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新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第2讲元素周期表元素周期律课件
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这是一份新教材(广西专版)高考化学一轮复习第5章物质结构与性质 元素周期律第2讲元素周期表元素周期律课件，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础增分策略，增素能精准突破，研专项前沿命题，明考向真题演练，课程标准，原子半径，电负性，答案C，归纳总结等内容，欢迎下载使用。
1.结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。2.知道元素周期表的结构,以第三周期的钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯,以及碱金属和卤族元素为例,了解同周期和同主族元素性质的递变规律。3.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。4.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征,了解元素周期律(表)的应用价值。
一、元素周期表1.原子序数(1)含义:按照元素在元素周期表中的顺序给元素编号,得到原子序数。(2)存在关系:原子序数= 核电荷数 =核外 电子数 = 质子数 。 2.元素周期表的编排原则(1)周期:把 电子层数目 相同的元素,按 原子序数递增 的顺序,从左至右排成的横行。 (2)族:把 最外层电子数 相同的元素,按 电子层数递增 的顺序,从上至下排成的纵列。
3.元素周期表(1)元素周期表的结构
(2)元素周期表的结构
微点拨有关元素周期表结构的3个易错点(1)基态原子最外层电子排布相同的原子对应元素不一定处于同主族,如He、Be的最外层均有2个电子,前者处于0族,后者处于第ⅡA族。(2)第ⅠA族和0族不是含元素种类最多的族,含元素种类最多的族应是第ⅢB族,共有32种元素。(3)第Ⅷ族属于副族;过渡元素包括8个副族,全部是金属元素,原子最外层电子数不超过2个。
4.原子结构与元素周期表的关系(1)原子结构与周期的关系
(2)原子结构与族的关系
5.元素周期表的分区(1)按元素的种类分区
①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线,即为金属元素区和非金属元素区的分界线。②各区位置:分界线左下方为 金属元素区 ,分界线右上方为 非金属元素区 。 ③分界线附近元素的性质:既表现 金属元素 的性质,又表现 非金属元素 的性质。
(2)按价层电子排布分区按照核外电子排布,可把元素周期表划分为5个区,除ds区外,各区名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。①元素周期表的分区如下:
②各区元素化学性质及价层电子的排布特点
6.元素周期表和元素周期律的应用(1)科学预测:为新元素的发现及预测其原子结构和性质提供了线索。(2)寻找新物质:(3)用于工农业生产:对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系,研制农药材料等。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)基态原子最外层电子数为1、2的元素分别处于第ⅠA、ⅡA族。( × )(2)+3价阳离子的电子排布式为[Ar]3d5的元素处于第四周期、第Ⅷ族。( √ )(3)价层电子排布式为4s24p1的元素位于第五周期第ⅠA族,属于s区元素。( × )(4)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。( √ )
二、元素周期律1.元素周期律
3.电离能(1)第一电离能: 气态 基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,符号为I1,单位为kJ·ml-1。 (2)元素第一电离能的周期性变化同周期从左到右,第一电离能呈 增大 的趋势,稀有气体的第一电离能 最大 ,碱金属的第一电离能 最小 ;同主族从上到下,第一电离能逐渐 减小 。 微点拨第二、三、四周期中,第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能比相邻主族元素的第一电离能都大。
微点拨金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性。
5.对角线规则在元素周期表中,某些主族元素与 右下方 的主族元素的有些性质是相似的,这种相似性被称为“对角线规则”。
应用提升 元素的电离能及应用
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)同一周期中,随着核电荷数的增加,元素的原子半径逐渐增大。( × )(2)N、O、F三种元素第一电离能从大到小的顺序是N>O>F。( × )(3)元素的电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。( × )(4)钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能。( × )
典例突破已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在元素周期表中的相对位置如下所示,其中Y的最高化合价为+3价。下列说法不正确的是( )A.还原性:ZQ2
针对训练1.(2022广东卷)甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是( )A.原子半径:丁>戊>乙 B.非金属性:戊>丁>丙C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
答案 C解析 根据题干信息,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,在短周期元素中,符合此条件的可以是S或Cl。如果戊为S元素,则甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P元素;如果戊为Cl元素,则甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S元素。但无论戊是什么元素,同周期的主族元素,原子序数越大,半径越小,原子半径:丁>戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径:戊>乙,则原子半径:丁>戊>乙,A项正确,不符合题意;无论戊是什么元素,同周期主族元素的原子序数越大,非金属性越强,因此非金属性:戊>丁>丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;不论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。
2.(2023福建三明月考)下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述正确的是( )A.原子的价层电子排布式为ns2np6的元素一定是主族元素B.基态原子的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素C.原子的价层电子排布式为3d3~74s2的元素一定位于第ⅢB~ⅦB族D.基态原子的N层上只有1个电子的元素一定是主族元素
答案 B解析 原子的价层电子排布式为ns2np6的元素不是主族元素,如Ne、Ar为0族元素,A错误;基态原子的p能级上有5个电子的元素的价层电子排布式为ns2np5,位于第ⅦA族,B正确;原子的价层电子排布式为3d6~74s2的元素位于第Ⅷ族,C错误;基态原子的N层上只有1个电子的元素可能为K、Cr或Cu,K为主族元素,Cr、Cu为副族元素,D错误。
3.确定下列指定元素的原子序数。(1)甲、乙是元素周期表中同一周期的第ⅡA族和第ⅦA族元素,原子序数分别为m、n,则m、n的关系为 。 (2)甲、乙是元素周期表中同一主族相邻周期的两种元素(其中甲在上一周期),若甲的原子序数为x,则乙的原子序数可能是 。 (3)下列各表为元素周期表中的一部分,表中数字为原子序数,其中M的原子序数为37的是 (填字母)。
答案 (1)n=m+5、n=m+15、n=m+29(2)x+2、x+8、x+18、x+32 (3)B
归纳总结结合“片段型”元素周期表推断短周期主族元素(1)直接相邻的“ ”型、“ ”型结构片段表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,原子序数的关系如图所示:
(2)直接相邻的“ ”型结构片段表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,同主族上下两种元素的原子序数相差8。
考向1.元素的金属性和非金属性的比较典例突破一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中,X的原子核只有1个质子;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的下一周期;元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是( )A.XEZ4是一种强酸B.非金属性:W>Z>YC.原子半径:Y>W>ED.ZW2中,Z的化合价为+2价
答案 C解析 本题考查元素推断与元素周期律。X的原子核只有1个质子,则X是氢元素;Y、Z、W为第二周期元素,可分别形成4、2、1条共价键,则Y、Z、W分别是C元素、O元素、F元素;元素E的原子比F原子多8个电子,则E为Cl元素。HClO4是强酸,A项正确;非金属性:F>O>C(W>Z>Y),B项正确;原子半径:Cl>F(E>W),C项错误;氟元素的非金属性比氧元素强,OF2中F元素为-1价,O元素为+2价,D项正确。
针对训练1.(2023广西贵港模拟)下列事实或实验能作为判断依据的是( )A.盐酸是强酸,氢硫酸是弱酸,判断氯与硫的非金属性强弱B.热稳定性:H2SeNH3>CH4,判断碳、氧与氮的非金属性强弱D.向MgCl2、AlCl3溶液中分别加入过量的氨水,判断镁与铝的金属性强弱
答案 B解析 盐酸和氢硫酸均不是相应元素的最高价氧化物对应水化物,不能作为判断氯与硫的非金属性强弱的依据,A错误;非金属性越强的元素其单质越容易与氢气化合,得到的氢化物越稳定,B正确;H2O、NH3、CH4物质的沸点与分子间作用力强弱有关,不能判断碳、氧与氮的非金属性强弱,C错误;镁与铝的金属性强弱可用其跟酸反应的剧烈程度判断,向MgCl2、AlCl3溶液中分别加入过量的氨水,不能判断镁与铝的金属性强弱,D错误。
2.研究性学习小组同学设计实验探究碳、硅元素非金属性的相对强弱,实验装置如图所示。
(1)仪器A的名称为 。 (2)问题探究:[已知酸性:亚硫酸(H2SO3)>碳酸(H2CO3)]①装置E中酸性KMnO4溶液的作用是 。 ②能说明碳元素的非金属性比硅元素的强的实验现象是 。 ③该实验能否证明S的非金属性强于C的非金属性? (填“能”或“不能”),理由是 。
答案 (1)分液漏斗 (2)①除去SO2气体 ②E试管中的溶液褪色不完全,F试管中出现白色沉淀 ③不能 H2SO3不是S元素的最高价含氧酸,无法比较非金属性的强弱解析 (2)①从装置D中出来的气体中含有二氧化硫,二氧化硫可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,故装置E中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2气体;②二氧化碳与Na2SiO3溶液反应生成硅酸,说明了碳酸的酸性比硅酸的强,证明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强,所以当酸性KMnO4溶液褪色不完全,盛有Na2SiO3溶液的试管中出现白色沉淀即说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强;③依据最高价含氧酸的酸性强弱判断非金属性的强弱,二氧化硫溶于水生成的是亚硫酸,不是最高价含氧酸,所以不能用来判断非金属性的强弱。
归纳总结元素金属性和非金属性强弱的判断方法
考向2.比较粒子半径的大小
典例突破A、B、C为三种短周期元素,A、B同周期,A、C的最低价离子分别为A2-、C-,B2+与C-具有相同的电子层结构,下列叙述不正确的是( )A.原子序数:A>B>CB.原子半径:B>A>CC.离子半径:A2->B2+>C-D.原子最外层电子数:C>A>B
答案 C解析 由题意可推出A为S、B为Mg、C为F。原子序数:S>Mg>F,A项正确;不同周期元素,电子层数越多,原子半径越大,同一周期元素,核电荷数越大,原子半径越小,因此原子半径:Mg>S>F,B项正确;S2-的电子层数为3,离子半径最大,Mg2+与F-的电子层数为2,且具有相同的核外电子数,核电荷数越大,离子半径越小,因此离子半径:S2->F->Mg2+,C项错误;F原子最外层电子数为7,S原子最外层电子数为6,Mg原子最外层电子数为2,因此原子最外层电子数:F>S>Mg,D项正确。
针对训练1.比较下列微粒半径的大小(用“>”或“<”填空):(1)Si N F。 (2)Li Na K。 (3)Na+ Mg2+ Al3+。 (4)F- Cl- Br-。 (5)Cl- O2- Na+。 (6)H- Li+ H+。
答案 (1)> > (2)< < (3)> > (4)< < (5)> > (6)> >
2. X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍;Z与W同主族。下列说法正确的是( )A.离子半径:W>Z>Y>XB.键角:H2ZWD.第一电离能:Z>Y>W
解析 X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,为氢元素;Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,为氮元素;Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为氧元素;Z与W同主族,W为硫元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径,A项错误;水分子和硫化氢分子都有两个孤电子对,氧原子、硫原子都为sp3杂化,但是氧原子的电负性比硫原子大,使得水分子中的成键电子间的斥力大于硫化氢分子中的,因此键角:H2O>H2S,B项错误;氧元素的非金属性比硫元素的强,故H2O的稳定性比H2S的稳定性强,C项正确;同主族元素的第一电离能随原子序数增大而减小,同周期元素的第一电离能随原子序数增大而呈增大趋势,氮原子的2p轨道为半充满结构,其第一电离能大于氧的第一电离能,故第一电离能N>O>S,D项错误。
考向3.元素电离能、电负性等元素周期律的综合应用典例突破X、Y为第三周期元素,Y最高正价与最低负价的代数和为6,二者形成的一种化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列说法错误的是( )A.原子半径:X>YB.简单氢化物的还原性:X>YC.同周期元素形成的单质中Y氧化性最强D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
答案 D解析 X、Y位于第三周期,Y的最高正价与最低负价的代数和为6,则Y是Cl元素,由X、Y形成的阴离子和阳离子知,X是P元素。P与Cl在同一周期,则P的原子半径大,即X>Y,A正确;两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl,PH3的还原性强,B正确;同周期主族元素从左往右,金属性减弱,非金属性增强,各元素对应的金属单质还原性减弱,非金属单质的氧化性增强,则Cl2的氧化性最强,C正确;同一周期从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能,所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl,即第三周期第一电离能小于P元素的有5种,D错误。
针对训练1.某离子液体的阴离子的结构如图所示,其中W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,W是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是( )
A.Z元素的最高价态为+7B.电负性:Y>Z>X>WC.该阴离子中X不满足8电子稳定结构D.最简单氢化物水溶液的pH:X>M
答案 D解析 W是有机分子的骨架元素,则W是C元素;化合物中X、Y、Z、M形成共价键数目分别为2、2、1、6,离子带1个单位负电荷,且W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,则X是N元素,Y是O元素,Z是F元素,M是S元素。Z是F元素,其电负性最大,无正化合价,A错误;同周期主族元素从左至右,电负性逐渐增大,因此电负性:Z>Y>X>W,B错误;该阴离子中X(N)形成2个共价键且得到1个电子,氮原子满足8电子稳定结构,C错误;NH3的水溶液呈碱性,H2S的水溶液呈酸性,则前者的pH大于后者,D正确。
2.(1)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。
I1(Li)>I1(Na),原因是 。 I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。 (2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) (填“大于”或“小于”)I1(Cu),原因是 。 (3)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·ml-1,INi=1 753 kJ·ml-1, ICu>INi的原因是 。
答案 (1)Na与Li同主族,Na的电子层数多,原子半径大,故第一电离能更小 Li、Be和B为同周期元素,同周期主族元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势;但由于基态Be原子的2s能级处于全充满状态,能量更低更稳定,故其第一电离能大于B的第一电离能 (2)大于 Zn原子核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子 (3)铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
归纳总结1.同周期、同主族元素性质的周期性变化规律
2.电离能规范答题的两个类型(1)电离能与原子结构答题策略:从原子核对最外层电子的吸引力来判断。答题模板:A原子比B原子的半径大,且A原子的核电荷数比B原子的小,所以A原子对最外层电子的吸引力小于B,故第一电离能A小于B。(2)电离能与半充满、全充满答题策略:能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)时,比较稳定,难失电子。答题模板:A原子的价层电子排布式为×××,处于半充满(或全充满),比较稳定,难失电子,×××电离能大。
元素周期表中“位—构—性”关系及应用
考向1元素周期表中“位—构—性”的关系及应用例1. W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的原子序数等于W与X的原子序数之和,Z的最外层电子数为K层的一半,W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子。下列说法正确的是( )A.简单离子半径:Z>X>YB.W与Y能形成含有非极性键的化合物C.X和Y的最简单氢化物的沸点:X>YD.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
思路指导Z的最外层电子数为K层的一半,且Z的原子序数最大,推测Z的核外有3个电子层,最外层电子数为1,即为Na元素。W与X能形成原子个数比为2∶1的18e-分子,形成的化合物为N2H4,则W为H元素,X为N元素;Y的原子序数是W与X的原子序数之和,则Y为O元素。
针对训练1.(2022全国甲卷)Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期,X、Y相邻,Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是( )A.非金属性:X>QB.单质的熔点:X>YC.简单氢化物的沸点:Z>QD.最高价含氧酸的酸性:Z>Y
答案 D解析 由题意可知,Q为第二周期元素,X、Y、Z为第三周期元素,再依据Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍,可推知Y为Si元素,由“X、Y相邻”,且X的原子序数小于Y,可推知X为Al元素,最后依据原子序数的大小关系和四种元素最外层电子数之和为19可推知,若Q为O元素,则Z为S元素;若Q为N元素,则Z为Cl元素;若Q为F元素,则Z为P元素。非金属性:AlSi(或Cl>Si或P>Si),所以最高价含氧酸的酸性:H2SO4>H2SiO3(或HClO4>H2SiO3或H3PO4>H2SiO3),D项正确。
2.(2023浙江6月选考)X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是( )A.第一电离能:Y>Z>XB.电负性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W
突破方法元素周期表中元素推断及元素周期律应用类题目的思维流程如下:
针对训练3.(2023辽宁卷)某种镁盐具有良好的电化学性能,其阴离子结构如下图所示。W、X、Y、Z、Q是核电荷数依次增大的短周期元素,W、Y原子序数之和等于Z,Y原子价电子数是Q原子价电子数的2倍。下列说法中错误的是( )A.W与Y的化合物为极性分子B.第一电离能Z>X>YC.Q的氧化物是两性氧化物D.该阴离子中含有配位键
答案 B解析 结合L结构中原子的成键数目可知,X可形成四条共价键,则X为碳元素,W、Z形成一条共价键,Y形成两条共价键,结合原子序数和价电子数,W、Y、Z、Q分别为H、O、F、Al。W(H)与Y(O)可以形成极性分子H2O、H2O2,A项正确;第一电离能: Z>Y>X(F>O>C),B项错误;Al2O3为两性氧化物,C项正确;Al的价电子数为3,Q与L形成四条共价键,则该阴离子中含有配位键,D项正确。
4.(2022湖南卷)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( )
A.原子半径:X>Y>ZB.非金属性:Y>X>WC.Z的单质具有较强的还原性D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
答案 C解析 本题考查元素推断、元素周期表结构和元素周期律。W、Y分别形成4个、2个共价键,结合W的原子序数是X、Y之和,可知X、Y、W分别为C、O、Si元素,则Z为F元素。原子半径C>O>F,A项说法正确;非金属性O>C>Si,B项说法正确;F2具有强氧化性,C项说法错误;根据86号元素为0族元素,可推出82号元素位于第Ⅳ A族,与W(Si)位于同一主族,D项说法正确。
1.(2023全国甲卷)W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数依次增大,最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等,WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是( )A.原子半径:X>WB.简单氢化物的沸点:X
2.(2023全国乙卷)一种矿物由短周期元素W、X、Y组成,溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子结构。下列叙述正确的是( )A.X的常见化合价有-1价、-2价B.原子半径大小为Y>X>WC.YX的水合物具有两性D.W单质只有4种同素异形体
答案 A解析 X2-与Y2+具有相同的电子结构,W、X、Y为短周期元素,符合条件的短周期元素X、Y分别为O、Mg,结合原子序数关系和矿物可溶于稀盐酸且有无色无味气体生成,则可推出W为碳元素。氧元素常见化合价有-1价、-2价,A正确;原子半径Mg>C>O(Y>W>X),B错误;MgO的水合物Mg(OH)2不具有两性,C错误;碳单质有金刚石、石墨、C60、C70、石墨烯等多种同素异形体,D错误。
3.(2023湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素,基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3。下列说法正确的是( )A.电负性:X>Y>Z>WB.原子半径:X
4.(1)(2022河北卷,节选)①基态S原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为 。 ②Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是 ,原因是 。 (2)(2022全国甲卷,节选)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填字母),判断的根据是 ; 第三电离能的变化图是 (填字母)。
1.结合有关数据和实验事实认识原子结构、元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。2.知道元素周期表的结构,以第三周期的钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯,以及碱金属和卤族元素为例,了解同周期和同主族元素性质的递变规律。3.认识元素的原子半径、第一电离能、电负性等元素性质的周期性变化,知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。4.知道元素周期表中分区、周期和族的元素原子核外电子排布特征,了解元素周期律(表)的应用价值。
一、元素周期表1.原子序数(1)含义:按照元素在元素周期表中的顺序给元素编号,得到原子序数。(2)存在关系:原子序数= 核电荷数 =核外 电子数 = 质子数 。 2.元素周期表的编排原则(1)周期:把 电子层数目 相同的元素,按 原子序数递增 的顺序,从左至右排成的横行。 (2)族:把 最外层电子数 相同的元素,按 电子层数递增 的顺序,从上至下排成的纵列。
3.元素周期表(1)元素周期表的结构
(2)元素周期表的结构
微点拨有关元素周期表结构的3个易错点(1)基态原子最外层电子排布相同的原子对应元素不一定处于同主族,如He、Be的最外层均有2个电子,前者处于0族,后者处于第ⅡA族。(2)第ⅠA族和0族不是含元素种类最多的族,含元素种类最多的族应是第ⅢB族,共有32种元素。(3)第Ⅷ族属于副族;过渡元素包括8个副族,全部是金属元素,原子最外层电子数不超过2个。
4.原子结构与元素周期表的关系(1)原子结构与周期的关系
(2)原子结构与族的关系
5.元素周期表的分区(1)按元素的种类分区
①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线,即为金属元素区和非金属元素区的分界线。②各区位置:分界线左下方为 金属元素区 ,分界线右上方为 非金属元素区 。 ③分界线附近元素的性质:既表现 金属元素 的性质,又表现 非金属元素 的性质。
(2)按价层电子排布分区按照核外电子排布,可把元素周期表划分为5个区,除ds区外,各区名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号。①元素周期表的分区如下:
②各区元素化学性质及价层电子的排布特点
6.元素周期表和元素周期律的应用(1)科学预测:为新元素的发现及预测其原子结构和性质提供了线索。(2)寻找新物质:(3)用于工农业生产:对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系,研制农药材料等。
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)基态原子最外层电子数为1、2的元素分别处于第ⅠA、ⅡA族。( × )(2)+3价阳离子的电子排布式为[Ar]3d5的元素处于第四周期、第Ⅷ族。( √ )(3)价层电子排布式为4s24p1的元素位于第五周期第ⅠA族,属于s区元素。( × )(4)最外层有2个未成对电子的可能是ns2np2或ns2np4,短周期元素中分别为C、Si和O、S。( √ )
二、元素周期律1.元素周期律
3.电离能(1)第一电离能: 气态 基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,符号为I1,单位为kJ·ml-1。 (2)元素第一电离能的周期性变化同周期从左到右,第一电离能呈 增大 的趋势,稀有气体的第一电离能 最大 ,碱金属的第一电离能 最小 ;同主族从上到下,第一电离能逐渐 减小 。 微点拨第二、三、四周期中,第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能比相邻主族元素的第一电离能都大。
微点拨金属元素的电负性一般小于1.8,非金属元素的电负性一般大于1.8,而位于非金属三角区边界的“类金属”(如锗、锑等)的电负性则在1.8左右,它们既有金属性又有非金属性。
5.对角线规则在元素周期表中,某些主族元素与 右下方 的主族元素的有些性质是相似的,这种相似性被称为“对角线规则”。
应用提升 元素的电离能及应用
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)同一周期中,随着核电荷数的增加,元素的原子半径逐渐增大。( × )(2)N、O、F三种元素第一电离能从大到小的顺序是N>O>F。( × )(3)元素的电负性越大,非金属性越强,第一电离能也越大。( × )(4)钠元素的第一、第二电离能分别小于镁元素的第一、第二电离能。( × )
典例突破已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在元素周期表中的相对位置如下所示,其中Y的最高化合价为+3价。下列说法不正确的是( )A.还原性:ZQ2
针对训练1.(2022广东卷)甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是( )A.原子半径:丁>戊>乙 B.非金属性:戊>丁>丙C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
答案 C解析 根据题干信息,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,在短周期元素中,符合此条件的可以是S或Cl。如果戊为S元素,则甲、乙、丙、丁分别为C、O、Si、P元素;如果戊为Cl元素,则甲、乙、丙、丁分别为N、F、P、S元素。但无论戊是什么元素,同周期的主族元素,原子序数越大,半径越小,原子半径:丁>戊;同主族元素的原子序数越大,半径越大,原子半径:戊>乙,则原子半径:丁>戊>乙,A项正确,不符合题意;无论戊是什么元素,同周期主族元素的原子序数越大,非金属性越强,因此非金属性:戊>丁>丙,B项正确,不符合题意;若戊为S元素,则甲为C元素,甲的氢化物如甲烷遇氯化氢无白烟产生,C项错误,符合题意;不论丙是Si元素还是P元素,其最高价氧化物对应的水化物均为酸,均可以与强碱反应,D项正确,不符合题意。
2.(2023福建三明月考)下列关于原子核外电子排布与元素在周期表中位置关系的表述正确的是( )A.原子的价层电子排布式为ns2np6的元素一定是主族元素B.基态原子的p能级上有5个电子的元素一定是第ⅦA族元素C.原子的价层电子排布式为3d3~74s2的元素一定位于第ⅢB~ⅦB族D.基态原子的N层上只有1个电子的元素一定是主族元素
答案 B解析 原子的价层电子排布式为ns2np6的元素不是主族元素,如Ne、Ar为0族元素,A错误;基态原子的p能级上有5个电子的元素的价层电子排布式为ns2np5,位于第ⅦA族,B正确;原子的价层电子排布式为3d6~74s2的元素位于第Ⅷ族,C错误;基态原子的N层上只有1个电子的元素可能为K、Cr或Cu,K为主族元素,Cr、Cu为副族元素,D错误。
3.确定下列指定元素的原子序数。(1)甲、乙是元素周期表中同一周期的第ⅡA族和第ⅦA族元素,原子序数分别为m、n,则m、n的关系为 。 (2)甲、乙是元素周期表中同一主族相邻周期的两种元素(其中甲在上一周期),若甲的原子序数为x,则乙的原子序数可能是 。 (3)下列各表为元素周期表中的一部分,表中数字为原子序数,其中M的原子序数为37的是 (填字母)。
答案 (1)n=m+5、n=m+15、n=m+29(2)x+2、x+8、x+18、x+32 (3)B
归纳总结结合“片段型”元素周期表推断短周期主族元素(1)直接相邻的“ ”型、“ ”型结构片段表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,原子序数的关系如图所示:
(2)直接相邻的“ ”型结构片段表格中上一行元素处于第二周期,下一行元素处于第三周期,同主族上下两种元素的原子序数相差8。
考向1.元素的金属性和非金属性的比较典例突破一种麻醉剂的分子结构式如图所示。其中,X的原子核只有1个质子;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的下一周期;元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是( )A.XEZ4是一种强酸B.非金属性:W>Z>YC.原子半径:Y>W>ED.ZW2中,Z的化合价为+2价
答案 C解析 本题考查元素推断与元素周期律。X的原子核只有1个质子,则X是氢元素;Y、Z、W为第二周期元素,可分别形成4、2、1条共价键,则Y、Z、W分别是C元素、O元素、F元素;元素E的原子比F原子多8个电子,则E为Cl元素。HClO4是强酸,A项正确;非金属性:F>O>C(W>Z>Y),B项正确;原子半径:Cl>F(E>W),C项错误;氟元素的非金属性比氧元素强,OF2中F元素为-1价,O元素为+2价,D项正确。
针对训练1.(2023广西贵港模拟)下列事实或实验能作为判断依据的是( )A.盐酸是强酸,氢硫酸是弱酸,判断氯与硫的非金属性强弱B.热稳定性:H2Se
答案 B解析 盐酸和氢硫酸均不是相应元素的最高价氧化物对应水化物,不能作为判断氯与硫的非金属性强弱的依据,A错误;非金属性越强的元素其单质越容易与氢气化合,得到的氢化物越稳定,B正确;H2O、NH3、CH4物质的沸点与分子间作用力强弱有关,不能判断碳、氧与氮的非金属性强弱,C错误;镁与铝的金属性强弱可用其跟酸反应的剧烈程度判断,向MgCl2、AlCl3溶液中分别加入过量的氨水,不能判断镁与铝的金属性强弱,D错误。
2.研究性学习小组同学设计实验探究碳、硅元素非金属性的相对强弱,实验装置如图所示。
(1)仪器A的名称为 。 (2)问题探究:[已知酸性:亚硫酸(H2SO3)>碳酸(H2CO3)]①装置E中酸性KMnO4溶液的作用是 。 ②能说明碳元素的非金属性比硅元素的强的实验现象是 。 ③该实验能否证明S的非金属性强于C的非金属性? (填“能”或“不能”),理由是 。
答案 (1)分液漏斗 (2)①除去SO2气体 ②E试管中的溶液褪色不完全,F试管中出现白色沉淀 ③不能 H2SO3不是S元素的最高价含氧酸,无法比较非金属性的强弱解析 (2)①从装置D中出来的气体中含有二氧化硫,二氧化硫可以被酸性高锰酸钾溶液氧化,故装置E中酸性KMnO4溶液的作用是除去SO2气体;②二氧化碳与Na2SiO3溶液反应生成硅酸,说明了碳酸的酸性比硅酸的强,证明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强,所以当酸性KMnO4溶液褪色不完全,盛有Na2SiO3溶液的试管中出现白色沉淀即说明碳元素的非金属性比硅元素的非金属性强;③依据最高价含氧酸的酸性强弱判断非金属性的强弱,二氧化硫溶于水生成的是亚硫酸,不是最高价含氧酸,所以不能用来判断非金属性的强弱。
归纳总结元素金属性和非金属性强弱的判断方法
考向2.比较粒子半径的大小
典例突破A、B、C为三种短周期元素,A、B同周期,A、C的最低价离子分别为A2-、C-,B2+与C-具有相同的电子层结构,下列叙述不正确的是( )A.原子序数:A>B>CB.原子半径:B>A>CC.离子半径:A2->B2+>C-D.原子最外层电子数:C>A>B
答案 C解析 由题意可推出A为S、B为Mg、C为F。原子序数:S>Mg>F,A项正确;不同周期元素,电子层数越多,原子半径越大,同一周期元素,核电荷数越大,原子半径越小,因此原子半径:Mg>S>F,B项正确;S2-的电子层数为3,离子半径最大,Mg2+与F-的电子层数为2,且具有相同的核外电子数,核电荷数越大,离子半径越小,因此离子半径:S2->F->Mg2+,C项错误;F原子最外层电子数为7,S原子最外层电子数为6,Mg原子最外层电子数为2,因此原子最外层电子数:F>S>Mg,D项正确。
针对训练1.比较下列微粒半径的大小(用“>”或“<”填空):(1)Si N F。 (2)Li Na K。 (3)Na+ Mg2+ Al3+。 (4)F- Cl- Br-。 (5)Cl- O2- Na+。 (6)H- Li+ H+。
答案 (1)> > (2)< < (3)> > (4)< < (5)> > (6)> >
2. X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍;Z与W同主族。下列说法正确的是( )A.离子半径:W>Z>Y>XB.键角:H2Z
解析 X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,X的核外电子总数与其周期数相同,为氢元素;Y的基态原子的价层电子中有3个未成对电子,为氮元素;Z的最外层电子数为其内层电子数的3倍,为氧元素;Z与W同主族,W为硫元素。氧离子和氮离子是电子层结构相同的离子,根据核电荷数越大半径越小分析,氧离子半径小于氮离子半径,A项错误;水分子和硫化氢分子都有两个孤电子对,氧原子、硫原子都为sp3杂化,但是氧原子的电负性比硫原子大,使得水分子中的成键电子间的斥力大于硫化氢分子中的,因此键角:H2O>H2S,B项错误;氧元素的非金属性比硫元素的强,故H2O的稳定性比H2S的稳定性强,C项正确;同主族元素的第一电离能随原子序数增大而减小,同周期元素的第一电离能随原子序数增大而呈增大趋势,氮原子的2p轨道为半充满结构,其第一电离能大于氧的第一电离能,故第一电离能N>O>S,D项错误。
考向3.元素电离能、电负性等元素周期律的综合应用典例突破X、Y为第三周期元素,Y最高正价与最低负价的代数和为6,二者形成的一种化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列说法错误的是( )A.原子半径:X>YB.简单氢化物的还原性:X>YC.同周期元素形成的单质中Y氧化性最强D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
答案 D解析 X、Y位于第三周期,Y的最高正价与最低负价的代数和为6,则Y是Cl元素,由X、Y形成的阴离子和阳离子知,X是P元素。P与Cl在同一周期,则P的原子半径大,即X>Y,A正确;两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl,PH3的还原性强,B正确;同周期主族元素从左往右,金属性减弱,非金属性增强,各元素对应的金属单质还原性减弱,非金属单质的氧化性增强,则Cl2的氧化性最强,C正确;同一周期从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能,所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl,即第三周期第一电离能小于P元素的有5种,D错误。
针对训练1.某离子液体的阴离子的结构如图所示,其中W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,W是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是( )
A.Z元素的最高价态为+7B.电负性:Y>Z>X>WC.该阴离子中X不满足8电子稳定结构D.最简单氢化物水溶液的pH:X>M
答案 D解析 W是有机分子的骨架元素,则W是C元素;化合物中X、Y、Z、M形成共价键数目分别为2、2、1、6,离子带1个单位负电荷,且W、X、Y、Z、M为原子序数依次增大的短周期非金属元素,则X是N元素,Y是O元素,Z是F元素,M是S元素。Z是F元素,其电负性最大,无正化合价,A错误;同周期主族元素从左至右,电负性逐渐增大,因此电负性:Z>Y>X>W,B错误;该阴离子中X(N)形成2个共价键且得到1个电子,氮原子满足8电子稳定结构,C错误;NH3的水溶液呈碱性,H2S的水溶液呈酸性,则前者的pH大于后者,D正确。
2.(1)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。
I1(Li)>I1(Na),原因是 。 I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是 。 (2)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) (填“大于”或“小于”)I1(Cu),原因是 。 (3)元素铜与镍的第二电离能分别为ICu=1 958 kJ·ml-1,INi=1 753 kJ·ml-1, ICu>INi的原因是 。
答案 (1)Na与Li同主族,Na的电子层数多,原子半径大,故第一电离能更小 Li、Be和B为同周期元素,同周期主族元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势;但由于基态Be原子的2s能级处于全充满状态,能量更低更稳定,故其第一电离能大于B的第一电离能 (2)大于 Zn原子核外电子排布为全充满稳定结构,较难失电子 (3)铜失去的是全充满的3d10电子,镍失去的是4s1电子
归纳总结1.同周期、同主族元素性质的周期性变化规律
2.电离能规范答题的两个类型(1)电离能与原子结构答题策略:从原子核对最外层电子的吸引力来判断。答题模板:A原子比B原子的半径大,且A原子的核电荷数比B原子的小,所以A原子对最外层电子的吸引力小于B,故第一电离能A小于B。(2)电离能与半充满、全充满答题策略:能量相同的原子轨道在全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)时,比较稳定,难失电子。答题模板:A原子的价层电子排布式为×××,处于半充满(或全充满),比较稳定,难失电子,×××电离能大。
元素周期表中“位—构—性”关系及应用
考向1元素周期表中“位—构—性”的关系及应用例1. W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y的原子序数等于W与X的原子序数之和,Z的最外层电子数为K层的一半,W与X可形成原子个数比为2∶1的18e-分子。下列说法正确的是( )A.简单离子半径:Z>X>YB.W与Y能形成含有非极性键的化合物C.X和Y的最简单氢化物的沸点:X>YD.由W、X、Y三种元素所组成化合物的水溶液均显酸性
思路指导Z的最外层电子数为K层的一半,且Z的原子序数最大,推测Z的核外有3个电子层,最外层电子数为1,即为Na元素。W与X能形成原子个数比为2∶1的18e-分子,形成的化合物为N2H4,则W为H元素,X为N元素;Y的原子序数是W与X的原子序数之和,则Y为O元素。
针对训练1.(2022全国甲卷)Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期,X、Y相邻,Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是( )A.非金属性:X>QB.单质的熔点:X>YC.简单氢化物的沸点:Z>QD.最高价含氧酸的酸性:Z>Y
答案 D解析 由题意可知,Q为第二周期元素,X、Y、Z为第三周期元素,再依据Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍,可推知Y为Si元素,由“X、Y相邻”,且X的原子序数小于Y,可推知X为Al元素,最后依据原子序数的大小关系和四种元素最外层电子数之和为19可推知,若Q为O元素,则Z为S元素;若Q为N元素,则Z为Cl元素;若Q为F元素,则Z为P元素。非金属性:Al
2.(2023浙江6月选考)X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是( )A.第一电离能:Y>Z>XB.电负性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:W
突破方法元素周期表中元素推断及元素周期律应用类题目的思维流程如下:
针对训练3.(2023辽宁卷)某种镁盐具有良好的电化学性能,其阴离子结构如下图所示。W、X、Y、Z、Q是核电荷数依次增大的短周期元素,W、Y原子序数之和等于Z,Y原子价电子数是Q原子价电子数的2倍。下列说法中错误的是( )A.W与Y的化合物为极性分子B.第一电离能Z>X>YC.Q的氧化物是两性氧化物D.该阴离子中含有配位键
答案 B解析 结合L结构中原子的成键数目可知,X可形成四条共价键,则X为碳元素,W、Z形成一条共价键,Y形成两条共价键,结合原子序数和价电子数,W、Y、Z、Q分别为H、O、F、Al。W(H)与Y(O)可以形成极性分子H2O、H2O2,A项正确;第一电离能: Z>Y>X(F>O>C),B项错误;Al2O3为两性氧化物,C项正确;Al的价电子数为3,Q与L形成四条共价键,则该阴离子中含有配位键,D项正确。
4.(2022湖南卷)科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是( )
A.原子半径:X>Y>ZB.非金属性:Y>X>WC.Z的单质具有较强的还原性D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
答案 C解析 本题考查元素推断、元素周期表结构和元素周期律。W、Y分别形成4个、2个共价键,结合W的原子序数是X、Y之和,可知X、Y、W分别为C、O、Si元素,则Z为F元素。原子半径C>O>F,A项说法正确;非金属性O>C>Si,B项说法正确;F2具有强氧化性,C项说法错误;根据86号元素为0族元素,可推出82号元素位于第Ⅳ A族,与W(Si)位于同一主族,D项说法正确。
1.(2023全国甲卷)W、X、Y、Z为短周期主族元素,原子序数依次增大,最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等,WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是( )A.原子半径:X>WB.简单氢化物的沸点:X
2.(2023全国乙卷)一种矿物由短周期元素W、X、Y组成,溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子结构。下列叙述正确的是( )A.X的常见化合价有-1价、-2价B.原子半径大小为Y>X>WC.YX的水合物具有两性D.W单质只有4种同素异形体
答案 A解析 X2-与Y2+具有相同的电子结构,W、X、Y为短周期元素,符合条件的短周期元素X、Y分别为O、Mg,结合原子序数关系和矿物可溶于稀盐酸且有无色无味气体生成,则可推出W为碳元素。氧元素常见化合价有-1价、-2价,A正确;原子半径Mg>C>O(Y>W>X),B错误;MgO的水合物Mg(OH)2不具有两性,C错误;碳单质有金刚石、石墨、C60、C70、石墨烯等多种同素异形体,D错误。
3.(2023湖南卷)日光灯中用到的某种荧光粉的主要成分为3W3(ZX4)2·WY2。已知:X、Y、Z和W为原子序数依次增大的前20号元素,W为金属元素,基态X原子s轨道上的电子数和p轨道上的电子数相等,基态X、Y、Z原子的未成对电子数之比为2∶1∶3。下列说法正确的是( )A.电负性:X>Y>Z>WB.原子半径:X
4.(1)(2022河北卷,节选)①基态S原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为 。 ②Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是 ,原因是 。 (2)(2022全国甲卷,节选)图a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势(纵坐标的标度不同)。第一电离能的变化图是 (填字母),判断的根据是 ; 第三电离能的变化图是 (填字母)。
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