高中化学人教版 (2019)必修 第一册第二节 元素周期律精练

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第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
课程学习目标
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。
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。
学科核心素养
1．通过对“元素周期表的简单分区”的学习，增强宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的能力。
2．通过对“元素周期表、元素周期律应用”的学习，培养科学探究精神和社会责任感。
【新知学习】
一．元素周期律
1.元素的金属性和非金属性的递变情况：图表中虚线表示金属元素和非金属元素的
分界线，其左下角区域为金属元素，右上角区域为非金属元素。
2.元素周期表中同周期、同主族元素原子结构和元素性质的递变规律
【注意】以上变化规律中，不包括稀有气体元素
思考题1：元素周期表中除放射性元素外，什么元素的金属性最强？什么元素的非金属性最强？
Cs 的金属性最强； F 的非金属性最强
二．元素常见化合价与元素在周期表中位置的关系
1．主族元素：最高正价＝最外层电子数(价电子数)＝ 主族序数
2．非金属主族元素化合价一般规律：
(1)最低负价＝ 主族序数－8
(2)最高正价＋|最低负价|＝8
思考题2：氢元素的最高正价为＋1，最低负价是否应为－7?
氢元素的最低负价为-1
三．元素周期表与元素周期律的关系
元素周期表是元素周期律的具体表现形式，即元素周期表是依据元素周期律而编排出来的。
元素周期表中“位”、“构”、“性”三者的辩证关系
1～20号元素中某些元素的特性
1．与水反应最剧烈的非金属单质是 F ，即非金属性最强的元素是 F 元素；所形成的气态氢化物最稳定的是 HF 。
2．与水反应最剧烈的金属单质是 K ；原子半径最大的主族元素是 K 元素。
3．自然界中硬度最大的单质是含 C 元素的金刚石；最高正价与最低负价的代数和为零，且气态氢化物中含氢的百分含量最高的元素是 C 元素。
4．常温下有颜色的气体单质是 Cl2 。
5．原子半径最小，它的阳离子就是质子的元素为 H 元素；同位素之一的原子核中只有质子而没有中子的是 H 元素。
6．最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是 Cl 元素。
7．密度最小的金属单质是 Li 。
8．最高价氧化物及其水化物具有两性的元素是 Al 元素；地壳中含量最高的金属元素是 Al 元素。
9．地壳中含量最高的元素是 O 元素，次者是 Si 元素。
四．元素周期表和周期律的应用
1．便于对元素性质进行系统研究。
2．为发现新元素及预测它们的原子结构和性质提供了线索。
3．在周期表中 金属和非金属分界线 处寻找半导体材料。
4．农药中含有的As、F、Cl、S、P等元素集中在周期表 非金属 区域。
5．在 过渡元素 中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
6．在周期表一定区域内寻找元素，发现物质的新用途。
思考题3：钫(Fr)是碱金属元素中原子序数最大的元素，根据它在周期表中的位置预言其性质。
(写出两点即可)
钫(Fr)的金属性非常强，与水反应十分剧烈，生成的FrOH是强碱。
【典例1】请运用元素周期表的有关理论分析判断，下面几种元素及其化合物性质的推断中正确的是( )
A．铊(Tl)的氧化物的水化物可能具有两性
B．砹(At)为无色固体，HAt不稳定，AgAt具有感光性，且不溶于水
C．硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体
D．H2Se 是无色、有毒、比H2S稳定的气体
【答案】C
【解析】
同主族元素从上到下金属性增强，Tl的金属性大于Al的金属性，则铊(Tl)的氧化物的水化物为强碱，故A错误；同主族元素从上到下非金属性减弱，且化合物性质相似，则砹(At)为有色固体，HAt不稳定，AgAt具有感光性，且不溶于水，故B错误；硫酸钡、硫酸钙均不溶于水，则硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体，故C正确；非金属性：S＞Se，可知H2Se 是无色、有毒、不如H2S稳定的气体，故D错误。
（变式训练1）砷(As)为第四周期第ⅤA族元素，根据元素周期表和元素周期律的知识，下列有关推测不正确的是( )
A．砷有－3、＋3、＋5等多种化合价
B．原子半径：As＞P
C．酸性：H3AsO4＞H2SO4
D．热稳定性：HBr＞AsH3
【答案】C
【解析】
砷为第ⅤA族元素，可以有－3、＋3、＋5等多种化合价，故A正确；同主族元素从上到下原子半径增大，原子半径：As＞P，故B正确；同主族元素从上到下非金属性减弱，非金属性：P＞As，则H3AsO4的酸性比H3PO4弱，同周期元素从左到右非金属性增强，H2SO4酸性大于H3PO4，酸性：H3AsO4＜H2SO4，故C错误；非金属性：Br＞As，热稳定性：HBr＞AsH3，故D正确。
【知识进阶】
元素的位置、原子结构、性质之间的关系
【问题探究】
1．什么元素(放射性元素除外)的金属性最强？什么元素的非金属性最强？分别位于元素周期表中的什么位置？
铯的金属性最强，氟的非金属性最强，分别位于元素周期表的左下角和右上角。
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对应水化物的酸性强弱为X＞Y，能否确定它们的相对位置？
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为X＞Y，所以，如果它们同周期，则X在Y的右面；如果它们同主族，则X在Y的上面。
【知识归纳总结】
1．位—构—性关系图示
2．结构与位置的互推：
(1)掌握四个关系式。
①电子层数＝周期数
②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)同主族上下相邻元素原子序数的位置、关系及实例。
3．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。
4．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。
5．比较元素性质时，有时需要借助参照物，如比较Ca(OH)2和Al(OH)3的碱性大小，因为Ca与Al既不属于同周期又不属于同主族，可借助镁元素进行判断，三种元素在周期表中的位置如图：
故金属性：Ca＞Mg＞Al，碱性：Ca(OH)2＞Mg(OH)2＞Al(OH)3。
6．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(eq \\al(1,1)H)无中子。
(2)元素周期表中的周期一般都是从金属元素开始，但第1周期例外，是从氢元素开始的。
(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，但石墨导电，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。
点拨：(1)只有主族元素的最外层电子数等于主族序数。
(2)难得电子的原子不一定易失电子，如稀有气体原子。
【典例2】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：WNH3D．Cl2从KBr溶液中置换出Br2
【答案】A
【详解】
A．亚硫酸不是最高价含氧酸，碳酸是最高价含氧酸，不能用元素周期律解释二者的酸性强弱，故A选；
B．非金属性Cl＞S，非金属性越强，相应阴离子的还原性越弱，能用元素周期律解释，故B不选；
C．非金属性O＞N，非金属性越强，简单氢化物稳定性越强，则气态氢化物的稳定性：H2O＞NH3，能用元素周期律解释，故C不选；
D．同主族从上到下非金属性减弱，对应单质的氧化性减弱，则Cl2从KBr溶液中置换出Br2能用元素周期律解释，故D不选；
故选A。
10．（2019·广西桂林·高一期末）X、Y、Z是三种短周期元素，在周期表中的相对位置如图所示，下列说法错误的是
A．若X是金属元素，则Y一定是金属元素
B．若X、Y可形成分子，则X和Y是第ⅥA元素
C．若Y、Z最高价氧化物对应的水化物为强酸，则X是O元素
D．若X、Z最高价氧化物对应的水化物是弱酸，则Y一定是非金属元素
【答案】D
【详解】
A．同一主族，从上到下，元素的金属性依次增强，若X是金属元素，则Y也一定是金属元素,且Y比X的金属性强，A正确；
B．若X、Y可形成XY2分子，则X是氧元素，Y是硫元素，两种元素都位于第VIA族，B正确；
C．若Y、Z最高价氧化物对应的水化物均为强酸，则Z是氯元素，Y是硫元素，因此， X是氧元素，C正确；
D．若X、Z最高价氧化物对应的水化物均为弱.酸，则X可能是硼元素和碳元素，Z可能是硅元素和磷元素，Y可能是铝元素和硅元素，D错误；
答案选D。
11．（2021·福建·泉州现代中学高一期中）已知短周期元素的离子aA+、bB2+、cC2-、dD-具有相同的电子层结构；则下列叙述正确的是
A．质子数：a>b>d>cB．金属性：A>B>D>C
C．离子半径：C2->D->B2+>A+D．原子半径：A>B>C>D
【答案】D
【分析】
短周期元素的离子aA+、bB2+、cC2-、dD-具有相同的电子层结构，则核外电子数相等，所以有：a-1=b-2=c+2=d+1，C、D为非金属，应处于第二周期，故C为O元素，D为F元素，A、B为金属应处于第三周期，A为Na元素，B为Mg元素。
【详解】
A．a-1=b-2=c+2=d+1，质子数：b>a>d>c，故A错误；
B．同周期元素从左到右金属性减弱，非金属性增强，金属性：Na>Mg，非金属性：OF->Na+>Mg2+，故C错误；
D．电子层数越多半径越大，电子层数相同，质子数越多半径越小，原子半径：Na>Mg >O>F，故D正确；
选D。
12．（2021·福建·厦门外国语学校石狮分校高一月考）如图是部分短周期元素化合价与原子序数的关系图，下列说法不正确的是
A．X元素处第二周期VIA族
B．原子半径：Z>Y
C．X、Y、R形成的某种化合物可以用于漂白、消毒
D．Y、Z和W三者最高价氧化物对应的水化物能两两相互反应
【答案】B
【分析】
由题干信息图可知，X的负价为-2价，无正价，故X为O，Y为+1价，无负价，故Y为Na，Z为Al，W为-2价和+6价，故W为S，R为-1价和+7价，故R为Cl，据此分析解题。
【详解】
A．由分析可知，X元素为O，故处第二周期VIA族，A正确；
B．由分析可知，Z为Cl，Y为Na，故原子半径：Y > Z ，B错误；
C．由分析可知，X、Y、R分别为O、Na、Cl形成的某种化合物如NaClO可以用于漂白、消毒，C正确；
D．由分析可知，Y、Z和W三者最高价氧化物对应的水化物分别为：NaOH、Al(OH)3、HClO4，故能两两相互反应，离子方程式分别为：OH-+H+=H2O、Al(OH)3+OH-=+2H2O、Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O，D正确；
故答案为：B。
13．（2021·四川省南充市白塔中学高一月考）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X为原子半径最小的元素，Z和W同周期，元素周期表中Y、Z、W为相邻元素，且三种元素原子最外层电子数之和为17。下列说法不正确的是
A．Y与X可以分别形成原子个数比为1：1、1：2的化合物
B．Y、W同主族元素，两种元素的最高正价可能相同
C．最高价氧化物对应的水化物酸性：Z