化學(xué)必修2學(xué)案專題一第一單元第4課時(shí)元素周期表和元素周期律的應(yīng)用

第4課時(shí)元素周期表和元素周期律的應(yīng)用一、元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律二、元素周期表的應(yīng)用1.根據(jù)元素在周期表中的位置，可以判斷它的金屬性和非金屬性的相對(duì)強(qiáng)弱、原子核外電子排布、主要化合價(jià)、單質(zhì)及其重要化合物的性質(zhì)?；蚋鶕?jù)元素的性質(zhì)可以判斷其在周期表中的位置和主要化合價(jià)、核外電子排布、元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱。2．在金屬與非金屬的分界線附近尋找半導(dǎo)體材料，如鍺、硅、硒等。3．在過渡元素中尋找各種優(yōu)良的催化劑(如鉑、鎳等)和耐高溫、耐腐蝕的合金材料(如制造火箭和飛機(jī)的鈦、鉬等元素)。4．合成農(nóng)藥用的元素在周期表的右上方，如S、P、Cl、N等元素。5．還可以預(yù)測(cè)新物質(zhì)、新元素等。探究點(diǎn)一元素的位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間的關(guān)系1．位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者關(guān)系的解讀(1)原子結(jié)構(gòu)eq\o(→,\s\up15(決定))元素在周期表中的位置結(jié)構(gòu)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(最外層電子數(shù)＝主族序數(shù),電子層數(shù)＝周期數(shù)))位置(2)原子結(jié)構(gòu)eq\o(→,\s\up15(決定))元素的化學(xué)性質(zhì)①最外層電子數(shù)越少，電子層數(shù)越多→越易失電子，還原性越強(qiáng)。②最外層電子數(shù)越多，電子層數(shù)越少→越易得電子，氧化性越強(qiáng)。(3)元素在周期表中的位置eq\o(→,\s\up15(體現(xiàn)),\s\do15(或推測(cè)))原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)2．元素周期表中的一些規(guī)律(1)每一周期排布元素的種類滿足以下規(guī)律：設(shè)n為周期序數(shù)，則奇數(shù)周期中為eq\f(n＋12,2)種，偶數(shù)周期中為eq\f(n＋22,2)種。(2)同主族相鄰元素的原子序數(shù)差別有以下兩種情況：①第ⅠA、ⅡA族，上一周期元素的原子序數(shù)＋該周期元素的數(shù)目＝下一周期元素的原子序數(shù)；②第ⅣA～ⅦA族，上一周期元素的原子序數(shù)＋下一周期元素的數(shù)目＝下一周期元素的原子序數(shù)。(3)設(shè)主族元素的族序數(shù)為a，周期數(shù)為b，則有：①a/b<1時(shí)，為金屬元素，其最高價(jià)氧化物為堿性氧化物，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為堿；②a/b＝1時(shí)，為兩性元素(H除外)，其最高價(jià)氧化物為兩性氧化物，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為兩性氫氧化物；③a/b>1時(shí)，為非金屬元素，其最高價(jià)氧化物為酸性氧化物，最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為酸。無論是同周期還是同主族元素中，a/b的值越小，元素的金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的堿性就越強(qiáng)；反之，a/b的值越大，元素的非金屬性越強(qiáng)，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性就越強(qiáng)。(4)對(duì)角線規(guī)則：沿金屬元素與非金屬元素分界線方向?qū)?左上角與右下角)的兩主族元素的化學(xué)性質(zhì)相似，這一規(guī)律以第二、三周期元素間尤為明顯，如鈹與鋁的化學(xué)性質(zhì)相似。(5)元素周期表中的遞變規(guī)律(“三角”規(guī)律)若A、B、C三元素位于元素周期表中如圖所示的位置，有關(guān)元素的各種性質(zhì)均可排出順序(但D不能參與排列)。如：①原子半徑：C>A>B；②金屬性：C>A>B；③非金屬性：B>A>C.1．根據(jù)位置和性質(zhì)的關(guān)系分析Ca(OH)2、Mg(OH)2和Al(OH)3的堿性強(qiáng)弱。提示：鈣、鋁和鎂在周期表中的位置如圖MgAlCa，故金屬性：Ca>Mg>Al，堿性：Ca(OH)2>Mg(OH)2>Al(OH)3。2．試分析處于如圖ABCD中A、D位置的元素性質(zhì)的關(guān)系。提示：周期表中處于如圖A、D位置元素的原子半徑比較接近，原子核對(duì)最外層電子的吸引力相近，元素的性質(zhì)相近。突出的有三對(duì)：Li—Mg、Be—Al、B—Si?！纠?】短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如下圖所示，其中，T所處的周期序數(shù)與主族序數(shù)相等。請(qǐng)回答下列問題：(1)T的原子結(jié)構(gòu)示意圖為________。(2)元素的非金屬性(原子的得電子能力)：Q________W(填“強(qiáng)于”或“弱于”)。(3)W的單質(zhì)與其最高價(jià)氧化物的水化物濃溶液共熱能發(fā)生反應(yīng)，生成兩種物質(zhì)，其中一種是氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________。(4)原子序數(shù)比R多1的元素的一種氫化物能分解為它的另一種氫化物，此分解反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________。(5)R有多種氧化物，其中甲的相對(duì)分子質(zhì)量最小。在一定條件下，2L的甲氣體與0.5L的氧氣相混合，若該混合氣體被足量的NaOH溶液完全吸收后沒有氣體殘留，所生成R的含氧酸鹽只有一種，則該含氧酸鹽的化學(xué)式是________?！舅悸贩治觥垦芯看祟悊栴}要從“位—構(gòu)—性”的關(guān)系去分析，由元素在周期表中的相對(duì)位置和周期數(shù)與族序數(shù)的關(guān)系，推斷出元素，然后運(yùn)用元素周期律推出有關(guān)化合物的性質(zhì)及其遞變規(guī)律?！窘馕觥扛鶕?jù)T在元素周期表中的相對(duì)位置及T所處的周期序數(shù)與主族序數(shù)相等，判斷T必然是Al，Q是C，R是N，W是S；然后根據(jù)周期表中元素性質(zhì)的變化規(guī)律和題給信息就可解決問題。其中(5)相對(duì)分子質(zhì)量最小的氮的氧化物是NO,2L的NO氣體與0.5L的氧氣混合，反應(yīng)生成1LNO2，剩余1LNO，NO2＋NO＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，由反應(yīng)方程式可知，生成的含氧酸鹽為NaNO2?！敬鸢浮?1)(2)弱于(3)S＋2H2SO4(濃)eq\o(=,\s\up15(△))3SO2↑＋2H2O(4)2H2O2eq\o(=,\s\up15(MnO2))2H2O＋O2↑(或其他合理答案)(5)NaNO2四種短周期元素在周期表中的位置如圖，其中只有M為金屬元素。下列說法不正確的是(B)A．原子半徑Z<MB．Y的最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性比X的弱C．X的最簡單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Z的小D．Z位于元素周期表中第2周期第ⅥA族解析：依據(jù)M、X、Y、Z在元素周期表中的相對(duì)位置，根據(jù)同周期或同主族元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的遞變規(guī)律進(jìn)行判斷A、B、C三個(gè)選項(xiàng)，Y的非金屬性大于X，B項(xiàng)錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，要先根據(jù)題給信息(只有M是金屬元素)推斷出Z元素，然后作出判斷。探究點(diǎn)二元素推斷1．推斷元素的常用思路根據(jù)原子結(jié)構(gòu)、元素周期表的知識(shí)及已知條件，可推算原子序數(shù)，判斷元素在元素周期表中的位置等，基本思路如下：2．短周期元素推斷題的常見突破口(1)位置與結(jié)構(gòu)①周期序數(shù)等于族序數(shù)兩倍的元素是鋰(Li)。②最高正化合價(jià)等于最低負(fù)化合價(jià)絕對(duì)值三倍的元素是硫(S)。③次外層電子數(shù)等于最外層電子數(shù)四倍的元素是鎂(Mg)。④次外層電子數(shù)等于最外層電子數(shù)八倍的元素是鈉(Na)。⑤族序數(shù)與周期數(shù)相同的元素是H、Be、Al；族序數(shù)是周期數(shù)兩倍的元素是碳(C)、硫(S)；族序數(shù)是周期數(shù)三倍的元素是氧(O)。⑥只由質(zhì)子和電子構(gòu)成的元素是氫(H)。(2)含量與物理性質(zhì)①地殼中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的元素是氧(O)，其次是硅(Si)。②地殼中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的金屬元素是鋁(Al)。③其單質(zhì)是人工制得純度最高的元素是硅(Si)。④其單質(zhì)為天然物質(zhì)中硬度最大的元素是碳(C)。⑤其氣態(tài)氫化物最易溶于水的元素是氮(N)，在常溫、常壓下，1體積水溶解700體積的NH3。⑥其氫化物沸點(diǎn)最高的非金屬元素是氧(O)。⑦常溫下，其單質(zhì)是有色氣體的元素是氟、氯(F、Cl)。⑧所形成的化合物種類最多的元素是碳(C)。⑨在空氣中，其最高價(jià)氧化物的含量增加會(huì)導(dǎo)致“溫室效應(yīng)”的元素是碳(C)。⑩其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物酸性最強(qiáng)的元素是氯(Cl)。(3)化學(xué)性質(zhì)與用途①單質(zhì)與水反應(yīng)最劇烈的非金屬元素是氟(F)。②其氣態(tài)氫化物與最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物能發(fā)生化合反應(yīng)的是氮(N)：NH3＋HNO3=NH4NO3。③其氣態(tài)氫化物與其低價(jià)氧化物能反應(yīng)生成該元素的單質(zhì)的元素是硫(S)：2H2S＋SO2=3S↓＋2H2O。④其氣態(tài)氫化物的水溶液可雕刻玻璃的元素是氟(F)。⑤其兩種同素異形體對(duì)人類生存都非常重要的元素是氧(O)。⑥能導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)有石墨(C)和晶體硅(Si)。⑦能與強(qiáng)堿溶液作用的單質(zhì)有Al、Cl2、Si：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑；Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O；Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。⑧既能在CO2中燃燒又能在N2中燃燒的金屬單質(zhì)是鎂(Mg)：CO2＋2Mgeq\o(=,\s\up15(點(diǎn)燃))C＋2MgO，N2＋3Mgeq\o(=,\s\up15(點(diǎn)燃))Mg3N2。【例2】短周期元素A、B、C、D、E、F六種元素，它們的原子序數(shù)由A到F依次增大。在周期表中，A的原子半徑最小。B元素的原子最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子數(shù)的兩倍，C為地殼中含量最多的元素，D是原子半徑最大的短周期主族元素，D單質(zhì)燃燒時(shí)呈現(xiàn)黃色火焰，D的單質(zhì)在高溫下與C的單質(zhì)充分反應(yīng)，可以得到與E單質(zhì)顏色相同的淡黃色固態(tài)化合物。D與F形成的化合物DF是常用的調(diào)味品。試根據(jù)以上敘述回答：(1)元素名稱：A________、B________、C________、D________。(2)E在元素周期表中的位置：________。(3)F離子結(jié)構(gòu)示意圖：______________________。(4)A、B組成的最簡單化合物的名稱是________。(5)C、D按原子個(gè)數(shù)比11組成的一種化合物與水發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。(6)能說明E的非金屬性比F的非金屬性________(填“強(qiáng)”或“弱”)的事實(shí)是________(舉一例)?！窘馕觥扛鶕?jù)“A的原子半徑最小”知A為氫，根據(jù)“C為地殼中含量最多的元素”知C為氧，則B為第2周期元素，原子結(jié)構(gòu)示意圖為，所以B為碳，根據(jù)“D是原子半徑是大的短周期主族元素”知D為鈉，Na在O2中燃燒生成的Na2O2為淡黃色，所以E為硫，根據(jù)“D與F形成的化合物DF是常用的調(diào)味品”知DF為NaCl，則F為氯?！敬鸢浮?1)氫碳氧鈉(2)第3周期第ⅥA族(3)(4)甲烷(5)2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑(6)弱氯氣能從硫化鈉溶液中置換出硫等(合理答案均可)短周期元素A、B、C、D、E的原子序數(shù)依次增大，其中B和E同主族。A元素的最高正化合價(jià)和最低負(fù)化合價(jià)的絕對(duì)值之差為2；1molC單質(zhì)能與冷水反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成11.2LH2；D原子最外層電子數(shù)等于其周期數(shù)；E－的電子層結(jié)構(gòu)與氬原子的相同。(1)D原子的結(jié)構(gòu)示意圖為；B和C形成的化合物的化學(xué)式為NaF。(2)B和D簡單離子的半徑大小順序?yàn)閞(F－)>r(Al3＋)(用離子符號(hào)和“>”“＝”或“<”表示)。(3)元素非金屬性強(qiáng)弱的比較有很多方法，其中B和E的非金屬性強(qiáng)弱的比較方法中不可行的是①⑤(填序號(hào))。①比較兩種單質(zhì)的顏色②比較氫化物的穩(wěn)定性③依據(jù)兩元素在元素周期表中的位置④比較原子半徑的大?、荼容^最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性解析：設(shè)A元素的最高正化合價(jià)為＋x，則其最低負(fù)化合價(jià)為＋x－8，所以＋x－|＋x－8|＝2，x＝5，則A為第ⅤA族元素，因?yàn)锳為短周期元素且A后面還有B、C、D、E四種元素，故A為N；因標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1molCeq\o(→,\s\up15(H2O))0.5molH2，故C為Na；E－與氬原子的電子層結(jié)構(gòu)相同，故E為Cl，又B、E同主族，則B為F；原子序數(shù)介于11與17之間且最外層電子數(shù)等于其周期數(shù)的為Al。將五種元素代入可逐一解答。1．關(guān)于元素周期表的敘述中不正確的是(D)A．在金屬元素與非金屬元素的分界線附近可以尋找制備半導(dǎo)體材料的元素B．在過渡元素中可以尋找制備催化劑及耐高溫和耐腐蝕的元素C．在元素周期表的右上角可以尋找制備新型農(nóng)藥的元素D．在地球上元素的分布和它們?cè)谠刂芷诒碇械奈恢糜忻芮嘘P(guān)系解析：地球上元素的分布和它們?cè)谠刂芷诒碇械奈恢脹]有任何關(guān)系。2．已知原子序數(shù)依次增大的A、B、C、D、E五種元素位于同一周期，下列關(guān)于該五種元素說法正確的是(D)A．若D的最高價(jià)氧化物的水化物是強(qiáng)酸，則E一定是活潑非金屬B．若A的最高價(jià)氧化物的水化物是強(qiáng)堿，則C一定是活潑金屬C．若B是金屬元素，則C一定也是金屬元素D．若C是非金屬元素，則D一定也是非金屬元素解析：同周期元素，隨著原子序數(shù)的遞增，非金屬性增強(qiáng)，最高價(jià)氧化物的水化物酸性增強(qiáng)，金屬性減弱，最高價(jià)氧化物的水化物堿性減弱。A項(xiàng)中D是活潑非金屬，E可能是稀有氣體元素，所以A項(xiàng)不正確；B項(xiàng)中只能說明A是活潑金屬，位于A之后的C元素，可能是金屬，也可能是非金屬，所以B項(xiàng)不正確；同樣C項(xiàng)也不正確。3．W、X、Y、Z四種短周期元素在元素周期表中的相對(duì)位置如圖所示，W的氣態(tài)氫化物可與其最高價(jià)含氧酸反應(yīng)生成離子化合物，由此可知(A)WXYZA.X、Y、Z中最簡單氫化物穩(wěn)定性最弱的是YB．Z元素氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性一定強(qiáng)于YC．X元素形成的單核陰離子還原性大于YD．Z元素單質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中只表現(xiàn)氧化性解析：由題意知W為N元素，根據(jù)元素在周期表中位置可推得：X為O，Y為S，Z為Cl。B項(xiàng)應(yīng)描述為Z元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性一定強(qiáng)于Y，B錯(cuò)；X對(duì)應(yīng)單核陰離子O2－的還原性小于Y2－(S2－)，C錯(cuò)；Cl2在化學(xué)變化中可以表現(xiàn)氧化性也可表現(xiàn)還原性，D錯(cuò)。4．A、B、C、D四種短周期元素的原子半徑依次減小，A與C的核電荷數(shù)之比為34，D能分別與A、B、C形成電子總數(shù)相等的分子X、Y、Z。下列敘述正確的是(D)A．X、Y、Z的穩(wěn)定性逐漸減弱B．A、B、C、D只能形成5種單質(zhì)C．X、Y、Z三種化合物的熔、沸點(diǎn)逐漸降低D．自然界中存在多種由A、B、C、D四種元素組成的化合物解析：D能分別與A、B、C形成電子總數(shù)相等的分子X、Y、Z。則D為H元素，在氫化物中電子總數(shù)相等有：NH3、H2O、HF、CH4等。又A與C的核電荷數(shù)之比為34，則A為C元素，C為O元素，B應(yīng)為N元素。由元素周期律知識(shí)可知，答案為D。5．如圖是周期表中短周期的一部分，W、X、Y三種元素原子核外電子數(shù)之和等于X的質(zhì)量數(shù)，X原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等。下列敘述中不正確的是(B)A．X或W的某種氧化物的排放均可形成酸雨B．Y的單質(zhì)具有很強(qiáng)的氧化性，能從KI溶液中置換出I2C．W最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物和氣態(tài)氫化物可反應(yīng)生成鹽D．三種元素的原子半徑的大小順序?yàn)閄>W>Y解析：設(shè)W元素的質(zhì)子數(shù)為x，則X、Y元素的質(zhì)子數(shù)分別為x＋9、x＋2，由題意可知x＋(x＋9)＋(x＋2)＝2(x＋9)，求得x＝7，故W、X、Y三種元素分別為N、S、F。X的氧化物為SO2或SO3，W的氧化物為NO、NO2等，排放到空氣中均可形成酸雨，故A正確；Y的單質(zhì)F2具有很強(qiáng)的氧化性，能和水發(fā)生反應(yīng)：2F2＋2H2O=4HF＋O2，故B不正確；W最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物為HNO3，和其氣態(tài)氫化物NH3可反應(yīng)生成鹽NH4NO3，故C正確；原子半徑的大小順序是F<N<S，故D正確。6．元素的原子結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)和在周期表中的位置。下列說法正確的是(C)A．元素原子的最外層電子數(shù)等于元素的最高化合價(jià)B．多電子原子中，在離核較近的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子能量較高C．P、S、Cl得電子能力和最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性均依次增強(qiáng)D．元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近的元素屬于過渡元素解析：多數(shù)原子的最外層電子數(shù)等于元素的最高化合價(jià)，但O、F及稀有氣體元素不符合該規(guī)律，A項(xiàng)錯(cuò)誤；多電子原子中，離核近的電子能量較低，B項(xiàng)錯(cuò)誤；P、S、Cl得電子能力依次增強(qiáng)，H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性依次增強(qiáng)，C項(xiàng)正確；過渡元素是指第ⅢB～ⅡB族之間的所有金屬元素，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．根據(jù)元素周期表1～20號(hào)元素的性質(zhì)和遞變規(guī)律，回答下列問題。(1)屬于金屬元素的有7種，金屬性最強(qiáng)的元素與氧氣反應(yīng)生成的化合物K2O、K2O2(KO2也可以)(填兩種化合物的化學(xué)式)；(2)最高正化合價(jià)最高的元素是氯(或Cl)，其最高正化合價(jià)為＋7價(jià)。(3)單質(zhì)既能與HCl反應(yīng)，又能與NaOH反應(yīng)的是Al，其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物具有兩性(填“酸性”“堿性”或“兩性”)。(4)第三周期中，原子半徑最大的是(稀有氣體元素除外)Na。(5)推測(cè)Si、N最簡單氫化物的穩(wěn)定性NH3大于SiH4(填化學(xué)式)。解析：前20號(hào)元素中，(1)屬于金屬元素的共有7