专题06同主族同主族元素性质的递变（实验11）

第四章物质结构元素周期律专题06同周期、同主族元素性质的递变（实验11）1.同主族元素性质递变规律（1）碱金属单质与氧气反应物质钠钾实验现象钠迅速熔化成闪亮的小球，剧烈燃烧，火焰呈黄色，反应生成淡黄色固体钾剧烈燃烧，火焰呈紫色，反应生成白色固体反应方程式2Na+O2Na2O2K+O2KO2实验结论碱金属单质的金属性越强，与氧气反应越剧烈，产物越复杂（2）碱金属单质与氧气水反应物质钠钾实验操作实验现象金属浮在水面上；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，钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧反应方程式2Na+2H2O=2NaOH+H2↑2K+2H2O=2KOH+H2↑实验结论与水反应剧烈程度：K>Na，金属的活泼性：K>Na(3)卤素单质之间的置换反应实验操作实验现象化学方程式静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈橙红色Cl2＋2KBr=2KCl＋Br2静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色Cl2＋2KI=2KCl＋I2静置后，液体分层，上层接近无色，下层呈紫红色Br2＋2KI=2KBr＋I2实验结论Cl2→I2氧化性逐渐减弱，相应的卤素离子还原性逐渐增强2.同周期元素性质递变规律（1）钠、镁与水的反应钠镁实验操作实验现象钠熔成小球，浮于水面，四处游动，有“嘶嘶”的响声，反应后溶液加酚酞变红加热前，镁条表面附着了少量无色气泡，加热至沸腾后，有较多的无色气泡冒出，滴加酚酞溶液变为粉红色反应方程式2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑Mg＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑实验结论钠、镁均能与水反应，钠比镁活泼，金属性：Na>Mg（2）最高价氧化物对应水化物碱性的比较钠镁实验操作向AlCl3溶液中加入过量氨水，产生白色沉淀，将沉淀分装在两只试管中，分别向试管中加入稀盐酸和氢氧化钠溶液，边滴加边振荡，观察实验现象向MgCl2溶液中加入过量氨水，产生白色沉淀，将沉淀分装在两只试管中，分别向试管中加入稀盐酸和氢氧化钠溶液，边滴加边振荡，观察实验现象实验现象白色沉淀溶解与盐酸和氢氧化钠溶液白色沉淀只溶解于盐酸反应原理AlCl3＋3NH3·H2O=3NH4Cl＋Al(OH)3↓Al(OH)3＋3NaOH=NaAl(OH)4Al(OH)3＋3HCl=AlCl3＋3H2OMgCl2＋2NH3·H2O=2NH4Cl＋Mg(OH)2↓Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O实验结论碱性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3，金属性：Na>Mg>Al拓展一：验证卤素单质氧化性的相对强弱实验装置：实验操作：打开弹簧夹，打开活塞a，滴加浓盐酸；当B和C中的溶液都变为黄色时，夹紧弹簧夹；当B中溶液由黄色变为棕红色时，关闭活塞a；打开活塞b，将少量C中溶液滴入D中，关闭活塞b，取下试管D震荡，静置。实验现象：A中有黄绿色气体生成，B、C中溶液颜色由无色变为棕红色，D中CCl4层溶液颜色变为紫红色。实验结论：Cl2→I2氧化性逐渐减弱，相应的卤素离子还原性逐渐增强。拓展二：探究碳、硅元素的非金属性的相对强弱实验装置：实验现象：B、D中由无色气泡生成，E中溶液紫色变浅，F中有白色胶状沉淀生成。实验结论：酸性：H2CO3＞H2SiO3，非金属性：C＞Si。【典例1】（2023上·云南大理·高三云南省下关第一中学校考期中）某小组为探究Cl2、Br2、I2的氧化性强弱，设计实验如下：【查阅资料】稀溴水呈黄色；浓溴水呈红棕色；碘水呈棕黄色。氧化性强弱探究：实验Ⅰ

实验Ⅱ取a中的黄色溶液少许，加入KI溶液，再加入淀粉溶液实验Ⅲ另取a中的黄色溶液少许，先加入足量的NaBr固体，充分振荡，然后加入KI溶液和淀粉溶液【分析与解释】(1)实验Ⅰ中a试管中反应的离子方程式是。(2)①甲同学认为：实验Ⅱ观察到现象，得出氧化性：Br2>I2。②乙同学对上述实验进行反思，认为实验Ⅱ不能充分证明氧化性：Br2>I2；他补做了实验Ⅲ。补做实验Ⅲ的目的是。【答案】(1)Cl2＋2Br=Br2＋2Cl(2)溶液变蓝除去a中未反应的Cl2，防止其氧化I，对后续实验产生干扰【解析】（1）由实验Ⅰ的现象可知，a中反应的离子方程式为Cl2＋2Br=Br2＋2Cl，可得氧化性：Cl2>Br2；（2）b中反应的离子方程式为Cl2＋2I=I2＋2Cl，得到氧化性：Cl2>I2；则要根据反应：Br2＋2I=I2＋2Br，得出氧化性：Br2>I2，实验Ⅱ观察到淀粉溶液变蓝色，可说明溴单质置换出碘单质；补做实验Ⅲ的目的是实验时要除去a中未反应的Cl2，防止其氧化I产生干扰。【典例2】（2023·青海一中开学考试）在“比较钠、镁、铝金属活泼性”实验中，甲、乙两组的实验如下：甲组乙组实验步骤实验现象实验步骤实验现象1.取两支试管，加入水，各滴入2滴酚酞试液，分别加入一小粒金属钠和少量镁粉，观察现象。将加入镁粉的试管加热至沸腾，观察现象。钠：在冷水中，浮于水面，熔成小球，四处游动，逐渐缩小，溶液很快变红色。镁：在冷水中几乎无现象，加热至沸后产生大量气体，溶液变红。1.取两支试管，加入水，各滴入2滴酚酞试液，分别加入一小粒金属钠和少量镁粉，观察现象。将加入镁粉的试管加热至沸腾，观察现象。钠：在冷水中，浮于水面，熔成小球，四处游动，逐渐缩小，溶液很快变红色。镁：在冷水中几乎无现象，加热至沸后产生大量气体，溶液变红。2.取一小块铝和一小块镁带，用砂纸擦去表面的氧化膜，分别同时投入盛有盐酸的两个试管中，观察现象。镁：剧烈反应，很快产生大量气体。铝：也产生大量气体，但反应比镁慢。2.取一小块铝和一小块镁带，分别同时投入盛有盐酸的两个试管中，观察现象。镁：开始时没有现象，过一会儿产生大量气体。铝：基本没有变化。(1)写出钠和水反应的化学方程式。(2)下列实验依据可判断某元素的金属性强弱的是___________。A．导电性的强弱B．跟非金属反应生成化合物的价态高低C．该金属跟酸反应放出氢气的多少D．最高价氧化物对应水化物碱性的强弱(3)钠、镁、铝金属活泼性由强到弱顺序是；甲、乙两组实验中，组的实验更可靠，另一组不可靠的原因可能是。(4)下列性质比较中错误的是___________。A．元素的非金属性：P>SB．离子的还原性：C．含氧酸的酸性：D．气态氢化物的热稳定性：(5)运用元素周期律分析下面的推断，其中错误的是___________。A．硼的氧化物的水化物可能具有两性B．砹(87At)为有色固体，不稳定，见光容易分解，不溶于水也不溶于稀酸C．氢氧化铷(37RbOH)易溶于水D．硒化氢(34Se)是无色、有毒、比稳定的气体【答案】(1)2Na+2H2O═2NaOH+H2↑(2)D(3)钠＞镁＞铝乙没有除去金属表面的氧化膜，氧化铝性质稳定不易与酸反应(4)A(5)AD【解析】（1）钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，反应的化学方程式2Na+2H2O═2NaOH+H2↑，故答案为：2Na+2H2O═2NaOH+H2↑；（2）A．金属的导电性属于物理性质，导电性的强弱与金属性强弱无关，A错误；B．金属单质在反应中失去电子的能力越强则失电子的能力越强，与失去电子的多少无关，即生成的价态高低无关，B错误；C．金属元素的单质与水或酸反应置换出氢气越容易，则失电子能力越强，金属性越强，与生成氢气多少无关，C错误；D．金属元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性越强，则失电子能力越强，金属性越强，D正确；故答案为：D；（3）钠：在冷水中，浮于水面，熔成小球，四处游动，逐渐缩小，溶液很快变红色；镁：在冷水中几乎无现象，加热至沸后产生大量气体，溶液变红，钠比镁与水反应剧烈，所以钠比镁，而镁：剧烈反应，很快产生大量气体；铝：也产生大量气体，但反应比镁慢，镁与酸反应比铝剧烈，所以镁比铝活泼，综上所述活泼性由强到弱顺序是：钠＞镁＞铝；铝是活泼的金属，表面极易被氧化，形成致密的氧化膜，所以甲组的实验更可靠，故答案为：钠＞镁＞铝；乙；没有除去金属表面的氧化膜，氧化铝性质稳定不易与酸反应；（4）A．已知同一周期从左往右元素非金属依次增强，即元素的非金属性：P＜S，A错误；B．已知同一主族从上往下元素非金属性依次减弱，则单质的氧化性依次减弱，对应阴离子的还原性依次增强，即离子的还原性：，B正确；C．已知同一周期从左往右元素非金属依次增强，同一主族从上往下元素非金属性依次减弱，即非金属性S大于C，最高价氧化物对应水化物的酸性与其非金属性一致，即最高价含氧酸的酸性：，C正确；D．已知同一主族从上往下元素非金属性依次减弱，故非金属性O＞S，故气态氢化物的热稳定性：，D正确；故答案为：A；（5）A．B为第ⅢA族非金属性元素，则硼的氧化物的水化物具有弱酸性，A错误；B．由同主族化合物性质相似可知，HAt不稳定，AgAt感光性强，但不溶于水也不溶于稀酸，但At为第六周期ⅦA族元素，卤族元素随电子层数的增多，单质的颜色不断加深，所以At2为有色固体，B正确；C．金属性Rb＞Na，NaOH为易溶于水的强碱，则氢氧化铷（RbOH）易溶于水，C正确；D．硒是第四周期第VI A族元素，硒化氢的性质与H2S相似，但非金属性S强，没有H2S稳定，D错误；故答案为：AD。1．（2023·四川绵阳·统考模拟预测）用下列实验装置进行相应的实验，能达到实验目的的是A．用图①装置验证非金属性：Cl>C>SiB．按图②所示的气流方向可用于收集Cl2C．用图③装置高温灼烧Ag2S制取AgD．用图④装置制备氢氧化铁胶体2．（2023·安徽安庆·安庆一中校考三模）下列操作能达到实验目的的是选项实验操作实验目的A将含有二氧化硫的气体通入硫酸酸化的高锰酸钾溶液中，然后加入足量氯化钡溶液通过测定白色沉淀的质量，可推算二氧化硫的物质的量B向NaBr溶液中滴入少量氯水和苯，振荡、静置，溶液上层呈橙红色验证Br还原性强于ClC用滤纸将待提纯的氢氧化铁胶体包好，放入盛有蒸馏水的烧杯中，更换蒸馏水，重复几次除去氢氧化铁胶体中的.Fe3+、ClD在醋酸铅稀溶液中通入H2S气体，观察现象判断H2S与CH3COOH酸性强弱3．（2023·北京西城·北师大实验中学校考三模）由下列实验及相应事实推理所得的结论，不能用元素周期律解释的是实验事实结论A将体积相同的和分别投入冷水与反应更剧烈金属性：B将足量硫酸与溶液混合生成非金属性：C分别加热气体和气体气体更易分解稳定性：D工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅非金属性：4．（2023·江西南昌·统考二模）元素周期表中前20号元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大。R和Y位于同主族，X的简单离子半径在同周期元素中最小。由这四种元素组成一种化合物Q，在Q的溶液中滴加Ba(OH)2溶液。产生沉淀的物质的量与Ba(OH)2的物质的最的关系如图所示，下列说法正确的是A．简单离子半径：Z>YB．简单气态氯化物的热稳定性：Y>RC．Q的水溶液显酸性、可作为净水剂D．M点沉淀物有2种，且物质的量之比为4：15．（2023·河北保定·校联考三模）一种由短周期主族元素组成的化合物，其阴离子结构如图所示。W、X、Y、Z原子序数之和为20，下列有关叙述不正确的是A．稳定性：ZW4<W2Y B．原子半径：W<Y<Z<XC．X的最高价氧化物对应的水化物是强酸 D．非金属性：X<W<Z<Y6．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考三模）类比推理是重要的学科思想，下列根据已知内容进行的推理正确的是选项已知推理AAl(OH)3是弱碱Fe(OH)3也是弱碱B电解熔融的MgCl2冶炼镁电解熔融的AlCl3也能冶炼铝C钠在空气中燃烧生成Na2O2锂在空气中燃烧也会生成Li2O2D将SO2通入BaCl2溶液中无沉淀生成将CO2通入BaCl2溶液中也无沉淀生成7．（2024上·北京·高三中央民族大学附属中学校考阶段练习）氯气在生产生活中应用广泛。(1)实验室可用与浓盐酸反应制取，反应原理如下：，若制得标准状况下，则被氧化的为。(2)多余的氯气可用溶液吸收，反应的离子方程式为。工业上也可用溶液吸收氯气获得，广泛应用于电子工业、印染工业等领域。请写出该化学反应的离子方程式。(3)海底蕴藏着丰富的锰结核矿，其主要成分是。1991年由Allen等人研究，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制备纯净的，其制备过程如图所示：①步骤1中，试剂甲必须具有的性质是(填序号)。A．氧化性

B．还原性

C．酸性②步骤Ⅲ中，以为氧化剂，当生成时，消耗的溶液，该反应的离子方程式为。(4)已知：①常温下与浓盐酸反应可制得。②不溶于水。根据如图所示装置回答以下问题。①利用如图装置可以验证元素非金属性的变化规律。图中装置的名称是。干燥管的作用是。②实验室中现有药品、、浓盐酸、，请选择合适药品设计实验验证氯的非金属性强于硫：烧瓶中发生反应的离子方程式为。装置中的实验现象为有淡黄色沉淀生成，离子方程式为。8．（2024·新疆克拉玛依·统考模拟预测）某化学研究性学习小组为学习了元素性质后，分别设计了如下实验：（1）甲同学想探究“铝热反应”中熔融物的成分，他查阅《化学手册》得到Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750……①由此甲同学推测，教材中铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。其理由是：。②设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝，该实验所用试剂是，反应的离子方程式为。③甲同学为确定熔融物中是否还会有残留的Fe2O3，将熔融物用酸完全溶解后加入KSCN试剂。请你分析该设计是否正确（填“正确”或“不正确”），理由是（用离子方程式表示）。（2）乙同学设计了如下图装置验证元素性质递变规律。A、B、C处分别是蘸有NaBr溶液的棉花、湿润的淀粉KI试纸、湿润的红纸。已知常温下浓盐酸与高锰酸钾能反应生成氯气。乙同学可能观察到的现象有。

从环保角度考虑，该装置有明显不足，请提出改进建议。（3）丙同学欲比较N、C、Si的非金属性强弱，设计了下图所示的实验装置，其设计能否达到实验目的（填“能”或“不能”），理由是。参考答案1．B【解析】A．图①装置中，盐酸制取，可以生成，只能证明酸性：，因为盐酸不是最高价含氧酸，所以不能证明氯元素的非金属性强，A错误；B．氯气的密度大于空气，可以用向上排空气法收集，图②所示的气流方向可用于收集Cl2，B正确；C．高温灼烧固体应在坩埚中进行，蒸发皿只能用于蒸发溶液，C错误；D．制备氢氧化铁胶体是向沸水中滴加饱和溶液，加热煮沸至液体呈红褐色，图④装置用饱和溶液与氢氧化钠溶液反应得到氢氧化铁沉淀而不是氢氧化铁胶体，D错误；故选B。2．B【解析】A．硫酸酸化的高锰酸钾溶液中含有硫酸根离子，能和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，故该实验不能够测定二氧化硫的量，A错误；B．溴化钠和氯气反应氯化钠和溴单质，溴溶解在苯中，显橙红色，说明溴离子的还原性强于氯离子，B正确；C．胶体也能通过滤纸，C错误；D．醋酸铅能和硫化氢反应生成硫化铅沉淀和醋酸，是因为硫化铅是难溶物质，不是因为硫化氢的酸性比醋酸强，D错误；故选B。3．D【解析】A．将体积相同的Na和K分别投入冷水中，K与H2O反应更剧烈，因同主族元素从上到到下金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，则金属性K>Na，A不符合题意；B．将足量硫酸与Na3PO4溶液混合，生成H3PO4，说明硫酸可以制取H3PO4，则硫酸的酸性比磷酸的酸性强，根据最高价含氧酸的酸性强弱可以比较非金属性的强弱，则非金属性:S>P，B不符合题意；C．分别加热HCl气体和HI气体，HI气体更易分解，根据同主族非金属元素从上到下非金属性逐渐减弱，非金属氢化物的稳定性逐渐减弱，则稳定性:HCl>HI，C不符合题意；D．工业上用焦炭还原石英砂制得粗硅：，反应中碳为还原剂，硅为还原产物，说明碳的还原性大于硅，但比较非金属性要通过单质的氧化性比较，故不能说明非金属性：，D符合题意；故选D。4．C【分析】元素周期表中前20号元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大。R和Y位于同主族，X的简单离子半径在同周期元素中最小。由这四种元素组成一种化合物Q，在Q的溶液中滴加Ba(OH)2溶液。产生沉淀的物质的量与Ba(OH)2的物质的最的关系如图所示，则X为Al，1mol氢氧化钡会溶解2mol氢氧化铝，但实际只有1mol沉淀，说明还生成了另外的1mol沉淀，加入3mol氢氧化钡会生成2mol氢氧化铝沉淀和3mol其他沉淀，则另外3mol沉淀是硫酸钡和碳酸钡沉淀，又根据R和Y位于同主族，则R为O，Y为S，Z为K，Q为硫酸铝钾。A．根据同电子层结构核多径小，则简单离子半径：Y＞Z，故A错误；B．根据非金属性越强，其气态氢化物越稳定，则简单气态氯化物的热稳定性：R＞Y，故B错误；C．Q为硫酸铝钾，铝离子水解生成氢氧化铝和氢离子，因此其水溶液显酸性、可作为净水剂，故C正确；D．M点沉淀物有2种，1mol硫酸铝钾溶液中加入3mol氢氧化钡得到3mol硫酸钡和1mol氢氧化铝，其物质的量之比为3：1，故D错误。综上所述，答案为C。5．C【分析】根据阴离子结构图，阴离子带一个单位负电荷，只有X是一个原子，因此该电子被X所得，形成四个共价键，则其中一个键为配位键，X提供的空轨道，则X原子正常形成三个共价键，最外层有3个电子，X为B；W形成一个共价键，结合原子序数可知W为H；Z形成四个共价键，最外层有4个电子，Z为C；Y形成两个共价键，最外层有6个电子，Y为O，据此分析解题。A．由分析可知，W为H、Y为O，Z为C，非金属性O>C，氢化物稳定性：H2O>CH4，A正确；B．由分析可知，W为H、X为B、Y为O，Z为C，一般电子层数越多半径越大，同周期元素核电荷数越大半径越小，原子半径H<O<C<B即W<Y<Z<X，B正确；C．由分析可知，X为B，故X的最高价氧化物对应的水化物是H3BO3，为弱酸，C错误；D．由分析可知，W为H、X为B、Y为O，Z为C，电负性越大，非金属性越强，故非金属性：B<H<C<O，D正确；故答案为：C。6．AD【解析】A．Al(OH)3是难溶性弱碱，Fe(OH)3也是难溶性弱碱，故A正确；B．MgCl2为离子化合物，熔融态能导电，故可电解熔融的MgCl2冶炼镁，AlCl3为共价化合物，熔融态不导电，不能用于冶炼铝，故B错误；C．钠在空气中燃烧生成Na2O2，锂在空气中燃烧也会生成Li2O，故C错误；D．根据强酸制备弱酸的规律可知，二氧化硫为亚硫酸酸酐，与BaCl2溶液不反应，二氧化碳为碳酸酸酐，与BaCl2溶液不反应，故D正确；故选AD。7．(1)1(2)Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O2Mn2++Cl2+3H2O═Mn2O3↓+6H++2Cl—(3)b2ClO+5Mn2++4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+(4)分液漏斗防倒吸2MnO＋10Cl—＋16H＋=2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2OCl2＋S2—=S↓＋2Cl—【解析】（1）由方程式可知，标准状况下生成11.2L氯气，被氧化的氯化氢的物质的量为×2=1mol，故答案为：1；（2）氯气与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠、次氯酸钠和水，反应的离子方程式为Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O；由题意可知，氯气与硫酸锰溶液反应生成三氧化二锰沉淀、硫酸和盐酸，反应的离子方程式为2Mn2++Cl2+3H2O═Mn2O3↓+6H++2Cl—，故答案为：Cl2+2OH—=Cl—+ClO—+H2O；2Mn2++Cl2+3H2O═Mn2O3↓+6H++2Cl—；（3）①由题给流程可知，锰结核矿在酸性条件下被还原为锰离子，则甲物质做反应的还原剂，故选b；②由题意可知，生成0.050mol二氧化锰时消耗0.10mol•L1的氯酸钠溶液200mL，设氯酸钠的还原产物中氯元素的化合价为a，由得失电子数目守恒可得：0.10mol/L×0.2L×(5—a)=0.05mol×2，解得a=0，则硫酸锰溶液与氯酸钠溶液反应生成二氧化锰沉淀、氯气、硫酸钠和硫酸，反应的离子方程式为2ClO+5Mn2++4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+，故答案为：2ClO+5Mn2++4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+；（4）①由题给实验装置图可知，仪器A为分液漏斗；图中仪器D为干燥管，干燥管的容积大，可以防止氯气与装置C中溶液反应时产生倒吸，故答案为：分液漏斗；防倒吸；②烧瓶中发生的反应为浓盐酸与高锰酸钾固体反应生成氯化钾