错误；Cs比Na失电子能力强，其与水反应比钠更剧烈，C项正确；Al与Cl同周期，原子序数：AlCl，D项正确。变式旁通(1)A选项
12、中Ra是第7周期A族元素，则第5周期A族元素对应的最高价氧化物对应的水化物是_。(2)B选项中的As是第4周期A族元素，则H3AsO4的酸性比HNO3的_(填“强”或者“弱”)。提示：(1)Sr(OH)2。第5周期A族元素为Sr，最高化合价为2价，最高价氧化物对应的水化物是Sr(OH)2。(2)弱。As与N都属于A族元素，同主族元素非金属性从上到下逐渐减弱，即AsH3AsO4。1下列关于物质性质变化的比较，不正确的是()A稳定性强弱：HFHClHBrHIB原子半径大小：NaSOC碱性强弱：KOHNaOHLiOHD还原性强弱：FClID非金属性强弱：FClI，对应阴离子的还原性依次增强。2砷为第
13、4周期A族元素，根据它在元素周期表中的位置推测，砷不可能具有的性质是 ()AAsH3比NH3稳定性强B可以存在3、3、5等多种化合价CAs2O5对应水化物的酸性比H3PO4弱D砷的非金属性比磷弱AN、P、As均为A族元素，分别位于第2、3、4周期，根据元素周期律判断，As比N、P非金属性弱，NH3比AsH3稳定性强，H3AsO4(As2O5的对应水化物)的酸性比H3PO4弱。As与N、P同在A族，N和P都有3、3、5的化合价，则As也有3、3、5的化合价。碱金属元素、卤素单质的相似性和递变性1A族中的元素都是碱金属元素吗？提示：不是。A族中除氢元素外的其余元素都是金属元素，俗称碱金属元素。2碱
14、金属元素在空气中燃烧都生成过氧化物吗？提示：不是。碱金属元素随着原子序数的递增，金属活泼性逐渐增强，在空气中燃烧的产物也越来越复杂。锂生成氧化锂，钠生成过氧化钠，钾、铷、铯等生成更复杂的氧化物。3钾的金属性比钠强，钾可以将钠从NaCl溶液中置换出来吗？提示：不能。因为Na、K的金属性很强，Na、K的氧化性比H的弱，所以将钾放入NaCl溶液中，K置换水中1价的氢原子，而不置换出钠。4卤素单质与水反应都能生成氢卤酸和次卤酸吗？提示：不是。氯、溴、碘的单质与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸，而氟气与水反应生成氢氟酸和氧气，化学方程式为2F22H2O=4HFO2。1碱金属性质的递变规律(1)随着原子序数
15、的递增，碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强，金属性逐渐增强，它们与水反应越来越容易，与O2反应的产物越来越复杂。(2)碱金属都具有还原性，并且从Li到Cs逐渐增强。2卤素单质性质的相似性(1)与H2反应：X2H2=2HX(一定条件)。(2)与活泼金属(如Na)反应：2NaX22NaX(3)与H2O反应：H2OX2=HXHXO(XCl、Br、I)2H2O2F2=4HFO23卤素单质性质的递变性(1)氧化性与还原性。随着原子序数的递增：卤素单质的氧化性逐渐减弱，卤素阴离子的还原性逐渐增强。(2)与H2反应的难易及氢化物的稳定性。随着原子序数的递增：与H2反应越来越难，生成的氢化物的稳定性越来越差，
16、氢化物的还原性越来越强。氢化物都易溶于水，其水溶液的酸性依次增强。(3)卤素单质与变价金属(如铁)反应时，F2、Cl2、Br2生成高价卤化物如FeX3，而I2只能生成低价卤化物如FeI2。4卤素单质的特殊性(1)F2能与水反应，因此，F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。(2)通常情况下，氟没有正价，所以氟没有含氧酸。(3)溶解性：通常情况下，除F2外，卤素单质在水中的溶解度都不大，但是均易溶于有机溶剂。(4)卤素单质都有毒，液溴易挥发，保存时常用水密封。1下列与碱金属元素有关的比较中不正确的是()A锂与水反应不如钠与水反应剧烈B还原性：KNa，故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠C熔、沸点：L
17、iNaKD碱性：LiOHNaOHKOHBK不能在溶液中置换出金属钠，因为K首先和水发生反应。2下列关于A族元素的说法中不符合递变规律的是()AF2、Cl2、Br2、I2的氧化性逐渐减弱BF、Cl、Br、I的还原性逐渐增强CHF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱DHF、HCl、HBr、HI水溶液的酸性逐渐减弱D从F到I原子半径逐渐增大。单质的氧化性逐渐减弱，则其对应阴离子的还原性逐渐增强，故A、B两项均正确；从F到I，其气态氢化物的热稳定性逐渐减弱，C项正确；F半径较小，与氢结合稳定，HF在水中难以电离出H，为弱酸，故酸性强弱关系为HFHClHBrHClHBrHI；D中Y单质能够将X从其盐
18、溶液中置换出来，说明Y非金属性强于X，与题干相反。硅及其化合物的特性1“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？提示：会发生反应生成硅酸，反应的化学方程式为H2OCO2Na2SiO3=Na2CO3H2SiO3，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还弱，上述反应符合强酸制弱酸的原理。2根据反应SiO2Na2CO3CO2Na2SiO3，能判断硅酸的酸性比碳酸强吗？为什么？提示：不能。“强酸制弱酸”一般用于水溶液中的反应。该反应由SiO2生成CO2是在高温下进行的，不是在水溶液环境中进行的。反应能发生是因为产物C
19、O2是气体能脱离反应体系，使反应正向进行。硅及其化合物的特性1硅的特性(1)一般情况下，非金属单质熔、沸点低，硬度小，但晶体硅熔、沸点高，硬度大；非金属单质一般不导电，但Si为半导体，有一定的导电能力。(2)非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si却能与HF反应：Si4HF=SiF42H2。(3)Si的还原性大于C，但C却能在高温下还原出Si：SiO22CSi2CO。(4)非金属单质跟碱液的反应一般非金属单质既作氧化剂又作还原剂，且无H2放出，但Si与碱液(如NaOH溶液)反应只作还原剂，且放出H2：Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2。2硅的化合物的特性(1)SiO2是H2SiO3的酸
20、酐，但它不溶于水，不能直接用它与水反应来制取H2SiO3。(2)非金属氧化物的熔、沸点一般较低，但SiO2的却很高。(3)酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：SiO24HF=SiF42H2O。(4)H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以有Na2SiO3CO2H2O=H2SiO3Na2CO3，但在高温下Na2CO3SiO2Na2SiO3CO2也能发生，原因是CO2是低沸点、易挥发的气体，SiO2是高沸点、难挥发的固体。(5)无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。且易分解：H2SiO3SiO2H2O。1下列有关说法中正确的是()A硅是非金属元素，与任何酸都不发生反应BSiO2
21、溶于水生成硅酸，其水溶液显酸性C硅的性质很稳定，但在自然界中不存在游离态D二氧化硅是酸性氧化物，可以与碱反应，但是不能与酸反应CSi可与HF反应，A错，SiO2不溶于水，B错，SiO2也可与HF反应，D错。2下列说法正确的是 ()ASiO2既可以和NaOH溶液反应，也可以和HF溶液反应，所以SiO2是两性氧化物B向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸制备硅酸凝胶C石英是良好的半导体材料，可以制成光电池D陶瓷的烧制不涉及化学变化BSiO2是酸性氧化物，与NaOH反应生成盐和水，而与HF反应的生成物中没有盐，故A错误；向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀盐酸反应生成硅酸，硅酸是白色胶状物，故B正确；晶体
22、硅是良好的半导体材料，可以制成光电池，将光能直接转化成电能，石英是二氧化硅，不导电，故C错误；烧制陶瓷的过程中有新物质生成，涉及化学变化，故D错误。1钾和钠的性质相似，下列说法中能较好地解释这个事实的是()A最外层电子数相同B都是金属元素C原子半径相差不大 D最高化合价相同AA项，钠和钾都位于元素周期表A族，原子最外层电子数相同，性质相似，正确；B项，金属元素有很多种，但性质不完全相似，错误；C项，同主族元素的原子半径相差较大，但性质相似，错误；D项，最高化合价相同的元素性质不一定相同，如Mg、Cu的最高化合价都为2价，但性质不同，错误。2碱性位于KOH和Mg(OH)2之间的氢氧化物是 ()A
23、RbOH BAl(OH)3CLiOHDNaOHD根据元素周期律，Na的失电子能力介于K与Mg之间，所以NaOH的碱性位于KOH与Mg(OH)2之间。3某主族元素原子的O层上只有1个电子，下列描述正确的是()A其单质在常温下跟水反应不如钠剧烈B其原子半径比钾原子半径小C其碳酸盐易溶于水D其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解C由题意可知该元素在元素周期表的第5周期A族，是Rb，据同主族元素的递变性，Rb比Na活泼，与水反应更剧烈，A错；同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，Rb的半径比K大，B错；因Na2CO3、K2CO3易溶于水，则Rb2CO3易溶于水，C正确；RbOH碱性比NaOH强，RbOH能使Al(
24、OH)3溶解，D错误。4元素周期表中某区域的一些元素多用于制造半导体材料，它们是()A左下方区域的金属元素B金属元素和非金属元素分界线附近的元素C右上方区域的非金属元素D稀有气体元素B半导体材料Si、Ge位于金属元素和非金属元素分界线附近。5下表为元素周期表的一部分，请回答有关问题：AAAAAAA0234(1)和的元素符号分别是_和_。(2)表中最活泼的金属是_(填写元素符号，下同)，非金属性最强的元素是_。(3)表中能形成两性氢氧化物的元素是_，分别写出该元素的氢氧化物与和的最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式：_，_。(4)请设计一个实验，比较与的单质氧化性的强弱：_。解析根据元素周期表中元素的位置可以确定各种元素，如表所示：AAAAAAA02NF3MgAlSiSClAr4KBr答案(1)SiAr(2)KF(3)Al2Al(OH)33H2SO4=Al2(SO4)36H2OAl(OH)3KOH=KAl(OH)4(4)取无色溴化钠的水溶液少许，向其中加入新制氯水，溶液变橙红色