人教版高中化学必修第一册第四章物质结构元素周期律第二节第2课时元素周期表和元素周期律的应用学案

第2课时　元素周期表和元素周期律的应用
[学习目标]　1.能利用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。2.体会元素周期律(表)在学习元素及其化合物知识及科学研究中的重要作用。
任务一　元素周期表的分区和元素化合价规律
1．元素周期表的金属区和非金属区
请填写出图中序号所示内容：①增强；②Al；③Si；④非金属；⑤金属；⑥增强；⑦增强；⑧增强。
[交流研讨]　结合上图，回答下列问题：
(1)元素周期表的金属区和非金属区是如何分布的？并指出金属性、非金属性最强的元素(放射性元素除外)。
(2)位于分界线处的元素的性质有何特点？
提示：(1)金属元素位于周期表的左下方，金属性最强的是Cs(放射性元素除外)，非金属元素位于周期表分界线的右上方，非金属性最强的是F。
(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。
2．元素化合价与元素在周期表中位置的关系
族序数 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
最高正价 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 ＋6 ＋7
最低负价 — －4 －3 －2 －1
绝对值 之和 — 8 8 8 8
结合表格数据归纳化合价规律：
(1)主族元素最高正化合价＝主族序数＝最外层电子数(O、F除外)。
(2)非金属元素的化合价
①最高正价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数(O、F除外)。
②最低负价等于使它达到稳定结构所需要得到的电子数。
③|最高正价| ＋|最低负价|＝8 (H、O、F除外)。
3．价电子
主族元素的价电子数＝最外层电子数，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。
1．正误判断，错误的说明原因。
(1)金属元素只表现金属性，非金属元素只表现非金属性： _________________。
(2)原子最外层电子数大于3且小于8的元素一定是非金属元素： ___________________。
(3)最外层电子数是2的元素，最高正价一定是＋2价： ________________。
答案：(1)错误。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
(2)错误。如第ⅣA主族元素Ge为金属元素
(3)错误。如稀有气体元素He，最外层电子数为2，其化合价为0
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，说明该元素的最高正化合价为＋6价，该元素可为第ⅥA族元素中除了氧元素外的其他元素。该元素最低负化合价为－2价，则元素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；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，故C错误；根据题干信息不能确定元素R所在的周期，故D错误。
3．雄黄是一种矿物质，俗称“鸡冠石”，其主要成分是硫化砷，As位于元素周期表第ⅤA族。另外，与As同周期、第ⅥA族元素Se在生活中也有广泛的应用。
(1)砷元素的最高价态是________；Se的最高价氧化物对应水化物的化学式为________。
(2)试比较As、Se的气态氢化物的热稳定性：________________。
答案：(1)＋5价　H2SeO4　(2)H2Se＞AsH3
任务二　元素周期表和元素周期律的应用
1．在理论上的应用
(1)比较不同周期、不同主族元素的性质
如金属性：Mg＞Al、Ca＞Mg，可推知碱性：Mg(OH)2＞Al(OH)3、Ca(OH)2＞Mg(OH)2，得碱性：Ca(OH)2＞Al(OH)3。
(2)推测未知元素的某些性质
例如：①已知Ca(OH)2微溶、Mg(OH)2难溶，可推知Be(OH)2难溶。
②根据卤族元素性质的递变规律，可推知不常见元素砹(At)应为黑色固体，与氢气难化合，HAt不稳定，其水溶液呈酸性，AgAt难溶于水等。
(3)指导新元素的发现及预测它们的原子结构和性质。
2．在科技生产中的应用
[交流研讨]　门捷列夫在研究周期表时预言了包括“类铝”“类硅”在内的11种元素。
(1)门捷列夫预言的“类硅”，多年后被德国化学家文克勤发现，命名为锗(Ge)。
①已知主族元素锗的最高化合价为＋4价，其最高价氧化物对应的水化物为两性氢氧化物。试比较元素的非金属性：Si________Ge(用“>”或“<”表示)。
②若锗位于硅的下一周期，写出“锗”在周期表中的位置是____________。根据锗在周期表中处于金属和非金属分界线附近，预测锗单质的一种用途是__________________________
___________________________________________________________________________。
③硅和锗单质分别与H2反应时，反应较难进行的是________(填“硅”或“锗”)。
(2)“类铝”在门捷列夫预言4年后，被布瓦博德朗在一种矿石中发现，命名为镓(Ga)。
①由镓的性质推知，镓与铝同主族，且位于铝的下一周期。试从原子结构的角度解释镓与铝性质相似的原因： _______________________________________________________。
②为判断Ga(OH)3是否为两性氢氧化物，设计实验时，需要选用的试剂有GaCl3溶液，________和________。
提示：(1)①>　②第四周期第ⅣA族　半导体材料　③锗
(2)①原子最外层电子数都是3个　②稀硫酸(或盐酸)　NaOH溶液
元素位置、原子结构、元素性质之间的关系
　　
1．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。下列说法不正确的是(　　)
A．在金属元素与非金属元素的分界线附近可以寻找制备半导体材料的元素
B．在过渡元素中可以寻找制备催化剂及耐高温和耐腐蚀的元素
C．在非金属元素区域可以寻找制备新型农药材料的元素
D．在地球上元素含量的分布和它们在元素周期表中的位置有密切关系
答案：D
解析：金属与非金属元素分界线附近的元素既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性，故可以寻找制备半导体材料的元素，A正确；过渡金属元素具有特殊性，可在过渡元素中寻找制备催化剂和耐高温、耐腐蚀材料的元素，B正确；农药中通常含有氟、氯、硫、磷、砷等元素，故可在非金属元素区域寻找制备新型农药的元素，C正确；地球上元素含量的分布与其在周期表中的位置无关，D错误。
2．镭是元素周期表中第七周期第ⅡA族元素，下列关于镭的性质描述中不正确的是(　　)
A．在化合物中呈＋2价
B．单质能和水反应，放出氢气
C．镭比钙的金属性弱
D．碳酸镭难溶于水
答案：C
解析：镭是第七周期第ⅡA族元素，根据同主族元素性质的递变规律可知，镭在化合物中的化合价为＋2价，A正确；Ca能与水反应放出H2，则比Ca活泼的镭也能与水反应放出H2，B正确；镭的金属性比钙强，C错误；BaCO3难溶于水，则碳酸镭也难溶于水，D正确。
1．下列元素最高正化合价依次增大的是(　　)
A．Al、Si、P、Cl B．C、N、O、F
C．Si、P、S、Se D．Si、Al、Mg、Na
答案：A
解析：B项中F没有正化合价，O没有最高正化合价，错误；C项中S和Se的最高正化合价相同，错误；D项中最高正化合价依次减小，错误。
2．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(稀有气体除外)
答案：B
解析：某原子的最外层有7个电子，O没有最高正化合价，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说法正确；F没有正价，故B说法错误；第ⅦA族为非金属元素，故C说法正确；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元素中最小的，故D说法正确。
3．四种短周期元素在元素周期表中的位置如图所示，T是地壳中含量最高的金属元素。下列说法不正确的是(　　)
A．W的氢化物比R的氢化物稳定
B．T的最高价氧化物对应的水化物可能为强碱
C．Q的原子半径比T的小
D．W和Q的原子序数相差10
答案：B
解析：T是地壳中含量最高的金属元素，则T是Al元素，结合四种短周期主族元素在周期表中的相对位置推知，Q是C元素，R是P元素，W是S元素。由于元素的非金属性：S>P，则氢化物的稳定性：H2S>PH3，A正确；T是Al元素，其最高价氧化物对应的水化物是Al(OH)3，属于弱碱，B错误；Q(C)处于第二周期，T(Al)处于第三周期，则原子半径：C4．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________周期第________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，锗属于第四周期第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。
课时测评31　元素周期表和元素周期律的应用
(本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订！)
题点一　元素周期表的分区和化合价变化规律
1．(2023·长沙高一检测)元素的原子结构决定其性质和在周期表中的位置。下列说法正确的是(　　)
A．元素原子的最外层电子数等于元素的最高化合价
B．多电子原子中，在离核较近的区域内运动的电子能量较高
C．P、S、Cl得电子能力和最高价氧化物对应水化物的酸性均依次增强
D．元素周期表中位于金属和非金属的分界线附近的元素属于过渡元素
答案：C
题点二　元素周期表和元素周期律的应用
2．下列事实不能用元素周期律解释的是(　　)
A．酸性：H2SO3>H2CO3
B．还原性：S2－>Cl－
C．气态氢化物的稳定性：NH3>CH4
D．Cl2从KI溶液中置换出I2
答案：A
解析：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，H2SO3不是最高价含氧酸，不能用元素周期律解释，A选；硫的非金属性弱于氯，故还原性：S2－>Cl－，能用元素周期律解释，B不选；N的非金属性强于C，所以气态氢化物的稳定性：NH3>CH4，能用元素周期律解释，C不选；氯的非金属性强于碘，所以Cl2从KI溶液中置换出I2，能用元素周期律解释，D不选。
3．借助碱金属和卤族元素的递变性分析下面的推断，其中正确的是(　　)
A．已知Ca是第四周期第ⅡA族的元素，故Ca(OH)2的碱性比Mg(OH)2的碱性弱
B．已知As是第四周期第ⅤA族的元素，故AsH3的稳定性比NH3的稳定性强
C．已知Cs的原子半径比Na的原子半径大，故Cs与水反应不如Na与水反应剧烈
D．已知Cl的核电荷数比F的核电荷数多，故Cl的原子半径比F的原子半径大
答案：D
解析：由碱金属元素和卤族元素的递变性可知，同主族元素从上到下金属性递增，非金属性递减，最高价氧化物对应的水化物碱性增强，金属活动性增强，非金属气态氢化物稳定性减弱，A、B、C错误；同主族元素随核电荷数增大，原子半径递增，D正确。
4．(2023·四川绵阳高一期末)硒(Se)位于元素周期表中第四周期第ⅥA族，可用作光敏材料、电解锰的催化剂，也是动植物必需的营养元素。下列有关硒的说法错误的是(　　)
A．74Se、76Se互为同位素
B．H2O的稳定性小于H2Se
C．H2SO4的酸性比H2SeO4强
D．将O2通入H2Se的水溶液中可得Se
答案：B
解析：同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子，74Se、76Se符合同位素的概念，故A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逐渐减弱，O的非金属性强于Se，H2O的稳定性大于H2Se，故B错误；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，S的非金属性强于Se，H2SO4的酸性比H2SeO4强，故C正确；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，非金属性强的单质能置换非金属性弱的单质，O的非金属性强于Se，所以将O2通入H2Se的水溶液中可得Se，故D正确。
5．(2023·山东昌邑高一期末)根据元素周期律，由下列事实进行归纳推测，推测不合理的是(　　)
选项 事实 推测
A 12Mg与水反应缓慢，20Ca与水反应较快 56Ba与水反应会更快
B Si是半导体材料，同族的Ge也是半导体 材料 第ⅣA族元素的单质都可作半导体材料
C HCl在1 500 ℃时分解，HI在230 ℃时分解 HBr的分解温度介于二者之间
D Si与H2高温时反应，S与H2加热能反应 P与H2在高温时能反应
答案：B
解析：同主族金属元素由上至下金属性增强，与水反应剧烈程度增强，金属性：Ba＞Ca＞Mg，Ca与水反应较快，则Ba与水反应更快，故A正确；半导体材料通常位于元素周期表中金属元素和非金属元素的分界处，Si和Ge处于金属和非金属分界线处，能作半导体，但C和Pb不能作半导体，所以第ⅣA族元素并不都是半导体材料，故B错误；同主族非金属元素由上至下非金属性减弱，气态氢化物的热稳定性减弱，非金属性：Cl＞Br＞I，所以HBr的分解温度介于二者之间，故C正确；同周期非金属元素从左到右非金属性增强，与氢气化合难度减小，非金属性：S＞P＞Si，所以P与H2在高温时能反应，故D正确。
题点三　元素“位—构—性”关系的应用
6．(2023·温州高一检测)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．Br在元素周期表中位于第四周期第ⅦA族
D．Se、Br位于同一主族
答案：C
7．短周期元素A、B、C原子序数依次增大，A3－与B2－、C＋电子层结构相同，则下列说法中不正确的是(　　)
A．三种元素可组成CAB2和CAB3型化合物
B．离子半径：C＋＞B2－＞A3－
C．H2B在同主族元素气态氢化物中最稳定
D．B的某种单质可用于杀菌消毒
答案：B
解析：三种短周期元素A、B、C的原子序数依次增大，A3－与B2－、C＋的电子层结构相同，A、B在第二周期，C在第三周期，则A为N元素，B为O元素，C为Na元素。三种元素可组成化合物NaNO2和NaNO3，故A项正确；核外电子排布相同的离子，原子序数越大，离子半径越小，则离子半径：A3－＞B2－＞C＋，故B项错误；O为第ⅥA族中非金属性最强的元素，则对应的气态氢化物最稳定，故C项正确；O元素的单质臭氧具有强氧化性，可用于杀菌消毒，故D项正确。
8．在一定条件下，RO和I－发生反应的离子方程式为RO＋6I－＋6H＋===R－＋3I2＋3H2O，则RO中R元素的化合价及R所在的族是(　　)
A．＋5价，第ⅦA族 B．＋5价，第ⅤA族
C．＋7价，第ⅦA族 D．＋7价，第ⅤA族
答案：A
解析：根据电荷守恒可知n＝1，所以RO中R元素的化合价是＋5价；还原产物是R－，说明R元素的最低化合价是－1价，所以R是第ⅦA族元素，A项正确。
9．元素周期表中前三周期部分元素的原子序数与常见价态的关系图如下。若用原子序数表示对应元素，下列说法中不正确的是(　　)
A．a与d的非金属性比较：dB．原子半径大小：b＞c＞a＞d＞e
C．a可以形成两种氢化物
D．b、c、e的最高价氧化物对应水化物之间均可反应
答案：B
解析：根据分析可知，a为O，b为Na，c为Al，d为P，e为Cl，同一主族从上到下非金属性逐渐减弱，同一周期从左向右非金属性逐渐增强，则非金属性：O＞S＞P，即非金属性：a＞d，故A正确；同一周期从左向右原子半径逐渐减小，同一主族从上到下原子半径逐渐增大，则原子半径大小为b＞c＞d＞e＞a，故B错误；O可以形成H2O和H2O2两种氢化物，故C正确；Na、Al、Cl的最高价氧化物对应水化物分别为NaOH、氢氧化铝和高氯酸，由于氢氧化铝为两性氢氧化物，则NaOH、氢氧化铝和高氯酸之间均可反应，故D正确。
10．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的最高价氧化物对应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－===[Al(OH)4]－　Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
(4)NaOH　Mg(OH)2
11．A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素，A、E在元素周期表中的相对位置如图，A与氧元素能形成两种无色气体，C是地壳中含量最多的元素，D是地壳中含量最多的金属元素。
A
E
(1)C在元素周期表中的位置为______________________________________。
(2)C、E的单质沸点较低的是________(填化学式)。
(3)C、D、E、F的简单离子半径由大到小的顺序是________________(填离子符号)。
(4)H2O2不仅可以用于家庭消毒以预防病毒感染，还可以在微电子工业中作刻蚀剂。B的简单气态氢化物的水溶液可用作H2O2的清除剂，所发生反应的产物不污染环境，其化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)第二周期第ⅥA族　(2)O2　(3)S2－>Cl－>O2－>Al3＋　(4)2NH3·H2O＋3H2O2===N2↑＋8H2O(或2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O)
解析：A、B、C、D、E、F是原子序数依次增大的短周期主族元素，A与氧元素能形成两种无色气体，该无色气体为CO、CO2，则A为C元素；结合A、E在元素周期表中的相对位置可知E为S元素，F只能为Cl元素；C是地壳中含量最多的元素，则C为O元素，B只能为N元素；D是地壳中含量最多的金属元素，则D为Al元素。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)