第四章 第二节 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
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| 名称 | 第四章 第二节 第2课时 元素周期表和元素周期律的应用 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-07 15:30:23 | ||
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文档简介
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第四章 第二节 元素周期律
第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
【学习目标】
1．了解元素周期表的简单分区，进一步认识元素周期表是元素周期律的具体表现形式。
2．学会用元素周期表和元素周期律的有关知识，指导科学研究和工农业生产。
【素养目标】
1．通过元素周期律、元素周期表的应用研究，培养学生“证据推理和模型认知”“科学态度和社会责任”的学科核心素养。
2．通过探究元素周期表的结构、物质结构和元素性质的关系规律，培养学生结构决定性质和性质反映结构的“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一：元素周期表的分区及化合价规律
1．元素周期表与元素周期律的关系
元素周期律的发现，对化学的发展有很大影响。元素周期表是元素周期律的表现形式，反映了元素之间的内在联系，是学习、研究、应用化学的一种重要工具。
2．元素周期表的金属区和非金属区
(1)金属元素和非金属元素在元素周期表中有相对明确的分区现象。如图所示，虚线左下方是金属元素，虚线右上方是非金属元素。
(2)分界线的划分：沿着周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之间画一条虚线，虚线的左面是金属元素，右面是非金属元素。
(3)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。
(4)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。
3．元素化合价与元素在周期表中位置的关系
(1)价电子
元素的化合价与原子的最外层电子数有密切关系，所以，元素原子的最外层电子也叫价电子。主族元素的价电子是最外层电子，过渡元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。
(2)主族元素最高正化合价＝主族序数＝最外层电子数(价电子数)。
(3)非金属元素的化合价
①最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数。
②最低负化合价等于使它达到8电子稳定结构所需要得到的电子数。
典例1．已知某原子最外层有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】F元素没有正价，故B表述不正确。
典例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的简单气态氢化物的化学式为H2R
B．R一定是第ⅣA族元素
C．R的简单气态氢化物比同周期其他元素的简单气态氢化物稳定
D．R一定是第四周期元素
【答案】A
【解析】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，说明该元素的最高化合价为＋6价，为第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。该元素最低化合价为－2价，则R的简单气态氢化物的化学式为H2R，故A正确；R一定是第ⅥA族元素，故B错误；根据同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强，简单气态氢化物的稳定性逐渐增强，R的简单气态氢化物比同周期位于其左侧其他元素的简单气态氢化物稳定，但比位于其右侧元素的简单氢化物的稳定性差，故C错误；根据题干信息不能确定元素所在的周期，故D错误。
知识点二：元素周期表和元素周期律的应用
1．元素的位置、结构、性质之间的关系
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，而根据元素的原子结构又可推测它在元素周期表中的位置和性质，三者之间的关系如图所示。
说明：三个定量关系
(1)电子层数＝周期序数
(2)最外层电子数＝主族序数＝最高正化合价(O、F除外)
(3)负化合价与最高正价的绝对值之和为8或2
2．科学预测：为新元素的发现和预测它们的原子结构和性质提供线索。
3．指导其他与化学相关的科学技术研究：
(1)在金属与非金属分界线附近的元素中寻找半导体材料。
(2)在周期表中的非金属区域探索研制农药的材料。
(3)在过渡元素中寻找制造催化剂和耐高温、耐腐蚀合金的元素。
典例3．根据元素所在元素周期表的位置，判断下列元素都能作为半导体材料的是( )
A．Si、K B．C、Si
C．Si、Ge D．As、Se
【答案】C
【解析】同主族元素性质相似，A项错误；紧靠虚线两侧可能是金属元素，也可能是非金属元素，B项错误；在虚线附近的元素具有金属性和非金属性，可寻找半导体材料，C项正确；耐高温合金材料通常属于过渡金属，位于虚线下方，D项错误。
典例4．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。下列说法正确的是 ( )
A．元素的性质总在不断发生明显的变化
B．紧靠虚线两侧的元素都是两性金属元素
C．可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)
D．可在虚线的右上方寻找耐高温材料
【答案】C
【解析】同主族元素的性质是相似的，同周期元素的性质是递变的，A项错误；紧靠虚线两侧的元素既表现金属性又表现非金属性，但没有两性金属元素这一说法，B项错误；耐高温材料应该在过渡元素中寻找，D项错误。
知识点三：元素推断
1．结构与位置互推是解题的基础
(1)掌握四个关系式
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，最低负价=主族序数 8。
(2)熟练掌握周期表中的一些特殊规律
①各周期元素种类数(分别为2、8、8、18、18、32、26)。
②稀有气体元素原子序数(分别为2、10、18、36、54、86)和所在周期(分别在第一到第六周期)。
③同族上下相邻元素原子序数的关系(相差2、8、18、32等各种情况)。
④同周期ⅡA族与ⅢA族元素原子序数差值(有1、11、25等情况)。
2．性质与位置互推是解题的关键
熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，主要包括：
(1)原子半径。 (2)元素的主要化合价。
(3)元素的金属性、非金属性。 (4)单质的氧化性、还原性。
(5)气态氢化物的稳定性。 (6)最高价氧化物对应水化物的酸碱性。
(7)金属从H2O或酸中置换H2的难易程度。
3．结构与性质的互推是解题的要素
(1)电子层数和最外层电子数决定元素原子的金属性和非金属性强弱。
(2)同主族元素最外层电子数相同，化学性质相似。
4．根据典型性特征推断
(1)元素的典型特征推断
①形成化合物种类最多的元素、形成的某种单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素为C。
②空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素为N。
③地壳中含量最多的元素、氢化物在通常情况下呈液态的元素为O。
④单质最轻的元素为H；最轻的金属单质为Li。
⑤单质在常温下呈液态的非金属元素为Br；金属元素为Hg。
⑥最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的短周期元素为Al。
(2)由特定物质的特性推断
①有颜色的气体：F2(淡黄绿色)、Cl2(黄绿色)、O3(淡蓝色)。
②有毒的气体：F2、Cl2、NO2、SO2、CO、NO、H2S。
③在空气中能产生白雾的气体：HCl、HBr、HI。
④能使湿润的品红试纸褪色的气体：Cl2、O3等。
⑤在空气中燃烧时火焰呈蓝色或淡蓝色的气体：H2、CO、CH4。
⑥能使带火星的木条复燃的气体：O2(常见的)。
⑦铁的化合物的颜色：FeO(黑色)、Fe3O4(黑色)、Fe2O3(红棕色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)、FeS(黑色)、FeCl3(棕黄色)、Fe2＋(溶液中为浅绿色)、Fe3＋(溶液中为黄色)。
⑧铜的化合物的颜色：Cu2O(暗红色)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、CuSO4(白色)、CuSO4·5H2O(蓝色)。
⑨银的化合物的颜色：AgCl(白色)、AgBr(淡黄色)、AgI(黄色)、Ag2S(黑色)。
⑩有漂白性的物质：O3、Na2O2、H2O2。
(3)综合利用“位、构、性”的关系推断
这类题目综合性强，难度较大，但若熟练掌握元素周期律的实质和元素周期表的结构知识，这一类问题便能顺利解决。
(4)由典例转化关系推断
①NaNa2ONa2O2 ②CCOCO2 ③AlCl3Al(OH)3AlO
④FeFe2＋Fe3＋ ⑤HClCl2HClO
典例5．如图是元素周期表中短周期的一部分。已知A元素原子的最外层电子数比其电子层数的3倍还多。下列关于表中六种元素的说法正确的是( )
X A M
Y Z N
A．X的单质在空气中可以燃烧
B．X、Y、Z三种元素中Y元素形成的单核阴离子半径最大
C．其最高价氧化物对应水化物中酸性最强的是A元素
D．A单质通入NaZ溶液中，根据反应现象可证明A、Z非金属性的相对强弱
【答案】B
【解析】由题意可知，A为第二周期元素，又因A元素原子的最外层电子数比其电子层数的3倍还多，得A的最外层电子数为7，所以A为氟元素。X为氧元素，O2不能燃烧，只能助燃，A项错误；X、Y、Z三种元素分别为O、S、Cl，它们形成的单核阴离子中S2－的半径最大，B项正确；其最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是Z(Cl)元素，C项错误；F2与NaCl溶液反应时，F2与H2O反应生成O2，不能与NaCl反应生成Cl2，D项错误。
典例6．下表所示的五种元素中，W、X、Y、Z为短周期元素，这四种元素的原子最外层电子数之和为22。下列说法正确的是( )
X Y
W Z
T
A. W、X、Y三种元素氢化物的稳定性依次降低
B．Z、W的最高价氧化物对应的水化物酸性较强的是W
C．五种元素均为非金属元素
D．T元素的单质具有半导体的特征，T与Z元素可形成化合物TZ4
【答案】D
【解析】设W的最外层电子数为a，故X的最外层电子数为a＋1，Y的最外层电子数为a＋2，Z的为a＋3，故有a＋a＋1＋a＋2＋a＋3＝22，故a＝4。A项，由周期表可知非金属性Y>X>W，故氢化物稳定性Y>X>W，错误；B项，最高价氧化物对应的水化物的酸性Z>W，错误；C项，若X、Y在第二周期，则T为锗，为金属元素，错误；D项，由计算可知Z为第ⅦA族，T为第ⅣA族，故二者可形成TZ4，正确。
知识点四：元素金属性和非金属性强弱的判断规律
1．元素金属性强弱的判断规律
本质：原子越易失电子，则金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断：
同一周期主族元素：从左到右，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱。
同一主族元素：从上到下，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐增强。
(2)在金属活动性顺序中越靠前，金属性越强。如Zn排在Cu的前面，则金属性：Zn>Cu。
(3)根据金属单质与水或者与酸(非氧化性酸如盐酸、稀硫酸等)反应置换出氢气的难易(或反应的剧烈)程度。置换出氢气越容易，则金属性就越强。如Zn与盐酸反应比Fe与盐酸反应更易置换出氢气，则金属性：Zn>Fe。
(4)根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性的强弱。碱性越强，则原金属单质的金属性就越强。如碱性NaOH>Mg(OH)2，则金属性：Na>Mg。
(5)一般情况下，金属单质的还原性越强，则元素的金属性就越强；对应金属阳离子的氧化性越强，则元素的金属性就越弱。如还原性Na>Mg，则金属性：Na>Mg，氧化性：Na+(6)根据置换反应，如Zn+Cu2+===Zn2++Cu，则金属性：Zn>Cu。
【点拨】①一般来说，在氧化还原反应中，单质的氧化性越强(或离子的还原性越弱)，则元素的非金属性就越强；单质的还原性越强(或离子的氧化性越弱)，则元素的金属性就越强。故一般来说，元素的金属性和非金属性的强弱判断方法与单质的氧化性和还原性的强弱判断方法是相一致的。②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易失去1个电子，而Mg易失去2个电子，但Na的金属性更强。
2．元素非金属性强弱的判断规律
本质：原子越易得电子，则非金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断
同一周期主族元素：从左到右，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐增强。
同一主族元素：从上到下，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐减弱。
(2)根据非金属元素单质与H2化合的难易程度：化合越容易，非金属性越强。如F2与H2在黑暗中就可反应，Br2与H2在加热条件下才能反应，则非金属性：F>Br。
(3)根据形成气态氢化物的稳定性：气态氢化物越稳定，元素的非金属性越强。如稳定性：HF>HCl，则非金属性：F>Cl。
(4)根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：酸性越强，对应非金属元素的非金属性就越强。如酸性：HClO4>HBrO4，则非金属性：Cl>Br。
(5)一般情况下，非金属单质的氧化性越强，则元素的非金属性就越强；对应阴离子的还原性越强，则元素的非金属性就越弱。如氧化性Cl2>Br2，则非金属性：Cl>Br。
(6)根据置换反应，如Cl2+2Br ===2Cl +Br2，则非金属性：Cl>Br。
(7)根据与同一种金属反应，生成化合物中金属元素的化合价的高低进行判断，如：Cu+Cl2CuCl2，2Cu+SCu2S，则非金属性：Cl>S。
核心价值与学科素养
典例7．门捷列夫在研究元素周期表时，科学地预言了11种尚未发现的元素，为它们在周期表中留下空位。例如，他认为在铝的下方有一个与铝类似的元素“类铝”，并预测了它的性质。1875年，法国化学家发现了这种元素，将它命名为镓。镓的性质与门捷列夫推测的一样。门捷列夫还预测在硅和锡之间存在一种元素——“类硅”，15年后该元素被德国化学家文克勒发现，为了纪念他的祖国，将其命名为“锗”。
(1)根据信息，元素周期表的伟大意义是什么？
(2)在现在的元素周期表中，ⅢB族有几种元素？同周期中ⅡA族与ⅢA族的元素的原子序数之差为多少？同主族元素中五、六周期的原子序数差为多少？
【答案】(1)利用元素周期表可以指导科学家发现未知元素并预测其性质，寻找一些催化剂或特定材料等。
(2)32；1或11或25；18或32。
典例8．奥地利首都维也纳一家矿场监督牟勒是第一个提取出碲的人。1782年牟勒从一种被当地人称为“奇异金”的矿石中提取出碲。
Te与O、S同主族。
(1)碲单质是什么状态的物质？说明理由 。
(2)碲的常见化合价有哪些？ 。
(3)碲单质有可能是半导体吗？ 。说明理由 。
【答案】 (1)固态。由上至下同主族非金属单质的熔点逐渐升高，硫单质是固体，故碲单质也是固体。
(2)－2、＋4、＋6。
(3)可能是半导体。碲位于金属与非金属分界线附近，具有一定的金属性。
【跟踪练习】 基础过关
1．锗是一种重要的半导体材料，用于制造晶体管及各种电子装置。锗(Ge)是第四周期第ⅣA族元素，门捷列夫把它命名为类硅，处于周期表中金属区与非金属区的交界线上，铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石、泥土和泉水中都含有微量的锗。
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】锗处于金属区与非金属区的交界线上，元素金属性和非金属性都较弱，反应中既不易得电子，也不易失去电子，常用作半导体材料；锗化氢(GeH4)稳定性很弱；锗和硅处于同一主族，主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱，则硅的非金属性大于锗，非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强，所以锗酸酸性比硅酸弱，为弱酸。碳酸溶于水，硅酸不溶于水，推知锗酸(H4GeO4)应难溶于水，故D错误。
2． 2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”，tián)，Ts的原子核外最外层电子数是7。下列说法不正确的是( )
A．Ts是第七周期第ⅦA族元素
B．Ts的同位素原子具有相同的电子数
C．Ts在同主族元素中非金属性最弱
D．HTs易溶于水，稳定性强，还原性强
【答案】D
【解析】元素周期表中第七周期0族为118号元素。117号元素位于118号左侧，即第ⅦA族，所以Ts是第七周期第ⅦA族元素，A正确；同位素是同种元素的不同原子，因此Ts的同位素原子具有相同的电子数，B正确；同主族元素从上到下非金属性依次减弱，所以Ts在同主族元素中非金属性最弱，C正确；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性减弱，所以HTs的稳定性较弱，D错误。
3．四种短周期元素在周期表中的位置如图，其中只有M为金属元素。下列说法不正确的是( )
A．Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比X的强
B．原子半径：ZC．X的简单气态氢化物的热稳定性比Z的强
D．X的最高化合价与负化合价的代数和为0
【答案】C
【解析】根据四种短周期元素的位置关系，可推断出Y、Z位于第二周期，M、X位于第三周期；又只有M是金属元素，由此可判断X、Y、Z、M分别是Si、N、O和Al。硝酸是强酸，硅酸是弱酸，A项正确；原子半径：OSiH4，C项错误；Si的正化合价为＋4，负化合价为－4，二者代数和为0，D项正确。
4． X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，其中只有Z是金属，W的单质是黄色固体， X、Y、W在周期表中的相对位置关系如图。下列说法正确的是( )
A．五种元素中，原子半径最大的是W
B．Y的氢化物的沸点比W的氢化物的沸点低
C．Y与Z 形成的化合物都可以和盐酸反应
D．Z的最高价氧化物的水化物是强碱
【答案】C
【解析】根据题给信息可知：W为硫，Y为氧、X为碳、Z为钠或镁或铝，Q为氯；A．五种元素中，原子半径最大的是Z，A错误；B．Y的氢化物(H2O)的沸点比W的氢化物(H2S)的沸点高，B错误；C．氧与钠、镁、铝形成的化合物分别为氧化钠、氧化镁、氧化铝，三者都可以和盐酸反应，C正确；D．当Z是Mg或Al时，Mg(OH)2或Al (OH)3都不是强碱，D错误。
5． 短周期元素W、X、Y、Z在周期表中的位置如图，其中Y所处的周期数与族序数相等。W最外层电子数是其内层电子数的3倍。下列说法不正确的是( )
A．X、Y、Z、W的原子半径依次减小
B．气态氢化物的稳定性：W>Z
C．W与X形成的化合物中只含有离子键
D．W与Y形成的化合物与NaOH溶液和盐酸都能反应
【答案】C
【解析】短周期元素中，W最外层电子数是其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，W为O元素；W、Z同主族，则Z为S元素；Y所处的周期序数与族序数相等，则Y为第三周期第ⅢA族元素，即Y为Al，由表中元素的位置可知X为Na。A．同周期主族元素自左而右原子半径减小、同主族元素自上而下原子半径增大，原子半径X>Y>Z>W，A项正确；B．非金属性O>S，氢化物稳定性H2O>H2S，B项正确；C．W与X形成的化合物有氧化钠、过氧化钠，过氧化钠中含有离子键、共价键，C项错误；D．W与Y形成的化合物为氧化铝，与NaOH溶液和盐酸都能反应，D项正确；答案选C。
折
能力达成
6． 1934年约里奥 居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核He)轰击金属原子X，得到核素Y，开创了人造放射性核素的先河：
X＋He―→Y＋n
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．X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】由X＋He―→Y＋n可得W＋4＝30＋1，则W＝27，设X的最外层电子数为x，结合题给信息可知，x＋x＋2＝8，解得x＝3，又X为金属原子，可得Z＝13，X为Al，Y为P。
Al的相对原子质量为27，A项错误；X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物，分别为AlCl3、PCl3，B项正确；根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知，X(Al)的原子半径大于Y(P)的，C项错误；Y(P)有多种含氧酸，如H3PO3和H3PO4等，D项错误。
7． 下列曲线分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系(Z为核电荷数，Y为元素的有关性质)。
(1)把与下面元素有关性质相符的曲线标号填入相应的空格中：
①第ⅡA族元素的价电子数________。②第三周期元素的最高化合价________。
③F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径________。
(2)元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知Y原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4；M元素原子的最外层电子数与电子层数之比为4∶3； N－、Z＋、X＋的半径逐渐减小；化合物XN常温下为气体。据此回答：
①X为________(名称)，Y为________(元素符号)，Z原子结构示意图为________。
②N的最高价氧化物的水化物的化学式为______________。
③工业上制取单质M的化学方程式为 。
【答案】(1)①b ②c ③a (2)①氢 O ②HClO4 ③SiO2＋2CSi＋2CO↑
【解析】(1)①第ⅡA族元素的价电子数都是2，b符合。
②第三周期元素的最高化合价从＋1价逐渐增大到＋7价，c符合。
③F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径为F－>Na＋>Mg2＋>Al3＋，a符合。
(2)已知Y原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4，则Y为O。M元素原子的最外层电子数与电子层数之比为4∶3，则M为Si。由X、Y、Z、M、N的原子序数关系和N、Z、X的简单离子形式可知，N为Cl，Z为Na，X为H。
8．A、B、C、D、E、F、G均为短周期元素，原子序数依次递增。A元素原子核内无中子，B元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，D是地壳中含量最多的元素，E是短周期中金属性最强的元素，F与G位置相邻，G是同周期元素中原子半径最小的主族元素。请回答下列问题：
(1)C在元素周期表中的位置为________，G的原子结构示意图是________。
(2)D与E按原子个数比1∶1形成化合物甲，其化学式为____________，向甲中滴加足量水时发生反应的化学方程式是_____________________________。
(3)E、F、G形成的简单离子，半径由大到小顺序是_________
_______________。(用离子符号表示)
(4)B、C、D的简单氢化物的还原性强弱顺序为______________(填分子式，下同)热稳定强弱顺序为______________。
(5)F、G的最高价氧化物的水化物的分子式为________________，酸性较强为________________。
【答案】(1)第二周期第ⅤA族 (2)Na2O2 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
(3)S2－>Cl－>Na＋ (4)CH4>NH3>H2O，H2O>NH3>CH4
(5)H2SO4、HClO4 HClO4
【解析】 (1)由题给信息知A为H，B为C，D为O，E为Na，F为S，G为Cl，由B、D可知C为N。
(2)Na与O可形成Na2O、Na2O2，Na2O2与H2O反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。
(3)Na＋核外电子排布示意图为 ，Cl－、S2－核外电子排布示意图为 ，故离子半径：S2－>Cl－>Na＋。
(4)非金属性越强，气态氢化物的还原性越弱，热稳定性越强。
(5)非金属性越强，最高价含氧酸酸性越强。
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第四章 第二节 元素周期律
第2课时 元素周期表和元素周期律的应用
【学习目标】
1．了解元素周期表的简单分区，进一步认识元素周期表是元素周期律的具体表现形式。
2．学会用元素周期表和元素周期律的有关知识，指导科学研究和工农业生产。
【素养目标】
1．通过元素周期律、元素周期表的应用研究，培养学生“证据推理和模型认知”“科学态度和社会责任”的学科核心素养。
2．通过探究元素周期表的结构、物质结构和元素性质的关系规律，培养学生结构决定性质和性质反映结构的“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。
必备知识与关键能力
知识点一：元素周期表的分区及化合价规律
1．元素周期表与元素周期律的关系
元素周期律的发现，对化学的发展有很大影响。元素周期表是元素周期律的表现形式，反映了元素之间的内在联系，是学习、研究、应用化学的一种重要工具。
2．元素周期表的金属区和非金属区
(1)金属元素和非金属元素在元素周期表中有相对明确的分区现象。如图所示，虚线左下方是金属元素，虚线右上方是非金属元素。
(2)分界线的划分：沿着周期表中B、Si、As、Te、At和Al、Ge、Sb、Po之间画一条虚线，虚线的左面是金属元素，右面是非金属元素。
(3)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。
(4)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。
3．元素化合价与元素在周期表中位置的关系
(1)价电子
元素的化合价与原子的最外层电子数有密切关系，所以，元素原子的最外层电子也叫价电子。主族元素的价电子是最外层电子，过渡元素的价电子包括最外层电子及次外层或倒数第三层的部分电子。
(2)主族元素最高正化合价＝主族序数＝最外层电子数(价电子数)。
(3)非金属元素的化合价
①最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数。
②最低负化合价等于使它达到8电子稳定结构所需要得到的电子数。
典例1．已知某原子最外层有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】F元素没有正价，故B表述不正确。
典例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的简单气态氢化物的化学式为H2R
B．R一定是第ⅣA族元素
C．R的简单气态氢化物比同周期其他元素的简单气态氢化物稳定
D．R一定是第四周期元素
【答案】A
【解析】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，说明该元素的最高化合价为＋6价，为第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。该元素最低化合价为－2价，则R的简单气态氢化物的化学式为H2R，故A正确；R一定是第ⅥA族元素，故B错误；根据同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强，简单气态氢化物的稳定性逐渐增强，R的简单气态氢化物比同周期位于其左侧其他元素的简单气态氢化物稳定，但比位于其右侧元素的简单氢化物的稳定性差，故C错误；根据题干信息不能确定元素所在的周期，故D错误。
知识点二：元素周期表和元素周期律的应用
1．元素的位置、结构、性质之间的关系
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，而根据元素的原子结构又可推测它在元素周期表中的位置和性质，三者之间的关系如图所示。
说明：三个定量关系
(1)电子层数＝周期序数
(2)最外层电子数＝主族序数＝最高正化合价(O、F除外)
(3)负化合价与最高正价的绝对值之和为8或2
2．科学预测：为新元素的发现和预测它们的原子结构和性质提供线索。
3．指导其他与化学相关的科学技术研究：
(1)在金属与非金属分界线附近的元素中寻找半导体材料。
(2)在周期表中的非金属区域探索研制农药的材料。
(3)在过渡元素中寻找制造催化剂和耐高温、耐腐蚀合金的元素。
典例3．根据元素所在元素周期表的位置，判断下列元素都能作为半导体材料的是( )
A．Si、K B．C、Si
C．Si、Ge D．As、Se
【答案】C
【解析】同主族元素性质相似，A项错误；紧靠虚线两侧可能是金属元素，也可能是非金属元素，B项错误；在虚线附近的元素具有金属性和非金属性，可寻找半导体材料，C项正确；耐高温合金材料通常属于过渡金属，位于虚线下方，D项错误。
典例4．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。下列说法正确的是 ( )
A．元素的性质总在不断发生明显的变化
B．紧靠虚线两侧的元素都是两性金属元素
C．可在虚线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等)
D．可在虚线的右上方寻找耐高温材料
【答案】C
【解析】同主族元素的性质是相似的，同周期元素的性质是递变的，A项错误；紧靠虚线两侧的元素既表现金属性又表现非金属性，但没有两性金属元素这一说法，B项错误；耐高温材料应该在过渡元素中寻找，D项错误。
知识点三：元素推断
1．结构与位置互推是解题的基础
(1)掌握四个关系式
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，最低负价=主族序数 8。
(2)熟练掌握周期表中的一些特殊规律
①各周期元素种类数(分别为2、8、8、18、18、32、26)。
②稀有气体元素原子序数(分别为2、10、18、36、54、86)和所在周期(分别在第一到第六周期)。
③同族上下相邻元素原子序数的关系(相差2、8、18、32等各种情况)。
④同周期ⅡA族与ⅢA族元素原子序数差值(有1、11、25等情况)。
2．性质与位置互推是解题的关键
熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，主要包括：
(1)原子半径。 (2)元素的主要化合价。
(3)元素的金属性、非金属性。 (4)单质的氧化性、还原性。
(5)气态氢化物的稳定性。 (6)最高价氧化物对应水化物的酸碱性。
(7)金属从H2O或酸中置换H2的难易程度。
3．结构与性质的互推是解题的要素
(1)电子层数和最外层电子数决定元素原子的金属性和非金属性强弱。
(2)同主族元素最外层电子数相同，化学性质相似。
4．根据典型性特征推断
(1)元素的典型特征推断
①形成化合物种类最多的元素、形成的某种单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素为C。
②空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素为N。
③地壳中含量最多的元素、氢化物在通常情况下呈液态的元素为O。
④单质最轻的元素为H；最轻的金属单质为Li。
⑤单质在常温下呈液态的非金属元素为Br；金属元素为Hg。
⑥最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的短周期元素为Al。
(2)由特定物质的特性推断
①有颜色的气体：F2(淡黄绿色)、Cl2(黄绿色)、O3(淡蓝色)。
②有毒的气体：F2、Cl2、NO2、SO2、CO、NO、H2S。
③在空气中能产生白雾的气体：HCl、HBr、HI。
④能使湿润的品红试纸褪色的气体：Cl2、O3等。
⑤在空气中燃烧时火焰呈蓝色或淡蓝色的气体：H2、CO、CH4。
⑥能使带火星的木条复燃的气体：O2(常见的)。
⑦铁的化合物的颜色：FeO(黑色)、Fe3O4(黑色)、Fe2O3(红棕色)、Fe(OH)2(白色)、Fe(OH)3(红褐色)、FeS(黑色)、FeCl3(棕黄色)、Fe2＋(溶液中为浅绿色)、Fe3＋(溶液中为黄色)。
⑧铜的化合物的颜色：Cu2O(暗红色)、CuO(黑色)、Cu(OH)2(蓝色)、CuSO4(白色)、CuSO4·5H2O(蓝色)。
⑨银的化合物的颜色：AgCl(白色)、AgBr(淡黄色)、AgI(黄色)、Ag2S(黑色)。
⑩有漂白性的物质：O3、Na2O2、H2O2。
(3)综合利用“位、构、性”的关系推断
这类题目综合性强，难度较大，但若熟练掌握元素周期律的实质和元素周期表的结构知识，这一类问题便能顺利解决。
(4)由典例转化关系推断
①NaNa2ONa2O2 ②CCOCO2 ③AlCl3Al(OH)3AlO
④FeFe2＋Fe3＋ ⑤HClCl2HClO
典例5．如图是元素周期表中短周期的一部分。已知A元素原子的最外层电子数比其电子层数的3倍还多。下列关于表中六种元素的说法正确的是( )
X A M
Y Z N
A．X的单质在空气中可以燃烧
B．X、Y、Z三种元素中Y元素形成的单核阴离子半径最大
C．其最高价氧化物对应水化物中酸性最强的是A元素
D．A单质通入NaZ溶液中，根据反应现象可证明A、Z非金属性的相对强弱
【答案】B
【解析】由题意可知，A为第二周期元素，又因A元素原子的最外层电子数比其电子层数的3倍还多，得A的最外层电子数为7，所以A为氟元素。X为氧元素，O2不能燃烧，只能助燃，A项错误；X、Y、Z三种元素分别为O、S、Cl，它们形成的单核阴离子中S2－的半径最大，B项正确；其最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是Z(Cl)元素，C项错误；F2与NaCl溶液反应时，F2与H2O反应生成O2，不能与NaCl反应生成Cl2，D项错误。
典例6．下表所示的五种元素中，W、X、Y、Z为短周期元素，这四种元素的原子最外层电子数之和为22。下列说法正确的是( )
X Y
W Z
T
A. W、X、Y三种元素氢化物的稳定性依次降低
B．Z、W的最高价氧化物对应的水化物酸性较强的是W
C．五种元素均为非金属元素
D．T元素的单质具有半导体的特征，T与Z元素可形成化合物TZ4
【答案】D
【解析】设W的最外层电子数为a，故X的最外层电子数为a＋1，Y的最外层电子数为a＋2，Z的为a＋3，故有a＋a＋1＋a＋2＋a＋3＝22，故a＝4。A项，由周期表可知非金属性Y>X>W，故氢化物稳定性Y>X>W，错误；B项，最高价氧化物对应的水化物的酸性Z>W，错误；C项，若X、Y在第二周期，则T为锗，为金属元素，错误；D项，由计算可知Z为第ⅦA族，T为第ⅣA族，故二者可形成TZ4，正确。
知识点四：元素金属性和非金属性强弱的判断规律
1．元素金属性强弱的判断规律
本质：原子越易失电子，则金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断：
同一周期主族元素：从左到右，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱。
同一主族元素：从上到下，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐增强。
(2)在金属活动性顺序中越靠前，金属性越强。如Zn排在Cu的前面，则金属性：Zn>Cu。
(3)根据金属单质与水或者与酸(非氧化性酸如盐酸、稀硫酸等)反应置换出氢气的难易(或反应的剧烈)程度。置换出氢气越容易，则金属性就越强。如Zn与盐酸反应比Fe与盐酸反应更易置换出氢气，则金属性：Zn>Fe。
(4)根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性的强弱。碱性越强，则原金属单质的金属性就越强。如碱性NaOH>Mg(OH)2，则金属性：Na>Mg。
(5)一般情况下，金属单质的还原性越强，则元素的金属性就越强；对应金属阳离子的氧化性越强，则元素的金属性就越弱。如还原性Na>Mg，则金属性：Na>Mg，氧化性：Na+
【点拨】①一般来说，在氧化还原反应中，单质的氧化性越强(或离子的还原性越弱)，则元素的非金属性就越强；单质的还原性越强(或离子的氧化性越弱)，则元素的金属性就越强。故一般来说，元素的金属性和非金属性的强弱判断方法与单质的氧化性和还原性的强弱判断方法是相一致的。②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易失去1个电子，而Mg易失去2个电子，但Na的金属性更强。
2．元素非金属性强弱的判断规律
本质：原子越易得电子，则非金属性就越强。
(1)根据元素周期表进行判断
同一周期主族元素：从左到右，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐增强。
同一主族元素：从上到下，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐减弱。
(2)根据非金属元素单质与H2化合的难易程度：化合越容易，非金属性越强。如F2与H2在黑暗中就可反应，Br2与H2在加热条件下才能反应，则非金属性：F>Br。
(3)根据形成气态氢化物的稳定性：气态氢化物越稳定，元素的非金属性越强。如稳定性：HF>HCl，则非金属性：F>Cl。
(4)根据最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：酸性越强，对应非金属元素的非金属性就越强。如酸性：HClO4>HBrO4，则非金属性：Cl>Br。
(5)一般情况下，非金属单质的氧化性越强，则元素的非金属性就越强；对应阴离子的还原性越强，则元素的非金属性就越弱。如氧化性Cl2>Br2，则非金属性：Cl>Br。
(6)根据置换反应，如Cl2+2Br ===2Cl +Br2，则非金属性：Cl>Br。
(7)根据与同一种金属反应，生成化合物中金属元素的化合价的高低进行判断，如：Cu+Cl2CuCl2，2Cu+SCu2S，则非金属性：Cl>S。
核心价值与学科素养
典例7．门捷列夫在研究元素周期表时，科学地预言了11种尚未发现的元素，为它们在周期表中留下空位。例如，他认为在铝的下方有一个与铝类似的元素“类铝”，并预测了它的性质。1875年，法国化学家发现了这种元素，将它命名为镓。镓的性质与门捷列夫推测的一样。门捷列夫还预测在硅和锡之间存在一种元素——“类硅”，15年后该元素被德国化学家文克勒发现，为了纪念他的祖国，将其命名为“锗”。
(1)根据信息，元素周期表的伟大意义是什么？
(2)在现在的元素周期表中，ⅢB族有几种元素？同周期中ⅡA族与ⅢA族的元素的原子序数之差为多少？同主族元素中五、六周期的原子序数差为多少？
【答案】(1)利用元素周期表可以指导科学家发现未知元素并预测其性质，寻找一些催化剂或特定材料等。
(2)32；1或11或25；18或32。
典例8．奥地利首都维也纳一家矿场监督牟勒是第一个提取出碲的人。1782年牟勒从一种被当地人称为“奇异金”的矿石中提取出碲。
Te与O、S同主族。
(1)碲单质是什么状态的物质？说明理由 。
(2)碲的常见化合价有哪些？ 。
(3)碲单质有可能是半导体吗？ 。说明理由 。
【答案】 (1)固态。由上至下同主族非金属单质的熔点逐渐升高，硫单质是固体，故碲单质也是固体。
(2)－2、＋4、＋6。
(3)可能是半导体。碲位于金属与非金属分界线附近，具有一定的金属性。
【跟踪练习】 基础过关
1．锗是一种重要的半导体材料，用于制造晶体管及各种电子装置。锗(Ge)是第四周期第ⅣA族元素，门捷列夫把它命名为类硅，处于周期表中金属区与非金属区的交界线上，铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石、泥土和泉水中都含有微量的锗。
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】锗处于金属区与非金属区的交界线上，元素金属性和非金属性都较弱，反应中既不易得电子，也不易失去电子，常用作半导体材料；锗化氢(GeH4)稳定性很弱；锗和硅处于同一主族，主族元素的非金属性从上到下逐渐减弱，则硅的非金属性大于锗，非金属性越强，对应的最高价氧化物的水化物的酸性越强，所以锗酸酸性比硅酸弱，为弱酸。碳酸溶于水，硅酸不溶于水，推知锗酸(H4GeO4)应难溶于水，故D错误。
2． 2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”，tián)，Ts的原子核外最外层电子数是7。下列说法不正确的是( )
A．Ts是第七周期第ⅦA族元素
B．Ts的同位素原子具有相同的电子数
C．Ts在同主族元素中非金属性最弱
D．HTs易溶于水，稳定性强，还原性强
【答案】D
【解析】元素周期表中第七周期0族为118号元素。117号元素位于118号左侧，即第ⅦA族，所以Ts是第七周期第ⅦA族元素，A正确；同位素是同种元素的不同原子，因此Ts的同位素原子具有相同的电子数，B正确；同主族元素从上到下非金属性依次减弱，所以Ts在同主族元素中非金属性最弱，C正确；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性减弱，所以HTs的稳定性较弱，D错误。
3．四种短周期元素在周期表中的位置如图，其中只有M为金属元素。下列说法不正确的是( )
A．Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比X的强
B．原子半径：Z
D．X的最高化合价与负化合价的代数和为0
【答案】C
【解析】根据四种短周期元素的位置关系，可推断出Y、Z位于第二周期，M、X位于第三周期；又只有M是金属元素，由此可判断X、Y、Z、M分别是Si、N、O和Al。硝酸是强酸，硅酸是弱酸，A项正确；原子半径：O
4． X、Y、Z、W、Q是原子序数依次增大的五种短周期主族元素，其中只有Z是金属，W的单质是黄色固体， X、Y、W在周期表中的相对位置关系如图。下列说法正确的是( )
A．五种元素中，原子半径最大的是W
B．Y的氢化物的沸点比W的氢化物的沸点低
C．Y与Z 形成的化合物都可以和盐酸反应
D．Z的最高价氧化物的水化物是强碱
【答案】C
【解析】根据题给信息可知：W为硫，Y为氧、X为碳、Z为钠或镁或铝，Q为氯；A．五种元素中，原子半径最大的是Z，A错误；B．Y的氢化物(H2O)的沸点比W的氢化物(H2S)的沸点高，B错误；C．氧与钠、镁、铝形成的化合物分别为氧化钠、氧化镁、氧化铝，三者都可以和盐酸反应，C正确；D．当Z是Mg或Al时，Mg(OH)2或Al (OH)3都不是强碱，D错误。
5． 短周期元素W、X、Y、Z在周期表中的位置如图，其中Y所处的周期数与族序数相等。W最外层电子数是其内层电子数的3倍。下列说法不正确的是( )
A．X、Y、Z、W的原子半径依次减小
B．气态氢化物的稳定性：W>Z
C．W与X形成的化合物中只含有离子键
D．W与Y形成的化合物与NaOH溶液和盐酸都能反应
【答案】C
【解析】短周期元素中，W最外层电子数是其内层电子数的3倍，原子只能有2个电子层，最外层电子数为6，W为O元素；W、Z同主族，则Z为S元素；Y所处的周期序数与族序数相等，则Y为第三周期第ⅢA族元素，即Y为Al，由表中元素的位置可知X为Na。A．同周期主族元素自左而右原子半径减小、同主族元素自上而下原子半径增大，原子半径X>Y>Z>W，A项正确；B．非金属性O>S，氢化物稳定性H2O>H2S，B项正确；C．W与X形成的化合物有氧化钠、过氧化钠，过氧化钠中含有离子键、共价键，C项错误；D．W与Y形成的化合物为氧化铝，与NaOH溶液和盐酸都能反应，D项正确；答案选C。
折
能力达成
6． 1934年约里奥 居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核He)轰击金属原子X，得到核素Y，开创了人造放射性核素的先河：
X＋He―→Y＋n
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．X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】由X＋He―→Y＋n可得W＋4＝30＋1，则W＝27，设X的最外层电子数为x，结合题给信息可知，x＋x＋2＝8，解得x＝3，又X为金属原子，可得Z＝13，X为Al，Y为P。
Al的相对原子质量为27，A项错误；X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物，分别为AlCl3、PCl3，B项正确；根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知，X(Al)的原子半径大于Y(P)的，C项错误；Y(P)有多种含氧酸，如H3PO3和H3PO4等，D项错误。
7． 下列曲线分别表示元素的某种性质与核电荷数的关系(Z为核电荷数，Y为元素的有关性质)。
(1)把与下面元素有关性质相符的曲线标号填入相应的空格中：
①第ⅡA族元素的价电子数________。②第三周期元素的最高化合价________。
③F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径________。
(2)元素X、Y、Z、M、N均为短周期主族元素，且原子序数依次增大。已知Y原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4；M元素原子的最外层电子数与电子层数之比为4∶3； N－、Z＋、X＋的半径逐渐减小；化合物XN常温下为气体。据此回答：
①X为________(名称)，Y为________(元素符号)，Z原子结构示意图为________。
②N的最高价氧化物的水化物的化学式为______________。
③工业上制取单质M的化学方程式为 。
【答案】(1)①b ②c ③a (2)①氢 O ②HClO4 ③SiO2＋2CSi＋2CO↑
【解析】(1)①第ⅡA族元素的价电子数都是2，b符合。
②第三周期元素的最高化合价从＋1价逐渐增大到＋7价，c符合。
③F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋的离子半径为F－>Na＋>Mg2＋>Al3＋，a符合。
(2)已知Y原子最外层电子数与核外电子总数之比为3∶4，则Y为O。M元素原子的最外层电子数与电子层数之比为4∶3，则M为Si。由X、Y、Z、M、N的原子序数关系和N、Z、X的简单离子形式可知，N为Cl，Z为Na，X为H。
8．A、B、C、D、E、F、G均为短周期元素，原子序数依次递增。A元素原子核内无中子，B元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，D是地壳中含量最多的元素，E是短周期中金属性最强的元素，F与G位置相邻，G是同周期元素中原子半径最小的主族元素。请回答下列问题：
(1)C在元素周期表中的位置为________，G的原子结构示意图是________。
(2)D与E按原子个数比1∶1形成化合物甲，其化学式为____________，向甲中滴加足量水时发生反应的化学方程式是_____________________________。
(3)E、F、G形成的简单离子，半径由大到小顺序是_________
_______________。(用离子符号表示)
(4)B、C、D的简单氢化物的还原性强弱顺序为______________(填分子式，下同)热稳定强弱顺序为______________。
(5)F、G的最高价氧化物的水化物的分子式为________________，酸性较强为________________。
【答案】(1)第二周期第ⅤA族 (2)Na2O2 2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑
(3)S2－>Cl－>Na＋ (4)CH4>NH3>H2O，H2O>NH3>CH4
(5)H2SO4、HClO4 HClO4
【解析】 (1)由题给信息知A为H，B为C，D为O，E为Na，F为S，G为Cl，由B、D可知C为N。
(2)Na与O可形成Na2O、Na2O2，Na2O2与H2O反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑。
(3)Na＋核外电子排布示意图为 ，Cl－、S2－核外电子排布示意图为 ，故离子半径：S2－>Cl－>Na＋。
(4)非金属性越强，气态氢化物的还原性越弱，热稳定性越强。
(5)非金属性越强，最高价含氧酸酸性越强。
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