高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 元素周期律第2课时学案设计

第2课时　元素周期表和元素周期律的应用

[核心素养发展目标]　1.了解元素周期表中元素的分区，理解元素的化合价与元素在周期表的位置关系。2.了解元素周期表与元素周期律的应用，理解元素原子结构、在周期表中的位置和元素性质三者之间的关系，建立“位—构—性”关系应用的思维模型。

一、金属元素与非金属元素在周期表中的分布及性质规律

1．元素周期表与元素周期律的关系

(1)元素周期表是元素周期律的具体表现形式，反映了元素之间的内在联系。

(2)元素周期表中元素的金属性和非金属性变化的规律

同周期元素从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；同主族元素从上到下金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

2．元素周期表的金属区和非金属区

(1)金属性强的元素在周期表的左下方，最强的是Cs(放射性元素除外)；非金属性强的元素在周期表的右上方(稀有气体除外)，最强的是F。

(2)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，故元素的金属性与非金属性之间没有严格的界线。

3．元素化合价与元素在周期表中位置的关系

(1)价电子

①定义：可在化学反应中发生变化，与元素的化合价有关的电子。

②具体内容：主族元素的价电子＝最外层电子数，过渡元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。

(2)化合价规律

①同主族元素的最高正价和最低负价相同(O、F除外)。

②主族元素最高正化合价＝主族族序数＝最外层电子数(O、F除外)。

③非金属元素的最高正价和最低负价的绝对值之和等于8(最低负价等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数，H除外)。

(1)金属元素只表现金属性，非金属元素只表现非金属性(　　)

(2)氟元素非金属性最强，所以其最高价氧化物对应水化物的酸性最强(　　)

(3)原子最外层电子数大于3且小于8的元素一定是非金属元素(　　)

(4)最外层电子数是2的元素，最高正价一定是＋2价(　　)

(5)第二周期元素的最高正价等于它所处的主族序数(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

短周期主族元素中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是HClO4，碱性最强的是NaOH。气态氢化物稳定性最强的是HF。

二、元素周期表和元素周期律的应用

1．科学预测

(1)预测元素及其化合物的性质

①比较不同周期，不同主族元素的性质

如金属性：Mg＞Al、Ca＞Mg，则由碱性：Mg(OH)2＞Al(OH)3、Ca(OH)2＞Mg(OH)2，得碱性：Ca(OH)2＞Al(OH)3。

②推测未知元素的某些性质

例如：已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶。

根据卤族元素性质的递变规律，可推知不常见元素砹(At)应为黑色固体，与氢难化合，HAt不稳定，其水溶液呈酸性，AgAt难溶于水等。

(2)指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。

2．寻找有特殊用途的新物质

1．元素周期表在指导科学研究和生产实践方面具有十分重要的意义，请将下表中A、B两栏描述的内容对应起来。

答案　(b)　(d)　(a)　(c)

2．门捷列夫在研究周期表时预言了包括“类铝”“类硅”在内的11种元素。

(1)门捷列夫预言的“类硅”，多年后被德国化学家文克勤发现，命名为锗(Ge)。

①已知主族元素锗的最高化合价为＋4价，其最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物。试比较元素的非金属性：Si________Ge(填“>”或“<”)。

②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____________________________。

③硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。

(2)“类铝”在门捷列夫预言4年后，被布瓦博德朗在一种矿石中发现，命名为镓(Ga)。

①由镓的性质推知，镓与铝同主族，且位于铝的下一周期。试从原子结构的角度解释镓与铝性质相似的原因：__________________________________________________________。

②为判断Ga(OH)3是否为两性氢氧化物，设计实验时，需要选用的试剂有GaCl3溶液、________和________。

答案　(1)①>　②第四周期第ⅣA族　作半导体材料　③锗　(2)①原子最外层电子数都是3　②NaOH溶液　稀硫酸(或盐酸)

1.元素位置、原子结构、元素性质之间的关系

2．元素“位—构—性”规律中的特例

(1)绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成的，只有氕(H)无中子。

(2)元素周期表中的周期一般是从金属元素开始，但第一周期例外，是从氢元素开始。

(3)所有元素中，碳元素形成的化合物种类最多。

(4)非金属单质一般不导电，但石墨是导体，晶体硅是半导体。

(5)氟无正价，氧无最高正价；在Na2O2中氧显－1价；在NaH中氢显－1价。

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地发生明显的变化

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

答案　C

解析　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．X、Y、Z是三种短周期元素，其中X、Y位于同一主族，Y、Z处于同一周期。X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍。Z原子的核外电子数比Y原子少1。下列说法正确的是(　　)

A．元素非金属性由弱到强的顺序为Z＜Y＜X

B．Y元素最高价氧化物对应水化物的化学式可表示为H3YO4

C．三种元素的气态氢化物中，Z的气态氢化物最稳定

D．原子半径由大到小的顺序为Z＜Y＜X

答案　A

解析　X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，说明X是氧元素，则Y必然为硫元素，Z原子的核外电子数比Y原子少1，则Z为磷元素。元素非金属性由弱到强的顺序为P<S<O，A项正确；S元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H2SO4，B项错误；元素的非金属性越强，其气态氢化物的稳定性越强，因此X的气态氢化物最稳定，C项错误；根据元素周期律，原子半径由大到小的顺序为Z>Y>X(P>S>O)，D项错误。

3.四种短周期元素在元素周期表中的位置如图所示，T是地壳中含量最高的金属元素。下列说法不正确的是(　　)

A．W的氢化物比R的氢化物稳定

B．T的最高价氧化物对应的水化物可能为强碱

C．Q的原子半径比T的小

D．W和Q的原子序数相差10

答案　B

解析　T是地壳中含量最高的金属元素，则T是Al元素，结合四种短周期元素在周期表中的相对位置推知，Q是C元素，R是P元素，W是S元素。A对，由于元素的非金属性：S>P，则氢化物的稳定性：H2S>PH3；B错，T是Al元素，其最高价氧化物对应的水化物是Al(OH)3，属于两性氢氧化物；C对，Q(C)处于第二周期，T(Al)处于第三周期，则原子半径：C<Al；D对，W(S)的原子序数是16，Q(C)的原子序数是6，二者的差值是10。

4．我国著名化学家张青莲精确地测定了锗(Ge)、锌等九种元素的相对原子质量，得到的新值被作为国际新标准。已知锗的原子序数为32。

(1)它位于元素周期表中第______周期第____族。

(2)锗类似于铝，能溶于氢氧化钠溶液，其主要原因是________(填序号)。

①它与硅位于同一主族

②它位于周期表中金属与非金属分界线附近

③它位于边界线附近

④它是两性物质

(3)材料科学是目前全世界研究的热点，为了寻找半导体材料，科学家应在元素周期表中某区域寻找元素组成材料，该区域是________(填字母)。

A．左上角

B．右上角

C．过渡元素

D．金属与非金属分界线附近

答案　(1)四　ⅣA　(2)②　(3)D

解析　锗位于第四周期第ⅣA族。锗位于元素周期表中金属与非金属分界线附近，它具有某些金属元素的性质，又具有某些非金属元素的性质。

题组一　元素周期表的分区和化合价变化规律

1．已知某原子最外层有7个电子，推测下列选项不正确的是(　　)

A．单质有氧化性

B．最高正价一定为＋7价

C．是非金属元素

D．同周期元素中原子半径最小(稀有气体除外)

答案　B

解析　某原子的最外层有7个电子，说明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一个电子达到稳定结构，其单质具有强氧化性，故A正确；F没有正价，故B错误；第ⅦA族元素为非金属元素，故C正确；同周期元素从左到右原子半径逐渐减小(稀有气体除外)，因此卤族元素的原子半径是同周期元素中最小的，故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．同一主族的元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同

答案　B

3．下列有关元素化合价的说法正确的是(　　)

A．氯元素只有－1、＋1、＋5、＋7四种价态

B．主族元素的最高正化合价均等于其族序数

C．非金属元素的最低负化合价＝最高正化合价－8

D．金属元素无负化合价、氟元素无正化合价

答案　D

解析　氯元素还有＋3、＋4等价态，A错误；氟元素没有正化合价，B错误；氢元素的最低负化合价为－1，C错误；金属元素的原子不能得到电子，故没有负化合价，D正确。

题组二　元素周期表和元素周期律的应用

4．下列有关过渡元素的说法正确的是(　　)

A．新型高效催化剂多与过渡元素有关

B．高效低毒农药多与过渡元素有关

C．过渡元素中只有铁、锰等少数元素存在变价

D．大多数过渡元素的单质不能与酸反应

答案　A

解析　高效低毒农药多与元素周期表右上方的元素有关，B错误；过渡元素多数都具有变价，C错误；过渡元素最外电子层上的电子较少，具有较强的还原性，可与酸发生反应，D错误。

5．铊是超导材料的组成元素之一，铊在周期表中位于第六周期，与铝是同主族元素，元素符号是Tl，以下对铊的性质推断不正确的是(　　)

A．铊是易导电的银白色金属

B．能生成＋3价离子

C．氧化铊是两性氧化物

D．Tl3＋的氧化性比Al3＋弱

答案　C

解析　同族元素性质有相似性，如铝是易导电的银白色金属，可形成＋3价离子，则铊元素也具有上述性质，A、B正确；同主族元素随核电荷数的递增金属性逐渐增强，氧化铝是两性氧化物，则氧化铊是碱性氧化物而不具有两性，C错误。

6．第ⅡA族元素从第二周期到第六周期的元素分别是Be(铍)、Mg(镁)、Ca(钙)、Sr(锶)、Ba(钡)。下列关于第ⅡA族元素的推断可能正确的是(　　)

①常温下，单质铍能与水剧烈反应放出H2　②常温下，单质钡能与水剧烈反应放出H2　③Be(OH)2易溶于水　④Ba(OH)2易溶于水　⑤SrCO3易溶于水

A．①②③   B．③⑤

C．②④   D．①②③④⑤

答案　C

解析　同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，与水反应越来越剧烈，即常温下，单质钡能与水剧烈反应放出H2，①错误、②正确；Mg(OH)2难溶于水，Ca(OH)2微溶于水，推出Be(OH)2难溶于水，③错误；Ba(OH)2是易溶于水的强碱，④正确；根据MgCO3微溶、CaCO3、BaCO3难溶于水，推出SrCO3难溶于水，⑤错误。

7.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示。已知Y、W的原子序数之和是Z的3倍，下列说法正确的是(　　)

A．原子半径：X<Y<Z

B．气态氢化物的热稳定性：X>Z

C．一定条件下Z、W都能与Mg反应形成化合物

D．最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>W

答案　C

解析　设元素Y的原子序数为y，则y＋y＋10＝3×(y＋1)，解得y＝7，则Y为氮元素、X为硅元素、Z为氧元素、W为氯元素。原子半径：Z<Y<X，A项错误；气态氢化物的热稳定性：X<Z，B项错误；氧元素、氯元素都能与Mg反应形成化合物，分别为MgO、MgCl2，C项正确；最高价氧化物对应水化物的酸性：Y<W，D项错误。

8．(2022·湖南怀化高一检测)有A、B、C、D、E五种元素，质子数都小于18。B原子的最外层电子数是其电子层数的3倍；C原子失去1个电子所得到的微粒具有与氖原子相同的电子层结构；D是地壳中含量最多的金属元素；E的最高正价与最低负价的代数和为6；A单质可以在E单质中燃烧，生成AE，燃烧时火焰呈苍白色。下列说法错误的是(　　)

A．D的原子半径比C小

B．可通过焰色试验检验C元素

C．E单质可以使干燥的红色布条褪色

D．D单质常温下既能溶于稀盐酸也能溶于氢氧化钠溶液

答案　C

解析　B原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，则B为氧元素；C原子失去1个电子所得到的微粒具有与氖原子相同的电子层结构，则C原子核外有11个电子，即核电荷数为11，C为钠元素；地壳中含量最多的金属元素是铝，D为铝元素；氯的最高正价(＋7价)与最低负价(－1价)的代数和为6，则E为氯元素；氢气可以在氯气中燃烧，火焰呈苍白色，所以A为氢元素。即A、B、C、D、E分别为H、O、Na、Al、Cl。氯气和水反应生成的次氯酸有漂白性，能使湿润的红色布条褪色，干燥的氯气不能使干燥的红色布条褪色，C项错误；铝单质常温下与稀盐酸生成氯化铝和氢气，铝单质常温下和氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，D项正确。

9．元素周期表可以指导人们进行规律性的推测和判断，下列说法不正确的是(　　)

A．若aX2＋和bY－的核外电子层结构相同，则原子序数：a＝b＋3

B．由水溶液的酸性：HCl>HF，可推断出元素的非金属性：Cl>F

C．锗与硅位于金属元素与非金属元素的分界线处，都能作半导体材料

D．S和Se分别位于第ⅥA族的第三、四周期，则氢化物的热稳定性：H2S>H2Se

答案　B

解析　aX2＋的核外电子数为a－2，bY－的核外电子数为b＋1，由aX2＋和bY－的核外电子层结构相同，可知a－2＝b＋1，则a＝b＋3，A正确；HCl和HF不是最高价含氧酸，所以不能根据两者酸性强弱来判断元素非金属性的强弱，B错误；同一主族元素从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，S的非金属性比Se的强，则氢化物的热稳定性：H2S>H2Se，D正确。

10．根据元素周期表和元素周期律，判断下列叙述不正确的是(　　)

A．气态氢化物的稳定性：H2O>NH3

B．钠元素的金属性比镁元素的强

C．如图所示实验可证明元素的非金属性：Cl>C>Si

D．上图中NaHCO3饱和溶液的作用为除去CO2中的HCl气体

答案　C

解析　元素的非金属性越强，其气态氢化物的稳定性越强，O元素的非金属性强于N元素，所以气态氢化物的稳定性：H2O>NH3，A项正确；在同一周期中，从左至右元素的金属性越来越弱，钠元素在镁元素的左边，所以钠元素的金属性比镁元素的强，B项正确；证明非金属性强弱，比较的是元素最高价氧化物对应水化物的酸性，稀盐酸不是氯元素的最高价氧化物对应的水化物，C项错误。

11．在一定条件下，RO和I－发生反应的离子方程式为RO＋6I－＋6H＋===R－＋3I2＋3H2O，则RO中R元素的化合价及R所在的族是(　　)

A．＋5价，第ⅦA族   B．＋5价，第ⅤA族

C．＋7价，第ⅦA族   D．＋7价，第ⅤA族

答案　A

解析　根据电荷守恒可知n＝1，所以RO中R元素的化合价是＋5价；还原产物是R－，说明R元素的最低化合价是－1价，所以R是第ⅦA族元素，A项正确。

12．下列事实不能用元素周期律解释的是(　　)

A．酸性：H2SO3>H2CO3

B．还原性：S2－>Cl－

C．气态氢化物的稳定性：NH3>CH4

D．Cl2从KI溶液中置换出I2

答案　A

解析　元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的酸性越强，H2SO3不是最高价含氧酸，不能用元素周期律解释，A选；硫的非金属性弱于氯，故还原性：S2－>Cl－，能用元素周期律解释，B不选；N的非金属性强于C，所以气态氢化物的稳定性：NH3>CH4，能用元素周期律解释，C不选；氯的非金属性强于碘，所以Cl2从KI溶液中置换出I2，能用元素周期律解释，D不选。

13．四种主族元素的离子aXm＋、bYn＋、cZn－和dRm－(a、b、c、d为元素的原子序数)，它们具有相同的电子层结构，若m＞n，则对下列叙述的判断正确的是(　　)

①a－b＝m－n

②元素的原子序数：a＞b＞c＞d

③元素非金属性：Z＞R

④最高价氧化物对应水化物的碱性：X＞Y

A．②③   B．③

C．①②③④   D．①②③

答案　D

解析　金属元素的原子失去电子变为阳离子，非金属元素的原子得到电子变为阴离子，原子失去或得到的电子越多，其所带的电荷就越多，根据题意可得：a－m＝b－n，整理可得a－b＝m－n，①正确；由于这几种离子的电子层结构相同，aXm＋、bYn＋是阳离子，失去的电子：m>n，所以原子序数：a＞b；cZn－和dRm－是阴离子，得到的电子：m>n，所以原子序数：c>d，阳离子的原子序数大于阴离子的原子序数，所以元素的原子序数：a>b>c>d，②正确；同一周期的元素，原子序数越大，元素非金属性越强，由于Z的原子序数大于R的原子序数，所以非金属性：Z＞R，③正确；同一周期的元素，原子序数越大，元素的金属性就越弱，原子序数：X＞Y，所以最高价氧化物对应水化物的碱性：Y＞X，④错误。

14．A、B、C、D 4种元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。则4种元素的符号依次是A________，B________，C________，D________。

答案　S　Cl　K　Ca

解析　由A、D两元素核外电子排布的特点可知：A为S，D为Ca；由核电荷数的相对大小及它们离子的电子层结构，可知B为Cl，C为K。

15．下表列出了①～⑪共11种元素在元素周期表中的位置：

请按要求回答下列问题：

(1)画出这11种元素中，非金属性最强的元素的原子结构示意图：__________________。

(2)元素④⑤⑩分别和①形成的气态化合物中，最稳定的是________________(填化合物的化学式，下同)。

(3)元素⑨⑩⑪的最高价氧化物对应的水化物中，酸性最强的是____________________。

(4)在盛有水的小烧杯中加入元素⑩的单质，发生反应的离子方程式：__________________

______________________________________________________________________________。

(5)请从原子结构的角度解释元素⑩的非金属性比元素⑪强的原因：_____________________

_______________________________________________________________________________。

答案　(1)　(2)HF　(3)HClO4　(4)Cl2＋H2O===H＋＋Cl－＋HClO　(5)Cl和Br在同一主族，Br比Cl多一个电子层，Br原子的半径大，得电子能力弱

解析　 由元素在周期表中的位置可知，①为H、②为C、③为N、④为O、⑤为F、⑥为Na、⑦为Mg、⑧为Al、⑨为S、⑩为Cl、⑪为Br。(1)同周期元素从左到右非金属性逐渐增强，同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，11种元素中，非金属性最强的元素是F，F原子核外有9个电子，原子结构示意图是。(2)F、O、Cl中，非金属性最强的是F，所以最稳定的是HF。(3)S、Cl、Br中，非金属性最强的是Cl，非金属性越强，最高价氧化物对应的水化物的酸性越强，酸性最强的是HClO4。(4)在盛有水的小烧杯中加入氯气，反应生成盐酸和次氯酸，发生反应的离子方程式是Cl2＋H2O===H＋＋Cl－ ＋HClO。

16．下表为元素周期表的一部分。

用化学式或元素符号回答下列问题。

(1)①③⑤中，最高价氧化物对应水化物的碱性最强的是________。

(2)②③④形成的简单离子半径由大到小的顺序是________。

(3)②和⑨的最高价氧化物对应水化物的化学式分别为________、________。单质⑤与其反应的离子方程式分别为________________，________________。①和⑨两种元素形成的化合物的化学式为________，该化合物的溶液与元素⑧的单质反应的离子方程式为______________。

答案　(1)NaOH　(2)r(K＋)>r(Ca2＋)>r(Mg2＋)　

(3)KOH　HBrO4　2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑　NaBr　Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－

解析　(1)①③⑤的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3，故碱性最强的是NaOH。(2)②③④形成的简单离子分别为K＋、Mg2＋、Ca2＋，其离子半径大小顺序为r(K＋)>r(Ca2＋)>r(Mg2＋)。(3)②⑨的最高价氧化物对应的水化物分别为KOH、HBrO4。①和⑨两种元素形成的化合物的化学式为NaBr，Cl2与NaBr溶液反应的离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。