高中化学第二节 元素周期律导学案及答案

课时2　元素周期表和元素周期律的应用

一、元素周期表的分区及元素化合价规律

请填写出图中序号所表示内容。

①增强；②减弱；③增强；④增强；

⑤Al；⑥Si；⑦金属；⑧非金属。

微点拨：(1)周期表的左下方是金属性最强的元素(钫)，右上方是非金属性最强的元素(氟)。碱性最强的是FrOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。

(2)由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。

二、元素化合价与原子结构、位置的定量关系

1．主族元素的最高正化合价等于主族序数等于最外层电子数或价电子数(F、O除外)。

2．非金属元素的最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数等于主族序数(F、O除外)。

3．非金属元素的负化合价等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数等于主族序数－8。

4．大部分非金属元素的最高正化合价与它的负化合价的绝对值之和为8。

三、元素周期表和元素周期律的应用

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)在金属与非金属分界处可以寻找半导体材料。

(2)研究氟、氯、硫、磷、砷附近元素，制造新农药。

(3)在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。

　(1)从第ⅢA族的硼到第ⅦA族的砹连成一条斜线，即为金属元素和非金属元素的分界线，分界线附近元素的性质有何特点？这些元素可制取什么材料？

[提示]　分界线附近的元素既有一定的金属性，又有一定的非金属性。这些元素可以制取半导体材料。

(2)短周期元素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什么？

[提示]　该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H2RO4。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)Al在金属与非金属的分界线上，故Al既是金属又是非金属。 (　　)

(2)ⅥA族的所有元素的最高正价均为＋6价。 (　　)

(3)在过渡元素中可以寻找新的催化剂。 (　　)

(4)在所有的氧化物中，氧均为－2价。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×

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。下列说法正确的是(　　)

A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性

B．第三周期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．同一主族元素的原子、最外层电子数相同，化学性质完全相同

[答案]　B　

3．主族元素锗的最高化合价为＋4价，且锗位于硅的下一周期，写出“锗”在周期表中的位置________________。根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种用途是________________。硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。

[答案]　第四周期ⅣA族　半导体材料　锗

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)根据如图，可确定X、Y、Z、W属于哪一周期？

[答案]　X、Y为第二周期，Z、W为第三周期。

(2)根据Y的原子核外电子排布特点可推断Y是什么元素，进而确定X、Z、W是什么元素？

[答案]　Y为O，X、Z、W依次为N、S、Cl。

(3)根据确定的Z、W，二者形成的最高氧化物的水化物中酸性最强是什么？Y、Z形成氢化物中，热稳定性最强的是什么？

[答案]　HClO4，H2O。

元素的结构、位置与性质之间的关系

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，而根据元素的原子结构又可推测它在元素周期表中的位置和性质，三者之间的关系如图所示。

说明：三个定量关系

(1)电子层数＝周期序数

(2)最外层电子数＝主族序数＝最高正化合价(O、F除外)

(3)负化合价与最高正价的绝对值之和为8或2

【典例】　A、B、C为短周期元素，在周期表中所处的位置如图所示。A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。

(1)写出A、B、C三种元素名称__________、__________、________。

(2)C在元素周期表中的位置是___________________。

(3)C的氢化物与B的氢化物的稳定性强弱顺序为________>________(填化学式)。

(4)比较A、C的原子半径：A________C，写出A的气态氢化物与A的最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式：____________________。

[解析]　据A、B、C在周期表中的位置可知，A、C处于第二周期，B处于第三周期，设B的原子序数为x，则A为x－9，C为x－7，据题意有x－9＋x－7＝x，则x＝16，即为S，那么A为N，C为F。

[答案]　(1)氮　硫　氟　(2)第二周期第ⅦA族

(3)HF　H2S　(4)>　NH3＋HNO3===NH4NO3

[借题发挥]

(1)写出C单质与H2O反应的化学方程式________________。

(2)写B的离子结构示意图_________________________。

(3)A、C的氢化物中还原性较强的为________(写化学式)。

[答案]　(1)2F2＋2H2O===4HF＋O2

(2) 　(3)NH3

1．今年是门捷列夫发现元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是(　　)

A．原子半径：W＜X

B．常温常压下，Y单质为固态

C．气态氢化物热稳定性：Z＜W

D．X的最高价氧化物的水化物是强碱

D　[由题意，W、X、Y、Z为短周期主族元素，W与X的最高化合价之和为8，可推出W、X、Y、Z分别为N、Al、Si、P。

A项，根据电子层数越多，原子半径越大，可得原子半径：W<X，正确；B项，常温常压下，硅单质为固态，正确；C项，同一主族由下到上简单气态氢化物的稳定性逐渐增强，所以热稳定性：NH3>PH3，正确；D项，X的最高价氧化物的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物，错误。]

2．短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．Y原子的电子总数是其K层电子数的4倍

B．原子半径大小顺序为r(X)>r(Y)>r(Z)>r(W)>r(Q)

C．Q的单质能与W的氢化物发生置换反应

D．元素Q的最高价氧化物对应水化物的酸性是短周期中最强的

B　[由5种元素在周期表中的位置可以推知：Z为Al，X为N，Y为O，W为S，Q为Cl。Y原子的电子总数是8，其K层有2个电子，电子总数是K层电子数的4倍，A项正确；原子半径大小顺序为r(Z)>r(W)>r(Q)>r(X)>r(Y)，B项错误；氯气能与硫化氢发生置换反应生成氯化氢和硫单质，C项正确；根据同周期元素性质递变规律可知非金属性：短周期中氟元素非金属性最强，但是F无正价，没有最高价含氧酸，故短周期中氯元素的最高价氧化物对应水化物的酸性最强，D项正确。]

3．a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素，a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同；c所在周期数与族数相同；d与a同族。下列叙述正确的是(　　)

A．原子半径：d>c>b>a

B．4种元素中b的金属性最强

C．c的氧化物的水化物是强碱

D．d单质的氧化性比a单质的氧化性强

B　[a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同，b原子次外层的电子数为2或8，若b原子次外层的电子数为2，则a为He，不是主族元素，不符合题意；若b原子次外层的电子数为8，则b为第三周期元素，a为O；d与a同族，则d为S; c所在周期数与族数相同，则c为Al，b为Na或Mg。

A错：原子半径：a<d<c<b。

B对：b为Na或Mg,4种元素中b的金属性最强。

C错：c的氧化物的水化物是Al(OH)3，属于两性氢氧化物，不是强碱。

D错：a、d同主族，同主族元素从上到下原子半径逐渐增大，失电子能力逐渐增强，氧化性逐渐减弱。]

4．(素养题)下表是元素周期表的一部分，回答下列问题。

(1)写出①、⑦两种元素的名称：________、________。

(2)在这些元素中，最活泼的金属元素的离子结构示意图是________，最活泼的非金属元素是________(填元素符号，下同)，________是最不活泼的元素。

(3)这些元素的最高价氧化物对应的水化物中，________(填化学式，下同)酸性最强，________碱性最强；能形成两性氢氧化物的元素是________(填元素符号)。

(4)在⑤到⑪的元素中，____________(填元素符号)的原子半径最小。

(5)比较⑤和⑥的化学性质，__________(填元素符号)更活泼，试用实验证明(简述操作、现象和结论)：_____________。

[解析]　由题给信息知，①为C，②为N，③为O，④为F，⑤为Na，⑥为Mg，⑦为Al，⑧为Si，⑨为P，⑩为S，⑪为Cl，⑫为Ar。(1)①、⑦两种元素的名称分别为碳、铝。(2)在这些元素中，最活泼的金属元素是Na，其易失去1个电子形成的离子结构示意图是，最活泼的非金属元素是F，最不活泼的元素是稀有气体Ar。(3)同周期元素从左到右，元素非金属性逐渐增强，金属性逐渐减弱，同主族元素，从上到下，元素非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，故上述元素中，其最高价氧化物的水化物中，HClO4的酸性最强，NaOH的碱性最强，能形成两性氢氧化物的元素是Al。(4)同周期元素(除稀有气体外)，从左到右，原子半径依次减小，故⑤到⑪的元素中，Cl的原子半径最小。(5)由变化规律，金属性Na>Mg，可将金属Na和Mg分别与冷水反应，反应剧烈的是Na，则Na更活泼。

[答案]　(1)碳　铝

(2) 　F　Ar

(3)HClO4　NaOH　Al　(4)Cl

(5)Na　将Na和Mg分别与冷水反应，反应剧烈的是钠(答案合理即可)

1．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．元素的性质总在不断发生明显的变化

B．紧靠虚线两侧的元素都是两性金属元素

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

C　[同族元素的性质是相似的，同周期元素的性质是递变的，A项错误；紧靠虚线两侧的元素既表现金属性又表现非金属性，但没有两性金属元素这一说法，B项错误；耐高温材料应该在过渡元素中寻找，D项错误。]

2．镭(Ra)位于元素周期表中第七周期第ⅡA族，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RaCl2

C．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

C　[镭的活泼性比Ca强，与H2O反应能生成H2。]

3．五种主族元素X、Y、Z、M和N在周期表中的位置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．M的原子半径比N的小

B．Y和Z既可形成Z2Y，也可形成Z2Y2

C．X2M的稳定性比X2Y的强

D．M和N的氧化物的水化物均为强酸

B　[由题给周期表可推知五种元素分别是X—H、Y—O、Z—Na、M—S、N—Cl。同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小，原子半径S>Cl，A项错误；O和Na可形成Na2O和Na2O2，B项正确；同主族元素从上到下氢化物稳定性逐渐减弱，稳定性H2O>H2S，C项错误；S和Cl的最高价氧化物对应的水化物H2SO4、HClO4都是强酸，但H2SO3不是强酸，故D项错误。]

4．几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：

下列叙述正确的是(　　)

A．X、Y元素的金属性：X＜Y

B．一定条件下，W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来

C．Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水

D．一定条件下，Z单质与W的常见单质直接生成ZW2

B　[短周期元素的主要化合价中W元素只有－2价，没有正化合价可知，W为O，由原子半径的大小可知，Z元素具有－3、＋5价，原子半径大于氧元素且相差不大，故Z为氮元素；X元素只有＋2价，Y元素只有＋3价，X、Y原子半径相差不大，原子半径比氮元素、氧元素大很多，可知X、Y位于第三周期相邻主族，故X为镁元素，Y为铝元素。]

5．(素养题)A、B、C、D、E、F、G均为短周期元素，原子序数依次递增。A元素原子核内无中子，B元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，D是地壳中含量最多的元素，E是短周期中金属性最强的元素，F与G位置相邻，G是同周期元素中原子半径最小的主族元素。请回答下列问题：

(1)C在元素周期表中的位置为________，G的原子结构示意图是________。

(2)D与E按原子个数比1∶1形成化合物甲，其化学式为________，向甲中滴加足量水时发生反应的化学方程式是_______________________________。

(3)E、F、G形成的简单离子，半径由大到小顺序是_____________________。(用离子符号表示)

[解析]　(1)由题给信息知A为H，B为C，D为O，E为Na，F为S，G为Cl，由B、D可知C为N。

(2)Na与O可形成Na2O、Na2O2，Na2O2与H2O反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。

(3)Na＋核外电子排布示意图为，Cl－、S2－核外电子排布示意图为、 ，故离子半径：S2－>Cl－>Na＋。

[答案]　(1)第二周期第ⅤA族　 　(2)Na2O2　2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑　(3)S2－>Cl－>Na＋