(共44张PPT)
第1课时 离子键 共价键
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解化学键、离子键、共价键的概念,从微观角度分析宏观物质的形成过程,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
2.了解离子键的形成过程和形成条件,并能熟练运用电子式表示离子化合物的形成过程。
3.初步了解共价键的形成,能判断等电子体、分子中原子的8电子结构,加深对电子配对法的理解。
4.认识分子的电子式、结构式、球棍模型、空间填充模型。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.钠原子的结构示意图为
,失去一个电子转化为带正电荷的钠离子,钠离子的结构示意图为
;氯原子的结构示意图为
,得到一个电子转化为带负电荷的氯离子,氯离子的结构示意图为
?。
2.第三周期元素中钠、镁、铝的原子易失去电子形成阳离子,硫、氯的原子易得到电子形成阴离子。
【必备知识】
1.离子键
(1)离子键与离子化合物
活泼金属与活泼非金属化合时,活泼金属易失去电子形成阳离子,
活泼非金属易得到电子形成阴离子,阴、阳离子通过静电作用形成离子键。由阴、阳离子构成的化合物称为离子化合物。
(2)氯化钠的形成过程
钠原子与氯原子形成氯化钠的过程中,Na原子最外层的一个电子转移给氯原子,使得两者最外层都形成8电子的稳定结构。
(3)电子式:在元素符号周围用“·”或“×”来表示原子的最外层电子的式子。
原子的电子式:在元素符号周围用小黑点表示最外层电子,小黑点数目等于最外层电子数,如钠原子电子式为Na·,氯原子电子式为
。
金属阳离子电子式:一般用离子符号表示,如钠离子电子式为Na+,镁离子电子式为Mg2+。
简单非金属阴离子一般形成稳定结构,在表示最外层电子数的小黑点外面再加[ ],并标注出离子所带的负电荷数目,如Cl-的电子式为
。?
氯化钠、氟化镁是离子化合物,其电子式分别为
2.共价键
(1)共价键:原子间通过共用电子对形成的强烈的相互作用。分子中原子之间全部以共价键结合的分子称为共价分子。HCl、H2O、CO2、N2的电子式分别为
用电子式表示H2O分子中共价键的形成过程:
用结构式表示共价分子HCl、H2O、N2:H—Cl、H—O—H、N≡N。
(2)原子间只含有共价键的化合物属于共价化合物。
(3)共价分子中各原子间有一定的连接方式,分子有一定的空间结构,可以用球棍模型、空间填充模型表示共价分子的空间结构。
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)物质中原子或离子之间存在的引力作用叫作化学键。( )
(2)金属和非金属原子之间强烈的静电作用称为离子键。( )
(3)金属原子和非金属原子形成的化合物称为离子化合物。( )
(4)含有共价键的物质称为共价化合物。( )
(5)原子间通过共用最外层上的电子,形成共用电子对,以达到稳定的电子层结构,这种通过共用电子对形成的强烈的相互作用称为共价键。( )
(6)共价分子均为共价化合物。( )
(7)共价分子中各原子最外层都达到8电子稳定结构。( )
(8)球棍模型、空间填充模型可以表示共价分子的空间结构。( )
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课堂篇
素养提升
探究一
离子键、离子化合物
【问题探究】
1.氯化钠是怎样形成的?构成氯化钠的微粒是原子还是离子?
提示
形成NaCl的过程如图所示:
钠原子失去最外层的1个电子变成带1个单位正电荷的阳离子,氯原子得到1个电子,变成带1个单位负电荷的阴离子,阴、阳离子通过强烈的静电作用形成氯化钠。氯化钠的构成微粒是钠离子和氯离子。
2.什么是离子键?什么是离子化合物?离子化合物中一定含有离子键吗?
提示
阴、阳离子通过强烈的静电作用形成离子键。含离子键的化合物称为离子化合物。离子化合物中一定含离子键。
【深化拓展】
1.离子键的影响因素
离子所带的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强。
2.离子键的形成条件
活泼金属与活泼的非金属化合时,一般形成离子键,从而形成离子化合物。
元素周期表中ⅠA族、ⅡA族的活泼金属与ⅥA族、ⅦA族的活泼非金属化合时,一般都能形成离子键。强碱及大多数的盐都含有离子键。
3.离子化合物与离子键的关系
三个“一定”:①离子化合物中一定含有离子键;②含有离子键的物质一定是离子化合物;③离子化合物中一定含有阴离子和阳离子。
两个“不一定”:①离子化合物中不一定含有金属元素,如NH4Cl、NH4NO3等;②含有金属元素的化合物不一定是离子化合物,如AlCl3。
【素能应用】
典例1关于离子键的下列说法正确的是( )
A.阴、阳离子之间的相互吸引作用称为离子键
B.只有金属阳离子与其他阴离子之间才能形成离子键
C.含有离子键的物质一定是化合物
D.金属卤化物中一定含有离子键
答案
C
解析
阴、阳离子之间的静电作用包括相互吸引和相互排斥两个方面,A项错误;并不只是金属阳离子与其他阴离子之间才能形成离子键,NH4Cl不含金属元素,
与Cl-之间也形成了离子键,B项错误;含离子键的物质一定含有阴、阳离子,至少含有两种元素,一定是化合物,C项正确;金属卤化物不一定含有离子键,D项错误。
易错警示
活泼金属与活泼非金属形成的化合物一般是离子化合物,其中含离子键,但AlCl3不属于离子化合物,不含离子键。
变式训练
1-1A元素原子的核电荷数为11,B元素的原子中质子数为8,A和B化合形成化合物Z,下列说法错误的是( )
A.A形成+1价阳离子
B.Z一定与水反应
C.Z一定是MO型离子化合物
D.Z中含有离子键
答案
C
解析
A是Na,B是O,二者可以形成Na2O或Na2O2,Na2O和Na2O2均可以与水反应,均含有离子键,C项符合题目要求。
变式训练
1-2下列说法正确的是( )
A.离子键就是阴、阳离子间的静电引力
B.所有金属元素与所有非金属元素间都能形成离子键
C.NH4Cl属于离子化合物
D.在离子化合物CaCl2中,两个氯离子之间也存在离子键
答案
C
解析
离子键是阴、阳离子间的静电作用力,静电作用包括阴、阳离子之间的相互吸引和电子与电子、原子核与原子核之间的相互排斥,A、D错误;只有活泼的金属元素与活泼的非金属元素之间才能形成离子键,B项错误;固体NH4Cl中含有
和Cl-,属于离子化合物,C项正确。
探究二
共价键和共价分子
【问题探究】
1.什么是共价键?含共价键的物质就是共价分子吗?
提示
原子间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用叫作共价键。含共价键的物质不一定是共价分子,某些离子化合物中也含共价键,如NaOH、CaCO3等。
2.共价分子中的原子都形成8电子稳定结构吗?
提示
不是。例如共价分子中的氢原子不是8电子稳定结构。
3.共价分子可以用结构式表示,用结构式表示时,所有电子对都用短线表示吗?
提示
不是。在结构式中,只有共用电子对用短线表示,其他电子对不能列出。
4.观察教材中的氨气分子和甲烷分子的球棍模型,氨气、甲烷分子的空间结构是什么形状?
提示
氨分子的空间结构是三角锥形,甲烷分子的空间结构是正四面体。
【深化拓展】
1.共价键与共价化合物
只含共价键的化合物属于共价化合物。共价化合物中一定含有共价键,一定不含离子键。含离子键的化合物一定是离子化合物,离子化合物中一定含有离子键,也可能含有共价键。
共价分子不一定是共价化合物,共价化合物也不一定是共价分子。如Cl2、H2属于共价分子,但不属于共价化合物;SiO2属于共价化合物,由于不是由分子构成,故不属于共价分子。
2.离子键与共价键的比较
类型
离子键
共价键
定义
阴、阳离子之间强烈的静电作用叫作离子键
原子之间通过共用电子对所形成的强烈的相互作用叫作共价键
成键粒子
阴、阳离子
原子
成键元素
一般是活泼金属元素与活泼非金属元素
一般是非金属元素原子之间
3.离子化合物与共价化合物的比较
类型
离子化合物
共价化合物
化学键
离子键或离子键与共价键
共价键
定义
由离子键构成的化合物叫作离子化合物
原子之间通过共用电子对形成的化合物叫作共价化合物
达到稳定结构的途径
通过电子得失达到稳定结构
通过形成共用电子对达到稳定结构
【素能应用】
典例2下列说法正确的是( )
A.含有共价键的物质一定是共价化合物
B.只含有共价键的物质一定是共价化合物
C.离子化合物中可能存在共价键
D.氦分子中含有共价键
答案
C
解析
许多单质、离子化合物中含有共价键,A错误;只含有共价键的物质也可能是单质,B错误;离子化合物中可能含有共价键,C项正确;氦是单原子分子,不存在化学键,D项错误。
规律方法
共价键一般存在于非金属原子之间,离子化合物中若含有原子团,则一定含共价键;共价分子可能是单质,也可能是化合物;共价化合物中一定含有共价键。
变式训练
2-1下列说法错误的是( )
A.含有共价键的化合物一定是共价化合物
B.在共价化合物中一定含有共价键
C.含有离子键的化合物一定是离子化合物
D.双原子单质分子中的共价键一定是非极性键
答案
A
解析
全部由共价键形成的化合物才是共价化合物,含有离子键的化合物就是离子化合物,在离子化合物中可能含有共价键,但共价化合物中一定不含离子键。由同种非金属元素的原子形成的共价键是非极性键,双原子单质分子中的共价键一定是非极性键。A项符合题目要求。
变式训练
2-2下列各组物质中所含的化学键均只有共价键的是( )
A.NaCl和K2O2
B.HCl和H2O
C.HNO3与NH4NO3
D.K2SO4与SO3
答案
B
解析
NaCl只含有离子键,K2O2含有离子键和共价键,A错误;HCl和H2O分子中只存在共价键,B正确;HNO3只存在共价键,NH4NO3含有离子键和共价键,C错误;K2SO4含有离子键和共价键,SO3中只存在共价键,D错误。
探究三
电子式、结构式、分子结构模型和分子空间结构
【问题探究】
1.原子的电子式需要把原子中的电子都表示出来吗?
提示
不需要。电子式中只表示出原子最外层的电子。常把原子最外层电子用小黑点“·”或小叉“×”来表示,如
2.离子电子式都是用离子符号表示吗?
3.离子化合物中相同的离子能否合并?
提示
不能。离子化合物的电子式是由阳离子和带中括号的阴离子组成,简单的阳离子不写最外层电子,而阴离子要标明最外层电子;离子化合物中带同种电荷的离子相互排斥,故不能合并表示。
4.氯气和氮气的电子式如下,分子中为什么分别是单键和三键?
提示
氯气分子中,两个氯原子之间共用一对电子就能达到8电子稳定结构;氮气分子中,两个氮原子之间需要共用三对电子才能达到8电子稳定结构。
【深化拓展】
常见共价分子的表示方法
【素能应用】
典例3化学用语是表示物质组成、结构和变化规律的一种具有国际性、科学性和规范性的书面语言,化学用语具有简便、确切地表达化学知识和化学科学思维的特点。下列化学用语表达正确的是( )
答案
B
变式训练
3-1下列微粒的电子式错误的是( )
答案
B
变式训练
3-2下列有关化学用语的表述正确的是( )
答案
B
素养脉络
随堂检测
1.下列图示中的物质不是离子化合物的是( )
答案
B
2.下列分子的电子式中,书写正确的是( )
答案
C
解析
在氨分子电子式中,氮原子上的未成键电子对不能遗漏,A项错误;CCl4电子式中,氯原子上的未成键电子对不能遗漏,B项错误;CO2分子中,碳氧之间共用两对电子,D项错误。
3.下列有关化学用语的表述正确的是( )
答案
C
4.下列说法正确的是( )
A.含有离子键的化合物不一定是离子化合物
B.含有共价键的化合物就是共价化合物
C.共价化合物可能含有离子键
D.离子化合物可能含有共价键
答案
D
解析
含有离子键的化合物必是离子化合物,A项错误;离子化合物中可能含有共价键,如氢氧化钠中含共价键,B项错误;共价化合物中一定不含离子键,C项错误;含原子团的离子化合物中含有共价键,D项正确。(共33张PPT)
第2课时 分子间作用力 氢键
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解分子间作用力对物质物理性质的影响。
2.了解氢键的概念,能区别氢键、化学键、分子间作用力。
3.能用所学理论解释某些物质的物理性质,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.通电条件下水分解生成氢气、氧气,反应过程中断裂化学键需要吸收能量。
2.液态水汽化变为水蒸气,汽化过程中需要吸收(填“吸收”或“放出”)能量;水蒸气冷凝为液态水放出能量;汽化、冷凝都是物理变化。
【必备知识】
1.分子间作用力
(1)分子间存在的把分子聚集在一起的作用力叫作分子间作用力。
(2)分子间作用力远远小于化学键。
(3)由分子构成的物质,其熔点、沸点、溶解度等物理性质主要受
分子间作用力的影响。
2.氢键
(1)H2O、NH3、HF分子之间存在着一种比一般分子间作用力强的相互作用,这种作用使它们在较高的温度下才能汽化,这种相互作用叫氢键。
(2)氢键不是化学键,通常把氢键看作是一种较强的分子间作用力。氢键比化学键弱,比分子间作用力强。
(3)分子间形成氢键会使物质的熔点和沸点升高,对物质的水溶性也有影响。如水在常温下为液态;NH3极易溶于水。其原因是水分子之间、氨分子与水分子之间易形成氢键。
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)原子相互结合形成分子的作用力叫分子间作用力。( )
(2)分子间作用力比化学键弱。( )
(3)氯、溴、碘的单质依次是气态、液态、固态,原因是分子中的共价键依次增强。( )
(4)氢键存在于所有含氢元素的物质的分子之间。( )
(5)H2O分子内存在氢键使水的沸点高于H2S。( )
(6)生命体内许多大分子中存在氢键,如DNA的双螺旋结构。( )
(7)冰晶体中,水分子间形成的氢键比液态水中多,导致冰的微观结构中有较大的空隙,使相同条件下冰的密度比水小。( )
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课堂篇
素养提升
探究一
分子间作用力
【问题探究】
1.举例说明分子间存在作用力。
提示
干冰升华、液氯汽化、液氨汽化过程需要吸热,降温后氯气、二氧化碳可以变成液态或固态,这些事实均可说明分子间存在使分子聚集在一起的作用力。
2.氯气常温下为气态,溴常温下为液态,碘单质常温下为固态,这与什么有关?分子间作用力大小与什么因素有关?
提示
分子组成的物质在相同条件下呈现不同状态,这与分子间作用力的大小有关,气态物质分子间作用力相对较弱,固态物质分子间作用力相对较强。分子间作用力的大小与物质的相对分子质量有关,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高。
3.碘升华时,碘分子中碘原子与碘原子之间的共价键是否被破坏?
提示
碘升华时分子中的化学键不被破坏,只是破坏了分子间作用力。
【深化拓展】
根据下面的关系图,总结物质熔、沸点高低与相对分子质量大小的关系:
分子间作用力的大小,对物质的熔点、沸点、溶解度产生影响。对于组成和结构相似的物质来说,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点也越高。
【素能应用】
典例1共价键、离子键和分子间作用力是物质中存在的不同作用力,下述物质只含上述一种作用力的是( )
A.干冰
B.氯化钠
C.氢氧化钠
D.碘
答案
B
解析
干冰是固体二氧化碳,分子内存在共价键,分子间存在分子间作用力;氯化钠是离子化合物,含有离子键;氢氧化钠是离子化合物,含有离子键和共价键;单质碘形成碘晶体,分子内含有共价键,分子间存在分子间作用力。
规律方法
先判断物质的类别,离子化合物中一定含有离子键,如果其中含原子团则还含有共价键;对于除稀有气体以外的分子构成的物质,分子内含有共价键,分子间含有分子间作用力。
变式训练
1-1下列说法不正确的是( )
A.干冰升华和液氯汽化时,都只需克服分子间作用力
B.氯化氢气体溶于水产生H+和Cl-,所以HCl是离子化合物
C.硫酸氢钠晶体溶于水,需要克服离子键和共价键
D.加热氯化铵固体使其分解,需克服离子键和共价键
答案
B
解析
干冰升华和液氯汽化克服的都是分子间作用力,A项说法正确;氯化氢气体溶于水时,在水分子作用下,H—Cl共价键断裂形成H+和Cl-,HCl分子中只含有共价键,属于共价化合物,B项说法错误;硫酸氢钠是离子化合物,溶于水需要克服Na+和
之间的离子键,
电离出H+和
需要克服共价键,C项说法正确;氯化铵受热分解生成氨气与氯化氢,则需要破坏铵根离子与氯离子之间的离子键以及铵根离子内部的部分共价键,D项说法正确。
变式训练
1-2下列变化不需要破坏化学键的是( )
A.氯化氢溶于水
B.加热碘化氢气体使其分解
C.冰融化
D.加热纯碱使之熔化
答案
C
解析
氯化氢溶于水,HCl电离破坏共价键,A不符合题意;加热碘化氢,碘化氢发生分解,破坏共价键,B不符合题意;冰融化破坏的是水分子间的氢键,氢键不是化学键,C符合题意;Na2CO3属于离子化合物,熔化时破坏离子键,D不符合题意。
探究二
氢键
【问题探究】
1.水发生三态变化时分子不发生改变,为什么会伴随着能量的变化?
提示
水发生三态变化时,虽然水分子未发生改变,但伴随着分子间作用力的变化,故会伴随能量变化。
2.H2O的相对分子质量小于H2S,但水的沸点高于H2S,为什么?水结成冰体积为什么会膨胀?
提示
水分子间存在氢键,氢键比一般分子间作用力大,H2S分子间只有一般的分子间作用力,所以水的沸点高。水变成冰体积膨胀也是因为水分子间形成的氢键使冰结构疏松,体积膨胀。
3.将水加热到100
℃时沸腾,使水分解成氢气和氧气需要将水加热至1
000
℃,为什么?
提示
水分解生成氢气和氧气,需要破坏水分子中的H—O共价键,使水沸腾破坏的是水分子间的氢键,破坏化学键需要更多能量,所以水分解的温度高达1
000
℃。
4.氨气为什么极易溶于水?乙醇与水为什么能以任意比互溶?
提示
氨气分子与水分子间能形成氢键,所以氨气极易溶于水;乙醇与水能以任意比互溶是因为乙醇分子和水分子间能形成氢键。
【深化拓展】
1.氢原子与获得电子能力强、原子半径小的氟、氧、氮原子以共价键结合时,由于共用电子对强烈偏向这些原子,使氢原子与其他分子中的这些原子之间产生一种特殊的分子间作用力——氢键,氢键的存在对物质的物理性质有很大的影响,分子间可以形成氢键的物质,溶解性增大,熔、沸点升高。氢键不是化学键。
2.几种作用力的比较
微粒间作用力
组成
微粒
存在
强弱
影响范围
化学键
离子键
阴、阳离子
离子化合物
强
离子化合物的化学性质及熔点、硬度等物理性质
共价键
原子
共价化合物、离子化合物、非金属单质
强
单质、化合物的化学性质及某些共价化合物的物理性质,如SiO2等
分子
间的
作用力
分子间
作用力
分子
分子之间
弱
熔点、沸点、溶解度等物理性质
氢键
分子
分子之间
比化学键弱,比一般分子间作用力强
熔点、溶解度等物理性质
【素能应用】
典例2下列说法正确的是( )
A.ⅦA族元素形成的氢化物中,沸点最高的是HI
B.水分子很稳定,是因为水分子间可以形成氢键
D.第三周期元素形成的简单离子中,半径最小的是Al3+
答案
D
解析
由于HF分子之间能形成氢键,故ⅦA族元素形成的氢化物中沸点最高的是HF,A错误;水分子很稳定是因为水分子中的共价键作用强,氢键不是化学键,只影响物质的物理性质,B错误;氯化氢是共价化合物,则HCl形成过程可用电子式表示为
,C错误;核外电子层数越多,离子半径越大,核外电子排布相同的微粒,离子半径随原子序数的增大而减小,故第三周期元素形成的简单离子中,半径最小的是Al3+,D正确。
规律方法
氢键只影响物质的熔点、沸点、溶解度等物理性质,由于分子间氢键的形成,使HF、H2O、NH3的熔、沸点较同主族其他元素的气态氢化物高,也是氨气极易溶于水的原因之一。
变式训练
2-1干冰汽化时,下列各项中发生变化的是( )
A.离子键
B.共价键
C.氢键
D.分子间作用力
答案
D
变式训练
2-2关于氢键的下列说法正确的是( )
A.水分子内存在两个氢键
B.冰、水和水蒸气的分子中都存在氢键
C.DNA中的碱基互补配对是通过氢键来实现的
D.H2O是一种非常稳定的化合物,这是由氢键所致
答案
C
素养脉络
随堂检测
1.科学家研究发现,普通盐水在无线电波的作用下可以燃烧,其原理是无线电频率可以削弱盐水中元素原子之间的“结合力”,释放出氢原子和氧原子,一旦点火,氢原子就会在这种频率下持续燃烧。上述中“结合力”的实质是( )
A.离子键
B.共价键
C.分子间作用力
D.氢键
答案
B
解析
破坏水分子中氢、氧原子之间的“结合力”,释放出氢原子和氧原子,包含H—O共价键的断裂,该“结合力”是共价键。
2.下列各组性质的比较不正确的是( )
A.原子半径:Na
B.热稳定性:HCl>H2S>PH3
C.酸性强弱:H2SiO4D.沸点:H2O>H2Se>H2S
答案
A
解析
同周期自左向右,随着原子序数的递增,原子半径逐渐减小,A项不正确;根据元素周期律可知,B、C项都正确;水分子间存在氢键,沸点最高,D项正确。
3.下列关于F、Cl、Br、I相关物质性质的比较中,正确的是( )
A.单质的颜色随核电荷数的增加而变浅
B.单质的熔、沸点随核电荷数的增加而降低
C.气态氢化物的还原性随核电荷数的增加而增强
D.气态氢化物的稳定性随核电荷数的增加而增强
答案
C
解析
卤族元素单质从F2到I2,其颜色分别为淡黄绿色、黄绿色、深红棕色、紫黑色,所以卤族元素单质的颜色按F2、Cl2、Br2、I2的顺序而加深,A项错误;F、Cl、Br、I位于元素周期表同一主族,其单质均由分子形成,它们的熔、沸点随相对分子质量的增大而升高,B项错误;元素的非金属性越强,离子的还原性越弱,从F到I,其非金属性随着核电荷数增大而减弱,所以它们的气态氢化物的还原性随核电荷数的增加而增强,C项正确;元素的非金属性越强,其气态氢化物的稳定性越强,从F到I其非金属性随着核电荷数增大而减弱,所以其气态氢化物的稳定性逐渐减弱,D项错误。
4.下列各组性质的比较不正确的是( )
A.酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3
B.稳定性:HF>H2O>H2S
C.碱性:KOH>NaOH>Mg(OH)2
D.熔、沸点:HI>HBr>HCl>HF
答案
D
解析
同主族元素自上而下金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。金属性越强,相应最高价氧化物对应水化物的碱性越强;非金属性越强,相应氢化物的稳定性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,因此选项A、B、C均正确。由于HF分子间可以形成氢键,所以其熔、沸点在四种氢化物中最高,正确的顺序为HF>HI>HBr>HCl。
5.根据下表所示部分短周期元素的原子半径及主要化合价,判断以下叙述正确的是( )
元素代号
A
B
C
D
E
原子半径/nm
0.186
0.143
0.089
0.102
0.074
主要化合价
+1
+3
+2
+6、-2
-2
A.最高价氧化物对应水化物的碱性A>C
B.氢化物的沸点H2D>H2E
C.单质与稀盐酸反应的速率AD.C2+与A+的核外电子数相等
答案
A
解析
根据D、E两元素的原子半径大小和主要化合价,可知E为O元素,D为S元素;根据A、B、C原子半径大小及主要化合价,可知B为Al元素,A为Na元素,C为Be元素。A、C最高价氧化物对应水化物分别为NaOH和Be(OH)2,其Be(OH)2碱性弱于氢氧化镁,而氢氧化钠的碱性强于氢氧化镁,故碱性NaOH>Be(OH)2,A正确;D、E的氢化物分别为H2S、H2O,H2O分子间可以形成氢键,分子间作用力较强,氢化物的沸点较高,B错误;金属钠的活泼性强于铝,与稀盐酸反应的速率Na>Al,C错误;Be2+与Na+的核外电子数分别为2、10,二者核外电子数不相等,D项错误。(共35张PPT)
第1课时 同素异形现象 同分异构现象
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解同素异形体的概念。
2.以金刚石、石墨、足球烯等碳的同素异形体为例,认识由于微观结构不同而导致的同素异形现象。
3.知道同分异构现象,认识物质的多样性与微观结构有关系,了解同分异构现象普遍存在于有机化合物的意义。
4.以正丁烷和异丁烷、乙醇和二甲醚为例,探究模型的组装和旋转,培养学生的模型认知和科学探究的核心素养。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.同种元素形成的纯净物为单质,如氧元素形成的纯净物O2为单质,O3也是氧元素形成的单质。
2.金刚石和石墨都是碳元素形成的单质,二者完全燃烧的产物都是
二氧化碳气体,金刚石和石墨是碳元素形成的不同单质。
3.乙醇和二甲醚的分子式均为C2H6O,你认为乙醇和二甲醚是同一种物质吗?
提示
不是。
【必备知识】
1.同素异形现象
同一种元素形成几种不同单质的现象称为同素异形现象,同一种元素形成的不同单质互称为该元素的同素异形体。
2.碳的同素异形体
单质
结构特征
金刚石
每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键结合,形成空间网状结构
石墨
层状结构,层内碳原子间以共价键结合,层内碳原子排列成平面六边形,形成平面网状结构,层间碳原子间存在分子间作用力
C60
由60个碳原子形成的封闭笼状分子,形似足球,人们又称它为足球烯
3.同分异构现象
化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象,称为同分异构现象。
分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
4.几种简单有机物的同分异构体
(1)分子式同为C4H10的正丁烷和异丁烷结构式分别
(2)分子式同为C2H6O的乙醇和二甲醚的结构式分别为
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)同种元素形成的物质是单质。( )
(2)金刚石和石墨都是碳元素的单质,由于二者物理性质、化学性质完全不同,故互为同素异形体。( )
(3)金刚石和石墨晶体中的碳原子的成键方式和排列方式均不相同。( )
(4)金刚石晶体中的碳原子形成空间网状结构,石墨晶体为层状结构。( )
(5)石墨烯是碳原子构成的二维层状的碳材料。( )
(6)相对分子质量相同但结构不同的物质互为同分异构体。( )
×
×
√
√
√
×
课堂篇
素养提升
探究一
同素异形现象
【问题探究】
1.金刚石、石墨和足球烯的结构、性质有哪些异同?
碳的同素
异形体
物理性质
化学性质
结构
硬度
熔点
金刚石
空间网状结构
?
?
?
?
石墨
层状结构
?
?
足球烯
笼状分子
较小
较低
大
高
小
高
相似,在氧气中充分燃烧生成
二氧化碳
2.举例说明什么是同分异构现象。
提示
正丁烷与异丁烷、乙醇和二甲醚都是分子式相同而结构不同的物质,分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象,分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。
【深化拓展】
1.同素异形体的描述对象是单质,不是指核素,也不是指化合物。互为同素异形体的不同单质是由同一种元素形成的,构成它们的原子核电荷数相同,中子数可以相同,也可以不相同。
“异形”包括分子中原子数不同,如氧气分子和臭氧分子;也包括空间结构不同,如金刚石是空间网状结构,而石墨是层状结构,同一层内的碳原子形成平面六边形结构,层与层之间靠分子间作用力结合,二者结构不同,因此性质不同。H2、D2是由不同的原子形成的单质,由于其分子结构相同,因此二者不属于同素异形体。
2.同素异形体由于分子组成或晶体结构不同,导致它们的物理性质差异很大,化学性质有相似性,但存在活泼性的差异。
3.碳的同素异形体
金刚石呈空间网状结构,碳原子之间形成共价键。当切割或熔化时,需要克服碳原子之间的共价键,金刚石是自然界已知物质中硬度最大的材料,它的熔点高。
石墨是层状结构,层内碳原子排列成平面六边形,每个碳原子以三个共价键与其他碳原子结合,层间存在分子间作用力。石墨是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的晶体。天然石墨耐高温,热膨胀系数小,导热、导电性好,摩擦系数小。
富勒烯(fullarene)C60又被称为足球烯,它属于球碳族,这一类物质的分子式可以表示为Cn,n为28到540之间的整数值,有C50、C70、C84、C240等,在这些分子中,碳原子与另外三个碳原子形成两个单键和一个双键。
碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管,它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管,管直径一般为几纳米到几十纳米,多层碳纳米管管壁的石墨层间距为0.34纳米,与平面石墨层的间距一样,不论是单层还是多层碳纳米管,前后末端类似半圆形,结构基本上与碳六十相似,使整个碳管成为一个封闭结构。
【素能应用】
典例1重水(D2O)是重要的核工业原料,下列说法错误的是( )
A.氘(D)原子核外有1个电子
B.1H与D互称同位素
C.H2O与D2O互称同素异形体
答案
C
解析
氘(D)原子核外有1个电子,A项说法正确;1H与D互称同位素,B项说法正确;同素异形体的描述对象是单质,不是化合物,C项说法错误;
的相对分子质量都是20,D项说法正确。
方法点拨解答类似问题要准确把握这些概念所对应的描述对象。同素异形体是指同种元素形成的不同单质;同位素是指同种元素的不同核素。
变式训练
1-1下列各对物质中,互为同素异形体是( )
A.①②③
B.①③
C.④⑤
D.④⑤⑥
答案
C
变式训练
1-2下列叙述正确的是( )
A.14C中含有14个中子
B.1H、2H、3H是同一种核素
C.H2O与D2O互称同位素
D.C60、金刚石、石墨均为碳的同素异形体
答案
D
解析
14C原子核中含有8个中子,A错误;1H、2H、3H质子数相同为同种元素,质量数不同为不同原子,是氢元素的三种不同核素,B错误;H2O与D2O(重水)是化合物,不是同位素,C错误;C60、金刚石、石墨是同种元素组成的不同单质,均为碳的同素异形体,D正确。
探究二
同分异构现象
【问题探究】
1.观察下表,比较正丁烷与异丁烷在结构、组成和性质上的异同,正丁烷和异丁烷是不是同一种物质?
名称
正丁烷
异丁烷
分子式
C4H10
C4H10
沸点
-0.5
℃
-11.7
℃
提示
正丁烷与异丁烷分子式相同,分子结构不同,沸点不同。正丁烷与异丁烷不是同一种物质。
2.比较乙醇与二甲醚在组成、结构上的异同,二者是什么关系?
提示
乙醇和二甲醚的分子式相同,分子中原子的连接顺序不同。二者互为同分异构体。
【深化拓展】
1.同分异构体中的“同分”与“异构”
(1)同分异构体中的“同分”指的是分子式相同,而不是指相对分子质量相同。分子式相同的物质其相对分子质量一定相同,但相对分子质量相同的物质其分子式不一定相同,如H2SO4与H3PO4相对分子质量均为98,但二者不互为同分异构体。
(2)同分异构体中的“异构”指的是分子结构不同,即分子中原子的连接次序不同。同分异构体可以是同一类物质,也可以是不同类物质。当为同一类物质时,化学性质相似,而物理性质不同;当为不同类物质时,化学性质不同,物理性质也不同。
2.同分异构体是造成有机物种类繁多的原因之一,但并不意味着只有有机物存在同分异构现象,无机物与无机物之间以及无机物与有机物之间也有同分异构现象,例如:雷酸银(AgOCN)和氰酸银(AgCNO);氰酸铵(NH4CNO)与尿素[CO(NH2)2]等。
3.同位素、同素异形体与同分异构体的比较
概念
同位素
同素异形体
同分异构体
定义
具有相同质子数和不同的中子数的同一元素的不同原子互称同位素
由同种元素形成的不同单质叫作这种元素的同素异形体
分子式相同,但结构不同的化合物互称为同分异构体
相同点
质子数相同,皆为原子
元素种类相同,皆为单质
分子式相同,皆为化合物
不同点
中子数不同,原子种类不同
分子内原子个数不同,或原子结合方式不同
分子内原子的连接次序不同
概念
同位素
同素异形体
同分异构体
研究对象
原子
单质
化合物
实例
12C、13C、14C;
1H、2H、3H等
金刚石、石墨、C60;红磷、白磷;O2、O3等
正丁烷、异丁烷;乙醇、二甲醚等
【素能应用】
典例2下列各组物质中互为同分异构体的是( )
①CuSO4·5H2O和CuSO4·3H2O ②NH4CNO与CO(NH2)2 ③CH3CH2OH和CH3—O—CH3
A.①②③
B.②③
C.①③④
D.②③④
答案
B
解析
分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。①中化学式不同且无分子存在;②③组中的两种物质的分子式分别相同,但结构不同,两者互为同分异构体;④中水分子的结构相同,不互为同分异构体。
易错警示
不仅有机物中存在同分异构现象,无机物中也存在同分异构现象。同素异形体的描述对象是单质,不能互称为同分异构体。
变式训练
2下列各组物质互为同分异构体的是( )
答案
D
解析
CO与CO2分子式不同,A错误;S2与S8分子式不同,B错误
互为同位素,C错误;D组中两种物质的分子式相同但结构不同,互为同分异构体,D正确。
素养脉络
随堂检测
1.N4是一种极具理论研究意义的气体分子。N4分子结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.N4与N2互为同分异构体
B.N4分子中只含有共价键
C.1
mol
N4分子所含共价键数为4NA
D.N4沸点比P4(白磷)高
答案
B
解析
N4是一种只由N元素组成的单质,N4和N2互为同素异形体,A错误;N4和P4均为共价分子,后者相对分子质量大,沸点高,B正确,D错误;从N4分子的结构图可以看出,1
mol
N4分子中所含共价键数为6NA,C错误。
2.科学家发现C60后,近年又合成了许多球形分子(富勒烯),如C50、C70、C120、C540等,它们互称为( )
A.同种物质
B.同分异构体
C.同素异形体
D.同位素
答案
C
解析
C60与C50、C70、C120、C540等都是碳元素形成的性质不同的单质,都属于碳元素的同素异形体。
3.互为同分异构体的物质不可能具有( )
A.相同的分子式
B.相同的结构
C.相似的化学性质
D.相同的相对分子质量
答案
B
解析
互为同分异构体的物质分子式相同,其相对分子质量也相同,互为同分异构体的物质的分子结构不同。若互为同分异构体的物质属于同一类物质时,其化学性质相似,若属于不同类别的物质时,其化学性质不同。
4.将下列物质进行分类:
A.白磷和红磷 B.35Cl和37Cl C.O2和O3
D.H2O和D2O E.CH3—CH2—CH2—CH3和
F.CH3—CH2—O—CH2—CH3(乙醚)和CH3—CH2—CH2—CH2—OH(正丁醇)
(1)互为同位素的是 (填字母,下同)。?
(2)互为同素异形体的是 。?
(3)互为同分异构体的是 。?
答案
(1)B (2)AC (3)EF
解析
H2O与D2O分子结构相同,均是由两个H—O键构成的三原子分子,不互为同分异构体。(共36张PPT)
第2课时 晶体与非晶体
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解不同类型晶体的构成和性质。
2.以不同类型的晶体为例,认识物质的多样性与微观结构的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.干冰晶体中存在的作用力有分子间作用力和共价键,干冰升华时破坏
分子间作用力,使二氧化碳气体聚集为干冰的作用力为分子间作用力。
2.氯化钠晶体受热熔融破坏的作用力为离子键,氯化氢气体溶于水时破坏的作用力是共价键。
【必备知识】
1.晶体、非晶体的判断
晶体具有规则几何外形、有固定的熔点。用X射线进行晶体的衍射实验时发现,构成晶体的微粒在空间呈有规则的重复排列,晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。
非晶体一般没有规则的几何外形,没有固定的熔点。
2.几类常见的晶体
(1)构成离子晶体的微粒是阴、阳离子,离子晶体中阴、阳离子以离子键相结合,离子化合物属于离子晶体,离子晶体的熔点一般比较高。
(2)分子晶体的构成微粒是分子,分子间通过分子间作用力聚集为晶体,分子晶体的熔点低。
(3)共价晶体是原子间通过共价键结合成的具有空间网状结构的晶体。共价晶体的构成微粒为原子,常见的共价晶体有石英、晶体硅、金刚石、金刚砂、碳化硅、氮化硅等,其共同特点是熔点高,硬度大。
(4)固态的金属单质属于金属晶体,其物理通性为有金属光泽、能
导电和传热,有延展性。
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)有规则几何外形的固体一定为晶体。( )
(2)判断物质是否晶体可通过X射线衍射实验。( )
(3)晶体中的构成微粒有规则的重复排列。( )
(4)晶体中的金属原子、非金属原子按一定规则形成离子晶体。( )
(5)分子依靠分子间作用力形成的晶体是分子晶体。( )
(6)原子间通过共价键形成的空间网状结构的晶体属于共价晶体。( )
(7)金属晶体的通性是能导电和传热,有延展性。( )
(8)液晶兼有液体和晶体的部分性质。( )
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课堂篇
素养提升
探究一
晶体与非晶体的判断
【问题探究】
1.下图是几种不同的晶体,它们在外观上有何特点?晶体外观为什么有这种特点?
提示
晶体有规则的几何外形,因为晶体内部微粒有规则重复排列。
2.固态物质都是晶体吗?判断的方法有哪些?
提示
不是,有些固态物质是晶体,有些是非晶体。可通过物质有无固定熔点或通过X射线衍射实验进行判断。
【深化拓展】
1.固态物质的分类
固态物质有晶体与非晶体之分,晶体内部微粒在三维空间呈有规则的重复排列。
2.晶体的三个特征
(1)晶体有规则的几何外形;(2)晶体有固定的熔点;(3)晶体有各向异性的特点。
3.判断固态物质是否为晶体最可靠的方法是X射线衍射实验。
【素能应用】
典例1下列说法正确的是( )
A.区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验
B.共价晶体的原子间只存在共价键,而分子晶体内只存在范德华力
C.晶体在受热熔化过程中一定存在化学键的断裂
D.非金属元素的原子间只形成共价键,金属元素的原子与非金属元素的原子间只形成离子键
答案
A
解析
X射线衍射实验是区分晶体和非晶体最科学的方法,A项说法正确;分子晶体中分子之间存在分子间作用力,分子内部会存在共价键,B项说法错误;分子晶体在受热熔化过程中不存在化学键的断裂,C项说法错误;非金属元素的原子间只形成共价键,金属元素的原子与非金属元素的原子间一般形成离子键,也有形成共价键的情况,D项说法错误。
变式训练
1区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是( )
A.观察外观是否规则
B.测定是否有固定的熔点
C.验证是否有各向异性
D.进行X射线衍射实验
答案
D
解析
从外形和某些物理性质可以初步鉴别晶体和非晶体,但并不一定可靠。区分晶体和非晶体的最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验,D项正确。
探究二
常见的晶体类型及其结构与性质
【问题探究】
1.人们把晶体分为离子晶体、分子晶体、共价晶体的依据是什么?
提示
依据是构成晶体的微粒及微粒间的作用力。若构成晶体的微粒是阴、阳离子,作用力是离子键,则晶体是离子晶体;若构成晶体的微粒是分子,分子间通过分子间作用力形成晶体,则为分子晶体;若构成晶体的微粒是原子,原子间的作用力是共价键,则晶体为共价晶体。
2.观察氯化钠晶体的结构:
氯化钠晶体的构成微粒是什么?离子晶体中微粒间作用力是什么?
提示
氯化钠晶体的构成微粒是钠离子和氯离子;钠离子和氯离子通过离子键形成晶体,氯化钠晶体属于离子晶体。
3.对比教材中干冰和二氧化硅的晶体结构,干冰晶体的构成微粒是什么?属于什么晶体?二氧化硅属于什么晶体,为什么?
提示
干冰晶体的构成微粒是二氧化碳分子,二氧化碳分子通过分子间作用力形成干冰晶体,属于分子晶体;二氧化硅的构成微粒是硅原子和氧原子,硅原子和氧原子间通过共价键结合成空间网状结构,属于共价晶体。
【深化拓展】
1.几种晶体的结构与性质
(1)分子晶体
构成分子晶体的微粒为分子,微粒间作用力为分子间作用力,一般熔点较低。
干冰晶体是一种立方面心结构,立方体的八个顶点及六个面的中心各排布一个CO2分子,晶胞是一个面心立方。一个晶胞实际拥有的CO2分子数为四个(均摊法),每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子共有12个;分子间通过分子间作用力形成晶体。CO2分子内存在共价键,因此晶体中既有分子间作用力又有化学键,其熔点的高低由分子间作用力决定,当晶体熔化时,分子内的化学键不发生变化。
(2)离子晶体
构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子,微粒间作用力是离子键,一般熔点较高。
氯化钠晶体中每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+,与一个Na+距离最近且相等的Cl-围成的空间结构为正八面体,每个Na+周围与其最近且距离相等的Na+有12个,晶体中不存在单个分子。
(3)共价晶体
构成共价晶体的微粒是原子,微粒间的作用力是共价键,一般熔点较高,硬度较大。
①二氧化硅晶体,结构与金刚石相似,C被Si代替,Si与Si之间插入氧原子。在SiO2晶体中每个Si原子周围有4个氧原子,同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si原子可形成4个Si—O键,1
mol
Si原子可形成4NA个Si—O键,晶体中不存在单个分子。
②金刚石晶体中,每个C原子以共价键与4个C原子紧邻,形成正四面体的结构,整个晶体呈空间网状结构,不存在单个分子。
2.四种晶体的比较
晶体类型
离子晶体
共价晶体
分子晶体
金属晶体
实例
氯化钠、硫酸铜、氢氧化钠
金刚石、
二氧化硅
冰、干冰
钠、铁、
铜、铝
内部构成
微粒
阴、阳离子
原子
分子
原子、阳离子、
自由电子
微粒间作用力
离子键
共价键
分子间
作用力
金属键
晶体类型
离子晶体
共价晶体
分子晶体
金属晶体
某些物理性质
熔、沸点
较高
很高
低
差别很大
硬度
较硬
很硬
软
导电、
导热性
熔融态及其水溶液导电
非导体
不导电
是电和热的良导体
溶解性
部分易溶于
水,有的能
与水反应
不溶于水
部分可溶,有的能与水反应
一般不溶于水,活泼金属可与水反应
【素能应用】
典例2X和Y两种元素的核电荷数之和为22,X的原子核外电子数比Y的少6个。下列说法中不正确的是( )
A.X的单质固态时为分子晶体
B.Y的单质为共价晶体
C.X与Y形成的化合物固态时为分子晶体
D.X与碳形成的化合物为分子晶体
答案
C
解析
根据题意可推知X为氧元素,Y为硅元素。O2和O3形成的晶体均为分子晶体,A项说法正确;硅的单质为共价晶体,B项说法正确;二氧化硅为共价晶体,C项说法符合题目要求;常见碳的氧化物为一氧化碳和二氧化碳,固态时均为分子晶体,D项说法正确。
规律方法
从物质类别来判断晶体类型:离子化合物都是离子晶体;金属单质是金属晶体;常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、SiO2、SiC等。基本构成微粒是分子的物质形成的晶体一般是分子晶体。
变式训练
2-1下列叙述正确的是( )
A.离子晶体都是化合物
B.共价晶体都是单质
C.金属在常温下都以晶体形式存在
D.分子晶体在常温下不可能为固态
答案
A
解析
阴、阳离子通过离子键构成离子晶体,离子晶体都是化合物,A项正确;SiO2、SiC都是共价晶体,B项错误;金属汞常温下呈液态,C项错误;有许多分子晶体在常温下为固态,如碘、蔗糖、P2O5等,D项说法错误。
变式训练
2-2下表中给出几种氯化物的熔点和沸点:
物质
NaCl
MgCl2
AlCl3
SiCl4
熔点/℃
801
714
190
-70
沸点/℃
1
413
1
412
180
57.57
有关表中所列四种氯化物的性质,有以下叙述:
①氯化铝在加热时能升华;②四氯化硅的晶体属于分子晶体;③氯化钠晶体中微粒间以分子间作用力结合;④氯化铝晶体是典型的离子晶体。其中与表中数据一致的叙述是( )
A.①②
B.②③
C.①②③
D.②④
答案
A
解析
根据物质的熔、沸点可知,氯化铝的沸点比熔点低,在加热时易升华。NaCl、MgCl2熔、沸点较高,是离子晶体;氯化铝和SiCl4熔、沸点较低,是分子晶体。离子晶体中的作用力是离子键,不是分子间作用力。
素养脉络
随堂检测
1.下列晶体中属于共价晶体的化合物是( )
A.干冰
B.金刚石
C.水晶
D.晶体硅
答案
C
解析
干冰是分子晶体,金刚石、水晶、晶体硅都是共价晶体,但金刚石、晶体硅属于单质。
2.已知溴化铝是一种无色晶体,熔点为98
℃,熔融时不导电,则溴化铝所属的晶体类型是( )
A.分子晶体
B.共价晶体
C.离子晶体
D.金属晶体
答案
A
解析
熔融态溴化铝不导电,说明在固态溴化铝中无阴、阳离子;溴化铝熔点低,说明分子之间的作用力比较弱,所以其晶体属于分子晶体,故选A。
3.具有下列性质的物质属于共价晶体的是( )
A.熔点是1
070
℃,易溶于水,水溶液能导电
B.熔点是10.31
℃,液态不导电,水溶液能导电
C.不溶于水,熔点3
550
℃,不导电
D.熔点是97.80
℃,质软、导电,密度是0.97
g·cm-3
答案
C
解析
熔点是1
070
℃,易溶于水,水溶液能导电的物质属于离子晶体,A错误;熔点是10.31
℃,液态不导电,水溶液能导电的物质属于分子晶体,B错误;不溶于水,熔点3
550
℃,不导电的物质属于共价晶体,C正确;熔点是97.80℃,质软、导电,密度是0.97
g·cm-3,属于金属晶体的物理性质,D错误。
4.下列说法正确的是( )
A.HCl、HBr、HI的分子间作用力依次增大,热稳定性也依次增强
B.N2和Cl2两种分子中,每个原子的最外层都具有8电子稳定结构
C.在O2、CO2和SiO2中,都存在共价键,它们均由分子构成
D.KOH和MgCl2都是离子晶体,均存在共价键和离子键
答案
B
解析
HCl、HBr、HI均为分子晶体,随相对分子质量增大,分子间作用力依次增大;由于非金属性:Cl>Br>I,故热稳定性依次减弱,A错误。N原子最外层有5个电子,与另一个N原子形成三个共价键,达到8电子稳定结构;Cl原子最外层有7个电子,与另一个Cl原子形成一个共价键,达到8电子稳定结构,B正确。二氧化硅属于共价晶体,它是由原子构成,不存在SiO2的分子,C错误。KOH中存在共价键和离子键,属于离子晶体;MgCl2中只存在离子键,属于离子晶体,D错误。
5.SiCl4的分子结构与CCl4类似,对其性质作出如下推测,其中错误的是( )
A.SiCl4晶体是分子晶体
B.常温常压下SiCl4是气体
C.SiCl4分子内部的原子以共价键结合
D.SiCl4熔点高于CCl4
答案
B
解析
SiCl4与CCl4结构相似,CCl4属于分子晶体,则SiCl4晶体也是分子晶体,A正确;SiCl4与CCl4结构相似,都形成分子晶体,由于SiCl4相对分子质量较大,其分子间作用力较大,常温常压下CCl4是液体,SiCl4不可能是气体,B错误;SiCl4分子内部存在Si—Cl极性共价键,C正确;分子晶体的相对分子质量越大,熔点越高,则SiCl4熔点高于CCl4,D正确。(共38张PPT)
第1课时 元素周期律
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解原子核外电子排布呈周期性变化的规律,能画出1~20号元素的原子结构示意图。
2.通过对科学数据的分析,知道元素的原子半径、主要化合价随原子核外电子排布的周期性变化而呈周期性变化。
3.通过对元素金属性、非金属性周期性变化的本质分析,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.原子的构成:
原子是由居于原子中心的带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子构成,原子核由质子和中子构成,质子带正电,中子不带电。原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷电量相等、电性相反,所以原子不带电。
核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数,质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
2.绘出11~17号元素的原子结构示意图,并指出原子结构上的相同点和不同点。
原子结构上的相同点是电子层数相同,不同点是最外层电子数不同,且最外层电子数随着核电荷数的增大依次增多。
【必备知识】
1.原子序数:化学家按照核电荷数由小到大的顺序给元素编号,这种编号叫原子序数。元素的原子序数在数值上等于该元素的核电荷数。
2.最外层电子数呈周期性变化:除H、He外,元素原子最外层电子数重复出现从1递增到8的周期性变化。
3.原子半径:随着元素核电荷数递增,原子半径逐渐减小,且呈周期性变化。
4.元素化合价呈周期性变化:最高正价随原子核电荷数的递增逐步升高,且呈周期性变化;最低负价逐步升高,也呈周期性变化。同一元素的最高正价与最低负价之间的关系:最高正价+│最低负价│=
8
。
5.元素金属性强弱的判断依据:单质与水或酸反应越剧烈,元素的金属性越强
;最高价氧化物对应水化物的碱性越强,元素的金属性越强。
6.元素非金属性强弱的判断依据:单质与氢气化合越容易,元素的非金属性越强;气态氢化物的热稳定性越强,元素的非金属性越强;该元素最高价氧化物对应水化物的酸性越强,元素的非金属性越强。
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)原子序数是根据元素相对原子质量由小到大进行排列的编号。( )
(2)随着核电荷数由小到大,原子的最外层电子数逐渐增多。( )
(3)随着原子序数的递增,原子半径逐渐减小。( )
(4)随着原子序数的递增,元素的化合价逐渐增高。( )
(5)元素的非金属性强弱可依据元素氢化物的酸性强弱进行判断,酸性越强,非金属性越强。( )
×
×
×
×
×
(6)元素的非金属性强弱可依据其含氧酸的酸性进行比较,酸性越强非金属性越强。( )
(7)铝、镁与盐酸的反应中,铝失去3个电子,镁失去2个电子,所以铝比镁金属性强。( )
(8)由于氢氧化铝既能溶于强酸又能溶于强碱溶液,所以氢氧化铝是两性氢氧化物,铝是两性元素。( )
(9)元素周期律是元素原子核外电子排布随着元素核电荷数递增发生周期性变化的必然结果。( )
×
×
×
√
课堂篇
素养提升
探究一
最外层电子数、化合价、原子半径的周期性变化
【问题探究】
1.分析1~2、3~10、11~18号元素原子的最外层电子数变化,可以得出什么规律?
核电荷数为1~18的元素原子最外层电子数
提示
随着元素核电荷数的递增,除H、He外,元素原子最外层电子数重复出现从1递增到8的周期性变化。
2.分析3~9、11~17号元素原子半径的变化,可以得出什么规律?
提示
每隔一定元素,元素的原子半径会出现由大变小的周期性变化。3~9号、11~17号元素都是随着原子序数的增大,原子半径逐渐减小。
3.分析下表中1~18号元素最高正化合价或最低负化合价的变化,可以得出哪些规律?
原子序数
最高正价或最低负价的变化
1~2
+1~0;-1~0
3~10
最高正价:+1到+5;最低负价:-4到-1到0
11~18
最高正价:+1到+7;最低负价:-4到-1到0
提示
元素最高正化合价等于元素原子最外层电子数(O、F除外),最低负价的数值=8-最外层电子数(金属元素无负价);最高正价从+1逐渐升高,最低负价从-4逐渐升高。随着核电荷数的递增,元素的主要化合价呈现周期性变化。
【深化拓展】
1.原子结构与性质
电子层数相同的原子
随核电荷数递增呈现的变化趋势
原子结构
原子半径
逐渐减小(稀有气体除外)
离子半径
阳离子逐渐减小,阴离子逐渐减小,
r(阴离子)>r(阳离子)
主要化合价
最高正化合价由+1→+7(O、F除外)
最低负价=最外层电子数-8(金属元素无负价)
2.微粒半径大小比较的方法
原子
半径
(1)电子层数相同时,随原子序数递增,原子半径依次减小
(稀有气体除外)
例如:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)
(2)最外层电子数相同时,随电子层数递增原子半径依次增大
例如:r(Li)离子
半径
(1)同种元素的离子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子
例如:r(Cl-)>r(Cl);r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)
(2)电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小
例如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)
(3)带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。
例如:r(Li+)(4)所带电荷数、电子层数均不同的离子可选一种离子参照比较。
例如:比较r(K+)与r(Mg2+)可选r(Na+)为参照。可知r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)
【素能应用】
典例1对于随原子序数依次增大的11~17号元素,下列说法不正确的是( )
A.原子半径逐渐减小
B.电子层数逐渐增多
C.最高正化合价逐渐增高
D.元素的非金属性逐渐增强
答案
B
解析
随原子序数的递增,11~17号元素的原子半径依次减小,A不符合题目要求;11~17号元素原子的电子层数相同,B符合题目要求;11~17号元素的最高正价从+1价到+7价依次升高,C不符合题目要求;11~17号元素的非金属性逐渐增强,D不符合题目要求。
易错警示
关于元素化合价的周期性变化,要注意有些元素有多种价态,随原子序数递增呈周期性变化的一般是最高正价和最低负价。
变式训练
1-1X元素的阳离子与Y元素的阴离子具有相同的电子层结构,下列叙述正确的是( )
A.原子序数XB.原子半径XC.离子半径X>Y
D.原子最外层电子数X答案
D
解析
X元素的阳离子和Y元素的阴离子具有相同的电子层结构,则X元素的原子比Y元素的原子多一个电子层,X为金属元素,最外层电子数较少,Y为非金属元素,最外层电子数相对较多,故原子序数X>Y,原子最外层电子数XY,B错误;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,所以离子半径X变式训练
1-2某元素X的原子有3个电子层,其气态氢化物的化学式为H2X,下列叙述不正确的是( )
A.该元素的原子最外电子层上有6个电子
B.该元素最高价氧化物的化学式为XO2
C.该元素是非金属元素
D.该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H2XO4
答案
B
解析
根据元素X的气态氢化物化学式为H2X可知,元素X显-2价,最高正化合价为+6价,原子最外电子层有6个电子;最高价氧化物的化学式为XO3,最高价氧化物对应水化物的化学式为H2XO4;存在气态氢化物的元素为非金属元素。
探究二
元素金属性、非金属性的周期性变化
【问题探究】
1.哪些事实可以说明钠、镁、铝的金属性强弱?
提示
通过Na、Mg与水反应的剧烈程度可以说明Na、Mg的金属性强弱;通过比较Mg、Al与酸反应的剧烈程度可说明Mg、Al的金属性强弱;通过比较Na、Mg、Al最高价氧化物对应水化物的碱性强弱可说明三种金属元素的金属性强弱。
2.哪些事实可以说明Si、P、S、Cl等元素的非金属性强弱?
提示
通过比较单质与H2化合的难易程度,可得出元素非金属性由强到弱顺序Cl>S>P>Si;通过气态氢化物的稳定性由弱到强顺序SiH43.什么是两性氢氧化物?举例写出相关反应的化学方程式。
提示
既能与酸反应生成盐和水又能与强碱溶液反应生成盐和水的氢氧化物是两性氢氧化物。氢氧化铝是典型的两性氢氧化物,Al(OH)3与盐酸或NaOH溶液反应的化学方程式为:Al(OH)3+3HCl
===
AlCl3+3H2O,Al(OH)3+NaOH
===
NaAlO2+2H2O。
【深化拓展】
观察下表中11~17号元素的单质及其化合物的性质,找出变化规律,总结出元素金属性、非金属性的变化规律。
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
18
元素符号
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
金属单质
和水(或
酸)反应
与冷水剧
烈反应
与热水较快反应;与盐酸剧烈反应
与盐酸反
应较快
—
稀有气体元素
非金属
单质与
氢气反应
—
高温
磷蒸气与
H2能反应
须
加热
光照或
点燃
原子序数
11
12
13
14
15
16
17
18
元素符号
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
最高价氧
化物对应
水化物的
酸碱性
NaOH
强碱
Mg(OH)2
中强碱
Al(OH)3
两性氢氧
化物
H4SiO4
弱酸
H3PO4
中强酸
H2SO4
强酸
HClO4
最
强酸
?
得失电
子能力
?
失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强
元素性
质递变
?
金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强
【素能应用】
典例2下列事实能说明金属A比金属B更活泼的是( )
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原子多
C.1
mol
A从酸中置换出的H2比1
mol
B多
D.常温下,A能与酸反应生成氢气,而B不能
答案
D
解析
比较金属的活泼性不能根据最外层电子数的多少,如Li的最外层电子数比Ca少,但不如Ca活泼,Na的最外层电子数比Al少,Na比Al活泼,A项错误;比较金属的活泼性不能根据原子电子层数的多少,如Li的电子层数比Al少,但Li比Al活泼,B项错误;比较金属的活泼性不能根据生成氢气的多少来判断,例如1
mol
Al与酸反应生成的H2比1
mol
Mg与酸反应生成的H2多,但Mg的活泼性比Al强,C项错误;常温时,A能与酸反应生成氢气,而B不能,说明A更易失去电子,金属A肯定比金属B的活泼性强,D项正确。
易错警示
元素金属性、非金属性的强弱与元素原子得失电子数目的多少无关,只与得失电子的难易有关。
变式训练
2-1下列相关性质递变的叙述正确的是( )
A.Na、Mg、Al在反应中失去电子数依次增多,元素金属性依次增强
B.Si、P、S元素的最高正价依次降低
C.C、N、O的原子半径依次减小
D.Na、Mg、Al最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强
答案
C
解析
Na、Mg、Al的金属性强弱与反应中原子失去电子的数目无关,A项错误;Si、P、S元素的最高正价依次升高,B项错误;C、N、O的原子半径依次减小,C项正确;Na、Mg、Al最高价氧化物对应水化物的碱性依次减弱,D项错误。
变式训练
2-2下列各组物质的性质比较,不正确的是( )
A.原子半径:K>Cl>Na
B.热稳定性:HF>H2O>PH3
C.酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4
D.碱性:KOH>NaOH>Mg(OH)2
答案
A
解析
原子的电子层数越多,原子半径越大,电子层数相等时,原子半径随着原子序数的递增而减小,所以半径大小顺序是K>Na>Cl,A项错误;元素非金属性越强,其气态氢化物越稳定,非金属性:F>O>P,因此氢化物的稳定性:HF>H2O>PH3,B项正确;非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性:Cl>S>P,最高价氧化物对应水化物的酸性HClO4>H2SO4>H3PO4,C项正确;金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性:K>Na>Mg,因此最高价氧化物对应水化物的碱性:KOH>NaOH>Mg(OH)2,D项正确。
素养脉络
随堂检测
1.元素的性质随着原子序数的递增呈现周期性变化的根本原因是( )
A.元素的原子半径呈周期性变化
B.元素的化合价呈周期性变化
C.元素原子的电子层数呈周期性变化
D.元素原子的核外电子排布呈周期性变化
答案
D
解析
随着原子序数的递增,元素性质呈周期性变化的根本原因是元素原子的核外电子排布呈周期性变化。
2.1~18号元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,下列叙述正确的是( )
A.原子半径A>B>D>C
B.原子序数D>C>B>A
C.离子半径C3->D->B+>A2+
D.单质的还原性A>B>D>C
答案
C
解析
aA2+、bB+、cC3-、dD-具有相同的电子层结构,则原子序数存在
a-2=b-1=c+3=d+1,即原子序数大小顺序是A>B>D>C。A、B电子层数多于C、D,电子层数越多,原子半径越大;电子层数相同的原子,原子半径随着原子序数增大而减小;所以原子半径大小顺序是B>A>C>D,A错误。原子序数大小顺序是A>B>D>C,B错误。电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数增大而减小,原子序数大小顺序是A>B>D>C,所以离子半径大小顺序是C3->D->B+>A2+,C正确。元素的金属性越强,其单质的还原性越强,这几种元素金属性强弱顺序是B>A>C>D,D错误。
3.已知:A、B两元素的阴离子具有相同的电子层结构,A元素的阴离子半径大于B元素的阴离子半径,C和B两元素的原子核外电子层数相同,C元素的原子半径大于A元素的原子半径。A、B、C三种元素原子序数的关系是( )
A.A>B>C
B.B>A>C
C.C>A>B
D.A>C>B
答案
B
解析
A、B两元素的阴离子具有相同的电子层结构,A元素的阴离子半径大于B元素的阴离子半径,A在B的左侧;C和B两元素的原子核外电子层数相同,C元素的原子半径大于A元素的原子半径,C在A的左侧;A、B、C三种元素的原子序数的关系为B>A>C。
4.原子电子层数相同的X、Y、Z三种元素,已知它们的最高价氧化物对应水化物是HXO4、H2YO4、H3ZO4,则下列判断正确的是( )
A.含氧酸的酸性:H3ZO4>H2YO4>HXO4
B.非金属性:X>Y>Z
C.气态氢化物的稳定性按X、Z、Y顺序由强到弱
D.元素的负化合价的绝对值按X、Y、Z顺序由大到小
答案
B
解析
原子电子层数相同的X、Y、Z三种元素,它们最高价氧化物对应水化物是HXO4、H2YO4、H3ZO4,则X、Y、Z的最高正化合价分别为+7、+6、+5,则原子序数X>Y>Z,非金属性X>Y>Z,非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,故含氧酸的酸性H3ZO4第2课时 元素周期表及其应用
专题5
2021
内容索引
01
02
课前篇
素养初探
课堂篇
素养提升
素养目标
1.了解元素周期表的结构。
2.以碱金属和卤族元素为例,了解主族元素性质的递变规律,初步掌握元素性质与原子结构的关系,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。
3.初步学会元素周期表的应用,能根据元素在元素周期表中的位置和原子结构分析、预测、比较元素及其化合物的性质,培养学生宏观辨识与微观探析的核心素养。
4.体会元素周期律(表)在学习元素及其化合物性质知识及科学研究中的重要作用,感受元素周期律与元素周期表在化学学习、科学研究和生产实践中的价值。
课前篇
素养初探
【知识铺垫】
1.元素周期律:元素的性质随着核电荷数递增呈现周期性变化。主要包括元素原子半径、主要化合价、元素的金属性和非金属性等呈现周期性变化。
2.比较元素的金属性强弱,可以通过比较它的单质与水或酸反应置换出H2的难易。
3.比较元素的非金属性,可以通过比较它们与氢气反应生成氢化物的难易,气态氢化物的稳定性,或它们最高价氧化物对应水化物的酸性。
【必备知识】
1.元素周期表的结构
(1)元素周期表有7个周期,一、二、三周期为短周期,四、五、六、七周期为长周期。
(2)18列,16个族(7个主族,7个副族,1个Ⅷ族,1个0族)。
|
0族—最外层电子数为8(He为2)
|
Ⅷ族—周期表中第8、9、10三列
2.元素性质的递变规律
(1)同周期从左到右,元素的金属性依次减弱,非金属性依次增强,原子半径依次
减小。
(2)同主族从上到下,元素的金属性依次增强,非金属性依次减弱,原子或离子半径依次增大。
碱金属元素包括锂、钠、钾、铷、铯、钫,随着核电荷数增大,电子层数逐渐
增加,原子半径逐渐增大,失电子能力逐渐增强,金属性逐渐增强,单质还原性逐渐增强,氢氧化物的碱性逐渐增强。
卤族元素包括氟、氯、溴、碘等元素,随着核电荷数增大,电子层数逐渐
增加,原子半径逐渐增大,得电子能力逐渐减弱,非金属性逐渐减弱,单质的氧化性逐渐减弱,与氢化合的能力逐渐减弱,氢化物稳定性逐渐减弱。
3.分界线的应用
金属与非金属之间的分界线左下侧是金属元素,右上侧是非金属元素,位于分界线附近的元素既有金属性又有非金属性,大多数可用来制作半导体材料。
【正误判断】
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)元素周期表中同族元素最外层电子数相同,同周期元素电子层数相同。( )
(2)ⅠA族元素又称碱金属。( )
(3)最外层1个电子的元素(除H外)属于碱金属。( )
(4)碱金属均会与水剧烈反应,发生爆炸。( )
×
×
×
×
(5)自然界中存在游离态的碘单质。( )
(6)向氯水中逐滴加入碘化钾溶液,溶液颜色逐渐褪去。( )
(7)随着电子层数逐渐增加,同族金属元素原子半径逐渐增大,失电子能力逐渐增强。( )
(8)元素在元素周期表中的位置可以体现元素的原子结构和元素的性质特点。( )
(9)稀土元素多共生在同一矿物中。( )
×
×
√
√
√
课堂篇
素养提升
探究一
元素周期表的结构
【问题探究】
1.元素周期表的编排规则是什么?
提示
将已知元素中电子层数相同的元素按原子序数递增的顺序从左到右排成行,将最外电子层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序由上而下排成列,就可以得到元素周期表。
2.元素周期表包含几个周期?每个周期有多少种元素?
提示
3.元素周期表共有多少列?多少个族?哪些族有别称?
提示
ⅠA族(除氢外):碱金属元素
ⅣA族:碳族元素
ⅤA称:氮族元素
ⅥA族:氧族元素
ⅦA族:卤族元素
0族:稀有气体元素
【深化拓展】
1.各周期元素种数
类别
周期
序数
起止元素
包括元素
种数
核外电
子层数
稀有气体
原子序数
位置与结构的关系
短周期
1
H~He
2
1
2
周期序数=电子层数
2
Li~Ne
8
2
10
3
Na~Ar
8
3
18
长周期
4
K~Kr
18
4
36
5
Rb~Xe
18
5
54
6
Cs~Rn
32
6
86
7
Fr~Og
32
7
118
2.主族、副族及16个族排列顺序
0族、主族(A):长周期和短周期元素共同形成的纵列。
副族(B):只由长周期元素形成的纵列。
列
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
类别
主族
副族
Ⅷ族
副族
主族
0
名称
ⅠA
ⅡA
ⅢB
ⅣB
ⅤB
ⅥB
ⅦB
Ⅷ族
ⅠB
ⅡB
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0族
【素能应用】
典例1X、Y、Z是元素周期表中相邻的三种短周期元素,X和Y同周期,Y和Z同主族,三种元素原子的最外层电子数之和为17,核内质子数之和为31,则X、Y、Z是( )
A.Mg、Al、Si
B.Li、Be、Mg
C.N、O、S
D.P、S、O
答案
C
解析
方法1,排除法:根据X、Y、Z是元素周期表中相邻的三种短周期元素,X和Y同周期,Y和Z同主族,先排除均为同周期的A项;根据三种元素原子的核内质子数之和为31,排除B项和D项,C项符合题意。
方法2,罗列法:排出周期表中相邻的X、Y、Z元素的相对位置,有如下四种,其中设Y核内质子数为a:
变式训练
1-1我国的纳米基础研究能力已跻身于世界前列,如作为我国十大科技成果之一的RN就是一种合成纳米材料。已知该化合物的Rn+核外有28个电子,则R元素位于元素周期表的( )
A.第三周期ⅤA族
B.第四周期ⅢA族
C.第五周期ⅢA族
D.第四周期ⅤA族
答案
B
解析
根据纳米材料化学式为RN,氮元素显-3价,则Rn+为R3+,即R原子核外共有31个电子,R元素处于第四周期ⅢA族。
变式训练
1-2若下列图示为元素周期表中的一部分,元素M的原子序数为37的是( )
答案
B
解析
19号元素位于第四周期ⅠA族,第四周期有18种元素,M的原子序数为19+18+1=38,A项错误;20号元素位于第四周期ⅡA族,所以M的原子序数为20+18-1=37,B项正确;同理可得C项中M的原子序数为26+18+1=45;D项中M的原子序数为17+18+1=36。
探究二
碱金属元素原子结构与性质
【问题探究】
1.碱金属元素的原子结构有什么特点?预测有什么性质?
提示
碱金属原子最外层均为1个电子,在化学反应中容易失去电子,所以金属性较强;随着核电荷数增加,电子层数增多,原子半径增大,失去电子能力增强,金属性增强。
2.如何通过实验比较碱金属元素的金属性?结论是什么?
提示
碱金属与水反应的现象
碱金属
Li
Na
K
Rb
Cs
与水
反应的
现象
反应较为缓和,锂浮在水面,并以稳定、适中的速度释放出气体
反应迅速并放热,钠熔化成小球
反应迅速,伴有燃烧,轻微爆炸
剧烈反应,发生爆炸
剧烈反应,发生剧烈爆炸
结论:碱金属化学性质都比较活泼。由Li到Cs,随着电子层数增多,金属性逐渐增强。
3.简述碱金属元素的化学性质的相似性、递变性。
提示
相似性。碱金属元素原子的最外电子层上都只有1个电子,在化学反应中容易失去电子,金属性较强,它们的单质有较强的还原性,氢氧化物的碱性较强。
递变性:从Li到Cs,随着碱金属核电荷数的增加,原子的电子层数逐渐增多,原子核对最外层电子的引力逐渐减弱,原子失去电子的能力逐渐增强,即金属性逐渐增强,单质的还原性逐渐增强,氢氧化物的碱性逐渐增强。
【深化拓展】
1.碱金属元素原子结构与性质之间的关系
(1)相似性。
氢氧化物→最高价氧化物对应水化物的化学式
为ROH,且均属于碱
(2)递变性(按从Li到Cs的顺序)。
①与O2反应越来越剧烈,产物也越来越复杂。Li只能生成Li2O,Na能生成Na2O和Na2O2,K能生成K2O、K2O2、KO2等。
②与水反应越来越剧烈。K与水反应发生轻微爆炸,Rb、Cs遇水则发生剧烈爆炸。
③最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强。即碱性:
LiOH2.结构与性质的关系
典例2下列关于碱金属元素的说法错误的是( )
A.碱金属单质都能与水剧烈反应
B.碱金属单质都能与水反应生成碱和氢气
C.随着核电荷数的增多,碱金属元素的阳离子氧化性逐渐减弱
D.碱金属是典型的活泼金属,其原因是原子最外层都只有一个电子,化学反应中容易失去电子
答案
A
解析
锂与水反应不剧烈,A项错误;碱金属都能与水反应,生成对应的碱,B项正确;随着核电荷数的增多,碱金属阳离子得到电子的能力即氧化性逐渐减弱,C项正确;碱金属是活泼金属,与容易失去最外层的1个电子有关,D项正确。
方法点拨分析碱金属的性质时既要分析其相似性,也要分析其递变性,要从原子结构的相似性和不同点进行分析。
变式训练
2-1根据碱金属元素在空气中燃烧及与水反应的剧烈程度的不同,可以得到的正确结论是( )
A.同主族元素自上而下,金属性减弱
B.同主族元素自上而下,得电子能力增强
C.同主族元素自上而下,原子半径变小
D.同主族元素自上而下,元素的金属性增强
答案
D
解析
碱金属单质从Li到Cs越来越容易与空气中的O2反应,与O2及与水反应越来越剧烈,这些事实说明碱金属元素从Li到Cs的金属性逐渐增强。
变式训练
2-2下图表示ⅠA族金属元素(又称为碱金属)的某些性质与核电荷数的变化关系,则下列各性质中不符合图示关系的是( )
A.金属性
B.与水反应的剧烈程度
C.阳离子的氧化性
D.原子半径
答案
C
解析
由图示可知,随着核电荷数的增大,碱金属的金属性逐渐增强;其单质与水反应剧烈程度增大;随核电荷数增大,其原子半径逐渐增大,A、B、D三项正确。随碱金属核电荷数的递增,其阳离子的氧化性逐渐减弱,C项符合题目要求。
探究三
卤族元素
【问题探究】
1.卤素单质与氢气的反应条件有什么不同?生成氢化物的稳定性有什么差异?据此可以得出什么结论?
提示
单质
F2
Cl2
Br2
I2
相似性
H2+X2===2HX(X代表卤素原子)
递变性
反应条件
黑暗处
光照或点燃
加热
持续加热
反应剧烈程度
越来越弱
产物的稳定性
HF>HCl>HBr>HI
结论
F、Cl、Br、I非金属性依次减弱
2.卤素单质间的置换反应有什么现象?据此可以得出什么结论?
提示
【深化拓展】
1.卤素原子结构及其性质
卤族元素
(F
Cl
Br
I)
原子
结构
同:最外层都有7个电子
异:质子数依次增加
电子层数依次增加
原子半径依次增大(离子半径也依次增加)
元素
性质
同:都是活泼非金属,最高正价均为+7价(F元素无正价);最低负价均为-1价
异:非金属性依次减弱
得电子能力依次减弱(氟是非金属性最强的元素)
卤族元素
(F
Cl
Br
I)
单质
性质
同:均有颜色;易溶于有机溶剂(溴,碘);具有氧化性
异:颜色逐渐变深;熔、沸点逐渐升高;氧化性依次减弱;与氢化合依次变难;与水反应程度依次变微弱
化合物性质
氢化物HX:均易溶于水;稳定性依次减弱;水溶液的酸性依次增强
最高价氧化物对应水化物酸性依次减弱(氟元素不显正价,HClO4为最强酸)
2.卤素原子结构与性质之间的关系
【素能应用】
典例3按从F到I的顺序,下列关于卤族元素性质的递变规律正确的是( )
A.单质的熔、沸点逐渐降低
B.卤素阴离子的还原性逐渐增强
C.气态氢化物的稳定性逐渐增强
D.单质的氧化性逐渐增强
答案
B
解析
卤素单质F2、Cl2、Br2、I2的状态分别是气态、气态(熔、沸点比前者高)、液态和固态,所以单质熔、沸点的变化规律是逐渐升高;随着核电荷数的增加,卤素原子得电子能力逐渐减弱,但卤素阴离子的还原性F-方法点拨根据物质的状态判断物质熔、沸点高低是常用的方法。
变式训练
3-1下列说法不能作为比较卤族元素非金属性强弱依据的是( )
A.F2、Cl2、Br2、I2跟氢气反应的剧烈程度逐渐减小
B.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱
C.F-、Cl-、Br-、I-的还原性依次增强
D.HF、HCl、HBr、HI水溶液的酸性依次增强
答案
D
解析
比较元素非金属性强弱的依据有①单质与氢气化合的难易程度;②气态氢化物的稳定性强弱;③最高价氧化物对应水化物的酸性强弱;④对应单质的氧化性强弱等。不能用氢化物水溶液的酸性强弱判断元素非金属性强弱,故A、B正确,D错误;一般来说单质的氧化性越强,其对应的简单阴离子的还原性越弱,对应元素的非金属性越强,即C正确。
变式训练
3-2关于卤素单质及其化合物性质的下列比较,不正确的是( )
A.熔、沸点:F2B.颜色:F2、Cl2、Br2、I2逐渐加深
C.还原性:HF>HCl>HBr>HI
D.稳定性:HF>HCl>HBr>HI
答案
C
解析
卤素单质的熔、沸点按从F2到I2的顺序逐渐升高,A不符合题目要求;卤素单质的颜色从F2到I2逐渐加深,B不符合题目要求;氢化物的还原性从HF到HI逐渐增强,C符合题目要求;氢化物的稳定性从HF到HI逐渐减弱,D不符合题目要求。
探究四
元素周期表的应用
【问题探究】
1.分析下表元素金属性、非金属性变化规律,填写在表中空白处。
提示
①元素金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强
②元素金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱
③元素金属性逐渐增强
④元素非金属性逐渐增强
2.元素周期表是元素周期律的具体表现形式,在下表中将有关“应用领域”和对应的“重点关注的元素”连接起来。
应用领域
重点关注的元素
A.寻找新型半导体材料
B.寻找优良催化剂
C.研制耐高温、耐腐蚀的合金材料
D.常见研制新型农药的元素
(1)元素周期表中的过渡元素
(2)金属与非金属分界线附近
(3)F、Cl、S、P元素的位置附近
提示
A连(2) B连(1) C连(1) D连(3)
【深化拓展】
元素的“位、构、性”关系可表示如下:
(1)结构与位置的互推
①电子层数=周期数。
②质子数=原子序数。
③主族元素原子最外层电子数=主族序数。
④主族元素的最高正价=族序数(氧、氟除外),│最低负价│=主族序数-8。
(2)性质与位置的互推
①根据元素的性质可以推知元素在元素周期表中的位置:若同周期元素A、B、C的金属性逐渐增强,则A、B、C在同周期中按照C、B、A的顺序从左到右排列。
②根据元素在元素周期表中的位置关系可以推断元素的性质:若同主族元素A、B、C在同一主族中从上往下排列,则可推知A、B、C的单质的氧化性依次减弱或还原性依次增强。
(3)结构与性质的互推
①若某元素原子的最外层电子数小于4,则该元素原子在反应中容易失电子;若某元素原子的最外层电子数大于4,则该元素原子在反应中容易得电子。
②若某元素原子在反应中容易得电子,则该元素原子的最外层电子数大于4;若某元素原子在反应中容易失电子,则该元素原子的最外层电子数小于4。
【注意】位置、结构和性质的关系:
【素能应用】
典例4根据下表中的信息进行判断,以下叙述正确的是( )
短周期元素代号
L
M
Q
R
T
原子半径/nm
0.160
0.143
0.089
0.102
0.074
主要化合价
+2
+3
+2
+6、-2
-2
A.氢化物的稳定性为H2TB.单质与稀盐酸反应的速率为LC.M最高价氧化物对应水化物具有两性
D.L2+与R2-的核外电子数相等
答案
C
解析
短周期元素T只有-2价,则T为O元素,R为S元素。L、M、Q只有正价,原子半径L>Q,则L为Mg元素,Q为Be元素,M的原子半径介于L、Q之间,则M为Al元素。氧元素的非金属性强于硫元素,则H2O的稳定性强于H2S,A项错误;Mg比Be金属性强,则单质与稀盐酸反应的剧烈程度为L>Q,B项错误;M最高价氧化物对应水化物是Al(OH)3,Al(OH)3是两性氢氧化物,C项正确;L2+的核外电子数为12-2=10,R2-的核外电子数为16+2=18,D项错误。
方法点拨同族元素性质有相似性,如Be、Mg同族,均能与盐酸反应,但由于镁电子层数多,原子半径大,故失去电子能力更强,金属性更强,即同主族元素由上到下元素的金属性增强。
变式训练
4-1下列关于元素周期表应用的说法正确的是( )
A.为元素性质的系统研究提供指导,为新元素的发现提供线索
B.在金属与非金属的交界处,寻找可做催化剂的合金材料
C.在ⅠA、ⅡA族元素中,寻找制造农药的元素
D.在过渡元素中寻找半导体材料
答案
A
解析
元素周期表是元素周期律的具体表现形式,它反映元素原子结构与元素及其化合物性质相互联系的规律,为元素及其化合物性质的系统研究提供指导,为新元素的发现及预测其原子结构和性质提供线索,A正确;在元素周期表中金属和非金属的分界处可以找到半导体材料,B错误;通常制造农药的主要元素有F、Cl、S、P等元素,这些元素并不在ⅠA、ⅡA族元素中,C错误;可在过渡元素中寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料,D错误。
变式训练
4-2元素周期表和元素周期律可以指导人们进行规律性的推测和判断。下列说法不合理的是( )
A.若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>Y
B.由水溶液的酸性:HCl>H2S,可推断元素的非金属性:Cl>S
C.硅、锗都位于金属与非金属的交界处,都可以作半导体材料
D.Cs和Ba分别位于第六周期ⅠA族和ⅡA族,碱性:CsOH>Ba(OH)2
答案
B
解析
若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则X处于Y的下一周期,故原子序数:X>Y,A正确;元素的非金属性与元素最高价氧化物对应水化物的酸性强弱有关,与氢化物水溶液的酸性无关,B错误;硅、锗都位于金属与非金属的交界处,具有一定金属性与非金属性,都可以作半导体材料,C正确;Cs和Ba分别位于第六周期ⅠA族和ⅡA族,同周期元素从左到右金属性减弱,即金属性Cs>Ba,金属性越强的元素,其最高价氧化物对应水化物的碱性越强,故碱性CsOH>Ba(OH)2,D正确。
素养脉络
随堂检测
1.下列元素属于ⅦA族的是( )
A.氧
B.氯
C.钠
D.硫
答案
B
解析
氧元素位于第二周期ⅥA族,A不符合题意;氯元素位于第三周期ⅦA族,B符合题意;钠元素位于第三周期ⅠA族,C不符合题意;硫元素位于第三周期ⅥA族,D不符合题意。
2.按Li、Na、K、Rb、Cs顺序的下列叙述不正确的是( )
A.碱金属原子最外层都只有一个电子,在化学反应中容易失电子,表现出强还原性
B.单质的熔点和沸点依次降低
C.单质都能与水反应生成碱,都能在空气中燃烧生成过氧化物
D.原子半径逐渐增大,单质与水反应的剧烈程度逐渐增强
答案
C
解析
金属锂在空气中燃烧只能生成氧化锂。
3.下列各组气态氢化物的稳定性,按由强到弱的顺序排列的是( )
A.HI HCl H2S PH3
B.PH3 H2S HCl HBr
C.HF HCl H2S SiH4
D.NH3 PH3 H2S HCl
答案
C
解析
HI不如HCl稳定,A错误;B项中HCl最稳定,B错误;元素非金属性越强,其氢化物越稳定,C正确;D项中PH3最不稳定,D错误。
4.已知常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气,现按下图进行卤素的性质实验。玻璃管内装有分别滴有不同溶液的白色棉球,反应一段时间后,对图中指定部位的颜色描述正确的是( )
选项
①
②
③
④
A
黄绿色
橙色
蓝色
白色
B
无色
橙色
紫色
白色
C
黄绿色
橙色
蓝色
无色
D
黄绿色
无色
紫色
白色
答案
A
解析
根据卤素性质的递变性,Cl2能与NaBr、KI反应生成Br2和I2。由题中所给信息可写出相关反应的化学方程式:①KClO3+6HCl(浓)
===
KCl+3Cl2↑+3H2O(Cl2淡黄绿色);②Cl2+2NaBr
===
2NaCl+Br2(溴水为橙色);③Cl2+2KI
===
2KCl+I2(淀粉溶液遇I2变蓝色);④Cl2+2NaOH
===
NaCl+NaClO+H2O(棉球仍为白色)。
5.X、Y、Z、W均为短周期元素,它们在元素周期表中的相对位置如下图所示。若Z原子的最外层电子数是第一层电子数的3倍,下列说法正确的是( )
A.X的最常见气态氢化物的水溶液显酸性
B.W气态氢化物的稳定性比Z的气态氢化物的稳定性强
C.Z的单质与氢气反应比Y的单质与氢气反应剧烈
D.X的原子半径小于Y
答案
B
解析
X、Y、Z、W均为短周期元素,Z原子的最外层电子数是第一层电子数的3倍,则Z为S元素,结合相对位置可知,Y为O元素,X为N元素,W为Cl元素。X的最常见气态氢化物为氨气,其水溶液显碱性,A错误;W比Z的非金属性强,故W气态氢化物的稳定性比Z的强,B正确;非金属性O>S,所以Y的单质与氢气反应比Z剧烈,C错误;同周期,从左到右原子半径依次减小,故X的原子半径大于Y,D错误。(共33张PPT)
专题整合
专题5
2021
内容索引
01
02
知识网络
重难突破
知识网络
微观结构与物质的多样性
微观结构与物质的多样性
重难突破
突破1
化学用语
典例1下列化学用语的应用正确的是( )
答案
B
特别提醒常用化学用语是高考考查的重点内容,学习中注意掌握电子式、原子结构简图、结构式、分子结构模型等化学用语的正确应用,球棍模型和空间填充模型中要注意原子的相对大小。
答案
D
对点训练1-2下列化学用语的应用正确的是( )
答案
B
突破2
元素周期表与元素周期律的应用
典例2联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”,新版周期表包含118种元素。回答下列问题:
(1)碳元素在元素周期表中的位置是
。?
(2)将硅的元素符号填写在上述元素周期表相应的空格中。
(3)在上述元素周期表中,用实线画出元素周期表的上方边界。
(4)从原子结构角度解释碳化硅中碳元素显负价的原因?
。?
答案
(1)第二周期ⅣA族
(2)
(3)
(4)C、Si位于同一主族,从上到下随核电荷数递增,原子半径逐渐增大,原子核吸引电子的能力逐渐减弱,C、Si之间形成的共用电子对偏向C,所以碳元素显负价
(5)cd
解析
(1)碳元素的原子序数为6,电子层数为2,最外层电子数为4,在元素周期表中的位置是第二周期ⅣA族;(2)硅元素的原子序数为14,位于元素周期表第三周期ⅣA族。(3)元素周期表的左上方边界在第一周期ⅠA族H元素上方,右上方边界在第一周期0族He元素上方,左中间边界在第四周期的过渡元素上方,右中间边界在第二周期ⅢA族~ⅦA族的上方。(4)碳元素和硅元素均为ⅣA族
元素,硅的原子半径大于碳,同主族元素从上到下元素的非金属性依次减弱,原子核吸引电子的能力逐渐减弱,故C、Si之间形成的共用电子对偏向C,所以碳元素显负价,硅元素显正价。
(5)118号元素的原子有7个电子层,最外层电子数为8,则118号元素在周期表中位于第七周期0族,a正确;Og元素的原子序数为118,Og原子的核电荷数、质子数和核外电子数均为118,b正确;Og位于元素周期表中0族,0族稀有气体原子既不易得到电子也不易失去电子,c错误;中子数为179的Og核素的质量数为297,核素符号是
,d错误。
规律总结1.微粒半径
(1)同周期元素的原子半径:从左至右依次减小(稀有气体除外)。
(2)同主族元素的原子(或离子)半径:从上至下依次增大。
(3)核外电子排布相同的简单离子:随原子序数增大,离子半径减小。
如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
(4)同一元素形成的不同价态的离子:阴离子半径>原子半径>阳离子半径,价态越高,半径越小。如r(Cl-)>r(Cl);r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+);r(H-)>r(H)>r(H+)。
2.元素金属性、非金属性的判断
类型
同周期(从左至右)
同主族(从上至下)
性质
失电子能力(金属性)
逐渐减弱
逐渐增强
得电子能力(非金属性)
逐渐增强
逐渐减弱
单质的氧化性、还原性
氧化性逐渐增强、还原性逐渐减弱
氧化性逐渐减弱、还原性逐渐增强
最高价氧化物对应水化物的酸碱性
碱性逐渐减弱,酸性逐渐增强
碱性逐渐增强,酸性逐渐减弱
气态氢化物的稳定性
逐渐增强
逐渐减弱
(1)元素金属性强弱的判断依据。
①根据金属活动性顺序,排在前面的金属性较强。
②根据元素周期表中的位置(左下角元素金属性强)。
③与水或酸反应置换氢的难易,越易则金属性越强。
④盐溶液中的置换反应,若单质A能置换出单质B,则金属性A>B。
⑤最高价氧化物对应水化物碱性强弱,碱性越强者对应元素金属性越强。
(2)元素非金属性强弱的判断依据。
①根据元素周期表中的位置(除稀有气体外的右上方元素非金属性强)。
②最高价氧化物对应水化物的酸性越强,对应元素非金属性就越强。
③与氢气化合的难易及气态氢化物的稳定性。越易与氢气化合,气态氢化物越稳定,对应元素非金属性越强。
④根据在盐溶液中的置换反应来判断。
⑤气态氢化物(或对应阴离子)的还原性越强,对应元素的非金属性越弱。
⑥与同种金属反应的难易。如Cl2、S、I2与Fe的反应由易到难顺序为Cl2>S>I2,则元素的非金属性Cl>S>I。
对点训练2-1短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W的最外层电子数为内层电子数的3倍,X在短周期主族元素中金属性最强,W与Y属于同一主族。下列叙述正确的是( )
A.原子半径:r(Z)>r(X)>r(W)
B.W的简单气态氢化物的热稳定性比Y的弱
C.由W与X形成的一种化合物可作供氧剂
D.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强
答案
C
解析
短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W的最外层电子数为内层电子数的3倍,则W为氧元素;X在短周期主族元素中金属性最强,则X为钠元素;W与Y属于同一主族,则Y为硫元素;Z为短周期元素,原子序数比Y大,则Z为氯元素。同主族从上到下原子半径依次增大,同周期从左到右原子半径依次减小,故原子半径r(X)>r(Z)>r(W),A错误;元素的非金属性越强,其简单气态氢化物的稳定性越强,则W的简单气态氢化物H2O的热稳定性比Y的简单气态氢化物H2S强,B错误;W与X形成Na2O2可作供氧剂,C正确;元素的非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则H2SO4的酸性比HClO4的弱,D错误。
对点训练2-2部分元素在元素周期表中的分布如右图所示(虚线为金属元素与非金属元素的分界线),下列说法不正确的是( )
A.虚线左侧是金属元素
B.As处于第五周期ⅤA族
C.Si、Ge可作半导体材料
D.Sb既有金属性又有非金属性
答案
B
解析
虚线左下方的元素均为金属元素,A正确;由Si处于第三周期ⅣA族可推知,As处于第四周期第ⅤA族,B不正确;元素周期表中金属元素和非金属元素分界线附近的元素往往既具有金属性,也具有非金属性,可在分界线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等),C正确,D正确。
突破3
微粒间作用力与晶体
典例3短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。W的单质与水发生剧烈反应,生成一种酸和一种气体;X的一种单质(X4)在常温下容易自燃。下列叙述正确的是( )
A.单质的沸点:XB.简单离子的还原性:YC.简单氢化物的热稳定性:Z>W
D.化合物Y2Z2中含非极性共价键
答案
D
解析
W的单质与水发生剧烈反应,生成一种酸和一种气体,W为F元素;X的一种单质(X4)在常温下容易自燃,则X为P元素,四种元素均为短周期主族元素且原子序数依次增大,即Y为S元素,Z为Cl元素。X单质在常温下的状态为固态,Z的单质Cl2为气体,故沸点高低:X>Z,A错误;Cl的非金属性强于S,简单离子的还原性S2->Cl-,B错误;非金属性越强,其气态氢化物的稳定性越强,F的非金属性强于Cl,即简单氢化物的热稳定性HF>HCl,C错误;化合物Y2Z2为S2Cl2,结构式为Cl—S—S—Cl,含有非极性键,属于共价化合物,D正确。
要点点拨化学键与物质类别的关系
离子化合物中一定存在离子键,含原子团的离子化合物中还存在共价键。含离子键的化合物一定是离子化合物。只由非金属元素形成的铵盐是离子化合物,如NH4Cl、NH4NO3、(NH4)2SO4等。
共价化合物中一定含有共价键,一定没有离子键,但含有共价键的化合物不一定是共价化合物。共价键既可以存在于共价化合物中,也可以存在于离子化合物中,还可以存在于某些单质中。
对点训练3-1五种短周期元素X、Y、Z、W、M的原子序数依次增大,元素X与W位于同一主族,Z元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应,W原子的最外层电子数是次外层电子数的一半,M的最高正价与最低负价的绝对值之差为4,五种元素原子的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是( )
A.原子半径由大到小的顺序:M>Z>Y
B.元素金属性由强到弱的顺序:Y>Z
C.简单气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序:M>W>X
D.M分别与X、Y形成的化合物化学键类型相同
答案
B
解析
五种短周期的元素X、Y、Z、W、M的原子序数依次增大,Z元素的单质既能与盐酸反应也能与NaOH溶液反应,据此可知Z为Al元素;W原子的最外层电子数是次外层电子数的一半,由原子序数可以知道W为第三周期元素,则W为Si元素;元素X与W位于同一主族,X为C元素;M的最高正价与最低负价的绝对值之差为4,M为S元素;五种元素原子的最外层电子数之和为18,则Y的最外层电子数为18-4-4-3-6=1,则Y为Na元素。同一周期从左到右,原子半径逐渐减小,所以原子半径由大到小的顺序为Y>Z>M,A错误。同一周期从左到右,元素金属性减弱,所以元素金属性由强到弱的顺序Y>Z,B正确。元素非金属性越强,形成的气态氢化物的稳定性越强,因为非金属性S>C>Si,所以简单气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序为M>X>W,C错误。S与C、Na形成的化合物分别为CS2、Na2S;CS2属于共价化合物,存在共价键;Na2S属于离子化合物,存在离子键,D错误。
对点训练3-2W、X、Y、Z是四种短周期非金属元素,原子序数依次增大。W是原子半径最小的元素,X、Y原子核外L层的电子数之比为3∶4,X与Z同主族,W、X、Y、Z的最外层电子数之和为17。下列说法正确的是( )
A.单质的沸点:X>Z
B.X与W形成的化合物中一定只有极性键
C.氢化物的热稳定性:Z>Y
D.W、X、Y可形成离子化合物
答案
C
解析
W、X、Y、Z是四种短周期非金属元素,原子序数依次增大,W是原子半径最小的元素,则W为H元素,X、Y原子核外L层的电子数之比为3∶4,且原子序数Y>X,可知,X为第二周期元素,Y为第三周期元素,则X的L层电子数为6,X为O元素;X与Z同主族,则Z为S元素;W、X、Y、Z的最外层电子数之和为17,推出Y的最外层电子数为17-1-6-6=4,Y为第三周期的Si元素。常温下S为固体,氧气和臭氧为气体,则单质的沸点XY,C正确;根据元素组成可知,W、X、Y只能形成硅酸、原硅酸等共价化合物,D错误。