解题策略元素周期律-高二化学课件（人教版2019选择性必修2）

人教版选择性必修2网科学【备课无忧】2021-2022学年高二化学同步优质课件人教版选择性必修2网科学解题策略元素周期律第一章原子结构与性质第二节原子结构与元素的性质素养目标1.分析原子结构中原子核对核外电子作用力的变化,理解原子半径、第一电离能和电负性的递变规律及其原因,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。2.通过原子半径、第一电离能和电负性的数据和图示,掌握相关规律,培养证据推理与模型认知的核心素养。【典例1】下列各组微粒半径的比较正确的是(

)①Cl<Cl-<Br-

②F-<Mg2+<Al3+

③Ca2+<Ca<Ba

④S2-<Se2-<Br-

A.①和③ B.①和②

C.③和④ D.①和④【解题指南】解答本题需要理解以下两个方面:(1)电子层数和核电荷数共同决定微粒半径大小。(2)同周期元素的原子半径递变规律与简单离子半径的递变规律不一致。【解析】选A。同种元素:阳离子半径<原子半径,原子半径<阴离子半径,则半径:Cl<Cl-,Ca2+<Ca。①Cl-、Br-的最外层电子数相同,电子层数增多,所以离子半径:Cl-<Br-,①正确;②Al3+、Mg2+、F-的核外电子排布相同,核电荷数依次减小,则离子半径:Al3+<Mg2+<F-,②错误;③Ca、Ba的最外层电子数相同,电子层数依次增多,则半径:Ca<Ba,③正确;半径应为Se2->Br-,④错误。考向一粒子半径的大小比较【典例2】四种元素基态原子的电子排布式如下:①1s22s22p63s23p4;②1s22s22p63s23p3;③1s22s22p3;④1s22s22p5。这四种原子按半径由大到小的顺序排列正确的是(

)A.①>②>③>④ B.②>①>③>④C.②>①>④>③ D.①>②>④>③解析由四种元素基态原子的电子排布式可知,①为S原子,②为P原子,③为N原子,④为F原子,其中P、S元素处于第三周期,P原子的核电荷数小于S,则P的原子半径大于S;N和F元素处于第二周期,N原子的核电荷数小于F,则N的原子半径大于F;S原子比N原子多一个电子层,则S的原子半径大于N原子,综上所述,原子半径由大到小的顺序为P>S>N>F。B【易错提醒】

对微粒半径的认识误区(1)微粒半径要受电子层数、核电荷数和核外电子数的综合影响,并不是单独地取决于某一方面的因素。(2)原子电子层数多的原子半径不一定大,如锂的原子半径为0.152nm,而氯的原子半径为0.099nm。(3)对于同一种元素,并不是原子半径一定大于离子半径。如Cl-的半径大于Cl的半径。【规律方法】

“三看”比较微粒半径的大小“一看”电子层数:最外层电子数相同时,电子层数越多,粒子半径越大。“二看”核电荷数:当电子层结构相同时,核电荷数越大,半径越小。“三看”核外电子数:当核电荷数相同时,核外电子数越多,半径越大。原子半径(1)同周期元素,随着原子序数递增,其原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外)。例:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)(2)同主族元素,随着电子层数递增,其原子半径逐渐增大。例:r(Li)<r(Na)<r(K)<r(Rb)<r(Cs)(3)不是同周期也不是同主族的元素原子可借助某种原子参照比较。例:r(K)>r(Na),r(Na)>r(Al),则r(K)>r(Al)离子半径(1)同种元素的粒子半径,阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。例:r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)(2)电子层结构相同的微粒,核电荷数越大,半径越小。例:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)(3)带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。例:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),r(O2-)<r(S2-)<r(Se2-)<r(Te2-)(4)核电荷数、电子层数均不同的离子可选一种离子参照比较。例:比较r(K+)与r(Mg2+)可选r(Na+)为参照:r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)【深化拓展】“四同”比较粒子的半径大小【典例1】根据下列主族元素的电离能数据(单位:kJ·mol-1)回答下列问题:元素符号I1I2I3I4Q2080400061009400R500460069009500S7401500770010500T5801820275011600V420310044005900考向二电离能及其应用(1)在元素周期表中,最有可能处于同一族的是

(填字母,下同)。

A.Q和R

B.S和T

C.T和VD.R和T E.R和V(2)它们的氯化物的化学式,最有可能正确的是

。

A.QCl2

B.RCl

C.SCl3D.TCl

E.VCl4(3)下列元素,最有可能与Q元素位于同一族的是

。

A.硼 B.铍 C.锂D.氢 E.氦(4)在这五种元素中,最容易与氯元素形成离子化合物的是

。

A.Q B.R C.SD.T E.V【解题指南】

解答本题要注意以下三点:(1)若In→In+1的值出现突跃,说明最外层有n个电子。(2)同主族元素的最外层电子数相等。(3)活泼金属和活泼非金属易形成离子化合物。答案(1)E

(2)B

(3)E

(4)E解析各级电离能发生突跃的情况是R:I2≫I1,S:I3≫I2,T:I4≫I3,V:I2≫I1,它们的化合价分别为+1、+2、+3、+1。Q的第一电离能比其他元素的第一电离能明显高得多,最有可能是稀有气体元素。(1)五种元素中,只有R和V的电离能发生突跃的情况相同,故R和V为同一族。(2)Q可能是稀有气体元素,其他元素的氯化物的化学式可能是RCl、SCl2、TCl3、VCl。(3)Q可能是稀有气体元素,与氦都位于0族。(4)第一电离能越小,元素的金属性越强,越易形成离子化合物,由题表可知,V的第一电离能最小。【典例2】下列叙述正确的是(

)A.第三周期所含元素中,钠的第一电离能最小B.铝的第一电离能比镁的第一电离能大C.在所有元素中,氟的第一电离能最大D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大答案A解析同周期元素中碱金属的第一电离能最小,稀有气体的第一电离能最大,A项正确,C项不正确。由于镁的3s能级全充满,3p能级全空,而铝的3s能级全充满,3p能级中有一个电子,故铝的第一电离能小于镁,B项不正确。钾比镁电子层数多,原子半径大,更易失去电子,故钾的第一电离能小于镁,D项不正确。【典例3】元素X的各级电离能数据如下:I1I2I3I4I5I6I/kJ·mol-157818172745115781483118378则元素X的常见化合价是 (

)

A.+1 B.+2 C.+3 D.+6【解析】选C。由表中电离能数据可知,I1、I2、I3数值相对较小,I4数值突然增大,说明元素X的原子中有3个电子容易失去,因此该元素的常见化合价为+3。【解题指南】确定元素的化合价。如果

,即电离能在In与In+1之间发生突变,则元素的原子易形成+n价离子,并且主族元素的最高化合价为+n价(或只有+n价、0价)。某元素的逐级电离能,若I2≫I1,则该元素通常显+1价;若I3≫I2,则该元素通常显+2价;若I4≫I3,则该元素通常显+3价。【易错提醒】(1)第一电离能与元素的金属性有本质的区别。(2)由电离能的递变规律可知:同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,但ⅡA族的Be、Mg、Ca的第一电离能较同周期ⅢA族的B、Al、Ga的第一电离能要大;ⅤA族的N、P、As的第一电离能较同周期ⅥA族的O、S、Se的第一电离能要大。这是由于ⅡA族元素的最外层电子排布为ns2,p轨道为全空状态,较稳定;而ⅤA族元素的最外层电子排布为ns2np3,p轨道为半充满状态,比ⅥA族的ns2np4状态稳定。【深化拓展】1.元素第一电离能与原子核外电子排布的关系(1)第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。例如P的第一电离能比硫的大,Mg的第一电离能比Al的大。2.电离能的应用(1)比较元素金属性的强弱一般情况下,元素的第一电离能越小,元素的金属性越强。(2)确定元素原子的核外电子层排布由于电子是分层排布的,内层电子比外层电子难失去,因此当元素原子失去不同能层的电子时电离能会发生突变。(3)确定元素的化合价如果电离能在In与

之间发生突变,则元素的原子易形成+n价离子,或主族元素(O、F除外)的最高化合价为+n价。若某元素的逐级电离能I2≫I1,则该元素通常显+1价;若I3≫I2>I1,则该元素通常显+2价;若I4≫I3>I2>I1,则该元素通常显+3价。(2)第三周期元素第一电离能的大小关系为I1(Ar)>I1(Cl)>I1(P)>I1(S)>I1(Si)>I1(Mg)>I1(Al)>I1(Na)。

P、Mg元素的第一电离能大于同周期相邻元素【典例1】不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用一定数值X来表示,X值越大,其原子吸引电子能力越强,在所形成的分子中为带负电荷的一方。下表是某些元素的X值:元素符号LiBeBCOFX值0.981.572.042.553.443.98元素符号NaAlSiPSClX值0.931.601.902.192.553.16考向三电负性及其应用(1)通过分析X值的变化规律,确定N、Mg的X值范围:______<X(Mg)<______;_______<X(N)<_______。

(2)推测X值与原子半径的关系为____________。

(3)某有机化合物的分子中含有S—N键中,你认为共用电子对偏向________(填元素符号)。

(4)如果X值为电负性的数值,试推断AlBr3中化学键的类型为________。

(5)预测元素周期表中X值最小的元素是________(放射性元素除外)。

【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)X值可以理解为电负性。(2)同一周期元素从左到右电负性增大,同一主元素,从上到下电负性减小。【解析】

(1)通过表中数据分析可知同周期从左到右,X值依次增大,同主族从上到下,X值依次减小,可判断X(Na)<X(Mg)<X(Al),且X(Be)>X(Mg),故0.93<X(Mg)<1.57;同理,2.55<X(N)<3.44。(2)通过思考同周期、同主族元素原子半径的变化与X值的变化可得结论。(3)根据信息:“X值越大,其原子吸引电子的能力越强,在所形成的分子中成为带负电荷的一方”,由X(S)=2.55,X(C)<X(N)<X(O),即2.55<X(N)<3.44,得共用电子对偏向氮原子。(4)根据表中数据的变化规律可得X(Br)<X(Cl),因此X(Br)与X(Al)的差值要小于X(Cl)与X(Al)的差值,故AlBr3中的化学键为共价键。(5)根据X值的变化规律,X的最小值应在元素周期表的左下角,但要注意放射性元素除外,故填Cs(铯)。答案:(1)0.93

1.57

2.55

3.44(2)原子半径越大,X值越小(3)N

(4)共价键(5)Cs变式设问已知NCl3易发生水解反应:NCl3+3H2O===NH3+3HClO,试写出C、N、O、H四种元素的电负性由小到大的顺序为

。

提示C、N、O、H四种元素的电负性由小到大的顺序为H<C<N<O。【特别警示】电负性应用的局限性(1)电负性描述的是原子核对电子吸引能力的强弱,并不是把电负性1.8作为划分金属和非金属的绝对标准。(2)元素电负性的值是相对量,没有单位。(3)并不是所有电负性差值大于1.7的两元素间形成的化学键一定为离子键,电负性差值小于1.7的两元素间一定形成共价键,应注意一些特殊情况。【典例2】已知X、Y元素同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是(

)A.X与Y形成化合物时,X可以显负价,Y显正价B.第一电离能可能Y大于XC.X的最高价含氧酸的酸性弱于Y的最高价含氧酸的酸性D.气态氢化物的稳定性:HmY小于HnX【解析】选C。电负性大的元素在化合物中显负价,所以X和Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,A正确;第一电离能可能Y大于X,如N>O,也可能小于X,B正确;电负性X>Y则非金属性X>Y,非金属性越强,其最高价氧化物的水化物的酸性越强,则X对应的最高价含氧酸的酸性强于Y对应的最高价含氧酸的酸性,C错误;电负性X>Y则非金属性X>Y,非金属性越强,气态氢化物越稳定,则气态氢化物的稳定性:HmY小于HnX,D正确。【深化拓展】

素养脉络【素养训练】1.具有下列核外电子排布式的原子,其半径最大的是

(

)A.1s22s22p3

B.1s22s22p1

C.1s22s22p63s23p1

D.1s22s22p63s23p4【解析】选C。根据原子的核外电子排布式可知,A项中原子为氮(N),B项中原子为硼(B),C项中原子为铝(Al),D项中原子为硫(S)。根据原子半径变化规律可知,r(B)>r(N)、r(Al)>r(S)、r(Al)>r(B),故Al原子半径最大。2.具有下列价层电子排布的原子中,第一电离能最小的是(

)A.2s22p4 B.3s23p4C.4s24p4 D.5s25p4答案D解析A、B、C、D所对应的元素依次是O、S、Se、Te元素,最外层电子结构相同,原子半径越大,原子核吸引电子的能力越弱,其第一电离能越小,故第一电离能大小顺序是O>S>Se>Te,故选D。3.下列关于微观粒子半径的说法正确的是 (

)A.电子层数少的元素的原子半径一定小于电子层数多的元素的原子半径B.核外电子层结构相同的单核粒子,半径相同C.质子数相同的不同单核粒子,电子数越多半径越大D.原子序数越大,原子半径越大【解析】选C。由于同周期主族元素原子半径逐渐减小,故第3周期ⅦA族元素原子半径不一定比上一周期ⅠA族元素原子半径大,如r(Li)>r(Cl),故A项错误;对于核外电子层结构相同的单核离子和原子,半径是不同的,故B项错误;质子数相同的不同单核粒子,阴离子半径>原子半径>阳离子半径,故C项正确;原子序数增大,原子半径不是一直增大,而是呈周期性变化的,故D项错误。4.X、Y为两种元素的原子,X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构,由此可知 (

)A.X的原子半径大于Y的原子半径B.X的电负性大于Y的电负性C.X的阴离子半径小于Y的阳离子半径D.X的第一电离能小于Y的第一电离能【解析】选B。X的阴离子与Y的阳离子具有相同的电子层结构,则Y在周期表中位于X的下一周期,Y比X多一个电子层,故原子半径:Y>X,电负性:X>Y,A项错误,B项正确;电子层结构相同,核电荷数越大,微粒半径越小,故X的阴离子半径大于Y的阳离子半径,C项错误;X易得电子形成阴离子,而Y易失电子形成阳离子,故第一电离能:X>Y,D项错误。5.不能根据元素的电负性判断下列性质中的(

)A.化合物的溶解度B.化合物中元素化合价的正负C.化学键类型D.一种元素是金属元素还是非金属元素答案A解析不能根据电负性判断化合物的溶解度,A项符合题意;电负性小的元素在化合物中吸引电子的能力弱,元素显正化合价,电负性大的元素在化合物中吸引电子的能力强,元素显负化合价,B项不符合题意;根据电负性能判断化学键类型,电负性相同的非金属元素(同种元素)形成的化学键是非极性共价键,电负性差值小于1.7的两种元素的原子之间一般形成极性共价键,相应的化合物是共价化合物,电负性差值大于1.7的两种元素化合时,一般形成离子键,相应的化合物为离子化合物,C项不符合题意;电负性也可以作为判断元素金属性和非金属性强弱的尺度,一般来说,电负性大于1.8的是非金属元素,小于1.8的是金属元素,而位于非金属与金属交界处的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性,D项不符合题意。6.下列说法正确的是 (

)A.Na、Mg、Al的第一电离能逐渐增大B.V、Cr、Mn的最外层电子数逐渐增大C.S2-、Cl-、K+的半径逐渐减小D.O、F、Ne的电负性逐渐增大【解析】选C。Mg的最外层3s轨道全满,3p轨道全空,为稳定结构,难以失去电子,第一电离能最大,Na的最小,A错误;V、Mn的最外层电子排布遵循电子排布能量规律,最外层电子数均为2,而Cr的3d、4s轨道处于半充满的稳定状态,最外层电子数只有1个,B错误;由于S2-、Cl-、K+的核外电子排布相同,且原子序数越小,半径越大,C正确;O、F位于同一周期,同周期元素从左到右元素的电负性依次增大,Ne为稀有气体元素,电负性小于F,D错误。7.下列有关电离能的说法正确的是(

)A.第一电离能越大的原子失电子的能力越强B.第一电离能是元素的原子失去核外第一个电子需要的能量C.同一周期中,主族元素原子第一电离能从左到右越来越大D.同主族元素,随原子序数的递增,第一电离能逐渐减小答案D解析①第一电离能是气态电中性基态原子失去核外第一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量;②元素原子的第一电离能越大,表示该元素的原子越难失去电子;③从总的变化趋势上看,同一周期从左到右,元素的第一电离能逐渐增大,但有反常情况,如第一电离能N>O。8.已知X、Y元素同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是(

)A.X与Y形成的化合物,X显负价,Y显正价B.最高价含氧酸的酸性:X对应的酸性强于Y对应的酸性C.简单气态氢化物的稳定性:HmY小于HnXD.第一电离能Y一定小于X答案D解析X、Y元素同周期,且电负性:X>Y,则非金属性:X>Y。电负性大的元素在化合物中显负价,所以X和Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,A正确;非金属性越强,其最高价氧化物的水化物的酸性越强,非金属性:X>Y,则X对应的最高价含氧酸的酸性强于Y对应的最高价含氧酸的酸性,B正确;非金属性越强,简单气态氢化物越稳定,则气态氢化物的稳定性:HmY小于HnX,C正确;一般非金属性强的元素的第一电离能大,但O的非金属性比N大,第一电离能:N>O,D错误。9.如图是第三周期11~17号元素某些性质变化趋势的柱形图,下列有关说法中正确的是(

)A.y轴表示的可能是基态的原子失去一个电子所需要的最小能量B.y轴表示的可能是原子在化合物中吸引电子的能力C.y轴表示的可能是原子半径D.y轴表示的可能是形成基态离子转移的电子数答案B解析第三周期Mg(或P)的3p能级为全空(或半充满)状态,较为稳定,Mg(或P)的第一电离能大于Al(或S),A错误;同周期主族元素从左到右,电负性逐渐增大,B正确;同周期元素从左到右,原子序数逐渐增大,原子半径逐渐减小,C错误;同周期金属元素形成基态离子转移的电子数逐渐增多,非金属元素形成基态离子所需要的电子数逐渐减少,D错误。10.(1)比较下列微粒半径的大小(填“>”“=”或“<”)。①F-

。②Na

Mg

Cl;

③F-

Cl-

Br-;④

S。

(2)C、H、O三种元素的电负性由小到大的顺序为

。

(3)第三周期所有元素的第一电离能由小到大的顺序为

。

(4)F、Cl、Br、I的第一电离能大小顺序为

,电负性大小顺序为

。

答案(1)①<

②>

>

③<

<

④>(2)H<C<O

(3)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar

(4)F>Cl>Br>I

F>Cl>Br>I11.Q、R、X、Y、Z五种元素的原子序数依次递增。已知:①Z的原子序数为29,其余的均为短周期主族元素;②Y原子价电子(外围电子)排布式为msnmpn;③R原子核外L层电子数为奇数;④Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4。请回答下列问题:(1)Z2+的核外电子排布式是_________。

(2)Q、R、Y三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为________(用元素符号作答)。

(3)五种元素中,非金属元素的电负性由小到大的顺序是__________,电负性最大与最小的两种非金属元素形成的化合物是________(填化学式)。

【解析】先由题给信息推断元素:由①知Z为Cu,由Y为短周期主族元素且原子序数大于X推测,msnmpn中m=3,n=2,价电子排布式为3s23p2的是Si。由④,因原子序数按Q、R、X、Y、Z递增,Q、X原子p轨道的电子数分别为2和4,只能为L层的p轨道,二者分别为C、O,则R只能为第ⅤA族元素氮,正好满足③。即Q、R、X、Y、Z五种元素依次为C、N、O、Si、Cu。(1)Z2+是Cu2+。由铜原子的电子排布式1s22s22p63s23p63d104s1可写出Cu2+的电子排布式。(2)根据电离能的变化规律,C、N、Si三种元素中,第一电离能N最大,Si最小。(3)五种元素中电负性最大的非金属元素是氧,电负性最小的非金属元素是硅,二者形成的化合物是SiO2。答案:(1)1s22s22p63s23p63d9

(2)Si<C<N

(3)