学年高中化学专题1微观结构与物质的多样性第1单元原子核外电子排布与元素周期律第4课.docx
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学年高中化学专题1微观结构与物质的多样性第1单元原子核外电子排布与元素周期律第4课
第4课时 元素周期表的应用
[学习目标定位] 1.知道元素周期表的简单分区。
2.进一步认识元素周期表是元素周期律的具体表现形式。
3.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。
一、元素周期表的分区及元素性质的比较
1．元素周期表的金属区和非金属区
（1）分界线的划分：
沿着周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之间画一条斜线，斜线的左面是金属元素，右面是非金属元素。
（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，故元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线。
（3）周期表的左下方是金属性最强的元素，是铯元素（放射性元素除外）；右上方是非金属性最强的元素，是氟元素；最后一个纵行是0族元素。
2．同周期（从左到右）元素性质的递变规律
3．同主族（自上而下）元素性质的递变规律
4．元素的化合价与元素在周期表中的位置之间的关系
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，而非金属的最低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最低负化合价的绝对值之和等于8。
（1）最高正化合价＝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。
归纳总结
元素金属性、非金属性递变与其在周期表中的位置关系
请填写出图中序号所示内容。
①增强 ②减弱 ③增强 ④增强 ⑤Al ⑥Si
⑦金属 ⑧非金属
提醒
（1）周期表的左下方是金属性最强的元素（铯，放射性元素除外），右上方是非金属性最强的元素（氟）。
碱性最强的是CsOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。
（2）由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，因此，位于分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。
1．下列说法错误的是（ ）
A．作半导体材料的元素大多数位于周期表中金属元素和非金属元素的交界处
B．农药中常含有的元素通常在元素周期表的右上方区域内
C．构成催化剂的元素通常在元素周期表的左下方区域内
D．在周期表过渡元素中寻找作耐高温和耐腐蚀的合金材料的元素
答案 C
解析 构成催化剂的元素大多为过渡金属元素，在元素周期表的中间部分。
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
答案 C
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。
二、元素周期表和元素周期律的应用
1．元素在周期表中的位置与原子结构、元素性质间的关系如图所示：
（1）核外电子层数＝周期数。
（2）主族元素的最外层电子数＝价电子数＝主族序数＝最高正价数（O、F元素除外）。
（3）质子数＝原子序数＝原子核外电子数＝核电荷数。
（4）最低负价的绝对值＝8－主族序数（仅限第ⅣA～ⅦA族）。
（5）原子半径越大，失电子越容易，还原性越强，其离子的氧化性越弱。
（6）原子半径越小，得电子越容易，氧化性越强，非金属性越强，形成的气态氢化物越稳定，形成的最高价氧化物对应的水化物的酸性越强。
2．判断元素金属性、非金属性的强弱
金属性
非金属性
同主族（从上到下）
依次增强
依次减弱
同周期（从左到右）
依次减弱
依次增强
3.寻找新物质
由于在周期表中位置靠近的元素性质相近，在周期表一定区域内寻找元素，发现物质的新用途被视为一种相当有效的方法，如在周期表中金属和非金属的分界处，可以找到半导体材料。
还可以在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
元素周期表和元素周期律的应用
（1）可以由元素在周期表中的位置推测其结构和性质。
（2）根据元素的结构和性质，推测它在周期表中的位置。
（3）指导新元素的发现及预测它们的性质。
（4）指导其他与化学相关的科学技术。
如在周期表中金属元素和非金属元素分界线附近，可以找到半导体材料。
在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。
3．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。
它们在周期表中的位置如图。
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可表示为H2SO4，B项错误；非金属性越强，其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P＞S＞O，D项错误。
4．锗（Ge）是第4周期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
答案 B
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；最高价氧化物对应水化物的酸性：
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。
思维启迪 推断陌生元素性质时要从以下三个角度分析：
（1）与同周期前、后元素相比较，依据同周期元素性质的递变规律推测元素的性质。
（2）与同主族上、下元素相比较，依据同主族元素性质的递变规律推测元素的性质。
（3）比较不同周期、不同主族元素的性质时，可借助“三角”规律进行推断。
若A、B、C三种元素位于元素周期表中如图所示位置，有关元素的各种性质均可排出顺序（但D不能参与排序）。
①原子半径：
C>A>B；
②金属性：
C>A>B；
③非金属性：
B>A>C。
1．下列有关原子结构和元素周期律的表述正确的是（ ）
①原子序数为15的元素的最高化合价为＋3
②第ⅦA族元素是同周期中非金属性最强的元素
③第2周期ⅣA族元素的原子核电荷数和中子数一定为6
④原子序数为12的元素位于元素周期表的第3周期ⅡA族
A．①②B．①③C．②④D．③④
答案 C
解析 原子序数为15的元素是P，最高化合价为＋5价，①错误；在元素周期表中，同一周期随原子序数递增非金属性逐渐增强，②正确；C的质子数为6，但中子数不一定为6，因为C存在13C、14C等同位素，③错误；原子序数为12的元素为Mg，④正确。
2．镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系，它们的性质相似。
例如，它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等，下列关于锂的叙述不正确的是（ ）
A．Li2SO4能溶于水
B．LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱
C．Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象
D．Li2CO3受热分解，生成Li2O和CO2
答案 B
解析 根据题中信息，将镁的有关性质进行迁移应用，可推测锂的有关性质。
由Mg、Mg（OH）2、MgCO3、MgSO4的性质推测相应的Li及其化合物的性质。
MgSO4易溶于水，Mg（OH）2是难溶、易分解的中强碱，Mg与浓硫酸能发生反应，MgCO3受热易分解生成MgO和CO2，故B项不正确。
3．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．①②C．①②④D．①③⑤
答案 A
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错，③对；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I4．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。
A
B
A
B
①制半导体的元素
（a）ⅣB至ⅥB的过渡元素
①
②制催化剂的元素
（b）F、Cl、Br、N、S“三角地带”
②
③制耐高温材料的元素
（c）金属与非金属元素分界线附近
③
④制制冷剂的元素
（d）相对原子质量较小的元素
④
⑤地壳中含量较多的元素
（e）过渡元素
⑤
答案 ①－（c）；②－（e）；③－（a）；④－（b）；⑤－（d）
5．
（1）在下面元素周期表中全部是金属元素的区域为______。
A．AB．BC．CD．D
（2）有人认为形成化合物最多的元素不是第ⅣA族的碳元素，而是另一种短周期元素。
请你根据学过的化学知识判断，这一元素是________（写元素符号）。
（3）现有甲、乙两种短周期元素，室温下，甲元素单质在冷的浓硫酸或空气中，表面都生成致密的氧化膜，乙元素原子核外M电子层与K电子层上的电子数相等。
①用元素符号将甲、乙两元素填写在上面元素周期表中对应的位置；
②甲、乙两元素相比较，金属性较强的是________（填名称），可以验证该结论的实验是________（填字母）。
a．将在空气中放置已久的这两种元素的块状单质分别放入热水中
b．将这两种元素的单质粉末分别和同浓度的盐酸反应
c．将这两种元素的单质粉末分别和热水作用，并滴入酚酞溶液
d．比较这两种元素的气态氢化物的稳定性
答案
（1）B
（2）H （3）①见下表中 ②镁 bc
解析
（1）A区域包括ⅠA、ⅡA族元素，还含有氢元素；B区域包括过渡元素，全都是金属元素；C区域包括ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素；D区域属于稀有气体元素。
所以选B。
（2）认为形成化合物种类最多的元素是碳元素，是因为它能形成种类繁多的有机物，而有机物中除了碳元素外，大多含氢元素，而氢元素除了形成有机物外，在无机物中的酸、碱、部分盐类、氢化物等类型的物质中都含有。
（3）①室温下，短周期元素甲的单质在冷的浓硫酸或空气中，表面都生成致密的氧化膜，可以判断出甲元素是铝。
根据核外电子排布规律，乙元素原子核外M电子层与K电子层上的电子数相等，核外电子排布为2、8、2，因此乙元素为镁。
金属性镁强于铝。
②a选项中，在空气中放置已久的镁和铝，表面均可形成氧化膜，所以错误；b、c选项均是判断金属性强弱的依据，所以正确；d选项中，镁、铝属于活泼金属，不能形成气态氢化物，所以错误。
[基础过关]
题组一 元素化合价与元素在周期表中的位置的关系
1．X元素最高价氧化物对应的水化物为HXO3，它的气态氢化物为（ ）
A．HXB．H2XC．XH3D．XH4
答案 C
解析 X的最高价氧化物对应的水化物为HXO3，则X的最高正价为＋5价，从而可知X的最低负价为－3价，其气态氢化物为XH3。
2．下列各组元素中，按最高正价递增的顺序排列的是（ ）
A．C、N、O、FB．K、Mg、Si、S
C．F、Cl、Br、ID．Li、Na、K、Rb
答案 B
解析 A中C的最高正价为＋4价，N为＋5价，F无正价，O无最高正价；B中K的最高正价为＋1价，Mg为＋2价，Si为＋4价，S为＋6价，符合题意；C中Cl、Br、I最高正价均为＋7价；D中Li、Na、K、Rb最高正价均为＋1价。
题组二 元素金属性、非金属性变化规律在周期表中的体现
3．碲（Te）是与O、S同主族的元素，位于第5周期。
据此，推断碲的相关性质错误的是（ ）
A．碲的单质在常温下是固态
B．碲的常见化合价是－2、＋4、＋6
C．碲可能作半导体材料
D．碲的氢化物H2Te很稳定
答案 D
解析 第ⅥA族，从上到下，非金属性逐渐减弱，所以H2Te不稳定。
4．下列事实不能说明非金属性Cl>I的是（ ）
A．Cl2＋2I－===2Cl－＋I2
B．稳定性：
HCl>HI
C．酸性：
HClO4>HIO4
D．酸性：
HClO3>HIO3
答案 D
解析 元素的非金属性越强，对应单质的氧化性越强，Cl2＋2I－===2Cl－＋I2，说明Cl2的氧化性大于I2，元素的非金属性Cl大于I，A正确；元素的非金属性越强，对应氢化物的稳定性越强，氯化氢比碘化氢稳定，可说明氯元素的非金属性比碘元素强，B正确；元素的非金属性越强，对应最高价氧化物的水化物的酸性越强，酸性：
HClO4>HIO4，可说明氯元素的非金属性比碘元素强，C正确；酸性：
HClO3>HIO3，不能说明非金属性Cl>I，因为两种酸不是最高价含氧酸，D错误。
5．X、Y两元素是同周期的非金属主族元素，如果X原子半径比Y的大，下面说法正确的是（ ）
A．最高价氧化物对应水化物的酸性，X的比Y的强
B．X的非金属性比Y的强
C．X的阴离子比Y的阴离子还原性强
D．X的气态氢化物比Y的稳定
答案 C
解析 X原子半径比Y的大，说明X在Y的左边，原子序数X比Y小，X的非金属性比Y的弱，因此最高价氧化物对应水化物的酸性X比Y的弱，X的阴离子比Y的阴离子还原性强，X的气态氢化物不如Y的稳定。
题组三 元素“位—构—性”之间的关系
6．Se、Br两种元素的部分信息如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．原子半径：
Br>Se>P
B．还原性：
S2－>Se2－>Br－
C．Se在元素周期表中位于第4周期ⅥA族
D．Se、Br位于同一主族
答案 C
解析 由图示信息可知Se为34号元素，Br为35号元素，Se和Br位于同一周期且Se位于Br的左侧，原子半径：
Se>Br，故A、D项错误；Se和S位于同一主族，且Se位于S的下一周期，故还原性：
Se2－>S2－，B项错误；由图示信息可知Se位于第4周期ⅥA族，C正确。
7．几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：
元素代号
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
＋2
＋3
＋5、＋3、－3
－2
下列叙述正确的是（ ）
A．X、Y元素的金属性：
XB．一定条件下，Z单质与W的常见单质直接生成ZW2
C．Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水
D．一定条件下，W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来
答案 D
8.短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．X、Y、Z三种元素中，X的非金属性最强
B．Y的氢化物的稳定性比Z的氢化物弱
C．Y的最高正化合价为＋7价
D．X单质的熔点比Z的低
答案 D
解析 由题目信息（短周期图示位置关系），可确定X、Y、Z三种元素分别为He、F、S。
A项，非金属性最强的是F，错误；B项，HF比H2S更稳定，错误；C项，元素F无正化合价，错误；D项，因常温常压下He为气体，S为固体，正确。
9．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：
YA．①②③④B．①②③④⑤
C．只有③D．只有①④
答案 A
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4周期，该周期包括18种元素。
题组四 元素周期表在科研、生产中的应用
10．19世纪中叶，门捷列夫总结了如下表所示的元素化学性质的变化情况。
请回答：
（1）门捷列夫的突出贡献是________（填字母，下同）。
A．提出了原子学说B．提出了分子学说
C．发现了元素周期律D．发现了能量守恒定律
（2）该表变化表明________。
A．事物的性质总是在不断地发生明显的变化
B．元素周期表中最右上角的氦元素是非金属性最强的元素
C．第ⅠA族元素的金属性肯定比同周期第ⅡA族元素的金属性强
D．物质发生量变到一定程度必然引起质变
答案
（1）C
（2）CD
解析
（1）门捷列夫的突出贡献是发现了元素周期律，并根据元素周期律制得第一个元素周期表。
（2）A项，同主族元素的性质是相似的，同周期元素的性质是递变的，错误；B项，氦是稀有气体元素，非金属性最强的是氟，错误；D项，随着原子序数的递增，同周期元素由金属变化到非金属，同主族由非金属变化到金属，即由量变引起质变，正确。
[能力提升]
11．
（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__________________，其气态氢化物的化学式为______________，最高价氧化物的化学式为____________，该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为__________________。
（2）R为1～18号元素中的一种非金属元素，若其最高价氧化物对应水化物的化学式为HnROm，则此时R元素的化合价为__________，R原子的最外层电子数为________，其气态氢化物的化学式为__________。
答案
（1）第2周期ⅤA族 NH3 N2O5 HNO3
（2）＋（2m－n） 2m－n H8－2m＋nR
解析
（1）由X元素的原子结构可知，X为氮元素，其气态氢化物的化学式为NH3，最高价氧化物的化学式为N2O5，最高价氧化物对应水化物的化学式为HNO3。
（2）R元素的最高正化合价为＋（2m－n），则R原子的最外层电子数为2m－n，最低负价的绝对值为8－2m＋n，其气态氢化物的化学式为H8－2m＋nR。
12．根据元素周期表回答下列问题：
（1）在上面元素周期表中，全部是金属元素的区域为________（填字母）。
A．Ⅰ区B．Ⅱ区C．Ⅲ区D．Ⅳ区
（2）a～m中，化学性质最不活泼的是________元素（填元素符号，下同），只有负化合价而无正化合价的是________。
（3）最高价氧化物对应水化物呈两性的是________（填化学式，下同），写出它分别与a、l的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式：
_____________________________________、
________________________________________________________________________。
（4）a、c的最高价氧化物对应水化物的碱性________>________________。
答案
（1）B
（2）Ar F
（3）Al（OH）3 Al（OH）3＋OH－===AlO
＋2H2O Al（OH）3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
（4）NaOH Mg（OH）2
13．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第____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，试写出其完全燃烧的化学方程式：
____________________________________________________。
（4）试比较S、O、F三种元素的原子半径大小：
________（填元素符号）。
答案
（1）ⅤA
（2）弱酸 （3）SiH4＋2O2===SiO2＋2H2O （4）S>O>F
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）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OF，所以原子半径：
S>O>F。
14．现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表：
元素编号
元素性质或原子结构
T
M层电子数是K层电子数的3倍
X
最外层电子数是次外层电子数的2倍
Y
常温下单质为双原子分子，其氢化物水溶液呈碱性
Z
元素最高正价是＋7价
（1）元素X位于元素周期表的第________周期______族，它的一种核素可测定文物年代，这种核素的符号是________。
（2）元素Y的原子结构示意图为________，与氢元素可形成一种离子YH
，写出某溶液中含有该微粒的检验方法：
____________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）元素Z与元素T相比，非金属性较强的是________（用元素符号表示），下列表述中能证明这一事实的是______（填字母）。
a．常温下Z的单质和T的单质状态不同
b．Z的氢化物比T的氢化物稳定
c．一定条件下Z和T的单质都能与氢氧化钠溶液反应
（4）探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。
T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物对应的水化物中化学性质明显不同于其他三种的是________，理由是____________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）2 ⅣA
C
（2）
取适量溶液于试管中，然后加入浓NaOH溶液，加热，若产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，可以证明该溶液中含有NH
（答案合理即可）
（3）Cl b （4）H2CO3 H2CO3是弱酸（或非氧化性酸）
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