专题5 微观结构与物质的多样性 第一单元 第4课时 元素周期表的应用

第4课时　元素周期表的应用
[核心素养发展目标]　
1.了解元素周期表与元素周期律的应用。
2.理解元素在周期表中的位置、元素原子结构和元素性质三者之间的关系，建立“位—构—性”关系应用的思维模型。
一、元素“位—构—性”关系推断
1．由元素原子或离子的核外电子排布推断
2．由元素单质或化合物的性质(特性)推断
3．由元素在周期表中的位置推断
(1)原子最外层电子数大于3(小于8)的元素一定是非金属元素(　　)
(2)最外层电子数是2的元素，都是第ⅡA族元素(　　)
(3)氧元素为第ⅥA族元素，其最高正化合价为＋6价(　　)
(4)第三周期元素的最高正价等于它所处的主族序数(　　)
(5)由原子结构可知，该元素在周期表中的位置是第三周期ⅣA族，既不易失电子，也不易得电子(　　)
(6)某元素位于第五周期ⅠA族，由此可知该元素极易失去1个电子(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
1．根据元素周期律和元素周期表的知识分析下面的推断，其中错误的是(　　)
A．短周期主族元素中半径最大的是Na
B．Sr(OH)2的碱性强于Ba(OH)2
C．砹(At)的单质是有色固体，HAt很不稳定
D．AsH3是无色、有毒的气体
答案　B
解析　同主族元素从上到下金属性增强，则金属性：Sr＜Ba，氢氧化锶比氢氧化钡的碱性弱，B错误；由卤族元素单质及化合物的递变性可知，随原子序数的增大，单质的颜色逐渐加深，气态氢化物稳定性逐渐减弱，砹是一种有色固体，HAt不稳定，C正确；AsH3是无色、有毒的气体，D正确。
考点　元素周期表、元素周期律的应用
题点　元素周期表、元素周期律的应用
2．A、B、C、D
4种主族元素的核电荷数依次增大，它们的离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等，D原子的K、L层电子数之和等于电子总数的一半。则4种元素的符号依次是A________，B________，C________，D________。
答案　S　Cl　K　Ca
解析　由A、D两元素核外电子排布的特点可知：A为S，D为Ca；由核电荷数的相对大小及它们离子的电子层结构，可知B为Cl，C为K。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断元素符号
3．我国著名化学家张青莲精确地测定了锗(Ge)、锌等九种元素的相对原子质量，得到的新值被作为国际新标准。已知锗的原子序数为32。
(1)它位于元素周期表中第______周期______族。
(2)锗类似于铝，能溶于氢氧化钠溶液，其主要原因是________(填序号)。
①它与硅位于同一主族
②它位于周期表中金属与非金属分界线附近
③它位于边界线附近
④它是两性物质
(3)材料科学是目前全世界研究的热点，为了寻找半导体材料，科学家应在元素周期表中某区域寻找元素组成材料，该区域是________(填字母)。
A．左上角
B．右上角
C．过渡元素
D．金属与非金属分界线附近
答案　(1)四　ⅣA　(2)②　(3)D
解析　根据元素周期表的结构可知，锗属于第四周期ⅣA族元素。锗位于元素周期表中金属与非金属分界线附近，它具有某些金属元素的性质，又具有某些非金属元素的性质，它是金属元素。
考点　元素周期表的应用
题点　由原子序数推断位置和性质
二、元素周期表在科技生产中的应用
如图所示，元素周期表中的金属和非金属元素的分界线处用虚线表示。下列说法中正确的是(　　)
A．虚线右上方的元素为金属元素
B．第六周期ⅤA族的元素为非金属元素
C．可在虚线附近寻找用于制造半导体材料的元素
D．可在虚线附近寻找稀土元素
答案　C
解析　虚线右上方的元素大部分为非金属元素，A错误；第六周期ⅤA族的元素位于虚线下方，为金属元素，B错误；可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)，C正确；应在过渡元素区寻找稀土元素，则应在虚线的左下方寻找，故D错误。
考点　元素周期表在科技生产中的应用
题点　金属、非金属分界线附近元素的性质
1．元素周期表中某区域的一些元素通常用来做半导体材料，它们是(　　)
A．左下方区域的金属元素
B．金属元素和非金属元素分界线附近的元素
C．右上方区域的非金属元素
D．稀有气体元素
答案　B
解析　用来制造半导体材料的元素位于金属元素与非金属元素分界线附近。
考点　元素周期表的应用
题点　元素周期表的应用
2．已知某主族元素的原子最外层有7个电子，推测下列选项不正确的是(　　)
A．单质有氧化性
B．最高正价一定为＋7价
C．是非金属元素
D．同周期元素中原子半径最小
答案　B
解析　某原子的最外层有7个电子，说明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一个电子达到稳定结构，其单质具有强氧化性，故A正确；F没有正价，故B错误；第ⅦA族为非金属元素，故C正确；同周期元素从左向右原子半径逐渐减小(稀有气体除外)，因此卤族元素的原子半径是同周期中最小的，故D正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断元素性质
3．如图所示是元素周期表的一部分，下列说法中正确的是(　　)
A．元素的简单离子半径大小：④＞⑤＞②
B．气态氢化物的稳定性：⑤＞②
C．最高价氧化物对应水化物的酸性：⑥＞⑤
D．元素的最高正化合价：③＝⑥
答案　C
解析　元素①～⑥分别为N、O、F、Al、S、Cl。离子半径：S2－＞O2－＞Al3＋，A项错误；非金属性越强则对应气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性也越强，故稳定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B项错误、C项正确；F无正价，D项错误。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由周期表中的位置推断元素性质
4．硒(Se)是人体健康必需的一种微量元素。已知Se的原子结构示意图为。下列说法不正确的是(　　)
A．该原子的质量数为34
B．该元素处于第四周期ⅥA族
C．SeO2既有氧化性又有还原性
D．酸性：H2SO4＞H2SeO4
答案　A
解析　从Se的原子结构示意图看出，Se的质子数为34，质量数一定大于34，A错误；Se原子有四个电子层，最外层电子数为6，所以Se在周期表中的位置为第四周期ⅥA族，B正确；SeO2中Se的化合价为＋4价处于中间价态，所以SeO2既具有氧化性又具有还原性，C正确；Se的非金属性弱于S，所以它们最高价氧化物对应的水化物的酸性大小为H2SO4＞H2SeO4，D正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断位置和性质
5．已知W、X、Y、Z为短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的气态氢化物的稳定性大于Z的气态氢化物的稳定性，X、Y为金属元素，X的阳离子的氧化性小于Y的阳离子的氧化性，W、X两种元素可形成两种二元化合物，Y的简单离子半径在同周期中最小。
回答下列问题：
W、X、Y、Z四种元素中，X的原子结构示意图______，Y简单离子的结构示意图________，Z的最高价氧化物对应水化物的化学式为______________。
答案　　　H2SO4
解析　由题目描述可知，W、X、Y、Z之间的位置关系为，可知W位于第二周期，X、Y、Z位于第三周期；由于Y的离子半径在同周期中最小，则Y为Al。由于金属元素X与非金属元素W可形成两种二元化合物，可知X为Na，W为O，则Z为S。可根据要求完成问题。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由性质推断结构
A组　基础对点练
题组一　元素“位—构—性”关系推断
1.已知砷元素符号为As，原子结构示意图如图，则下列对砷的结构及性质的说法错误的是(　　)
A．砷元素的原子序数是33
B．砷的最高价氧化物对应水化物是一种强酸
C．三氧化二砷既有氧化性又有还原性
D．砷的非金属性比溴弱
答案　B
解析　原子序数＝核外电子数，所以砷元素的原子序数是33，故A正确；砷的最高价氧化物是As2O5，对应的水化物HAsO3不是强酸，故B错误；三氧化二砷中的As为＋3价，属于中间价，所以既有氧化性又有还原性，故C正确；砷与溴在同周期，并且溴的原子序数比砷大，所以砷的非金属性比溴弱，故D正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断性质
2．某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，由此可以判断(　　)
A．R一定是第四周期元素
B．R一定是第ⅣA族元素
C．R的气态氢化物比同周期其他元素气态氢化物稳定
D．R的气态氢化物的化学式为H2R
答案　D
解析　元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4，可以判断最高正化合价与最低负化合价分别为＋6、－2，为第ⅥA族元素。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由性质推断位置
3．X元素和Y元素的原子，在化学反应中都易失去电子而形成与Ne相同的电子层结构，已知X的原子序数比Y的大，下列说法中正确的是(　　)
A．X元素的金属性比Y元素的强
B．X和Y的单质都不能从水中置换出氢气
C．Y元素的氢氧化物的碱性比X元素的弱
D．X元素的最高正化合价比Y元素的高
答案　D
解析　由题干信息可知，二者均为第三周期的金属元素。由X的原子序数比Y的原子序数大可知，X元素位于Y元素的右边，则X元素的金属性比Y元素的弱，X元素的氢氧化物的碱性比Y元素的弱，X元素的最外层电子数比Y元素的多，X元素的最高正化合价比Y元素的高，A、C项错误，D项正确。第三周期的金属元素有Na、Mg、Al，一定条件下，Na、Mg都能从水中置换出氢气，B项错误。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断性质
4．如图为元素周期表中短周期的一部分，四种元素均为非稀有气体元素，下列关于这四种元素及其化合物的说法中正确的是(　　)
A．X、Y、Z、W可能均为金属元素
B．气态氢化物的稳定性：Z＞W＞X＞Y
C．Z的最高正化合价与最低负化合价的绝对值可能相等
D．Z的最高价氧化物的水化物可能为强碱
答案　C
解析　根据元素周期表的结构，四种元素不可能都是金属元素，故A错误；如果Z为Si，Si的最高正价为＋4价，最低负价为－4价，两者绝对值相等，故C正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由相对位置推断性质
5．某元素X最高价含氧酸的相对分子质量为98，且X的氢化物的化学式不是H2X，则下列说法正确的是(　　)
A．X的最高正化合价为＋4
B．X是第二周期ⅤA族元素
C．X是第二周期ⅥA族元素
D．X的最高价含氧酸的化学式可表示为H3XO4
答案　D
解析　某元素X最高价含氧酸的相对分子质量为98，且X的氢化物的化学式不是H2X，那么X为P，X的氢化物的化学式是PH3，最高价含氧酸的化学式为H3PO4，该元素在元素周期表中位于第三周期ⅤA族，故选D。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由性质推断位置
6．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，一定空气中含量最多的物质
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________。
(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)二　ⅣA　C　(2)　(3)Cl　b　(4)H2CO3　H2CO3是弱酸
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由原子结构推断位置和性质
题组二　元素周期表与元素周期律的应用
7．关于元素周期表和元素周期律的应用有如下叙述：
①元素周期表是学习化学知识的一种重要工具；
②利用元素周期表可以预测新元素的原子结构和性质；
③利用元素周期表和元素周期律可以预言新元素；
④利用元素周期表可以指导寻找某些特殊的材料和稀有矿产。其中正确的是(　　)
A．①②③④
B．只有②③④
C．只有③④
D．只有②③
答案　A
解析　根据元素周期表可以知道元素的位置、结构、性质、原子序数等，是学习化学知识的一种重要工具，①正确；利用元素周期表，根据元素性质变化规律可以预测新元素的原子结构和性质，②正确；利用元素周期表和元素周期律可以预言新元素，③正确；在非金属元素区寻找研制新农药的元素，在过渡元素区寻找研制新型催化剂的元素等，利用元素周期表可以指导寻找某些特殊的材料，④正确。
考点　元素周期表和元素周期律的应用
题点　元素周期表和元素周期律的应用
8．锗(Ge)是第四周期ⅣA族元素，处于元素周期表中金属区与非金属区的分界线附近，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>H2SiO3>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分界线附近，所以锗单质应具有半导体的性能。
考点　元素周期表和元素周期律的应用
题点　金属与非金属分界线附近元素的性质
9．锂与镁、铍与铝在周期表中处于“对角线”关系，性质相似。下列说法正确的是(　　)
A．锂在常温下与O2反应生成Li2O，在点燃条件下生成Li2O2
B．常温下锂与水剧烈反应生成H2
C．氧化铍是两性氧化物，与H2O化合生成氢氧化铍
D．Be(OH)2是两性氢氧化物
答案　D
考点　元素周期表和元素周期律的应用
题点　对角线规则的考查
10．同一周期中，X、Y、Z三种元素，其气态氢化物稳定性按X、Y、Z的顺序不断增强，下列说法正确的是(　　)
A．非金属性：X＞Y＞Z
B．原子半径：X＞Y＞Z
C．它们氧化物对应水化物的酸性按X、Y、Z的顺序增强
D．气态氢化物的还原性按X、Y、Z的顺序增强
答案　B
解析　同周期三种元素的气态氢化物稳定性不断增强，它们的原子序数逐渐增大，根据元素周期律可推知非金属性：X＜Y＜Z，A项错误；原子半径：X＞Y＞Z，B项正确；最高价氧化物对应水化物的酸性按X、Y、Z的顺序增强，C项错误；气态氢化物的还原性按X、Y、Z的顺序减弱，D项错误。
考点　元素周期表和元素周期律的应用
题点　元素周期律的应用
11．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
考点　元素周期表和元素周期律的应用
题点　元素周期表和元素周期律的应用
B组　综合强化练
1．近年来，我国在超导研究方面居世界领先地位，铊(Tl)是超导体的组成成分之一，铊位于第六周期ⅢA族，下列对铊的性质推导可能正确的是(　　)
①铊是易导电的银白色金属　②Tl(OH)3是两性氢氧化物　③Tl3＋的氧化能力比Al3＋的强　④单质能跟稀HNO3反应生成硝酸盐
A．①④
B．②③
C．只有①
D．只有④
答案　A
解析　铊位于第六周期ⅢA族，与Al同族，同主族元素随着原子序数增大，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。故①④正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由位置推断性质
2．下列说法正确的是(　　)
A．原子最外层电子数大于3(小于8)的元素一定是非金属元素
B．某元素的离子的最外层与次外层电子数相同，该元素一定位于第三周期
C．第三周期元素的主族序数等于它们的最高正化合价
D．最外层电子数相同的元素的性质一定相似
答案　C
解析　由元素周期表的分区知，第四、五、六主族既包含金属元素又包含非金属元素，A项错误；某元素离子的最外层和次外层电子数相同，可能是，若为阴离子，则为第三周期元素；若为阳离子，则为第四周期元素，B项错误；最外层电子数相同的元素，如Mg和He，不在同一主族，元素性质没有相似性，D项错误。
考点　元素周期表、元素周期律的应用
题点　元素周期表、元素周期律的应用
3．W、X、Y、Z四种元素是原子序数依次增大的短周期元素，已知①四种元素的电子层数之和等于10，且它们分属于连续的四个主族；②四种元素的原子中半径最大的是X原子。下列说法正确的是(　　)
A．W和X位于第二周期
B．Y和Z分别是Al和Si
C．W和X分别是O和F
D．Z的金属性可能比X的金属性强
答案　B
解析　四种元素的电子层数之和等于10，有两种可能：①1＋3＋3＋3；②2＋2＋3＋3。后一种情况无法满足X的原子半径最大的条件。因此①符合要求，这四种元素依次是H、Mg、Al、Si。据此即可判断B正确。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由结构和位置推断位置和性质
4．(不定项)短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等。下列判断不正确的是(　　)
A．最简单气态氢化物的热稳定性：R＜Q
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：Q＜W
C．原子半径：T＞Q＞R
D．单质T与NaOH溶液不反应
答案　AD
解析　短周期元素中周期序数与族序数相等的元素是H、Be和Al，根据T在周期表中的相对位置，它只能是第三周期的Al，据此可以判断出其他元素如表所示：
R(N)
T(Al)
Q(Si)
W(S)
氮元素的非金属性比硅元素的强，所以NH3比SiH4稳定，A错误；硫元素的非金属性比硅元素的强，所以H2SO4比H2SiO3的酸性强，B正确；同一周期随着原子序数的递增，原子半径逐渐减小，所以原子半径：Al＞Si＞P，同一主族随着原子序数的递增，原子半径逐渐增大，所以原子半径：P＞N，即原子半径：Al＞Si＞P＞N，C正确；Al既能与酸反应，又能与NaOH溶液反应，D错误。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由位置推断性质
5．下表为元素周期表的一部分，表中序号分别代表某一元素。请回答下列问题。
　族
周期
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
2
⑦
⑧
⑩
3
①
③
⑤
⑥
⑨
4
②
④
(1)①～⑩中，最活泼的金属元素是________(填元素符号，下同)，最不活泼的元素是________。
(2)①、⑧的简单离子，其半径较大的是________(填离子符号)。
(3)⑧、⑨的气态氢化物，更稳定的是____________(填化学式)。
(4)元素的非金属性：⑥________⑦(填“＞”或“＜”)。
(5)①～⑨的最高价氧化物的水化物中：酸性最强的是____________________(填化学式，下同)；碱性最强的是__________________，该碱与⑤的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为________________________________________________________________________。
答案　(1)K　Ne　(2)F－　(3)HF　(4)＜　(5)HClO4　KOH　Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
解析　(1)由表知最活泼的金属元素是在元素周期表中第ⅠA族，最下方的②为K元素，最不活泼的元素在元素周期表中的0族元素，由表知为Ne。(2)由表知①为Na、⑧为F，它们的简单离子Na＋、F－的核外电子排布相同，且钠的原子序数比氟大，所以r(Na＋)＜r(F－)。(3)由表知⑧为F、⑨为Cl，两者的气态氢化物分别为HF、HCl，根据非金属性越强其气态氢化物越稳定，所以HF更稳定。(4)⑥为Si，⑦为N元素，根据元素周期律，元素的非金属性Si＜P＜N，所以非金属性：Si＜N。(5)由表知①～⑨中最高价氧化物的水化物酸性最强的是HClO4。由表知①～⑨中碱性最强的金属元素是②为K，其最高价氧化物的水化物是KOH，属于强碱。由表知⑤为铝，最高价氧化物的水化物Al(OH)3，与KOH反应的离子方程式为：Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O。
考点　元素“位—构—性”关系推断
题点　由位置推断性质
6．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)根据元素周期律，请你预测，H3AsO4、H3PO4的酸性强弱：H3AsO4________(填“＞”“＜”或“＝”)H3PO4。
(2)根据NaH的存在，有人提议可把氢元素放在第ⅦA族，那么根据其最高正价与最低负价的绝对值相等，又可把氢元素放在周期表中的第______族。
(3)周期表中有10多种人体所需的微量元素，其中有一种被誉为“生命元素”的主族元素R，对延长人类寿命起着重要作用。已知R元素的原子有4个电子层，其最高价氧化物的分子式为RO3，则R元素的名称为__________________________________________________。
答案　(1)＜　(2)ⅣA　(3)硒
解析　(1)同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，则最高价含氧酸的酸性逐渐减弱，则酸性H3AsO4＜H3PO4。(2)根据最高正价与最低负价的绝对值相等，把氢元素放在周期表中的第ⅣA族。(3)R元素的原子有4个电子层，其最高价氧化物的分子式为RO3，最外层电子数为6，处于第四周期ⅥA族，为Se元素。
考点　元素周期表、元素周期律的应用
题点　元素周期表、元素周期律的应用