高中化学人教版 (2019)选择性必修2第二节 原子结构与元素的性质第3课时学案设计

综合应用元素周期表、元素周期律进行元素推断

1．元素推断的一般思路

2．推断元素名称的方法

(1)利用稀有气体元素原子结构的特殊性。

稀有气体元素原子的电子层结构与同周期的非金属元素原子形成的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素原子形成的阳离子的电子层结构相同。

①与He电子层结构相同的离子有H－、Li＋、Be2＋等。

②与Ne电子层结构相同的离子有F－、O2－、Na＋、Mg2＋、Al3＋等。

③与Ar电子层结构相同的离子有Cl－、S2－、K＋、Ca2＋等。

(2)利用常见元素及其化合物的特征。

①形成化合物种类最多的元素之一、单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素：C。

②空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N。

③地壳中含量最多的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O。

④单质密度最小的元素：H；单质密度最小的金属元素：Li。

⑤单质在常温下呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg。

⑥最高价氧化物及其对应水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Be、Al。

⑦元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物能发生化合反应的元素：N；能发生氧化还原反应的元素：S。

⑧元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F。

3．确定元素位置的方法

(1)由基态原子的价层电子排布式给元素定位。

周期序数＝电子层数(能层序数)＝最高能层序数

主族元素的族序数＝价层电子数

第ⅢB族～第ⅦB族的价层电子排布式为(n－1)d1～10ns1～2(镧系、锕系除外)，族序数＝价层电子数。如锰的价层电子排布式为3d54s2，它位于元素周期表中第四周期第ⅦB族。

(2)根据原子序数以0族为基准给元素定位。

①原子序数－稀有气体元素的原子序数(相近且小)＝元素所在的纵列数。

第1、2纵列为第ⅠA族、ⅡA族，第3～7纵列为第ⅢB族～第ⅦB族，第8～10纵列为第Ⅷ族，第11、12纵列为第ⅠB族、ⅡB族，第13～17纵列为第ⅢA族～第ⅦA族。该元素的周期数＝稀有气体元素的周期数＋1。

如判断原子序数为41的元素在元素周期表中的位置。

分析：41与36接近，有41－36＝5，故该元素位于第五周期第ⅤB族。

注意：使用此法若为第六、七周期第ⅢB族(合镧系、锕系元素)后的元素需再减14定位。

②稀有气体元素的原子序数(相近且大)－原子序数＝18－该元素所在纵列数。

如判断114号元素在元素周期表中的位置。

分析：118－114＝4，为顺数第14纵列或倒数第5纵列，故114号元素位于第七周期第ⅣA族。

(双选)A、B、C、D为短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知基态A原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，B是地壳中含量最高的元素，基态B原子的最外层电子数是基态D原子最外层电子数的2倍，基态C原子最外层只有一个电子。下列说法正确的是(　　)

A．电负性：B>A

B．原子半径：C>D>A>B

C．元素B和C只能形成一种化合物

D．A、C、D的最高价氧化物对应的水化物均能相互反应

AB　[A、B、C、D为四种短周期主族元素，且原子序数依次增大，B是地壳中含量最高的元素，则B是O元素；基态A原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，则A是C元素；基态B原子的最外层电子数是基态D原子最外层电子数的2倍，则D的最外层电子数是3，则D是Al元素；基态C原子最外层只有一个电子，则C是Na元素。同周期主族元素的电负性随着原子序数的增大而逐渐变大，电负性：O>C，A正确；同周期主族元素自左向右原子半径逐渐减小，同主族元素自上而下原子半径逐渐增大，所以原子半径：Na>Al>C>O，B正确；氧元素和钠元素可以形成氧化钠和过氧化钠两种化合物，C错误；氢氧化铝是两性氢氧化物，能与氢氧化钠反应，但不能与碳酸反应，D错误。]

1．已知元素周期表中1～18号元素中的四种元素的简单离子W3＋、X＋、Y2－、Z－都具有相同的电子层结构，下列判断正确的是(　　)

A．元素的第一电离能：X>W

B．离子的还原性：Y2－>Z－

C．氢化物的稳定性：H2Y>HZ

D．原子半径：X<W

B　[1～18号元素中的四种元素的简单离子W3＋、X＋、Y2－、Z－都具有相同的电子层结构，则W和X是金属元素，且在元素周期表中W位于X的右侧，Y和Z是非金属元素，在元素周期表中位于W和X的上一周期，其中Z位于Y的右侧。同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，即金属性：X>W，非金属性：Z>Y，所以元素的第一电离能：X<W，原子半径：X>W，离子的还原性：Y2－>Z－，氢化物的稳定性：H2Y<HZ。]

2．如图是元素周期表的一部分，图中所列字母分别代表某一化学元素。

(1)图中所列元素中，基态原子最外层只有2个电子的短周期元素是__________(填元素符号)；元素j的最高价氧化物对应水化物的化学式为__________；元素i最高价氧化物的化学式为__________。

(2)g离子的结构示意图为__________，元素c在周期表中的位置为__________。

(3)已知与f在同一周期的元素R位于第p主族，则R的原子序数为__________(用含p的代数式表示)，R能形成气态氢化物，其简单氢化物的化学式为__________。

(4)根据构造原理，写出基态m原子的核外电子排布式：________________________________________。

[解析]　由元素在周期表中对应的位置关系可知，a为H，b为He，c为C，d为N，e为O，f为Na，g为Mg，h为Al，i为P，j为Cl，k为Fe，l为Ge，m为Br，n为Ba。

(1)图中所列元素中，基态原子最外层只有2个电子的短周期元素是Mg、He，元素j(Cl)的最高价氧化物对应水化物的化学式为HClO4，元素i(P)最高价氧化物的化学式为P2O5。

(2)g(Mg)形成的离子为Mg2＋，Mg2＋的核外电子数为10，故其离子结构示意图为；元素c(C)位于第二周期第ⅣA族。

(3)元素R与Na在同一周期，位于第p主族，则R的原子序数为10＋p，R能形成气态氢化物，则其简单氢化物的化学式为H8－pR。

(4)m为Br，处于第四周期第ⅦA族，其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p5或[Ar]3d104s24p5。

[答案]　(1)Mg、He　HClO4　P2O5

(2) 　第二周期第ⅣA族

(3)10＋p　H8－pR

(4)1s22s22p63s23p63d104s24p5(或[Ar]3d104s24p5)

对角线规则　在元素周期表中，某些主族元素与其右下方的主族元素(如图所示)的有些化学性质是相似的，被称为对角线规则。符合此规则的三组元素有：Li­Mg、Be­Al、B­Si，因为它们的电负性接近，所以它们对键合电子的吸引力相当，表现出的性质相似。如Be和Al，二者的电负性数值都为1.5，二者的单质、氧化物、氢氧化物都能与强酸和强碱反应。

元素的电负性(用χ表示)和元素的化合价一样，也是元素的一种性质。表格中给出了14种元素的电负性： 

已知：两成键元素间电负性差值大于1.7时，一般形成离子键；两成键元素间电负性差值小于1.7时，一般形成共价键。

(1)根据表中给出的数据，可推知元素的电负性具有的变化规律是________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)估计钙元素的电负性的取值范围：_______<χ<_______。

(3)请指出下列化合物中显正价的元素。

NaH：__________、NH3：__________、CH4：__________、ICl：__________。

(4)表中符合“对角线规则”的元素有Be和__________、B和__________，它们的性质分别有一定的相似性，原因是__________，写出表示Be(OH)2显两性的离子方程式：____________________。

[解析]　(1)由题给信息可知，同周期(稀有气体除外)从左到右，元素原子的电负性逐渐增大；同主族从上到下，元素原子的电负性逐渐减小。(2)结合电负性变化规律和元素周期表知，电负性大小：K<Ca<Mg，所以Ca的电负性的取值范围为0.8<χ<1.2。(3)一般电负性数值小的元素在化合物中显正价，NaH、NH3、CH4、ICl中电负性数值小的元素分别是Na、H、H、I。(4)“对角线规则”是指在元素周期表中某些主族元素与其右下方的主族元素的有些化学性质相似，其原因是元素的电负性数值相近。

[答案]　(1)同周期(稀有气体除外)从左到右，元素原子的电负性逐渐增大；同主族从上到下，元素原子的电负性逐渐减小　(2)0.8　1.2　(3)Na　H　H　I　(4)Al　Si　电负性数值相近　Be(OH)2＋2H＋===Be2＋＋2H2O、Be(OH)2＋2OH－===BeO＋2H2O

通过对角线规则的学习和迁移应用，培养学生新知识的学习和应用能力，提升学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学核心素养。

1．短周期主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大，W、Z位于同一主族，四种元素形成的一种化合物的结构如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．W的简单氢化物稳定性比X的弱

B．Y与X、Z、W均能形成离子化合物

C．W与Y形成的化合物只含离子键

D．四种元素中简单离子半径最大的是Z

C　[根据四种元素形成的化合物结构可知，Y能形成带有1个正电荷的阳离子，Z能形成6个共价键，X能形成1个共价键，W能形成2个共价键，则Z的最外层电子数为6，位于第ⅥA族，且短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、Z位于同一主族，则W为O，Z为S；Y的原子序数大于O，小于S，则Y为Na；X的原子序数在O和Na之间，则X为F。由于非金属性：O<F，则简单氢化物的稳定性：H2O<HF，A正确；Na是活泼的金属元素，与F、S、O等均能形成离子化合物，B正确；O与Na形成的化合物Na2O2中既含有共价键，又含有离子键，C错误；电子层数越多，离子半径越大，则四种元素的简单离子中半径最大的为S2－，D正确。]

2．已知X、Y和Z三种元素的原子序数之和等于42。X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子，Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子。X跟Y可形成化合物X2Y3，Z元素可以形成负一价离子，下列说法正确的是(　　)

A．X元素原子基态时的电子排布式为[Ar]4s24p3

B．X元素是第四周期第ⅤA族元素

C．Y元素原子的轨道表示式为

D．Z元素具有两性

B　[X元素原子的4p轨道上有3个未成对电子即4p3，结合构造原理，可推出X原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s24p3，即[Ar]3d104s24p3，A项错误；X元素是第四周期第ⅤA族元素，B项正确；Y元素原子的最外层2p轨道上有2个未成对电子，可能是碳或氧元素；若是碳元素，则Z为锂元素，不可能形成负一价离子，所以Y只能是氧元素，Z为氢元素，所以C、D均错误。]

3．如图是元素周期表前四周期的一部分，下列有关R、W、X、 Y、Z五种元素的叙述中，正确的是(　　)

A．通常情况下五种元素的单质中，Z单质的沸点最高

B．Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同

C．W的电负性比X的电负性大

D．第一电离能：R＞W＞Y

D　[根据元素在周期表中的位置可判断出：R为Ar、Z为Br、Y为S、W为P、X为N。Br2在常温下为液体，而S和P在常温下为固体，所以五种元素的单质中，不是Br2的沸点最高，A错误； S2－的电子层结构与Ar相同，而Br－的电子层结构与Ar不相同，B错误； N的电负性大于P的电负性，C错误；同周期，从左到右，元素的第一电离能呈增大趋势，但第ⅤA族的第一电离能大于第ⅥA族的，第ⅡA族的第一电离能大于第ⅢA族的，所以第一电离能大小关系为Ar>P>S，D正确。]

4．(2021·辽宁大连高二期末)有5种元素X、Y、Z、Q、T。基态X原子的价层电子排布为(n＋2)sn；Y元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满；Z原子的核外电子总数等于基态Q原子的最外层电子数；基态Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子；基态T原子有1个3p空轨道。下列叙述错误的是(　　)

A．元素Y和Q可形成化合物Y2Q3

B．简单气态氢化物的稳定性：Q>T>Z

C．X和Q结合生成的化合物中一定含有离子键

D．原子半径：X>Z>Q

B　[基态X原子的价层电子排布为(n＋2)sn，由于s能级最多有2个电子，则基态X原子的价层电子排布可能为3s1或4s2，X元素为Na元素或Ca元素；Y元素基态的正三价离子的3d轨道为半充满，则基态Y3＋的价层电子排布为3d5，基态Y原子的价层电子排布为3d64s2，Y元素为Fe元素；基态Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子，则基态Q原子的核外电子排布式为1s22s22p4，Q元素为O元素；Z原子的核外电子总数等于基态Q原子的最外层电子数，则Z元素为C元素；基态T原子有1个3p空轨道，则基态T原子的价层电子排布为3s23p2，T元素为Si元素。Fe与O可形成化合物Fe2O3，A正确；同周期元素从左向右，简单气态氢化物稳定性逐渐增大，同主族元素从上到下，简单气态氢化物稳定性逐渐减小，则简单气态氢化物稳定性：O>C>Si，B错误；X元素为Na元素或Ca元素，与O形成的化合物中一定含有离子键，C正确；电子层数越多，原子半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小，则原子半径：X>Z>Q，D正确。]

5．有A、B、C、D四种元素，其中基态A原子和基态B原子都有1个未成对电子，A＋比B－少一个电子层。基态B原子得到一个电子填入3p轨道后，3p轨道全充满，基态C原子的p轨道中有3个未成对电子，其简单气态氢化物的水溶液的pH在同主族中最大，D的最高化合价和最低化合价的代数和为4，其最高价氧化物中含D 40%，且其核内质子数等于中子数，据此判断：

(1)D是__________(填元素名称)。

(2)基态B－的电子排布式为__________，A＋的结构示意图为__________，基态D原子的轨道表示式为_____________________________________________。

(3)在A、B、D三种元素的简单离子中，还原性最强的是__________(填离子符号)。

(4)用电子式表示化合物AB的形成过程：__________________________________________________________________。

[解析]　基态B原子得到一个电子填入3p轨道后，3p轨道全充满，B是氯元素。A＋比B－少一个电子层，A是钠元素。基态C原子的p轨道中有3个未成对电子，C属于第ⅤA族元素，其简单气态氢化物的水溶液的pH在同主族中最大，C是氮元素。D的最高化合价和最低化合价的代数和为4，D属于第ⅥA族元素，其最高价氧化物中含D 40%，D是硫元素。

(2)基态Cl－的电子排布式为1s22s22p63s23p6，Na＋的结构示意图为，基态S原子的轨道表示式为

。

(3)A、B、D三种元素的简单离子分别是Na＋、Cl－、S2－，其中还原性最强的是S2－。

[答案]　(1)硫　(2)1s22s22p63s23p6　

(3)S2－　(4)