化学新素养同步人教必修二讲义+素养练第1章 第2节 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用.docx
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化学新素养同步人教必修二讲义+素养练第1章第2节第2课时元素周期表和元素周期律的应用
第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
学习目标
核心素养建构
1.了解元素周期表的简单分区。
2.认识周期表是元素周期律的具体表现形式。
3.体会元素周期表和元素周期律在科学研究和工农业生产中的指导意义。
[知识梳理]
一、元素周期表的分区及元素化合价规律
1.金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律
虚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。
【自主思考】
1.据周期表中元素的金属性和非金属性递变规律分析:
什么元素的金属性最强?
什么元素的非金属性最强?
分别位于元素周期表中的什么位置?
提示 铯的金属性最强,氟的非金属性最强,分别位于元素周期表的左下角和右上角。
2.元素的化合价与元素在周期表中的位置之间关系
主族元素的最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数,而非金属的负化合价则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。
所以,非金属元素的最高正化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8。
(1)最高正化合价=主族序数=原子最外层电子数(O、F除外)。
(2)最高正化合价+|最低负化合价|=8。
【自主思考】
2.元素最高正价和最低负价的代数和分别为6、4、2、0,则其分别属于哪一主族?
提示 ⅦA、ⅥA、ⅤA、ⅣA
二、元素周期表和元素周期律的应用
1.根据同周期、同主族元素性质的递变规律判断元素性质的强弱(或大小)。
2.应用于元素“位置—结构—性质”的相互推断。
3.预测新元素
为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。
4.寻找新物质
(1)在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料。
(2)研究氟、氯、硫、磷附近元素,制造新农药。
(3)在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
[效果自测]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)根据元素周期律可知金属性最强的是钫,非金属性最强的是氦( )
(2)金属不可能具有非金属性,非金属不可能具有金属性( )
(3)锗元素属于金属元素,但也具有一定的非金属性( )
答案
(1)×
(2)× (3)√
2.将下面左右两侧对应内容连线
答案
探究一、元素的性质、结构及在周期表中位置的关系
【合作交流】
1.元素在周期表中的位置与原子结构有何必然联系?
提示 原子有几个电子层,元素就位于第几周期;主族元素的原子的最外电子层有几个电子,元素就位于第几主族。
2.原子结构与元素性质之间有何关系?
提示
3.如何根据元素在周期表中的位置推测原子结构和元素的性质?
(从同周期、同主族两方面分析)
提示
(1)同主族元素从上到下:
原子半径逐渐增大,金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱,主要化合价相似,得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强。
(2)同周期元素从左到右:
原子半径逐渐减小,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强,最高正化合价逐渐增大,得电子能力逐渐增强,失电子能力逐渐减弱。
4.如果已知X、Y为周期表中相邻的两元素,且它们的最高价氧化物对应的水化物的酸性大小为:
X>Y,能否确定它们的相对位置?
提示 可根据元素非金属性的变化规律确定它们的相对位置。
由已知条件可确定非金属性为X>Y,所以,如果它们位于同周期,则X在Y的右面;如果它们位于同主族,则X在Y的上面。
【点拨提升】
1.同一元素的“位、构、性”关系可表示如下:
具体表现为:
(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:
2.元素周期律的具体应用
(1)预测未知元素的性质。
依据:
同主族元素性质的递变规律。
如已知卤族元素的性质递变规律,可推知未知元素砹(At)的单质应为有色固体,与氢难化合,HAt不稳定,水溶液呈酸性,AgAt不溶于水等。
(2)比较元素的性质。
依据:
元素周期律。
如比较H2SO4和H2SeO4的酸性强弱,因为S、Se同主族,自上至下,元素的非金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐减弱,故酸性:
H2SO4>H2SeO4。
(3)解释实验现象:
如氟气通入氯化钠溶液中,不是置换出氯气,而是与水发生剧烈反应,由元素周期表的递变规律知氟元素的非金属性最强,氟气是氧化性最强的非金属单质。
(4)寻找新材料:
如在金属元素与非金属元素的分界线附近的元素中寻找半导体材料。
【典题例证1】 X、Y、W、Z为四种短周期主族元素,在周期表中的位置如图所示,W原子的最外层电子数与电子层数相同,下列说法正确的是( )
X
Y
W
Z
A.X只能形成一种氢化物
B.W、X、Y的原子半径依次增大
C.X的简单氢化物的热稳定性比Y的小
D.W的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水
解析 由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置可知,X、Y处于第二周期,W、Z处于第三周期,W原子的最外层电子数与电子层数相同,则W为Al,可推知X为C、Y为N、Z为S。
C与氢元素生成的氢化物为烃类物质,有很多种,A项错误;同周期元素原子的核电荷数越大,原子半径越小,原子核外电子层数越多,原子半径越大,则W、X、Y的原子半径依次减小,B项错误;非金属性:
N>C,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,C项正确;氢氧化铝与弱碱NH3·H2O不反应,D项错误。
答案 C
【学以致用1】 已知同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4,下列判断正确的是( )
A.原子半径按X、Y、Z的顺序逐渐减小
B.单质的氧化性按X、Y、Z的顺序减弱
C.三种元素阴离子的还原性按X、Y、Z的顺序增强
D.气态氢化物的稳定性按X、Y、Z的顺序减弱
解析 同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4,知X、Y、Z的原子序数为X 同周期元素从左到右单质的氧化性逐渐增强,阴离子的还原性逐渐减弱,原子半径逐渐减小,气态氢化物的稳定性逐渐增强,可知正确选项为A。 答案 A 探究二、元素金属性、非金属性的强弱判断 【合作交流】 1.在化学反应中一个金属原子失电子越多,该金属的金属性越强,这句话对吗,为什么? 以Na和Mg为例说明。 提示 金属性强弱的比较,是比较原子失去电子的难易,而不是失去电子的多少。 如Na失去一个电子,而Mg失去两个电子,但Na的金属性比Mg强。 2.能否根据HCl的酸性比H2S强的事实推断氯的非金属性比硫的强? 提示 不能,因为非金属性强弱应根据最高价含氧酸的酸性强弱判断,或者根据氢化物稳定性判断。 【点拨提升】 1.金属性强弱的比较 比较金属性的强弱,其实质是看元素原子失去电子的难易程度,越易失电子,金属性越强。 (1)从元素原子结构判断 当最外层电子数相同时,电子层数越多,原子半径越大,越易失电子,金属性越强。 即: 同一主族,从上到下,元素金属性依次增强。 (2)从元素单质及其化合物的相关性质判断 ①金属单质与水或酸反应越剧烈,元素金属性越强。 ②最高价氧化物对应水化物的碱性越强,元素金属性越强。 (3)根据金属活动性顺序表判断 (4)根据相应离子的氧化性强弱判断 离子的氧化性越强,则对应金属元素的金属性越弱。 如氧化性: Cu2+>Fe2+,则金属性: Cu<Fe。 2.元素非金属性强弱的比较 比较元素非金属性的强弱,其实质是看元素原子得到电子的难易程度,越易得电子,非金属性越强。 (1)从元素原子结构判断 当最外层电子数相同时,核电荷数越多,非金属性越弱。 即: 同一主族,从上到下,元素的非金属性依次减弱。 (2)从元素单质及其化合物的相关性质判断 ①单质越易跟H2化合,生成的氢化物也就越稳定,氢化物的还原性也就越弱,其非金属性也就越强。 ②最高价氧化物对应水化物的酸性越强,其非金属性就越强。 如H2SO4的酸性强于H3PO4,说明S的非金属性比P强。 ③非金属单质间的置换反应,例如: Cl2+2KI===2KCl+I2,说明非金属性氯比碘强。 ④元素的原子对应阴离子的还原性越强,元素的非金属性就越弱。 如还原性: S2->Cl-,非金属性: Cl>S。 特别提醒 (1)比较元素金属性强弱的关键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Na失去一个电子,而Mg失去两个电子,但金属性Na比Mg强。 (2)氧化性和还原性讨论的对象是具体物质或某物质中的特定粒子,具体表现在该物质中某元素的原子得失电子的能力。 【典题例证2】 可以说明硫元素的非金属性比氯元素的非金属性弱的是( ) ①HCl的溶解度比H2S的大;②HClO的氧化性比H2SO4的强;③HClO4的酸性比H2SO4的强;④HCl比H2S稳定;⑤氯原子最外层有7个电子,硫原子最外层有6个电子;⑥Cl2能与铁反应生成FeCl3,硫与铁反应生成FeS;⑦Cl2可以从H2S溶液中置换出S;⑧同浓度的HCl和H2S的水溶液,前者酸性强;⑨HCl(或Cl-)还原性比H2S(或S2-)弱 A.③④⑤⑥⑦⑨B.③④⑥⑦⑧ C.①②⑤⑥⑦⑨D.③④⑥⑦⑨ 解析 (1)①溶解度与元素的非金属性没有直接关系;②应该用最高价氧化物对应水化物的酸性来比较元素非金属性的强弱;⑤元素原子得电子能力的强弱不仅与原子最外层电子数有关,还与电子层数等有关,电子层数少的原子不一定得电子能力强,元素的非金属性就不一定强;⑧不能根据无氧酸的酸性强弱比较元素非金属性的强弱。 (2)最高价氧化物水化物的酸性强弱、气态氢化物的稳定性、非金属单质的氧化性及单质间的置换反应能说明元素非金属性的强弱。 不同非金属单质与同一种变价金属反应后金属价态越高,非金属元素原子得电子能力越强,元素的非金属性越强。 ③④⑥⑦能说明氯的非金属性强于硫。 非金属元素阴离子或氢化物的还原性越强,说明越易失电子,则对应的非金属元素原子得电子能力越弱。 ⑨能证明氯原子得电子能力强于硫,则氯的非金属性强于硫。 答案 D 【学以致用2】 下列比较不正确的是( ) A.原子半径: K>Cl>Na B.热稳定性: HF>H2O>PH3 C.酸性强弱: HClO4>H2SO4>H3PO4 D.碱性强弱: KOH>NaOH>Mg(OH)2 解析 电子层数越多,原子半径越大,同周期元素从左向右原子半径逐渐减小,则原子半径: K>Na>Cl,A项错误;非金属性: F>O>P,则热稳定性: HF>H2O>PH3,B项正确;非金属性: Cl>S>P,则酸性: HClO4>H2SO4>H3PO4,C项正确;金属性: K>Na>Mg,则碱性: KOH>NaOH>Mg(OH)2,D项正确。 答案 A 1.已知元素镭(Ra)是第七周期第ⅡA族的元素,下列有关推断不正确的是( ) A.RaSO4难溶于水 B.RaCO3的热稳定性较好 C.Ra能与冷水反应 D.Ra(OH)2的碱性很强 解析 A项,由硫酸镁可溶于水,硫酸钙微溶于水,硫酸钡难溶于水,可推出第ⅡA族元素的硫酸盐的溶解性变化规律是从上到下逐渐降低,故RaSO4难溶于水,A项正确;B项,由MgCO3、CaCO3、BaCO3受热均能分解可知,RaCO3的热稳定性不好,B项错误;C项,由Mg与冷水缓慢反应,Ca与冷水剧烈反应,可推出从上到下第ⅡA族元素的单质与冷水的反应由难到易,C项正确;D项,根据同主族元素性质的递变规律及Ba(OH)2是强碱可知,D项正确。 答案 B 2.下列说法正确的是( ) A.在元素周期表中金属与非金属分界线左边的元素均为金属元素 B.Na、Mg、Al的还原性依次减弱 C.F、Cl、Br的非金属性依次增强 D.NaOH、KOH、Mg(OH)2的碱性依次减弱 解析 在元素周期表中金属在分界线左边,但分界线左边的并不都是金属元素,如氢元素,A错;Na、Mg、Al位于同一周期,根据元素周期律,其还原性依次减弱,B正确;F、Cl、Br位于同一主族,根据元素周期律,其非金属性依次减弱,C错;K的金属性强于Na,KOH碱性强于NaOH,D错。 答案 B 3.已知砷(As)为第ⅤA族元素,下列砷元素形成的化合物的化学式错误的是( ) A.氢化物: AsH3 B.最高价氧化物: As2O5 C.砷化钠: NaAs D.含氧酸: H3AsO4 解析 砷的化合价为-3、+3、+5,根据化合价规则可知C项错误。 答案 C 4.已知短周期主族元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示,下列说法正确的是( ) A.原子半径: Z>Y>X B.X元素位于第2周期 C.气态氢化物的稳定性: X>Y>Z D.最高价氧化物水化物的酸性: Y>Z>X 解析 由X、Y、Z为短周期元素及三者位置可推测X元素位于第2周期,B正确;原子半径: Z>X>Y,A错误;非金属性越强,对应的气态氢化物越稳定,最高价氧化物对应的水化物酸性越强,因非金属性: Y>X>Z,则气态氢化物稳定性: Y>X>Z,最高价氧化物对应水化物的酸性: Y>X>Z,C、D错误。 答案 B 5.元素周期表是学习化学的重要工具,它隐含着许多信息和规律。 下表所列是五种短周期元素的原子半径及主要化合价(已知铍的原子半径为0.089nm)。 元素代号 A B C D E 原子半径/nm 0.16 0.143 0.102 0.099 0.074 主要化合价 +2 +3 +6、-2 -1 -2 (1)用元素代号标出它们在周期表中对应位置(以下为周期表的一部分)。 (2)B元素处于周期表中第________周期第________族。 (3)C、D的简单离子的半径由大到小顺序为________(填离子符号)。 (4)上述五种元素的最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是________(填化学式)。 (5)C、E形成的化合物为________(填化学式)。 解析 (1)由主要化合价和原子半径知A为Mg,B为Al,C为S,D为Cl,E为O。 (2)B处于周期表中第三周期第ⅢA族。 (3)C、D的简单离子分别为S2-、Cl-,半径大小为: S2->Cl-。 (4)最高价氧化物对应的水化物分别为Mg(OH)2、Al(OH)3、H2SO4、HClO4,其中HClO4酸性最强。 (5)S与O形成的化合物有SO2和SO3。 答案 (1) (2)三 ⅢA (3)S2->Cl- (4)HClO4 (5)SO2、SO3 课时作业 1.元素周期表可以指导人们进行规律性的推测和判断,下列说法不正确的是( ) A.若 和 的核外电子层结构相同,则原子序数: a=b+3 B.由水溶液的酸性: HCl>HF,可推断出元素的非金属性: Cl>F C.锗与硅位于金属与非金属的交界处,都能作半导体材料 D.S和Se分别位于第ⅥA族的第三、四周期,则氢化物的稳定性: H2S>H2Se 解析 的核外电子数为a-2, 的核外电子数为b+1,由核外电子层结构相同可知a-2=b+1,则a=b+3,A项正确;HCl和HF不是最高价含氧酸,所以不能根据二者酸性强弱来判断元素非金属性的强弱,B项错误;锗与硅位于金属与非金属的交界处,都可以作半导体材料,C项正确;同一主族元素从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,S的非金属性比Se强,则氢化物的稳定性: H2S>H2Se,D项正确。 答案 B 2.镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系,它们的性质相似。 例如,它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等,下列关于锂的叙述不正确的是( ) A.Li2SO4能溶于水 B.LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱 C.Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象 D.Li2CO3受热分解,生成Li2O和CO2 解析 根据题中信息,将镁的有关性质进行迁移应用,可推测锂的有关性质。 由Mg、Mg(OH)2、MgCO3、MgSO4的性质推测相应的Li及其化合物的性质。 MgSO4易溶于水,Mg(OH)2是难溶、易分解的中强碱,Mg与浓硫酸能发生反应,MgCO3受热易分解生成MgO和CO2,故B项不正确。 答案 B 3.已知短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X元素原子的最外层电子数是内层电子数的3倍,Y与X能形成两种化合物,Z所在的周期序数与族序数相同。 下列说法正确的是( ) A.Y的单质能从Z的盐溶液中置换出Z B.氢化物的热稳定性: X>W C.Y、Z两元素只能形成阳离子 D.简单离子的半径大小: W>Y>Z>X 解析 由题给信息可知,X、Y、Z分别为O、Na、Al,W是Si、P、S、Cl中的一种。 A项,钠不能从铝的盐溶液中置换出金属铝,A项错误;B项,氧元素的非金属性比氟以外的其他元素的非金属性强,故氢化物的稳定性: X>W,B项正确;C项,铝能形成AlO ,C项错误;D项,O2-、Na+、Al3+的电子层结构相同,核电荷数越少,离子半径越大,故O2-的半径比Na+、Al3+大,D项错误。 答案 B 4.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的位置如图所示,其中Y所处的周期序数与主族序数之和为8。 下列说法错误的是( ) A.Z元素的氧化物对应水化物的酸性一定弱于W B.4种元素中Z的原子半径最大 C.X、Z、W中最简单气态氢化物稳定性最弱的是Z D.X、Y、Z的原子均能与氢原子形成四原子分子 解析 根据题图,短周期元素X、Y位于第2周期,Z、W位于第3周期,Y所处的周期序数与主族序数之和为8,则Y为O;所以X为N、Z为P、W为Cl。 A项,Z元素的氧化物对应水化物可能为H3PO4和H3PO3,W元素的氧化物对应水化物可能为HClO4、HClO3、HClO等多种含氧酸,其中H3PO4的酸性大于HClO,错误;B项,根据原子半径变化规律,P的原子半径最大,正确;C项,N、P、Cl中非金属性最弱的是P,所以P的最简单氢化物稳定性最弱,正确;D项,X、Y、Z的原子可分别与氢原子形成NH3、H2O2、PH3,均为四原子分子,正确。 答案 A 5.a、b、c、d为短周期元素,a的原子中只有1个电子,b2-和c+离子的电子层结构相同,d与b同族。 下列叙述错误的是( ) A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为+1 B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物 C.c的原子半径是这些元素中最大的 D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性 解析 由“a的原子中只有1个电子”知,a为氢元素;由“b、c为短周期元素且b2-和c+的电子层结构相同”知,b为氧元素、c为钠元素;又由“d为短周期元素且d与b同族”知d为硫元素。 A项,氢与氧、硫形成的化合物H2O、H2O2、H2S中氢的化合价均为+1,氢与钠形成的化合物NaH中氢的化合价为-1价,错误;B项,氧与氢可形成H2O、H2O2,氧与钠可形成Na2O、Na2O2,氧与硫可形成SO2、SO3,正确;C项,根据同主族、同周期原子半径递变规律知,H、O、Na、S的原子半径大小为Na>S>O>H,正确;D项,硫和氢形成的化合物H2S的溶液,由于H2S的电离H2SH++HS-,使溶液呈弱酸性,正确。 答案 A 6.运用元素周期律分析下面的推断,其中错误的是( ) ①铍(Be)的氧化物的水化物可能具有两性 ②铊(Tl)既能与盐酸作用产生氢气,又能与NaOH溶液反应放出氢气 ③砹(At2)为有色固体,HAt不稳定,AgAt不溶于水也不溶于稀硝酸 ④锂(Li)在氧气中剧烈燃烧,产物是Li2O2,锂溶于水生成一种强碱 ⑤硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体 ⑥硒化氢(H2Se)是无色、有毒、比H2S稳定的气体 A.①②③④B.②④⑥ C.①③⑤D.②④⑤ 解析 ①铍(Be)的氧化物的水化物和铝的氧化物的水化物氢氧化铝性质相似,可能具有两性,故①正确;②铊(Tl)和铝位于同一主族,同主族元素从上到下,金属性逐渐增强,Tl只能和酸反应放出氢气,故②错误;③根据卤族元素单质的递变规律以及对应银盐的性质变化规律,可以推知砹(At2)为有色固体,HAt不稳定,AgAt不溶于水也不溶于稀硝酸,故③正确;④根据钠和锂的性质的递变规律和性质的相似性,可以推知锂(Li)在氧气中剧烈燃烧,产物是Li2O,锂溶于水生成一种强碱,故④错误;⑤根据第ⅡA族元素对应硫酸盐的性质的递变规律,可以推知硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体,故⑤正确;⑥硒化氢(H2Se)是无色、有毒、不如H2S稳定的气体,故⑥错误。 答案 B 7.某同学设计如下元素周期表,以下说法正确的是( ) A.X、Y、Z元素分别为N、P、O B.白格中都是主族元素,灰格中都是副族元素 C.原子半径: Z>X>Y D.X、Y、Z的气态氢化物中最稳定的是Y的氢化物 解析 从元素周期表中找出规律,左侧第二周期原子序数应是3、5、6、7,右侧第二周期原子序数应为4、8、9、10,左侧第三周期原子序数应为11、13、14、15,右侧第三周期原子序数应为12、16、17、18,故X、Y、Z三种元素分别是N、P、O,A正确;白格中的He、Ne、Ar都是稀有气体,0族的,不属于主族元素,B错误;原子半径大小: P>N>O,C错误;非金属性越强,其氢化物越稳定,非金属性: O>N>P,最稳定的是O的氢化物,D错误。 答案 A 8. (1)X元素的原子核外有2个电子层,其中L层有5个电子,该元素在周期表中的位置为__________________________________________________, 最高价氧化物的化学式为________,该元素的氢化物和最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式为_____________________________________________ ____________________________________________________________。 (2)Y为短周期元素,若其最高价氧化物对应水化物的化学式为HYO3,则此时Y元素的化合价为________,Y原子的最外层电子数为________,其气态氢化物的化学式为________。 解析 (1)由X元素的原子结构可知,X为氮元素,其最高价氧化物的化学式为N2O5,其气态氢化物的化学式为NH3,该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为HNO3。 (2)Y元素的最高价为+5价,则Y原子的最外层电子数为5,其气态氢化物的化学式为YH3。 答案 (1)第二周期第ⅤA族 N2O5 NH3+HNO3===NH4NO3 (2)+5价 5 YH3 9.A、B、C、D、E五种短周期主族元素,前三种元素在周期表中的位置如图所示: ,A、B、C三种元素中有两种元素的最高价氧化物对应的水化物是强酸,D元素的原子半径在短周期元素中最大,E是最高正价为+1的非金属元素。 (1)C在周期表中的位置是______________________________________。 (2)A、B、C三种元素中两种元素所形成的两种强酸的分子式分别为_____________________________________________; 上述五种元素形成的简单离子中,电子层结构相同的离子的半径由大到小的顺序为____________________。 (3)举例说明C的非金属性比B的非金属性强: ____________________________。 (4)D的单质与E所形成的最常见化合物能发生剧烈反应,写出相应的离子方程式: ____________________
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