高中化学一轮复习讲义解析版元素周期律和元素周期表.docx
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高中化学一轮复习讲义解析版元素周期律和元素周期表
元素周期律和元素周期表
【学习目标】
1.元素周期表的结构和元素推断
2.元素周期律的变化规律及应用
◆感知高考
1.[2020·新课标Ⅰ]1934年约里奥–居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核
)轰击金属原子
,得到核素
,开创了人造放射性核素的先河:
+
→
+
。
其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。
下列叙述正确的是
A.
的相对原子质量为26
B.X、Y均可形成三氯化物
C.X的原子半径小于Y的
D.Y仅有一种含氧酸
【答案】B
【解析】
A.
的质量数为27,则该原子相对原子质量为27,故A错误;
B.Al元素均可形成AlCl3,P元素均可形成PCl3,故B正确;
C.Al原子与P原子位于同一周期,且Al原子序数大于P原子序数,故原子半径Al>P,故C错误;
D.P的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等,故D错误;
故答案为:
B。
2.[2020·山东(新高考)]短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,Z可与X形成淡黄色化合物Z2X2,Y、W最外层电子数相同。
下列说法正确的是
A.第一电离能:
W>X>Y>ZB.简单离子
还原性:
Y>X>W
C.简单离子的半径:
W>X>Y>ZD.氢化物水溶液的酸性:
Y>W
【答案】C
【解析】
【分析】
四种短周期主族元素,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,设若X为第二周期元素原子,则X可能为Be或O,若X为第三周期元素原子,则均不满足题意,Z与X能形成Z2X2的淡黄色化合物,该淡黄色固体为Na2O2,则X为O元素,Z为Na元素;Y与W的最外层电子数相同,则Y为F元素,W为Cl元素,据此分析。
A.同一周期从左向右第一电离能总趋势为逐渐增大,同一主族从上到下第一电离能逐渐减小,故四种元素中第一电离能从大到小的顺序为F>O>Cl>Na,A错误;
B.单质的氧化性越强,简单离子的还原性越弱,O、F、Cl三种元素中F2的氧化性最强O2的氧化性最弱,故简单离子的还原性O2->Cl->F-,B错误;
C.电子层数越多简单离子半径越大,相同结构的离子,原子序数越大半径越小,故四种元素中离子半径从大到小的顺序为Cl->O2->F->Na+,C正确;
D.F元素的非金属性强于Cl元素,则形成氢化物后F原子束缚H原子的能力强于Cl原子,在水溶液中HF不容易发生电离,故HCl的酸性强于HF,D错误;
故选C。
◆核心知识
1.元素周期表
(1)编排原则
①周期:
把电子层数相同的元素,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。
【答案】①电子层数,原子序数递增。
②最外层电子数,电子层数递增。
(2)元素周期表中的特殊位置
①分界线:
沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画线,即为金属元素区和非金属元素区分界线(氢元素除外)。
分界线左面为金属元素区,分界线右面为非金属元素区。
②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。
③过渡元素:
元素周期表中部从第ⅢB族到第ⅡB族10个纵列共六十多种元素,这些元素都是金属元素。
【答案】①铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹金属元素,非金属元素。
②金属元素,非金属元素。
③ⅢBⅡB。
2.主族元素的周期性变化规律
项目
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原子结构
核电荷数
逐渐
逐渐
电子层数
逐渐
原子半径
逐渐
逐渐
离子半径
阳离子逐渐阴离子逐渐r(阴离子)r(阳离子)
逐渐
性质
化合价
最高正化合价由→(O、F除外)负化合价=(H为-1价)
相同,
最高正化合价=主族序数(O、F除外)
元素的金属性和非金属性
金属性逐渐
非金属性逐渐
金属性逐渐
非金属性逐渐
离子的氧化性、还原性
阳离子氧化性逐渐
阴离子还原性逐渐
阳离子氧化性逐渐
阴离子还原性逐渐
气态氢化物的稳定性
逐渐
逐渐
最高价氧化物对应的水化物的酸碱性
碱性逐渐
酸性逐渐
碱性逐渐
酸性逐渐
【答案】
增大
增大
相同
增多
减小
增大
减小减小>
增大
+1→+7-(8-主族序数)
减弱增强
增强减弱
增强减弱
减弱增强
增强
减弱
减弱增强
增强减弱
3.元素周期表、元素周期律的应用
(1)根据元素周期表中的位置寻找未知元素
(2)预测元素的性质(由递变规律推测)
①比较不同周期、不同主族元素的性质
如:
金属性Mg>Al、Ca>Mg,则碱性Mg(OH)2Al(OH)3、Ca(OH)2Mg(OH)2,则Ca(OH)2Al(OH)3(填“>”“<”或“=”)。
②推测未知元素的某些性质
如:
已知Ca(OH)2微溶,Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2溶;再如:
已知卤族元素的性质递变规律,可推知砹(At)应为有色固体,与氢化合,Hat稳定,水溶液呈性,AgAt溶于水等。
(3)启发人们在一定区域内寻找新物质
①半导体元素在金属与非金属分界线附近,如:
Si、Ge、Ga等。
②农药中常用元素在右上方,如:
F、Cl、S、P、As等。
③催化剂和耐高温、耐腐蚀合金材料主要在过渡元素中找,如:
Fe、Ni、Rh、Pt、Pd等。
【答案】
(2)①>、>,>。
②难不酸性,不。
【易混易错辨析】判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)原子的最外层有2个电子的元素一定是第ⅡA族元素( )
(2)原子及离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数( )
(3)最外层电子数等于或大于3(小于8)的元素一定是主族元素( )
(4)原子的最外层有1个或2个电子,则可能是ⅠA、ⅡA族元素,也可能是副族、Ⅷ族元素或0族元素氦( )
(5)最外层电子数比次外层电子数多的元素一定位于第二周期( )
(6)某元素阴离子最外层电子数与次外层相同,该元素位于第三周期;若为阳离子,则位于第四周期( )
(7)同周期主族元素形成的简单离子中,第ⅠA族元素的离子半径最小( )
(8)离子半径由大到小的顺序:
r(S2-)>r(Cl-)>r(Al3+)>r(Mg2+)>r(Na+)( )
(9)第ⅤA族元素的最高正价与族序数相同( )
(10)第二周期元素从左到右,最高正价从+1递增至+7( )
(11)同周期金属元素的化合价越高,其原子失电子能力越强( )
(12)金属性由强到弱的顺序:
Li>Na>K( )
【答案】
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)√ (6)√(7)× (8)× (9)√ (10)× (11)× (12)×
4.常考11种元素推断
元素
排布特点(结构特征)
性质特征
H
①最外层只有一个电子
②族序数等于周期数
③无中子
④半径最小
①密度最小的单质
②宇宙含量最多的元素
Li
①周期数是族序数2倍的元素
②最外层电子数是内层电子数的一半
电极材料
C
①族序数等于周期数2倍的元素
②最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素
①形成化合物种类最多的元素
②单质是自然界中硬度最大的物质
③元素的气态氢化物中氢的质量分数最高的元素
N
①空气中含量最多的元素
②气态氢化物的水溶液呈碱性的元素
③元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能起化合反应
④某一氢化物可做液态燃料
⑤常见氢化物可做制冷剂
O
①族序数等于周期数3倍的元素
②最外层电子数是最内层电子数的3倍
③最外层电子数是电子层数的3倍
④最高正化合价不等于族序数的元素
①地壳中含量最多的元素
②氢化物在通常情况下呈液态的元素
③某一单质可杀菌、消毒、漂白
Na
①周期数是族序数3倍的元素
②原子半径最大的短周期元素
③L层电子数为8,与H同主族的短周期元素
①短周期中金属性最强的元素
②元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期金属元素
③两种最常见氧化物的水化物皆呈碱性的短周期元素
Al
族序数等于周期数的元素
①最高价氧化物及其对应的水化物既能与强酸反应,又能与强碱反应的元素
②氧化物可做耐火材料
③地壳中含量最多的金属元素
Si
①最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素
②最外层电子数是次外层电子数的一半
①单质是重要的半导体材料
②氧化物可用作光导纤维
③最高价非金属氧化物对应的水化物难溶于水
P
最外层电子数是内层电子数的一半
①组成骨骼和牙齿的必要元素
②某一单质和其氢化物都能自燃
S
①族序数等于周期数2倍的元素
②与氧同主族的短周期元素
③最外层电子数是电子层数的2倍
①某一氧化物可做漂白剂和防腐剂
②最高价氧化物的水化物是常见的干燥剂
③元素的氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物可发生氧化还原反应
Cl
第三周期主族元素原子半径最小
①最高价氧化物对应的水化物酸性最强
②单质可用作自来水的杀菌消毒
③与同周期半径最大的金属组成的化合物溶液呈中性
说明:
如果题干没有指明是短周期元素,所推断元素中可能会出现第四周期元素如K、Ca等
5.元素推断中常用的10个反应:
(1)NH3+HNO3===
(2)SiO2+4HF===
(3)Na2SiO3+2HCl===
(4)Cl2+H2S===
(5)Al2O3+2NaOH===
(6)Al(OH)3+NaOH===
(7)2Al(OH)3+3H2SO4===
(8)Al(OH)3+3HClO4===
(9)Na2S2O3+2HCl===
(10)CaC2+2H2O===
【答案】
(1)NH4NO3
(2)SiF4↑+2H2O
(3)2NaCl+H2SiO3↓
(4)S↓+2HCl
(5)2NaAlO2+H2O
(6)NaAlO2+2H2O
(7)Al2(SO4)3+6H2O
(8)Al(ClO4)3+3H2O
(9)2NaCl+S↓+SO2↑+H2O
(10)Ca(OH)2+C2H2↑
6.元素推断中常见转化关系
(1)
,满足此关系的有。
(2)
(3)化合物A
B
C
酸满足此条件的有。
(4)X、Y、Z、W四种物质在一定条件下具有如图所示的转化关系,列举出符合此转化关系X、Y、Z、W的三组物质化学式
①。
②。
③。
【答案】
(1)Na、K、Ca。
(3)CH4、NH3、H2S。
(4)①AlCl3、Al(OH)3、NaAlO2、NaOH。
②NH3、NO、NO2、O2。
③H2S、S、SO2、O2。
◆变式再现
1.第ⅡA族相邻周期的A、B两种元素所在周期分别最多可排m和n种元素,且B在A的上周期,当A的原子序数为x时,B的原子序数可能为( )
A.x-nB.x+m
C.x-mD.x+n
【答案】 A
【解析】A、B同在第ⅡA族,B在A的上一周期时,A和B的原子序数之差恰好为B所在周期的元素种类数,已知A、B两种元素所在周期分别最多可排m和n种元素,所以当A的原子序数为x时,B的原子序数为x-n,故合理选项是A。
2.(2019·山东淄川中学高三开学考试)已知16S和34Se位于同一主族,下列关系中正确的是( )
A.热稳定性:
HF>HCl>H2S
B.原子半径:
Br>Se>Cl
C.还原性:
S2->Se2->Cl-
D.酸性:
HBrO4>HClO4>H2SO4
【答案】 A
【解析】非金属性:
F>Cl>S,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,故A正确;同周期元素从左到右,原子半径逐渐减小,同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,则应有Se>Br>Cl,故B错误;非金属性:
Cl>S>Se,元素的非金属性越强,对应的阴离子的还原性越弱,则还原性:
Se2->S2->Cl-,故C错误;非金属性:
Cl>Br,元素的非金属性越强,对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强,则酸性:
HClO4>HBrO4,故D错误。
3.X、Y为同周期元素,如果X的原子半径大于Y,则下列判断不正确的是( )
A.若X、Y均为金属元素,则X的金属性强于Y
B.若X、Y均为金属元素,则X的阳离子氧化性比Y的阳离子氧化性强
C.若X、Y均为非金属元素,则Y的气态氢化物比X的气态氢化物稳定
D.若X、Y均为非金属元素,则其最高价含氧酸的酸性Y强于X
【答案】 B
【解析】 X、Y是同周期元素,X的原子半径大于Y,则X的原子序数小于Y。
若X、Y均为金属元素,同周期元素从左到右,元素的金属性从强到弱,其阳离子的氧化性从弱到强,A项正确,B项不正确;若X、Y均为非金属元素,同周期元素从左到右,元素的非金属性从弱到强,其气态氢化物越来越稳定,其最高价氧化物对应水化物的酸性越来越强,C、D项正确。
4.
(1)下列事实能说明氯元素原子得电子能力比硫元素原子强的是 。
①HCl的溶解度比H2S大 ②HCl的酸性比H2S强 ③HCl的稳定性比H2S大 ④HCl的还原性比H2S弱 ⑤HClO4的酸性比H2SO4强 ⑥Cl2与铁反应生成FeCl3,而S与铁反应生成FeS ⑦Cl2能与H2S反应生成S ⑧在周期表中Cl处于S同周期的右侧 ⑨还原性:
Cl-<S2-
(2)有三种金属元素A、B、C,在相同条件下,B的最高价氧化物的水化物的碱性比A的最高价氧化物的水化物的碱性强;若将A、C相连后投入稀硫酸中,发现C表面有明显气泡产生。
则这三种金属元素的原子失电子能力由强到弱的顺序是 。
【答案】
(1)③④⑤⑥⑦⑧⑨
(2)B>A>C
【解析】
(1)元素原子得电子能力的强弱与元素氢化物的溶解性无关,所以①不符合题意;氢化物的酸性强弱和元素原子得电子能力大小没有固定的对应关系,所以②也不符合题意,其他均符合题意。
(2)由金属B的最高价氧化物的水化物的碱性比A的最高价氧化物的水化物的碱性强,可判断失电子能力B>A;又根据A与C形成原电池,C作正极,可判断失电子能力A>C,故三种金属元素的原子失电子能力B>A>C。
5.某化学兴趣小组为探究元素性质的递变规律,设计了如下系列实验。
Ⅰ.
(1)将钠、钾、镁、铝各1mol分别投入到足量的0.1mol·L-1的盐酸中,试预测实验结果:
____________与盐酸反应最剧烈,________与盐酸反应最慢。
(2)将NaOH与NH4Cl溶液混合生成NH3·H2O从而验证NaOH的碱性强于NH3·H2O,继而可以验证Na的金属性强于N,你认为此设计是否合理?
并说明理由:
_______________。
Ⅱ.利用如图装置可以验证非金属性的变化规律。
(3)仪器A的名称为________,干燥管D的作用是____________________________________。
(4)实验室中现有药品Na2S溶液、KMnO4溶液、浓盐酸、MnO2,请选择合适药品设计实验验证氯的非金属性强于硫;装置A、B、C中所装药品分别为______________、______________、_____________,装置C中的实验现象为有淡黄色沉淀生成,离子方程式为_______________。
(5)若要证明非金属性:
S>C>Si,则A中加________、B中加Na2CO3、C中加________,观察到C中溶液的现象为_________________________。
【答案】
(1)钾 铝
(2)不合理,用碱性强弱比较金属性强弱时,一定要用元素最高价氧化物对应水化物的碱性强弱比较,NH3·H2O不是N元素最高价氧化物对应的水化物
(3)分液漏斗 防止倒吸
(4)浓盐酸 KMnO4 Na2S溶液 S2-+Cl2===S↓+2Cl-
(5)稀硫酸 Na2SiO3溶液 有白色胶状沉淀产生
【解析】
(1)金属性:
K>Na>Mg>Al,故钾与盐酸反应最剧烈,铝与盐酸反应最慢。
(3)若A、B中的物质反应产生的气体易溶于C中的液体,则易发生倒吸现象,干燥管D可以防止C中的液体倒吸到烧瓶中。
(4)由题中所给药品可知,可用Na2S与Cl2发生置换反应判断氯与硫的非金属性强弱,因为无加热装置,所以只能选择KMnO4与浓盐酸反应制取氯气。
(5)由B中药品Na2CO3可知,用最高价氧化物对应水化物的酸性强弱来判断非金属性强弱,所以A中加入稀硫酸,B、C装置中加入相应的盐溶液。
◆深度理解
1.下列各表是元素周期表的一部分,表中数字表示的原子序数与其在周期表中的位置相符合的是( )
【答案】 D
【解析】1号元素和2号元素不应只隔1纵列,且1号元素与11号元素之间还有一周期的元素,还要有一横行,A错误;4号元素(Be)和13号元素(Al)中间应有10纵列过渡元素,不能在相邻位置,B错误;10号元素(Ne)为0族元素,与15、16号元素不在同一周期,C错误;D中9、17、35号元素是第ⅦA元素,16号元素是第3周期ⅥA主族元素,第18号元素是第3周期0族元素,中行16、17、18号元素是第3周期元素,符合位置关系,D正确。
2.主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加,且均不大于20。
W、X、Z最外层电子数之和为10;W与Y同族;W与Z形成的化合物可与浓硫酸反应,其生成物可腐蚀玻璃。
下列说法正确的是( )
A.常温常压下X的单质为气态
B.Z的氢化物为离子化合物
C.Y和Z形成的化合物的水溶液呈碱性
D.W与Y具有相同的最高化合价
【答案】B
【解析】 本题考查元素推断、元素化合物的结构与性质、化合价规律和特例。
氢氟酸可腐蚀玻璃,根据题意可知W是F,与其同主族的Y是Cl;实验室中用CaF2与浓H2SO4反应制取HF,故Z是Ca;W、X、Z最外层电子数之和为10,则X是Na。
钠单质常温常压下是固体,A错误;CaH2是由Ca2+与H-构成的离子化合物,B正确;CaCl2溶液呈中性,C错误;F是非金属性最强的元素,没有正化合价,氯元素的最高化合价是+7价,D错误。
3.短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们的原子最外层电子数总和等于Z的原子序数,由这四种元素组成一种化合物M具有如下性质,下列推断正确的是( )
A.原子半径:
Z>Y>X>W
B.W、Y、Z组成的化合物只含共价键
C.简单阴离子的还原性:
W<Z
D.最高价氧化物对应的水化物酸性:
Y>X
【答案】D
【解析】 根据化合物M的性质流程图中信息可知,M与氯化铁溶液反应得血红色溶液则含有SCN-,所得溶液与氢氧化钠溶液共热后得到能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体,则气体为氨气,M中含有NH
,SCN-与氢氧化钠不反应,继续加入氯化铁溶液还是会变红,短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们的原子最外层电子数总和等于Z的原子序数,则W、X、Y、Z分别为H、C、N、S元素。
原子半径:
Z(S)>X(C)>Y(N)>W(H),选项A错误;W、Y、Z组成的化合物NH4HS、(NH4)2S中既含共价键也含离子键,选项B错误;非金属性越弱,简单阴离子的还原性越强,故Z<W,选项C错误;元素非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,故最高价氧化物对应的水化物酸性:
Y>X,即HNO3>H2CO3,选项D正确。
4.短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加,由这些元素组成的常见物质的转化关系如图,其中a、b、d、g为化合物,a为淡黄色固体,c是Z的单质,在铝热反应中常作引发剂,e、f为常见气体单质。
下列有关说法正确的是( )
A.简单离子的半径:
Y>Z>X
B.最高价氧化物对应水化物的碱性:
Z>Y
C.简单氢化物的沸点:
Y>X
D.W、Y的氧化物所含化学键类型相同
【答案】C
【解析】 短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加,其中a、b、d、g为化合物,a为淡黄色固体,则a为过氧化钠;c是Z的单质,在铝热反应中常作引发剂,c为金属镁;e、f为常见气体单质,根据框图,镁与化合物b反应生成气体单质f,则f为氢气;过氧化钠与化合物b反应生成气体单质e,则e为氧气,则b为水,d为氢氧化钠,g为氢氧化镁。
则W为H、X为O、Y为Na、Z为Mg。
则离子半径:
X>Y>Z,故A错误;元素的金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,碱性:
Y>Z,故B错误;氢化钠是离子化合物,沸点高于水,故C正确;水或过氧化氢都是共价化合物,只含有共价键,氧化钠或过氧化钠都属于离子化合物,均含有离子键,化学键类型不同,故D错误。
5.短周期元素W、X、Y、Z、Q的原子序数依次增大,c、d、e、f、h是由这些元素组成的二元化合物,自然界中硬度最大的单质和a都由X组成,b由W、Y、Q三种元素组成,d能使品红溶液褪色,e是液体,上述物质的转化关系如图所示(个别产物略去)。
下列说法错误的是( )
A.二元化合物沸点:
e>d>c
B.简单氢化物的稳定性:
Q>Y>X
C.元素的非金属性:
Y>X>W
D.原子半径的大小:
Z>Q>Y
【答案】B
【解析】自然界中硬度最大的单质和a都由X组成,则X应为C元素,a为木炭;d能使品红溶液褪色,则d应为SO2;e是液体,结合题给转化关系及b由W、Y、Q三种元素组成,可推出b为浓H2SO4,c为CO2,e为H2O;e和h反应生成b,结合e、b的化学式及h是二元化合物,可知h为SO3,d和g在催化剂、加热条件下生成h,则g为O2,c和f反应生成g,f是二元化合物,则f为Na2O2。
综上所述,W、X、Y、Z、Q分别为H、C、O、Na、S。
水分子常温下为液态,CO2、SO2常温下为气体,其相对分子质量越大,沸点越高,故沸点由大到小的顺序为H2O>SO2>CO2,A项正确;元素非金属性越强,简单氢化物越稳定,非金属性:
O>S>C,则简单氢化物的稳定性:
H2O>H2S>CH4,B项错误;同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,故非金属性:
O>C,H的非金属性较弱,则非金属性:
O>C>H,C项正确;同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,同主族元素随原子核外电子层数增多,原子半径增大,则原子半径的大小关系为Na>S>O,D项正确。
6.X、Y、Z、W为四种短周期元素,它们的最高价氧化物对应的水化物分别为甲、乙、丙、丁。
常温下甲、丙、丁均可与乙反应生成盐和水,X、Z、W的原子序数及0.1mol·L-1甲、丙、丁溶液的pH如图所示(已知lg2=0.3)。
下列说法正确的是( )
A.简单阴离子的还原性:
Z<W
B.Y、Z的简单离子都会影响水的电离平衡
C.乙固体加入甲的溶液或浓氨水,固体都能溶解
D.X、Y分别与W形成的化合物皆为离子化合物
【答案】B
【解析】根据短周期元素X、Y、Z、W的最高价氧化物对应的水化物分别为甲、乙、丙、丁,以及0.1mol·L-1甲、丙、丁溶液的pH和原子序数的关系可推出X为Na,Z为S,W为Cl。
再由“常温下甲、丙、丁均可与乙反应生成盐和水”,推出Y为Al,则甲、乙、丙、丁分别为NaOH、Al(OH)3、H2SO4、HClO4。
由Na2S+Cl2===S↓+2NaCl可知,还原性:
S2->Cl-,A项错误;Y(Al)、Z(S)的简单离子Al3+、S2-都能水解,都会促进水的电离,B项正确;Al(OH)3溶于N