高中化学人教版学案第四章第二节第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一、金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律1．请填写出图中序号所示内容：①增强，②Al，③Si，④非金属，⑤金属，⑥增强，⑦增强，⑧增强。2．分界线附近的元素既表现出金属元素的性质，又表现出非金属元素的性质。二、元素化合价与其在周期表中的位置关系1．价电子：(1)定义：与元素的化合价有关的电子。(2)具体内容：主族元素的价电子就是最外层电子，有些元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。2．化合价规律(稀有气体除外)：三、元素周期表与周期律的应用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，以及预测它们的原子结构和性质提供线索。4．寻找新物质1．判断下列说法是否正确：(1)最外层电子数相同的元素性质一定相似。(×)提示：H、Na最外层都为1个电子，一个是非金属元素，一个是金属元素，性质差异很大。(2)Al的金属性大于Mg。(×)提示：根据Mg、Al在元素周期表中的位置，Al的金属性小于Mg。(3)原子最外层电子数大于3(小于8)的元素一定是非金属元素。(×)提示：描述的元素若位于长周期，则可能是金属元素，如Ge(第四周期第ⅣA族)。(4)在金属与非金属分界线附近寻找催化剂材料。(×)提示：在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料，催化剂材料应在过渡元素中寻找。2．教材P105中描述：“周期表中位置靠近的元素性质相近”，有人提出Li的金属性与Mg更接近，你怎么认为？提示：同一周期从左到右金属性减弱，所以金属性Na>Mg；而同一主族从上到下，金属性增强，所以Li<Na，故金属性Li与Mg更接近。3．农药六六六急性毒性较小，各同分异构体毒性又以γ­六六六最大。六六六进入机体后主要蓄积于中枢神经和脂肪组织中，刺激大脑运动及小脑。(1)制取农药的元素主要在元素周期表的什么位置？提示：在元素周期表的右上角。(2)氯元素的非金属性小于氟元素，所以其最高价氧化物的水化物的酸性也小于氟元素的。这种说法是否正确？提示：不正确。氟元素无正价，不存在最高价氧化物的水化物。元素的性质、结构及在周期表中位置的关系现代的周期表由门捷列夫于1869年创造，用以展现当时已知元素特性的周期性。随着新元素的探索发现和理论模型的发展，周期表的外观曾经有过改变及扩张。1871年，门捷列夫果断的修正了前一个元素周期表。在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素的化学性质变化就更为清晰，那些性质尚不明确的元素在表格的右侧，形成各族元素的副族。尚未发现的元素有6个空格。推断“位—构—性”关系1．门捷列夫新制周期表的规律现在仍然可以使用。例如根据元素周期表的结构可以推出该元素在周期表中的位置。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．主族元素最高正价与原子结构之间存在什么关系？提示：主族元素最高正价与其原子结构的最外层电子数(价电子)密切相关，等于其原子所能失去或偏移的最外层电子数。3．第三周期元素R的氢化物的化学式为H2R，则该元素最高价氧化物对应水化物的化学式是________。提示：H2SO4。由分子式H2R可知R的化合价为－2价，且R位于第三周期，则R为S，S的最外层有6个电子，其最高化合价为＋6价，故其最高价氧化物对应水化物的化学式为H2SO4。掌握“位—构—性”关系的应用X、Y、Z、W均为短周期元素，它们在周期表中的相对位置如图所示。若Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍。(1)根据图可确定X、Y、Z、W属于哪一周期，X：第______周期，Y：第______周期，Z：第______周期，W：第______周期。提示：二二三三。X、Y、Z、W均为短周期元素，根据周期表结构，可以推出四种元素的周期。(2)根据Y的原子核外电子排布特点可推断Y是_________(填元素符号，下同)，进而确定X、Z、W分别是________、________、________。提示：ONSCl。Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，则Y原子有2个电子层，所以Y为氧元素。根据X、Y、Z、W在周期表中相对位置可知，X为氮元素，Z为硫元素，W为氯元素。(3)根据确定的Z、W，二者形成的最高价氧化物的水化物中酸性最强的是________(填化学式，下同)，Y、Z形成的氢化物中，热稳定性最强的是________。提示：HClO4H2O。同周期从左到右元素的非金属性增强，则非金属性W＞Z，非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强。同主族元素从上到下非金属性减弱，则非金属性Y＞Z，非金属性越强，氢化物越稳定。同一元素的“位、构、性”关系可表示如下：具体表现为结构与位置的关系：(2)结构与性质的关系：(3)位置、结构和性质的关系：【思考讨论】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(O、F除外)，得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱。【典例】(2021·南京高一检测)短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等。下列判断不正确的是()A．最简单气态氢化物的热稳定性：R>QB．最高价氧化物对应水化物的酸性：Q<WC．原子半径：T>Q>RD．单质T与NaOH溶液不反应【思维建模】解答有关元素推断题的思维流程如下：【解析】选D。短周期元素中周期序数与族序数相等的元素是H、Be和Al，根据T在周期表中的相对位置，它只能是第三周期的Al，据此可以判断出其他元素如表所示：R(N)T(Al)Q(Si)W(S)氮元素的非金属性比硅元素的强，所以NH3比SiH4稳定，A正确；硫元素的非金属性比硅元素的强，所以H2SO4比H2SiO3的酸性强，B正确；同一周期随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，所以原子半径：Al>Si>P，同一主族随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，所以原子半径有P>N，即Al>Si>P>N，C正确；Al既能与酸反应，又能与NaOH溶液反应，D错误。(1)T与Q、W的金属性哪个更强？(关键能力—归纳与论证)提示：由元素周期表片段可知，金属性T>Q>W。(2)W右边紧邻如有空格，应为什么元素？其离子半径与W2－的半径哪个大？(关键能力—分析与推测)提示：由元素周期表可知，S右边紧邻元素为Cl，离子半径S2－>Cl－。【规律方法】陌生元素的性质的推断(1)与同周期前、后元素相比较，依据同周期元素性质的递变规律推测元素的性质。(2)与同主族上、下元素相比较，依据同主族元素性质的递变规律推测元素的性质。(3)比较不同周期，不同主族元素性质时，可借助“三角”规律进行推断。若A、B、C三种元素位于元素周期表中如图所示位置，有关元素的各种性质均可排出顺序(但D不参与排列)。如原子半径：C>A>B；金属性：C>A>B；非金属性：B>A>C。(2021·深圳高一检测)X、Y、Z是短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知X的最外层电子数是次外层电子数的3倍，X、Z同主族，Y在同周期主族元素中原子半径最大。下列有关说法正确的是()A．X与Y只能形成一种化合物B．元素对应的气态氢化物的稳定性：X<ZC．YOH的碱性比KOH弱D．最高价氧化物的水化物的酸性：X<Z【解析】选C。X是短周期主族元素，最外层电子数是次外层电子数的3倍，根据前三周期核外电子层排布规律，则X不可能是第三周期元素，X只能是第二周期的O元素，X、Z同主族，则Z是第三周期的S元素，Y在同周期主族元素中原子半径最大，同一周期元素原子序数最小的半径最大，且Y的原子序数大于氧元素，所以Y是第三周期的Na元素。经分析X是O元素，Y是Na元素，则X与Y形成的化合物有NaO和Na2O2两种，A错误；元素气态氢化物的稳定性和元素的非金属性强弱有关，经分析X是O元素，Z是S元素，则非金属性X>Z，则气态氢化物的稳定性是X>Z，B错误；元素最高价氧化物的水化物的碱性强弱和元素的金属性有关，Y是Na元素，金属性Na<K，则NaOH的碱性比KOH弱，则YOH的碱性比KOH弱，C正确；元素最高价氧化物的水化物的酸性和元素的非金属性强弱有关，X是O元素，Z是S元素，则非金属性X>Z，D错误。【补偿训练】(2021·无锡高一检测)Se、Br两种元素的部分信息如图所示，下列说法正确的是()A．原子半径：Br>Se>PB．还原性：S2－>Se2－>Br－C．Se在元素周期表中位于第四周期第ⅥA族D．Se、Br位于同一主族【解析】选C。由图示信息可知Se为34号元素，Br为35号元素，Se和Br位于同一周期且Se位于Br的左侧，原子半径：Se>Br，故A、D项错误；Se和S位于同一主族，且Se位于S的下一周期，故还原性：Se2－>S2－，B项错误；由图示信息可知Se位于第四周期第ⅥA族，C正确。1868年，门捷列夫经过多年的艰苦探索发现了自然界中一个极其重要的规律——元素周期规律。这个规律的发现是继原子­分子论之后，近代化学史上的又一座光彩夺目的里程碑。根据提供的条件推断元素，并按要求填空：(1)已知，某元素原子核外有3个电子层，其最外层电子数为7，最高价氧化物的化学式是什么？最高价氧化物对应水化物的化学式是什么？写出其最高价氧化物对应水化物与NaOH反应的化学方程式。(证据推理与模型认知)提示：原子核外有3个电子层，其最外层电子数为7，是第3周期ⅦA族的Cl，所以最高价氧化物的化学式是Cl2O7，最高价氧化物对应的水化物是HClO4，与NaOH反应的化学方程式是HClO4＋NaOH=NaClO4＋H2O。(2)第3周期元素，其最外层电子数与电子层数相同。该元素最高价氧化物的化学式是什么？写出最高价氧化物对应水化物与强碱反应的离子方程式。(宏观辨识与微观探析)提示：第3周期中最外层电子数等于电子层数的是Al，所以最高价氧化物的化学式是Al2O3，其对应的水化物与强碱反应的离子方程式是Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋2H2O。(3)原子序数依次递增的同周期四种元素，它们氢化物的质子数与电子数都与Ar相同，这些氢化物的化学式分别是什么？(证据推理与模型认知)提示：质子数与电子数都与Ar相同的氢化物的化学式分别是SiH4、PH3、H2S、HCl。1．(水平1)(2021·龙岩高一检测)人体所需元素中，有一种对人类智力起重要作用的主族元素R。已知R元素处于第五周期，其最高价氧化物的化学式为R2O7，则R元素的名称为()A．氟B．氯C．溴D．碘【解析】选D。主族元素最高正化合价与其族序数相等，R元素的最高价氧化物化学式R2O7，则其最高正化合价为＋7价，则R位于第ⅦA族，已知R元素处于第五周期，所以R为I元素。2．(水平1)如图所示，元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。下列说法正确的是()A．虚线左下方的元素均为非金属元素B．紧靠虚线两侧的元素都是具有金属性和非金属性的金属元素C．可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)D．可在虚线的右上方，寻找耐高温材料【解析】选C。虚线左下方的元素均为金属元素，A错误；紧靠虚线两侧的元素不一定都是金属元素，如硅是非金属元素，B错误；元素周期表中的金属元素和非金属元素分界线附近的元素往往都既具有金属性，也具有非金属性，可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)，C正确；在过渡元素中可寻找耐高温材料，D错误。【补偿训练】下列根据元素周期表和元素周期律得出的推断，正确的是()A．金属元素原子最外层电子数越少，该金属失电子能力越强B．若存在简单阴离子R2－，则R一定位于ⅥA族C．P和As都是ⅤA族元素，则PH3的还原性比AsH3的还原性强D．铅位于周期表中金属和非金属的交界处，可作半导体材料【解析】选B。金属元素原子最外层电子数越少，该金属失电子能力不一定越强，例如锂的金属性弱于钡，A错误；若存在简单阴离子R2－，R的最低价是－2价，则R一定位于ⅥA族，B正确；P和As都是ⅤA族元素，同主族从上到下非金属逐渐减弱，氢化物还原性逐渐增强，则PH3的还原性比AsH3的还原性弱，C错误；铅位于第六周期第ⅣA族，不位于周期表中金属和非金属的交界处，铅是金属，不可作半导体材料，D错误。3.(水平1)镭，元素符号Ra，是一种具有很强的放射性的元素，在化学元素周期表中位于第七周期第ⅡA族。1898年12月，玛丽·居里和皮埃尔·居里从沥青铀矿提取铀后的矿渣中分离出氯化镭。下列关于镭元素单质及其化合物的性质推测错误的是()A．镭的原子半径比钙的大B．氯化镭的化学式为RaCl2C．单质镭不能与水反应产生氢气D．氢氧化镭的碱性比氢氧化钙的强【解析】选C。镭(Ra)位于元素周期表中第七周期第ⅡA族，与Ca元素位于同一主族，同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，所以镭的原子半径比钙的大，故A正确；Ra是第ⅡA族，在化合物中的化合价为＋2价，氯化镭的化学式为RaCl2，故B正确；Ca与水剧烈反应，同主族元素从上到下，金属性增强，金属性：Ca<Ra，Ra与水反应更剧烈，故C错误；同主族元素从上到下，金属性增强，金属性：Ca<Ra，氢氧化镭的碱性比氢氧化钙的强，故D正确。4．(水平2)A＋、B2＋、C－、D2－四种离子具有相同的电子层结构，现有以下排列顺序，其中按核电荷数由大到小排列的是()A．B2＋＞A＋＞C－＞D2－ B．D2－＞C－＞A＋＞B2＋C．C－＞D2－＞A＋＞B2＋ D．B2＋＞A＋＞D2－＞C－【解析】选A。A＋、B2＋、C－、D2－四种离子具有相同的电子层结构，有“阴上阳下”的规则，即位置关系为eq\f(D2－C－,A＋B2＋)，因此按核电荷数由大到小排列的是B2＋＞A＋＞C－＞D2－，故A符合题意。【补偿训练】(水平2)(2021·合肥高一检测)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aX2＋和bY－的核外电子层结构相同，则原子序数：a＝b＋3B．由水溶液的酸性：HCl>HF，可推断出元素的非金属性：Cl>FC．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】选B。aX2＋的核外电子数为a－2，bY－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，则原子序数：a＝b＋3，A项正确