第15講-元素周期律的應(yīng)用(講義)(解析版)

第15講元素周期律的應(yīng)用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道堿金屬元素、鹵族元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，能從原子結(jié)構(gòu)角度解釋同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。2．理解元素在周期表中的位置、元素原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)三者之間的關(guān)系。3．知道元素周期表、元素周期律在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用?！净A(chǔ)知識梳理】一、堿金屬元素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遞變規(guī)律1．堿金屬元素的原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性元素名稱鋰鈉鉀銣銫元素符號LiNaKRbCs原子結(jié)構(gòu)示意圖相似性最外層均有1個(gè)電子遞變性從Li到Cs隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大2．堿金屬元素物理性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性：除銫外，堿金屬元素都是銀白色的單質(zhì)，硬度小，延展性好，密度較小，熔點(diǎn)較低。(2)遞變性：從Li~Cs，熔點(diǎn)逐漸降低。3．堿金屬元素化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性：堿金屬都是活潑金屬，均易失去1個(gè)電子，在化合物中均為＋1價(jià)。①單質(zhì)的性質(zhì)均能與非金屬單質(zhì)(O2、Cl2)反應(yīng)與水反應(yīng)（用R表示單質(zhì)），反應(yīng)通式：2R+2H2O=2ROH+H2↑與酸反應(yīng)，反應(yīng)通式：2R+2H+=2R++H2↑②堿金屬的最高價(jià)氧化物(R2O)對應(yīng)的水化物(ROH)，一般都具有強(qiáng)堿性。(2)遞變性：根據(jù)下表中堿金屬與水反應(yīng)的現(xiàn)象，你能推測出哪些規(guī)律？堿金屬LiNaKRbCs與水反應(yīng)的現(xiàn)象反應(yīng)較為緩和，鋰浮在水面，并以穩(wěn)定、適中的速度釋放出氣體反應(yīng)迅速并放熱，鈉融化成小球反應(yīng)迅速，伴有燃燒，輕微爆炸劇烈反應(yīng)，發(fā)生爆炸劇烈反應(yīng)，發(fā)生劇烈爆炸(3)結(jié)論：堿金屬都能與水反應(yīng)，從Li~Cs，反應(yīng)越來越劇烈。LiOH、NaOH、KOH、RbOH的堿性逐漸增強(qiáng)。隨著核電荷數(shù)的遞增，堿金屬元素的金屬性逐漸增強(qiáng)。【例1】下列關(guān)于堿金屬元素的性質(zhì)說法正確的是（）A．從鋰到銫，堿金屬元素單質(zhì)的密度依次增大B．從Li→Cs，其離子的氧化性依次減弱C．金屬鉀能從氯化鈉溶液中置換出鈉D．堿金屬在自然界中能以游離態(tài)存在答案：B解析：A選項(xiàng)，堿金屬單質(zhì)的密度逐漸增大，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，Li→Cs，金屬性（還原性）增強(qiáng)，其離子的氧化性減弱，正確；C選項(xiàng)，K、Na都是活潑金屬，在水溶液中要與水反應(yīng)，錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，堿金屬元素都是活潑金屬元素，在自然界中不能以游離態(tài)形式存在。二、鹵族元素元素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)遞變規(guī)律1．鹵族元素原子結(jié)構(gòu)的相似性和遞變性元素名稱氟氯溴碘元素符號FClBrI相似性最外層均有7個(gè)電子。遞變性從F到I，隨核電荷數(shù)的增加，電子層數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大。2．鹵族元素單質(zhì)物理性質(zhì)的相似性和遞變性顏色：eq\o(→,\s\up7(F2：淺黃綠色Cl2：黃綠色Br2：深紅棕色I(xiàn)2：紫黑色),\s\do5(均有顏色))顏色加深熔、沸點(diǎn)：eq\o(→,\s\up7(F2：氣體Cl2：氣體Br2：液體I2：固體),\s\do5(均較低))逐漸升高水溶性：eq\o(→,\s\up7(F2：反應(yīng)Cl2：溶解Br2：溶解I2：微溶),\s\do5(除F2外，都不易溶于水，但都易溶于有機(jī)溶劑，如CCl4、酒精等))逐漸減小3．鹵素單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的相似性和遞變性(1)相似性鹵族元素的原子最外層均有7個(gè)電子，得電子的能力強(qiáng)，容易得1個(gè)電子，其單質(zhì)都具有較強(qiáng)的氧化性，自然界中不存在游離態(tài)的鹵素單質(zhì)。(2)遞變性①實(shí)驗(yàn)探究鹵素單質(zhì)(Cl2、Br2、I2)氧化性的強(qiáng)弱實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象離子方程式氯水與NaBr溶液反應(yīng)溶液變?yōu)槌赛S色2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2氯水與KI溶液反應(yīng)溶液變?yōu)樽攸S色2I－＋Cl2=2Cl－＋I(xiàn)2溴水與KI溶液反應(yīng)，加入四氯化碳溶液，振蕩靜置靜置后，液體分層，下層呈紫紅色2I－＋Br2=2Br－＋I(xiàn)2結(jié)論：Cl2、Br2、I2單質(zhì)的氧化性由強(qiáng)到弱的順序是Cl2＞Br2＞I2，相應(yīng)陰離子的還原性由強(qiáng)到弱的順序是I－＞Br－＞Cl－。②從F→I，單質(zhì)與氫氣反應(yīng)越來越難，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性依次減弱。③從Cl→I，最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性越來越弱。(3)結(jié)論：隨核電荷數(shù)的遞增，ⅦA族元素原子的得電子能力越來越弱，元素的非金屬性越來越弱?！纠?】下列關(guān)于鹵族元素的說法正確的是（）A．鹵素單質(zhì)在自然界中能以游離態(tài)存在B．鹵素原子最外層都有7個(gè)電子，其最高正化合價(jià)都為＋7價(jià)C．HF、HCl、HBr、HI的穩(wěn)定性依次減弱D．隨核電荷數(shù)的增加，鹵素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸降低答案：C解析：A選項(xiàng)，鹵素單質(zhì)在自然界中只能以化合態(tài)存在，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，F(xiàn)沒有最高正化合價(jià)，錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，F(xiàn)、Cl、Br、I的非金屬性逐漸減弱，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱，正確；D選項(xiàng)，鹵素單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸增大，錯(cuò)誤。故選C。【例3】下列有關(guān)堿金屬元素和鹵素的說法中，錯(cuò)誤的是()A．溴單質(zhì)與H2的反應(yīng)比碘單質(zhì)與H2的反應(yīng)更劇烈B．堿金屬元素中，鋰原子失去最外層電子的能力最弱；鹵素中，氟原子得電子的能力最強(qiáng)C．鉀與水的反應(yīng)比鈉與水的反應(yīng)更劇烈D．隨核電荷數(shù)的增加，堿金屬單質(zhì)和鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)都逐漸降低答案：D解析：A選項(xiàng)，Br元素比I元素非金屬性強(qiáng)，因此溴單質(zhì)與H2反應(yīng)更劇烈，正確；B選項(xiàng)，堿金屬元素中，從上到下元素的金屬性(失去電子能力)逐漸增強(qiáng)，鹵素從上到下，元素的非金屬性（得電子能力）逐漸減弱，正確；C選項(xiàng)，鉀比鈉活潑，與水反應(yīng)更劇烈，正確；D選項(xiàng)，隨著核電荷數(shù)增加，堿金屬單質(zhì)熔點(diǎn)逐漸降低，鹵素單質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸增大，錯(cuò)誤。故選D。三、元素周期表的中元素原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系1．同周期(從左到右)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律相同增加減小減弱增強(qiáng)減弱增強(qiáng)2．同主族(自上而下)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律相同增大增大增強(qiáng)減弱增強(qiáng)減弱3．元素周期表的金屬區(qū)和非金屬區(qū)(1)分界線的劃分：沿著周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之間畫一條斜線，斜線的左邊是金屬元素，右邊是非金屬元素。(2)分界線附近的元素，既能表現(xiàn)出一定的金屬性，又能表現(xiàn)出一定的非金屬性，故元素的金屬性和非金屬之間沒有嚴(yán)格的界線?！纠?】比較物質(zhì)的性質(zhì)（用化學(xué)式和“>”、“<”表示）Na、Mg的單質(zhì)與水反應(yīng)的劇烈程度：_____________________Si、P的單質(zhì)與氫氣化合的難易程度：_____________________O、S元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：_____________________P、Cl元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：_____________________Be、Mg元素的最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的堿性：_____________________S、Cl元素的最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性：_____________________N、P元素的最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性：_____________________答案：Na>MgSi<PH2O>H2SPH3<HClBe(OH)2<Mg(OH)2H2SO4<HClO4HNO3>H3PO4解析：回答問題時(shí)，要寫出對應(yīng)的化學(xué)式，不能只用元素符號表示。四、元素“位—構(gòu)—性”的關(guān)系元素原子結(jié)構(gòu)、元素在周期表中的位置和元素的主要性質(zhì)三者之間的關(guān)系如下1．結(jié)構(gòu)與位置的關(guān)系最外層電子數(shù)=主族序數(shù)電子層數(shù)=周期序數(shù)2．結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系最外層電子數(shù)越少，電子層數(shù)越多→越易失電子，金屬性越強(qiáng)最外層電子數(shù)越多，電子層數(shù)越少→越易得電子，非金屬性越強(qiáng)3．位置、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系【例5】根據(jù)元素周期律和元素周期表的知識分析下面的推斷，其中錯(cuò)誤的是()A．短周期主族元素中半徑最大的是NaB．Sr(OH)2的堿性強(qiáng)于Ba(OH)2C．砹(At)的單質(zhì)是有色固體，HAt很不穩(wěn)定D．AsH3是無色、有毒的氣體答案：B解析：同主族元素從上到下金屬性增強(qiáng)，則金屬性：Sr＜Ba，氫氧化鍶比氫氧化鋇的堿性弱，B錯(cuò)誤；由鹵族元素單質(zhì)及化合物的遞變性可知，隨原子序數(shù)的增大，單質(zhì)的顏色逐漸加深，氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性逐漸減弱，砹是一種有色固體，HAt不穩(wěn)定，C正確；AsH3是無色、有毒的氣體，D正確。五、元素周期表在科技生產(chǎn)中的應(yīng)用(1)在金屬元素和非金屬元素的交界處尋找半導(dǎo)體材料（如硅、鍺、硒等）。(2)在過渡元素（副族和Ⅷ族）中尋找優(yōu)良的催化劑。(3)在過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料。(4)研究元素周期表右上角的元素，合成新農(nóng)藥。(5)位于第六周期ⅥB的鎢是熔點(diǎn)最高的金屬，位于第四周期ⅣB的鈦，密度小、耐高溫、耐腐蝕，適應(yīng)于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、人造衛(wèi)星殼體等。課堂檢測1．鋰(Li)是世界上最輕的金屬，它屬于堿金屬的一種。下列說法正確的是()A．堿金屬單質(zhì)在氧氣中燃燒，都生成過氧化物B．Li是堿金屬原子中半徑最小的原子C．Li、Na、K、Rb＋的最外層都只有一個(gè)電子D．Na＋比Li多一個(gè)電子層答案：B解析：A選項(xiàng)，堿金屬越活潑，在氧氣中燃燒的產(chǎn)物越復(fù)雜，錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，堿金屬中，Li的原子半徑最小，正確；C選項(xiàng)，Rb＋帶1個(gè)正電荷，最外層電子數(shù)為8，錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，Na+有兩個(gè)電子層，與Li的電子層數(shù)相同，錯(cuò)誤。故選B。2．下列關(guān)于鹵素的敘述正確的是()A．鹵素是典型的非金屬元素，因此不能與其他非金屬元素化合B．鹵素單質(zhì)越活潑，其溶、沸點(diǎn)就越高C．鹵素單質(zhì)都能和水劇烈反應(yīng)D．鹵素單質(zhì)都能和H2反應(yīng)，且氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性隨單質(zhì)氧化性的增強(qiáng)而增強(qiáng)答案：D3．根據(jù)同主族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律分析下面的推斷，其中錯(cuò)誤的是()A．氯化氫比溴化氫穩(wěn)定B．硒化氫比硫化氫穩(wěn)定C．氫氧化鍶比氫氧化鈣的堿性強(qiáng)D．鈹原子的失電子能力比鎂弱答案：B解析：A選項(xiàng)，非金屬性Cl>Br，穩(wěn)定性HCl>HBr，正確；B選項(xiàng)，Se和S同族，非金屬性S>Se，穩(wěn)定性H2S>H2Se，錯(cuò)誤；C選項(xiàng)Sr和Ca同族，金屬性Sr>Ca，故氫氧化鍶的堿性強(qiáng)，正確；D選項(xiàng)，Be與Mg同主族，金屬性Mg>Be，失電子能力Mg>Be，正確。故選B。4．元素周期表中某區(qū)域的一些元素通常用來做半導(dǎo)體材料，它們是()A．左下方區(qū)域的金屬元素B．金屬元素和非金屬元素分界線附近的元素C．右上方區(qū)域的非金屬元素D．稀有氣體元素答案：B解析：用來制造半導(dǎo)體材料的元素位于金屬元素與非金屬元素分界線附近。5．已知某主族元素的原子最外層有7個(gè)電子，推測下列選項(xiàng)不正確的是()A．單質(zhì)有氧化性B．最高正價(jià)一定為＋7價(jià)C．是非金屬元素D．同周期元素中原子半徑最小答案：B解析：某原子的最外層有7個(gè)電子，說明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一個(gè)電子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其單質(zhì)具有強(qiáng)氧化性，故A正確；F沒有正價(jià)，故B錯(cuò)誤；第ⅦA族為非金屬元素，故C正確；同周期元素從左向右原子半徑逐漸減小(稀有氣體除外)，因此鹵族元素的原子半徑是同周期中最小的，故D正確。6．如圖所示是元素周期表的一部分，下列說法中正確的是()A．元素的簡單離子半徑大?。孩埽劲荩劲贐．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：⑤＞②C．最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性：⑥＞⑤D．元素的最高正化合價(jià)：③＝⑥答案：C解析：元素①～⑥分別為N、O、F、Al、S、Cl。離子半徑：S2－＞O2－＞Al3＋，A項(xiàng)錯(cuò)誤；非金屬性越強(qiáng)則對應(yīng)氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物的酸性也越強(qiáng)，故穩(wěn)定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B項(xiàng)錯(cuò)誤、C項(xiàng)正確；F無正價(jià)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。7．硒(Se)是人體健康必需的一種微量元素。已知Se的原子結(jié)構(gòu)示意圖為。下列說法不正確的是()A．該原子的質(zhì)量數(shù)為34B．該元素處于第四周期ⅥA族C．SeO2既有氧化性又有還原性D．酸性：H2SO4＞H2SeO4答案：A解析：從Se的原子結(jié)構(gòu)示意圖看出，Se的質(zhì)子數(shù)為34，質(zhì)量數(shù)一定大于34，A錯(cuò)誤；Se原子有四個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為6，所以Se在周期表中的位置為第四周期ⅥA族，B正確；SeO2中Se的化合價(jià)為＋4價(jià)處于中間價(jià)態(tài)，所以SeO2既具有氧化性又具有還原性，C正確；Se的非金屬性弱于S，所以它們最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物的酸性大小為H2SO4＞H2SeO4，D正確。8．據(jù)報(bào)道，我國科學(xué)家通過與多個(gè)國家進(jìn)行科技合作，成功研發(fā)出銫(Cs)原子噴泉鐘，標(biāo)志著我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列。已知銫位于元素周期表中第六周期ⅠA族，根據(jù)銫在元素周期表中的位置，推斷下列內(nèi)容：(1)銫的原子核外共有____個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為_________，銫的原子序數(shù)為_________。(2)銫單質(zhì)與水劇烈反應(yīng)，放出______色氣體，同時(shí)使紫色石蕊溶液顯______色，因?yàn)開__________________________________________(寫出化學(xué)方程式)。(3)預(yù)測銫單質(zhì)的還原性比鈉單質(zhì)的還原性__________(填“弱”或“強(qiáng)”)。答案：(1)6155(2)無藍(lán)2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)強(qiáng)9．已知W、X、Y、Z為短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性大于Z的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性，X、Y為金屬元素，X的陽離子的氧化