高中化学人教必修2讲义第一章物质结构元素周期律第2节第2课时.docx

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高中化学人教必修2讲义第一章物质结构元素周期律第2节第2课时

第2课时　元素周期表和元素周期律的应用

学习目标

核心素养建构

1.了解元素周期表的简单分区。

2．认识周期表是元素周期律的具体表现形式。

3．体会元素周期表和元素周期律在科学研究和工农业生产中的指导意义。

[知识梳理]

一、元素周期表的分区及元素化合价规律

1．金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律

虚线附近的元素既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性。

【自主思考】

1．据周期表中元素的金属性和非金属性递变规律分析：

什么元素的金属性最强？

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？

提示　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．元素的化合价与元素在周期表中的位置之间关系

主族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，而非金属的负化合价则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。

所以，非金属元素的最高正化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8。

（1）最高正化合价＝主族序数＝原子最外层电子数（O、F除外）。

（2）最高正化合价＋|最低负化合价|＝8。

【自主思考】

2．元素最高正价和最低负价的代数和分别为6、4、2、0，则其分别属于哪一主族？

提示ⅦA、ⅥA、ⅤA、ⅣA

二、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线附近寻找半导体材料。

（2）研究氟、氯、硫、磷附近元素，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。

[效果自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）根据元素周期律可知金属性最强的是钫，非金属性最强的是氦（　　）

（2）金属不可能具有非金属性，非金属不可能具有金属性（　　）

（3）锗元素属于金属元素，但也具有一定的非金属性（　　）

答案

（1）×　

（2）×　（3）√

2．将下面左右两侧对应内容连线

答案

探究一、元素的性质、结构及在周期表中位置的关系

【合作交流】

1．元素在周期表中的位置与原子结构有何必然联系？

提示原子有几个电子层，元素就位于第几周期；主族元素的原子的最外电子层有几个电子，元素就位于第几主族。

2．原子结构与元素性质之间有何关系？

提示

3．如何根据元素在周期表中的位置推测原子结构和元素的性质？

（从同周期、同主族两方面分析）

提示

（1）同主族元素从上到下：

原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，主要化合价相似，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强。

（2）同周期元素从左到右：

原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，最高正化合价逐渐增大，得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱。

4．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的水化物的酸性大小为：

X＞Y，能否确定它们的相对位置？

提示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。

【点拨提升】

1．同一元素的“位、构、性”关系可表示如下：

具体表现为：

（1）结构与位置的关系。

结构

位置

（2）结构与性质的关系：

（3）位置、结构和性质的关系：

2．元素周期律的具体应用

（1）预测未知元素的性质。

依据：

同主族元素性质的递变规律。

如已知卤族元素的性质递变规律，可推知未知元素砹（At）应为有色固体，与氢难化合，HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。

（2）比较元素的性质。

依据：

元素周期律。

如比较H2SO4和H2SeO4的酸性强弱，因为S、Se同主族，自上至下，元素的非金属性减弱，最高价氧化物对应的水化物酸性减弱，故酸性：

H2SO4＞H2SeO4。

（3）解释实验现象：

如氟气通入氯化钠溶液中，不是置换出氯气，而是与水发生剧烈反应，由元素周期表的递变规律知氟元素的非金属性最强，氟气是氧化性最强的非金属单质。

（4）寻找新材料：

如在金属元素与非金属元素的分界线附近的元素中寻找半导体材料。

【典题例证1】　如图是元素周期表的一部分，关于元素X、Y、Z的叙述正确的是（　　）

①X的气态氢化物与Y的最高价氧化物对应的水化物能发生反应生成盐　②Y、Z的气态氢化物的水溶液的酸性：

Y

A．①②③④B．①②③④⑤

C．只有③D．只有①④

解析根据元素周期表的结构，可知R为He，X为N，Y为S，Z为Br；2NH3＋H2SO4===（NH4）2SO4；氢硫酸的酸性小于氢溴酸；Br2在常温下是液体，能与铁粉反应；Br的原子序数为35，S的原子序数为16；Br处于第四周期，该周期包括18种元素。

答案　A

【学以致用1】　已知同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4，下列判断正确的是（　　）

A．原子半径按X、Y、Z的顺序逐渐减小

B．单质的氧化性按X、Y、Z的顺序减弱

C．三种元素阴离子的还原性按X、Y、Z的顺序增强

D．气态氢化物的稳定性按X、Y、Z的顺序减弱

解析同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4，知X、Y、Z的原子序数为X

同周期元素从左到右单质的氧化性逐渐增强，阴离子的还原性逐渐减弱，原子半径逐渐减小，气态氢化物的稳定性逐渐增强，可知正确选项为A。

答案A

探究二、元素金属性、非金属性的强弱判断

【合作交流】

1．在化学反应中一个金属原子失电子越多，该金属的金属性越强，这句话对吗，为什么？

以Na和Mg为例说明。

提示金属性强弱的比较，是比较原子失去电子的难易，而不是失去电子的多少。

如Na失去一个电子，而Mg失去两个电子，但Na的金属性比Mg强。

2．能否根据HCl的酸性比H2S强的事实推断氯的非金属性比硫的强？

提示不能，因为非金属性强弱应根据最高价含氧酸的酸性强弱判断，或者根据氢化物稳定性判断。

【点拨提升】

1．金属性强弱的比较

比较金属性的强弱，其实质是看元素原子失去电子的难易程度，越易失电子，金属性越强。

（1）从元素原子结构判断

当最外层电子数相同时，电子层数越多，原子半径越大，越易失电子，金属性越强。

即：

同一主族，从上到下，元素金属性依次增强。

（2）从元素单质及其化合物的相关性质判断

①金属单质与水或酸反应越剧烈，元素金属性越强。

②最高价氧化物对应水化物的碱性越强，元素金属性越强。

（3）根据金属活动性顺序表判断

（4）根据相应离子的氧化性强弱判断

离子的氧化性越强，则对应金属元素的金属性越弱。

如氧化性：

Cu2＋＞Fe2＋，则金属性：

Cu＜Fe。

2．元素非金属性强弱的比较

比较元素非金属性的强弱，其实质是看元素原子得到电子的难易程度，越易得电子，非金属性越强。

（1）从元素原子结构判断

当最外层电子数相同时，核电荷数越多，非金属性越弱。

即：

同一主族，从上到下，元素的非金属性依次减弱。

（2）从元素单质及其化合物的相关性质判断

①单质越易跟H2化合，生成的氢化物也就越稳定，氢化物的还原性也就越弱，其非金属性也就越强。

②最高价氧化物对应水化物的酸性越强，其非金属性就越强。

如H2SO4的酸性强于H3PO4，说明S的非金属性比P强。

③非金属单质间的置换反应，例如：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2，说明非金属性氯比碘强。

④元素的原子对应阴离子的还原性越强，元素的非金属性就越弱。

如还原性S2－＞Cl－，非金属性Cl＞S。

特别提醒

（1）比较元素金属性强弱的关键是比较原子失去电子的难易程度，而不是失去电子的多少。

如Na失去一个电子，而Mg失去两个电子，但金属性Na比Mg强。

（2）氧化性和还原性讨论的对象是具体物质或某物质中的特定粒子，具体表现在该物质中某元素的原子得失电子的能力。

【典题例证2】　下列叙述中肯定A的金属性比B的金属性强（　　）

A．A原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少

B．A原子的电子层数比B原子的电子层数多

C．1molA与足量的酸反应生成的H2比1molB与足量的酸反应生成的H2多

D．常温时，A能从水中置换出氢，而B不能

解析根据题意，选项A，只指出A、B两种元素最外层电子数的多少，而没有指明它们的电子层数的多少，A不正确；在选项B中指出了A、B原子的电子层数的多少，但是电子层数少的不一定比电子层数多的原子的金属性弱，比如Na比Cu少一个电子层，但是Na比Cu活泼，B不正确；选项C中说明等物质的量的A、B与酸反应生成氢气的多少，等物质的量的A、B与酸反应生成氢气多的金属活泼性不一定强，如1molAl比1molNa与足量盐酸反应时生成的氢气多，但Al没有Na活泼。

选项D正确，因为只有很活泼金属（如K、Ca、Na等）在常温下可与水反应，而较不活泼金属在常温下与水不反应。

答案D

【学以致用2】　X、Y是元素周期表第ⅦA族中的两种元素。

下列叙述能说明X的非金属性比Y强的是（　　）

A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多

B．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来

C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应

D．同浓度下X的氢化物水溶液比Y的氢化物水溶液的酸性强

解析因X、Y是元素周期表中第ⅦA族的元素，若X原子的电子层数多，则说明X比Y的非金属性弱，A错误；B项事实说明Y比X更活泼，B错误；根据单质与H2化合的难易判断，X2与H2化合更容易，说明氧化性：

X2>Y2，则非金属性：

X>Y，C正确；非金属元素氢化物水溶液酸性的强弱不能作为元素非金属性强弱的判断依据，D错误。

答案C

1.短周期中三种元素a、b、c在周期表中的位置如图，下列有关这三种元素的叙述正确的是（　　）

A．a是一种活泼的非金属元素

B．c的最高价氧化物的水化物是一种弱酸

C．b的氢化物很稳定

D．b元素的最高化合价为＋7价

解析根据元素周期表可判断出a、b、c分别为He、F、S，对照选项，C正确。

答案C

2．下列说法正确的是（　　）

A．在元素周期表中金属与非金属分界线左边的元素均为金属元素

B．Na、Mg、Al的还原性依次减弱

C．F、Cl、Br的非金属性依次增强

D．NaOH、KOH、Mg（OH）2的碱性依次减弱

解析在元素周期表中金属在分界线左边，但分界线左边的并不都是金属元素，如氢元素，A错；Na、Mg、Al位于同一周期，根据元素周期律，其还原性依次减弱，B正确；F、Cl、Br位于同一主族，根据元素周期律，其非金属性依次减弱，C错；K的金属性强于Na，KOH碱性强于NaOH，D错。

答案B

3．锗（Ge）是第四周期第ⅣA族元素，处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线上，下列叙述正确的是（　　）

A．锗是一种金属性很强的元素

B．锗的单质具有半导体的性能

C．锗化氢（GeH4）稳定性很强

D．锗酸（H4GeO4）是难溶于水的强酸

解析依据同主族元素性质递变规律可知：

气态氢化物稳定性：

CH4>SiH4>GeH4，而已知硅烷（SiH4）不稳定，故GeH4稳定性很弱；最高价氧化物的水化物的酸性：

H2CO3>H4SiO4>H4GeO4，H4SiO4难溶于水，故H4GeO4为难溶于水的弱酸。

因为锗处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线上，所以锗单质应具有半导体的性能。

答案B

4．下列不能说明氯元素的非金属性比硫元素强的事实是（　　）

①HCl比H2S稳定　②HClO氧化性比H2SO4强

③HClO4酸性比H2SO4强　④Cl2能与H2S反应生成S

⑤氯原子最外层有7个电子，硫原子最外层有6个电子

A．②⑤B．①②

C．①②④D．①③⑤

解析判断元素的非金属性强弱是根据元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱（即最高价含氧酸），而不是氧化性强弱，故②不能说明，③能说明；最外层电子数多的非金属性不一定强，如最外层电子数I>O，但非金属性I

答案A

5．元素周期表是学习化学的重要工具，它隐含着许多信息和规律。

下表所列是五种短周期元素的原子半径及主要化合价（已知铍的原子半径为0.089nm）。

元素代号

A

B

C

D

E

原子半径/nm

0.16

0.143

0.102

0.099

0.074

主要化合价

＋2

＋3

＋6、－2

－1

－2

（1）用元素代号标出它们在周期表中对应位置（以下为周期表的一部分）。

（2）B元素处于周期表中第________周期________族。

（3）C、D的简单离子的半径由大到小顺序为________（填离子符号）。

（4）上述五种元素的最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是________（填化学式）。

（5）C、E形成的化合物为________（填化学式）。

解析

（1）由主要化合价和原子半径知A为Mg，B为Al，C为S，D为Cl，E为O。

（2）B处于周期表中第三周期第ⅢA族。

（3）C、D的简单离子分别为S2－、Cl－，半径大小为：

S2－＞Cl－。

（4）最高价氧化物对应的水化物分别为Mg（OH）2、Al（OH）3、H2SO4、HClO4，其中HClO4酸性最强。

（5）S与O形成的化合物有SO2和SO3。

答案

（1）

（2）三　ⅢA　（3）S2－＞Cl－

（4）HClO4　（5）SO2、SO3

课时作业

1．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

解析第三周期的Al元素，既有金属性，又有非金属性，A错误；H＋最外层无电子，Li＋最外层有2个电子，因此并非所有的短周期元素原子形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构，C错；同主族元素的原子，化学性质有相似性，但并不完全相同，D错。

答案B

2．镓是1871年俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。

镓的原子序数为31，属ⅢA族。

镓的熔点为29.78℃，沸点高达2403℃。

镓有过冷现象（即冷至熔点下不凝固），它可过冷到－120℃。

由此判断下列有关镓的性质及其用途的叙述不正确的是（　　）

A．镓是制造高温温度计的上佳材料

B．镓能溶于强酸和强碱中

C．镓与锌、锡、铟等金属制成的合金，可用在自动救火的水龙头中

D．近年来镓成为电子工业的新宠，其主要用途是制造半导体材料，被誉为“半导体家族的新成员”，这是利用了镓的导电性介于导体和绝缘体之间的性质

解析镓的沸点高达2403℃，能制作高温温度计；镓的熔点为29.78℃，镓与锌、锡、钼等金属制成合金后熔点更低，自动救火的水龙头遇热即可开启，达到放水救火的目的，因此A、C两项正确。

铝能溶于强酸和强碱中，铝是电的良导体而不是半导体，镓是“类铝”元素，所以镓能溶于强酸和强碱中，镓是电的良导体而不是半导体，即B正确，D不正确。

答案D

3．核电荷数大于10的某短周期元素，其原子最外电子层所含有的电子数是次外层所含有的电子数的一半，有关该元素的单质或化合物的描述不正确的是（　　）

A．该元素在第三周期第ⅣA族

B．该元素的单质在常温下性质稳定，不易与水反应

C．该元素的氧化物不与酸反应，可与强碱的水溶液反应

D．该元素在地壳中的含量大，居所有元素的第二位

解析核电荷数大于10的某短周期元素只能是第三周期元素，又因为原子最外电子层所含有的电子数是次外层所含有的电子数的一半，故该元素是硅。

硅元素位于周期表中第三周期第ⅣA族，在常温下性质稳定，不易与水反应，该元素在地壳中的含量大，居所有元素的第二位，其氧化物二氧化硅能与氢氟酸反应，能与强碱氢氧化钠溶液反应，A、B、D正确，C错误。

答案C

4．近年来，我国在超导体材料研究方面居于世界领先地位，铊（Tl）是超导体的组成成分之一，铊位于第六周期第ⅢA族。

下列对铊的可能性质的推导正确的是（　　）

①是易导电的银白色金属　②Tl（OH）3是两性氢氧化物

③Tl3＋氧化能力比Al3＋强　④单质能与稀硝酸反应生成硝酸盐

A．①④B．②③

C．只有①D．只有④

解析根据元素在周期表中的位置和元素性质递变规律解题，Tl位于第六周期第ⅢA族，以Al为参照对象，同主族元素，随原子序数增大，元素原子失电子能力逐渐增强，金属离子的氧化性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，可判断出①④正确。

答案A

5．X、Y、Z均为短周期元素，X、Y处于同一周期，X、Z的最低价离子分别为X2－和Z－，Y＋和Z－具有相同的电子层结构。

下列说法正确的是（　　）

A．原子最外层电子数：

X>Y>Z

B．单质沸点：

X>Y>Z

C．离子半径：

X2－>Y＋>Z－

D．原子序数：

X>Y>Z

解析短周期元素X、Z形成的最低价离子为X2－、Z－，Y＋和Z－具有相同的电子层结构，则X、Y、Z三种元素分别处于第ⅥA、ⅠA、ⅦA族。

又知X和Y处于同一周期，Y＋和Z－具有相同的电子层结构，从而推知X、Y、Z分别为S、Na和F。

原子最外层电子数：

F>S>Na，A错误；Na单质为金属，S、F2为非金属单质，S为固体，F2为气体，显然沸点：

Na>S>F2，B错误；具有相同电子层结构的离子，元素的原子序数越大，原子半径越小，

Na＋、F－具有相同的电子层结构，则离子半径：

F－>Na＋，S2－多一个电子层，所以S2－半径最大，C错误；三种元素的原子序数关系为S>Na>F，D正确。

答案D

6.X、Y、Z、W均为短周期元素，它们在周期表中的相对位置如右图所示。

若Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，下列说法中正确的是

（　　）

A．原子半径：

W＞Z＞Y＞X

B．最高价氧化物对应水化物的酸性W比Z弱

C．Y的气态氢化物的稳定性较Z的弱

D．四种元素的单质中，Z的熔、沸点最高

解析Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，则Y为O，故X为N，Z为S，W为Cl，A错误；HClO4酸性比H2SO4酸性强，B错误；H2O比H2S稳定，C错误；S为固体，其他为气体，D正确。

答案D

7．某同学设计如下元素周期表，以下说法正确的是（　　）

A．X、Y、Z元素分别为N、P、O

B．白格中都是主族元素，灰格中都是副族元素

C．原子半径：

Z＞X＞Y

D．X、Y、Z的气态氢化物中最稳定的是Y的氢化物

解析从元素周期表中找出规律，左侧第二周期原子序数应是3、5、6、7，右侧第二周期原子序数应为4、8、9、10，左侧第三周期原子序数应为11、13、14、15，右侧第三周期原子序数应为12、16、17、18，故X、Y、Z三种元素分别是N、P、O，A正确；白格中的He、Ne、Ar都是稀有气体，0族的，不属于主族元素，B错误；原子半径大小：

P＞N＞O，C错误；非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性：

O＞N＞P，最稳定的是O的氢化物，D错误。

答案A

8．

（1）X元素的原子核外有2个电子层，其中L层有5个电子，该元素在周期表中的位置为________________________________________________________________________，

最高价氧化物的化学式为________，该元素的氢化物和最高价氧化物对应水化物反应的化学方程式为________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）Y为短周期元素，若其最高价氧化物对应水化物的化学式为HYO3，则此时Y元素的化合价为________，Y原子的最外层电子数为________，其气态氢化物的化学式为________。

解析

（1）由X元素的原子结构可知，X为氮元素，其最高价氧化物的化学式为N2O5，其气态氢化物的化学式为NH3，该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为HNO3。

（2）Y元素的化合价为＋5价，则Y原子的最外层电子数为5，其气态氢化物的化学式为YH3。

答案

（1）第二周期第ⅤA族　N2O5　NH3＋HNO3===NH4NO3　

（2）＋5价　5　YH3

9．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。

下图是元素周期表的一部分。

（1）阴影部分元素在元素周期表中的位置为________族。

（2）根据元素周期律预测：

H3AsO4属于强酸还是弱酸？

________。

（3）C和Si元素的氢化物都可以燃烧，但Si元素的氢化物在空气中可以自燃，其原因是________________________________________________________________________。

试写出Si的氢化物完全燃烧的化学方程式：

_________________________________

________________________________________________________________________。

（4）O2与H2的反应是不可逆反应，而S与H2反应有一定限度，请写出Se与H2反应的化学方程式：

________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）试比较S、O、F三种元素的原子半径大小：

________________________________（填元素符号）。

解析

（1）图中阴影部分为氮族元素，即第ⅤA族。

（2）在周期表中，砷元素的非金属性比磷元素弱，磷酸属于中强酸，故H3AsO4属于弱酸。

（3）甲烷（CH4）燃烧产生二氧化碳和水，硅烷（SiH4）的性质与甲烷相似，它在空气中燃烧的产物应该是水和硅的氧化物，即：

SiH4＋2O2

SiO2＋2H2O。

（4）同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，“S与H2反应有一定限度”属于可逆反应，故Se与H2反应也应该是可逆反应，反应的化学方程式为：

Se＋H2

H2Se。

（5）S与O同主族，原子序数S＞O，故原子半径S＞O；O与F同周期，原子序数O＜F，故原子半径O＞F，所以原子半径：

S＞O＞F。

答案

（1）第ⅤA　

（2）弱酸　（3）SiH4的稳定性小于CH4　SiH4＋2O2

SiO2＋2H2O　（4）Se＋H2

H2Se　（5）S＞O＞F

10．A、B、C、D、E是短周期中原子序数依次增大的主族元素，常温下A、B、E的单质呈气态，B的原子最外层电子数是其电子层数的3倍，C的单质制成的高压灯发出的黄光透雾力强、射程远、B、C、D的最外层电子数之和为10。

（1）元素D位于第________周期________族。

（2）A、B可形成一种10电子的阳离子X，X的电子式为________。