人教版高中化学必修第1册 第四章物质结构 元素周期律 第二节 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
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第四章 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
内
01 课前篇 素养初探
容
索
02 课堂篇 素养提升
引
素养目标
1.知道元素周期表的简单分区,进一步认识元素周期表是元素周期律的具 体表现形式,增强宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等方面的能 力。 2.学会运用元素周期表、元素周期律的有关知识,指导科学研究和工农业 生产,培养科学探究精神和社会责任。
(4)Al(OH)3与强酸、强碱反应的离子方程式分别为Al(OH)3+3H+ === Al3++3H2O、Al(OH)3+OH- === AlO2- +2H2O。
变式训练如图是元素周期表的一部分, 关于元素X、Y、Z的叙述正确的是( ) ①X的气态氢化物与Y的最高价氧化物对应的水化物能发生反应生成盐 ②Y、Z的气态氢化物的水溶液的酸性:Y<Z ③Z的单质在常温下是液体,可与铁粉反应 ④Z的原子序数比Y的大19 ⑤Z所在的周期中含有32种元素 A.只有①②③④ B.①②③④⑤ C.只有③ D.只有①④
3.锗是一种重要的半导体材料,用于制造晶体管及各种电子装置。锗(Ge) 是第四周期第ⅣA族元素,门捷列夫把它命名为类硅。下列叙述正确的是
() A.锗是一种金属性很强的元素 B.锗的单质具有半导体的性能 C.锗化氢(GeH4)稳定性很强 D.锗酸(H4GeO4)是强酸
答案 B 解析 锗处于金属区与非金属区的交界线上,元素金属性和非金属性都较弱, 反应中既不易得电子,也不易失电子,常用作半导体材料;锗化氢(GeH4)稳 定性很弱;锗和硅处于同一主族,主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱, 则硅的非金属性大于锗,非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸 性越强,所以锗酸酸性比硅酸弱,为弱酸,故D错误。
【深化拓展】 同一元素的“位、构、性”关系可表示如下:
(1)结构与位置的互推 ①原子核外电子层数=周期数。 ②原子核内质子数=原子序数。 ③主族元素原子最外层电子数=主族序数。 ④主族元素的最高正价=族序数(氧、氟除外),最低负价=主族序数-8。 (2)性质与位置的互推 ①根据元素的性质可以推知元素在周期表中的位置:若同周期元素A、B、C的 金属性逐渐增强,则A、B、C在同周期中按照C、B、A的顺序从左到右排列。 ②根据元素在周期表中的位置关系可以推断元素的性质:若同主族元素A、B、 C在同一主族中从上往下排列,则可推知A、B、C的单质的氧化性依次减弱或还 原性依次增强。
答案 A 解析 根据元素周期表的结构,可知R为He,X为N,Y为S,Z为Br;X的气态氢化 物为NH3,Y的最高价氧化物的水化物为H2SO4,NH3与H2SO4发生的反应为 2NH3+H2SO4 ===(NH4)2SO4;氢硫酸的酸性弱于氢溴酸的;Br2在常温下是液 体,能与铁粉反应;Br的原子序数为35,S的原子序数为16;Br处于第四周期, 该周期包括18种元素。
顺序是
。
(3)A元素某氧化物与D元素某氧化物反应生成单质的化学方程式
是
。
答案 (1)C O Si Na (2)H2O>CH4>SiH4 (3)2CO2+2Na2O2 === 2Na2CO3+O2 解析 已知A、B同周期,A、C同主族,原子半径D>C>A>B,所以A、B、C、 D在周期表中的相对位置如图所示。
() A.R一定是第四周期元素 B.R一定是第ⅣA族元素 C.R一定是第ⅦA族元素 D.R的氢化物化学式为H2R 答案 D 解析 据题意可知元素R为第ⅥA族元素[+6+(-2)=4],但周期数不确定,则A、 B、C均错;元素R为第ⅥA族元素,其最低负价为-2价,故其氢化物化学式为 H2R,D正确。
2.元素在周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质。下列说 法不正确的是( ) A.同一元素可能既表现金属性,又表现非金属性 B.第三周期主族元素的最高正化合价等于它所处的主族序数 C.短周期元素形成离子后,最外层都达到8电子稳定结构 D.同一主族的元素的原子,最外层电子数相同,化学性质相似
4.A、B、C、D都是短周期元素,原子半径D>C>A>B,其中A、B处在同一
周期,A、C处在同一主族。C原子核内质子数等于A、B原子核内质子数
之和,C原子最外层上的电子数是D原子最外层电子数的4倍。试回答:
(1)这四种元素分别是
A
,B
,C
,D
。
(2)这四种元素中在常温常压下的液态或气态氢化物的稳定性由大到小的
稳定性
。
(3)元素b的最高价氧化物的水化物的酸性比元素h的最高价氧化物的水化
物的酸性
(填“强”或“弱”),写出能证明上述结论的化学方程
式:
。
(4)g的最高价氧化物的水化物呈
,证明该结论的离子方程式
为
、
。
答案 (1)Na F H (2)强 弱
(3)强 CO2+Na2SiO3+H2O === H2SiO3↓+Na2CO3(或2CO2+Na2SiO3+2H2O
(3)结构与性质的互推 ①若某元素原子的最外层电子数小于4,则该元素原子在反应中容易失电 子;若某元素原子的最外层电子数大于4,则该元素原子在反应中容易得电 子。 ②若某元素原子在反应中容易得电子,则该元素原子的最外层电子数大于 4;若某元素原子在反应中容易失电子,则该元素原子的最外层电子数小于4。
课前篇 素养初探
【知识铺垫】 1.元素周期表中,同一周期从左到右,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强; 同一主族自上而下,金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。 2.元素周期表中,第三周期中金属与非金属分界处的元素是铝(Al)和硅(Si)。 3.常用作半导体材料的硅,在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。
答案 C 解析 第三周期的Al元素,既有金属性,又有非金属性,故A错误;H+最外层无 电子,Li+最外层有2个电子,因此并非所有的短周期元素原子形成离子后,最 外层都达到8电子稳定结构,故C错误;同主族元素的原子,化学性质有相似 性,但并不完全相同,故D正确。
课堂篇 素养提升
探究 元素“位—构—性”的关系及应用
答案 B 解析 若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则X处于Y的下一周期,原子序 数:X>Y,故A正确;不能根据氢化物水溶液的酸性强弱来比较元素的非金属 性,故B错误;硅、锗都位于金属与非金属的交界处,具有一定金属性与非金 属性,都可以做半导体材料,故C正确;同周期元素自左而右,元素金属性减 弱,金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性:Cs>Ba,故碱 性:CsOH>Ba(OH)2,D正确。
AB DC
又因为C原子最外层上的电子数是D原子最外层电子数的4倍,所以C为第 三周期第ⅣA族元素,D为第三周期第ⅠA族元素,从而可知C为硅,D为钠,进 而可推知,A为碳。由于C原子核内质子数等于A、B原子核内质子数之 和,14=6+B,因此B为8,即为氧。
本课结束
【必备知识】 一、元素的金属性和非金属性
二、元素的化合价与元素在周期表中的位置之间的关系 1.主族元素最高正化合价=族序数=原子最外层电子(价电子)数。 2.非金属元素的化合价 (1)最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数。 (2)最低负价等于使它达到8电子稳定结构所需得到的电子数。 (3)最高正价与最低负价绝对值之和等于8(H除外)。
【注意】位置、结构和性质的关系:
【素能应用】 典例下表是元素周期表的一部分。
回答下列问题:
(1)表中列出的元素中,金属性最强的是
(填元素符号,下同),非金
属性最强的是
,原子半径最小的是
。
(2)元素d的气态氢化物的稳定性比元素i的气态氢化物的稳定性
(填“强”或“弱”,下同);元素i的气态氢化物的稳定性比元素j的气态氢化物的
【微思考】(1)某主族元素的原子最外层电子数为7,则其最高价是否一定 为+7价? (2)原子变为离子后,最外层电子数是否一定是8个(K层为最外层时有2个电 子)? 提示 (1)不是,如氟元素为非金属性最强的元素,无正价。 (2)不是,如H+的原子核外无电子。
三、元素周期表和元素周期律的应用 1.根据元素在周期表中的位置推测其原子结构和性质。 2.根据元素的原子结构推测它在周期表中的位置。 3.指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。
4.指导其他与化学相关的科学技术。
【情境链接】农药六六六有较高和较宽广的杀虫活性,对人体的急性毒性 较低。六六六进入机体后主要蓄积于中枢神经和脂肪组织中,刺激大脑及 小脑运动。主要在元素周期表的什么位置寻找制取农药的元素?
提示 元素周期表的右上角,氟、氯、硫、磷、砷等的周围。
【自我小测】 1.某主族元素R的最高正价与最低负化合价的代数和为4,由此可以判断
元素中寻找制造催化剂的元素,故B错误;制备农药的元素可以从周期表左
上角中的非金属元素中找到,故C错误;在过渡元素中可寻找制造新制耐高
温、耐腐蚀材料的元素,故D错误。
2.(2020黑龙江大庆实验中学高一期中)元素周期表和元素周期律可以指导 人们进行规律性的推测和判断。下列说法不合理的是( ) A.若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>Y B.由水溶液的酸性:HCl>H2S,可推断出元素的非金属性:Cl>S C.在元素周期表中,硅、锗都位于金属与非金属的交界处,都可以做半导体 材料 D.Cs和Ba分别位于第六周期第ⅠA族和第ⅡA族,碱性:CsOH>Ba(OH)2
素养脉络
随堂检测
1.(2020辽宁抚顺六校协作体高一期末)在元素周期表中位于金属和非金属
元素交界处最容易找到的材料是( )
A.半导体材料
B.制催化剂的材料
C.制农药的材料 D.耐高温、耐腐蚀的合金材料
答案 A
解析 在金属元素和非金属元素交界区域的元素通常既具有金属性又具有
非金属性,其单质可以用来做良好的半导体材料,如硅等,故A正确;在过渡
【问题探究】
1.原子结构示意图为
的原子,在周期表中的位置
是
,根据其在周期表中的位置推测,该元素的最高正价
是
,其最高价氧化物对应水化物的化学式为
(该元
素示 第四周期第ⅥA族 +6价 H2XO4 弱
2.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的水化 物的酸性强弱顺序为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 可确定非金属性强弱顺序为X>Y,所以,如果它们同周期,则X排在Y的后面; 如果它们同主族,则X在Y的上一周期。 3.近年来,我国在超导研究方面居世界领先地位,铊(Tl)是超导体的组成成 分之一,铊位于第六周期第ⅢA族。Tl3+的氧化能力和Al3+比谁的强? 提示 Al3+。Tl的还原性比Al强,Tl3+的氧化能力比Al3+弱。
=== H2SiO3↓+2NaHCO3) (4)两性 Al(OH)3+3H+ ===Al3++3H2O Al(OH)3+OH- === AlO2- +2H2O
解析 根据元素周期表的结构易推知,表中字母所代表的元素分别为a— H,b—C,c—N,d—O,e—F,f—Na,g—Al,h—Si,i—S,j—Cl。 (1)根据元素周期律可知,表中所给元素中,金属性最强的元素为Na,非金属 性最强的元素为F,原子半径最小的元素为H。 (2)O、S为同主族元素,O的非金属性强于S的,故H2O的稳定性比H2S的强; 同周期元素从左到右,元素的非金属性逐渐增强,气态氢化物的稳定性逐渐 增强,故H2S的稳定性比HCl的弱。 (3)同主族元素从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应水 化物的酸性逐渐减弱。
内
01 课前篇 素养初探
容
索
02 课堂篇 素养提升
引
素养目标
1.知道元素周期表的简单分区,进一步认识元素周期表是元素周期律的具 体表现形式,增强宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等方面的能 力。 2.学会运用元素周期表、元素周期律的有关知识,指导科学研究和工农业 生产,培养科学探究精神和社会责任。
(4)Al(OH)3与强酸、强碱反应的离子方程式分别为Al(OH)3+3H+ === Al3++3H2O、Al(OH)3+OH- === AlO2- +2H2O。
变式训练如图是元素周期表的一部分, 关于元素X、Y、Z的叙述正确的是( ) ①X的气态氢化物与Y的最高价氧化物对应的水化物能发生反应生成盐 ②Y、Z的气态氢化物的水溶液的酸性:Y<Z ③Z的单质在常温下是液体,可与铁粉反应 ④Z的原子序数比Y的大19 ⑤Z所在的周期中含有32种元素 A.只有①②③④ B.①②③④⑤ C.只有③ D.只有①④
3.锗是一种重要的半导体材料,用于制造晶体管及各种电子装置。锗(Ge) 是第四周期第ⅣA族元素,门捷列夫把它命名为类硅。下列叙述正确的是
() A.锗是一种金属性很强的元素 B.锗的单质具有半导体的性能 C.锗化氢(GeH4)稳定性很强 D.锗酸(H4GeO4)是强酸
答案 B 解析 锗处于金属区与非金属区的交界线上,元素金属性和非金属性都较弱, 反应中既不易得电子,也不易失电子,常用作半导体材料;锗化氢(GeH4)稳 定性很弱;锗和硅处于同一主族,主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱, 则硅的非金属性大于锗,非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸 性越强,所以锗酸酸性比硅酸弱,为弱酸,故D错误。
【深化拓展】 同一元素的“位、构、性”关系可表示如下:
(1)结构与位置的互推 ①原子核外电子层数=周期数。 ②原子核内质子数=原子序数。 ③主族元素原子最外层电子数=主族序数。 ④主族元素的最高正价=族序数(氧、氟除外),最低负价=主族序数-8。 (2)性质与位置的互推 ①根据元素的性质可以推知元素在周期表中的位置:若同周期元素A、B、C的 金属性逐渐增强,则A、B、C在同周期中按照C、B、A的顺序从左到右排列。 ②根据元素在周期表中的位置关系可以推断元素的性质:若同主族元素A、B、 C在同一主族中从上往下排列,则可推知A、B、C的单质的氧化性依次减弱或还 原性依次增强。
答案 A 解析 根据元素周期表的结构,可知R为He,X为N,Y为S,Z为Br;X的气态氢化 物为NH3,Y的最高价氧化物的水化物为H2SO4,NH3与H2SO4发生的反应为 2NH3+H2SO4 ===(NH4)2SO4;氢硫酸的酸性弱于氢溴酸的;Br2在常温下是液 体,能与铁粉反应;Br的原子序数为35,S的原子序数为16;Br处于第四周期, 该周期包括18种元素。
顺序是
。
(3)A元素某氧化物与D元素某氧化物反应生成单质的化学方程式
是
。
答案 (1)C O Si Na (2)H2O>CH4>SiH4 (3)2CO2+2Na2O2 === 2Na2CO3+O2 解析 已知A、B同周期,A、C同主族,原子半径D>C>A>B,所以A、B、C、 D在周期表中的相对位置如图所示。
() A.R一定是第四周期元素 B.R一定是第ⅣA族元素 C.R一定是第ⅦA族元素 D.R的氢化物化学式为H2R 答案 D 解析 据题意可知元素R为第ⅥA族元素[+6+(-2)=4],但周期数不确定,则A、 B、C均错;元素R为第ⅥA族元素,其最低负价为-2价,故其氢化物化学式为 H2R,D正确。
2.元素在周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质。下列说 法不正确的是( ) A.同一元素可能既表现金属性,又表现非金属性 B.第三周期主族元素的最高正化合价等于它所处的主族序数 C.短周期元素形成离子后,最外层都达到8电子稳定结构 D.同一主族的元素的原子,最外层电子数相同,化学性质相似
4.A、B、C、D都是短周期元素,原子半径D>C>A>B,其中A、B处在同一
周期,A、C处在同一主族。C原子核内质子数等于A、B原子核内质子数
之和,C原子最外层上的电子数是D原子最外层电子数的4倍。试回答:
(1)这四种元素分别是
A
,B
,C
,D
。
(2)这四种元素中在常温常压下的液态或气态氢化物的稳定性由大到小的
稳定性
。
(3)元素b的最高价氧化物的水化物的酸性比元素h的最高价氧化物的水化
物的酸性
(填“强”或“弱”),写出能证明上述结论的化学方程
式:
。
(4)g的最高价氧化物的水化物呈
,证明该结论的离子方程式
为
、
。
答案 (1)Na F H (2)强 弱
(3)强 CO2+Na2SiO3+H2O === H2SiO3↓+Na2CO3(或2CO2+Na2SiO3+2H2O
(3)结构与性质的互推 ①若某元素原子的最外层电子数小于4,则该元素原子在反应中容易失电 子;若某元素原子的最外层电子数大于4,则该元素原子在反应中容易得电 子。 ②若某元素原子在反应中容易得电子,则该元素原子的最外层电子数大于 4;若某元素原子在反应中容易失电子,则该元素原子的最外层电子数小于4。
课前篇 素养初探
【知识铺垫】 1.元素周期表中,同一周期从左到右,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强; 同一主族自上而下,金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。 2.元素周期表中,第三周期中金属与非金属分界处的元素是铝(Al)和硅(Si)。 3.常用作半导体材料的硅,在元素周期表中的位置是第三周期第ⅣA族。
答案 C 解析 第三周期的Al元素,既有金属性,又有非金属性,故A错误;H+最外层无 电子,Li+最外层有2个电子,因此并非所有的短周期元素原子形成离子后,最 外层都达到8电子稳定结构,故C错误;同主族元素的原子,化学性质有相似 性,但并不完全相同,故D正确。
课堂篇 素养提升
探究 元素“位—构—性”的关系及应用
答案 B 解析 若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则X处于Y的下一周期,原子序 数:X>Y,故A正确;不能根据氢化物水溶液的酸性强弱来比较元素的非金属 性,故B错误;硅、锗都位于金属与非金属的交界处,具有一定金属性与非金 属性,都可以做半导体材料,故C正确;同周期元素自左而右,元素金属性减 弱,金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性:Cs>Ba,故碱 性:CsOH>Ba(OH)2,D正确。
AB DC
又因为C原子最外层上的电子数是D原子最外层电子数的4倍,所以C为第 三周期第ⅣA族元素,D为第三周期第ⅠA族元素,从而可知C为硅,D为钠,进 而可推知,A为碳。由于C原子核内质子数等于A、B原子核内质子数之 和,14=6+B,因此B为8,即为氧。
本课结束
【必备知识】 一、元素的金属性和非金属性
二、元素的化合价与元素在周期表中的位置之间的关系 1.主族元素最高正化合价=族序数=原子最外层电子(价电子)数。 2.非金属元素的化合价 (1)最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数。 (2)最低负价等于使它达到8电子稳定结构所需得到的电子数。 (3)最高正价与最低负价绝对值之和等于8(H除外)。
【注意】位置、结构和性质的关系:
【素能应用】 典例下表是元素周期表的一部分。
回答下列问题:
(1)表中列出的元素中,金属性最强的是
(填元素符号,下同),非金
属性最强的是
,原子半径最小的是
。
(2)元素d的气态氢化物的稳定性比元素i的气态氢化物的稳定性
(填“强”或“弱”,下同);元素i的气态氢化物的稳定性比元素j的气态氢化物的
【微思考】(1)某主族元素的原子最外层电子数为7,则其最高价是否一定 为+7价? (2)原子变为离子后,最外层电子数是否一定是8个(K层为最外层时有2个电 子)? 提示 (1)不是,如氟元素为非金属性最强的元素,无正价。 (2)不是,如H+的原子核外无电子。
三、元素周期表和元素周期律的应用 1.根据元素在周期表中的位置推测其原子结构和性质。 2.根据元素的原子结构推测它在周期表中的位置。 3.指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。
4.指导其他与化学相关的科学技术。
【情境链接】农药六六六有较高和较宽广的杀虫活性,对人体的急性毒性 较低。六六六进入机体后主要蓄积于中枢神经和脂肪组织中,刺激大脑及 小脑运动。主要在元素周期表的什么位置寻找制取农药的元素?
提示 元素周期表的右上角,氟、氯、硫、磷、砷等的周围。
【自我小测】 1.某主族元素R的最高正价与最低负化合价的代数和为4,由此可以判断
元素中寻找制造催化剂的元素,故B错误;制备农药的元素可以从周期表左
上角中的非金属元素中找到,故C错误;在过渡元素中可寻找制造新制耐高
温、耐腐蚀材料的元素,故D错误。
2.(2020黑龙江大庆实验中学高一期中)元素周期表和元素周期律可以指导 人们进行规律性的推测和判断。下列说法不合理的是( ) A.若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>Y B.由水溶液的酸性:HCl>H2S,可推断出元素的非金属性:Cl>S C.在元素周期表中,硅、锗都位于金属与非金属的交界处,都可以做半导体 材料 D.Cs和Ba分别位于第六周期第ⅠA族和第ⅡA族,碱性:CsOH>Ba(OH)2
素养脉络
随堂检测
1.(2020辽宁抚顺六校协作体高一期末)在元素周期表中位于金属和非金属
元素交界处最容易找到的材料是( )
A.半导体材料
B.制催化剂的材料
C.制农药的材料 D.耐高温、耐腐蚀的合金材料
答案 A
解析 在金属元素和非金属元素交界区域的元素通常既具有金属性又具有
非金属性,其单质可以用来做良好的半导体材料,如硅等,故A正确;在过渡
【问题探究】
1.原子结构示意图为
的原子,在周期表中的位置
是
,根据其在周期表中的位置推测,该元素的最高正价
是
,其最高价氧化物对应水化物的化学式为
(该元
素示 第四周期第ⅥA族 +6价 H2XO4 弱
2.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的水化 物的酸性强弱顺序为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 可确定非金属性强弱顺序为X>Y,所以,如果它们同周期,则X排在Y的后面; 如果它们同主族,则X在Y的上一周期。 3.近年来,我国在超导研究方面居世界领先地位,铊(Tl)是超导体的组成成 分之一,铊位于第六周期第ⅢA族。Tl3+的氧化能力和Al3+比谁的强? 提示 Al3+。Tl的还原性比Al强,Tl3+的氧化能力比Al3+弱。
=== H2SiO3↓+2NaHCO3) (4)两性 Al(OH)3+3H+ ===Al3++3H2O Al(OH)3+OH- === AlO2- +2H2O
解析 根据元素周期表的结构易推知,表中字母所代表的元素分别为a— H,b—C,c—N,d—O,e—F,f—Na,g—Al,h—Si,i—S,j—Cl。 (1)根据元素周期律可知,表中所给元素中,金属性最强的元素为Na,非金属 性最强的元素为F,原子半径最小的元素为H。 (2)O、S为同主族元素,O的非金属性强于S的,故H2O的稳定性比H2S的强; 同周期元素从左到右,元素的非金属性逐渐增强,气态氢化物的稳定性逐渐 增强,故H2S的稳定性比HCl的弱。 (3)同主族元素从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,最高价氧化物对应水 化物的酸性逐渐减弱。