新课标2010高考化学二轮复习：专题六《元素周期律和元素周期表的综合应用》

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【专题六】元素周期律和元素周期表的综合应用
【考情分析】
新课标的《考试说明》把物质结构和元素周期律的知识点分解成了必修和选修两大部分。在必修部分的内容中，物质结构部分从知识点的内容和知识点的要求层次上都比旧大纲的内容有所减少，如将“极性分子和非极性分子、分子间作用力、氢键、晶体类型”等知识放在选修部分的要求中，元素周期律部分的变化不大。物质结构元素周期律知识是中学化学的重要理论之一，这部分知识在高考试题中仍然会占有比较重要的位置，试题的类型会以选择题或推断题的形式出现。
【知识交汇】
1．“四种相对原子质量”的含义和关系
相对原子质量 近似相对原子质量
原子的 = 等于质量数
元素的 =Σ(同位素相对原子质量×丰度) =Σ(同位素质量数×丰度)
注：元素周期表中查得的相对原子质量是指元素的相对原子质量。
2． 等电子数的微粒汇总
⑴“10电子”的微粒：
分子 离子
一核10电子的 Ne N3 、O2 、F 、Na+、Mg2+、Al3+
二核10电子的 HF OH 、
三核10电子的 H2O NH2 、H2F+
四核10电子的 NH3 H3O+
五核10电子的 CH4 NH4+
⑵“18电子”的微粒
分子 离子
一核18电子的 Ar K+、Ca2+、Cl 、S2
二核18电子的 F2、HCl O22-、HS
三核18电子的 H2S
四核18电子的 PH3、H2O2 、NH2F
五核18电子的 SiH4、CH3F 、NH2OH
六核18电子的 N2H4、CH3OH
其它微粒 C2H6 、CH3NH2 N2H5+、N2H62+
3．原子核外电子排布遵循的原理
原 理 内 容
能量最低原理 原子核外电子先占有能量低的轨道，然后依次进入能量较高的轨道，使整个原子处于能量最低状态，轨道能量高低遵循构造原理。
泡利（Pauli）（不相容）原理 1个原子轨道里最多只能容纳2个电子，且自旋方向相反。故原子核外没有运动状态完全相同的电子存在。
洪特（Hund）规则 核外电子在能量相同的各个轨道上排布时，总是尽先占据不的轨道且自旋方向相同。
4．长式元素周期表的结构
5．元素在周期表中的位置与元素性质的关系
性 质 同周期（从左往右） 同主族（自上而下）
⑴能层数 相同 从1递增到6（或7）
⑵最外层电子数 从1递增到8（第一周期例外） 相同
⑶原子半径 减小（稀有气体除外） 增大
⑷金属性（原子失电子能力） 减弱 增强
⑸非金属性（原子得电子能力） 增强 减弱
⑹电负性 增强 减弱
⑺第一电离能 增大 减小
⑻单质还原性 减弱 增强
⑼单质氧化性 增强 减弱
⑽最高价氧化物对应水化物的酸碱性 碱性减弱，酸性增强 碱性增强，酸性减弱
⑾非金属形成气态氢化物的难易程度 由难到易 由易到难
⑿气态氢化物的稳定性 增强 减弱
⒀主要化合价 最高正价从+1递增到+7（O、F例外），最低负价从第ⅣA族-4递增到-1 相同
⒁离子半径 r(阴离子)减小，r(阳离子)减小，r(阴离子)> r(阳离子) 增大
注：下图是1~20号元素第一电离能变化的曲线图。
6．比较四种化学键
化学键 离子键 共价键 配位键 金属键
成键微粒 阴、阳离子 原子 原子与原子，原子与离子 金属阳离子与自由电子
键的强度 核间距越小，离子电荷数越大，离子键越强 键长越短，键能越大，共价键越强 同共价键 金属性越强，金属键越弱
存在 离子晶体 原子晶体或共价分子或原子团等 离子或多聚体分子或络合物等 金属晶体
实例 NaCl(固体) SiO2晶体，CO2分子内 NH4+，Al2Cl6 一般金属
7．价层电子对数与分子空间构型
杂化类型 VSEPR理想模型 键对电子对数 孤对电子对数 分子类型 分子空间构型 实例
2 sp 直线形 2 0 AB2 直线形 BeCl2，CO2，HgCl2
3 sp2 平面三角 3 0 AB3 平面三角 BF3，BCl3，SO3，CO32 ，NO3
2 1 AB2 V形 SO2，SnCl2，NO2
4 sp3 正四面体 4 0 AB4 正四面体 CH4,CHCl3,CCl4,NH4+,SO42 ,PO43
3 1 AB3 三角锥 NH3，NF3，SO32
2 2 AB2 V形 H2O，SCl2，ClO2
注：判断杂化类型时一般先通过价层电子对互斥理论确定VSEPR理想模型，再判断杂化类型。
8．常见金属晶体的晶胞结构
典型金属 Po K Mg Cu
晶胞模型
堆积方式 简单立方 体心立方 六方堆积 面心立方
原子配位数 6 8 12 12
晶胞中原子数 1 2 2 4
9．四类晶体的基本性质
晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
熔沸点 较高 很高 一般较低 有的高、有的低
硬度 硬而脆 很硬 较小 有的软、有的硬
溶解性 一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂 难溶于一般溶剂 极性相似相溶 难溶于一般溶剂（Na等与水反应）
导电性 ①晶体 不导电 不导电 不导电 导电
②熔融 导电 不导电 一般不导电 导电
③溶液 溶于水能导电 —— 水溶液能导电 ——
其他 难挥发，密度大 不挥发 大部分有挥发性 延展性、导热性
【思想方法】
【例1】文献资料上记载的相对原子质量数据摘录如下：
35Cl 34.969 75.77% 35Cl 35 75.77%
37Cl 36.966 24.23% 37Cl 37 24.23%
平均 35.453 平均 35.458
试回答下列问题
⑴4.969是表示____________；⑵35.453是表示______________；
⑶35是表示_______________；⑷35.458是表示______________；
⑸24.23%是表示___________。
【分析】本题主要考查质量数，核素的原子量，元素的原子量和元素的近似原子量之间的区别与联系，这是本考查点复习中的一个重点也是一个易错点，要深刻领会。⑴ 34.969是表示核素(35Cl)的相对原子质量；⑵35.453是表示氯元素的平均相对原子质量，其计算公式为M=34.969×0.7577+36.969×0.2423=35.453；⑶35是表示氯原子(35Cl)的质量数；⑷35.458是表示氯元素的近似相对原子质量，其计算公式为M=35×0.7577+37×0.2423=35.458；⑸ 24.23%是表示核素(37Cl)所占的原子个数百分比(即丰度)。
【例2】有aA，bB，cC，dD四种短周期元素（稀有气体除外），且有d-c=c-b=b-a=5。已知A、B、C最外层电子数总和大于D最外层电子数。请根据以上情况，回答下列问题：(答题时，A、B、C、D、E用所对应的元素符号表示)
⑴下表中的实线表示元素周期表的部分边界，请先用实线补全元素周期表边界，然后把题中所述元素填入到相应的位置。
⑵元素B的单质的结构式为__________，由B和D形成的化合物在工业上常用作杀菌剂，试写出该化合物溶于水的化学方程式______________________________。
⑶C的最高价氧化物对应的水化物与D的最高价氧化物对应的水化物之间相互反应的离子方程式可表示为____________________________。
⑷B的最高价氧化物对应的水化物的稀溶液与C的单质反应时，B被还原到最低价，该反应的化学方程式是___________________________________________。
【分析】A、B、C、D四种元素的原子序数成等差数列，公差等于5，结合题中信息可得如下两种情况：第一组是H、C、Na、S；第二组是He、N、Mg、Cl，再结合A、B、C最外层电子数总和大于D最外层电子数可否定了第一组，只有第二组符合条件。答案为：
⑴
He
N
Mg Cl
⑵N≡N NCl3+3H2O=NH3↑+3HClO
⑶Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O
⑷4Mg＋10HNO3 = 4Mg(NO3)2＋NH4NO3＋3H2O
【例3】已知：
CH4 SiH4 NH3 PH3
沸点(K) 101.7 161.2 239.7 185.4
分解温度(K) 873 773 1073 713.2
分析上表中四种物质的相关数据，请回答：
⑴CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，沸点高低的原因是____________________________。
⑵CH4和SiH4比较，NH3和PH3比较，分解温度高低的原因是________________________，结合上述数据和规律判断，一定压强下HF和HCl的混合气体降温时__________先液化。
【分析】解题时应牢牢抓住分子间作用力影响物质的物理性质，化学键的强弱影响物质的化学性质这个角度入手，由于HF分子间存在氢键，其沸点高于HCl，因此降温时HF先液化。答案为：
⑴结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大，因此SiH4沸点高于CH4；NH3分子间还存在氢键作用，因此NH3的沸点高于PH3。 ⑵C－H键键能大于Si－H键，因此CH4分解温度高于SiH4；N－H键键能大于P－H键，因此NH3分解温度高于PH3。 HF
【例4】短周期元素Q、R、T、W在元素周期表中的位置如图所示，其中T所处的周期序数与主族序数相等，请回答下列问题：
Q R
T W
⑴T的原子结构示意图为_______________。
⑵元素的非金属性为(原子的得电子能力)：Q______W(填“强于”或“弱于”)。
⑶W的单质与其最高价氧化物的水化物浓溶液共热能发生反应，生成两种物质，其中一种是气体，反应的化学方程式为________________________________。
⑷原子序数比R多1的元素的一种氢化物能分解为它的另一种氢化物，此分解反应的化学方程式是__________________________________。
⑸R有多种氧化物，其中甲的相对分子质量最小。在一定条件下，2 L的甲气体与0.5 L的氧气相混合，若该混合气体被足量的NaOH溶液完全吸收后没有气体残留，所生成的R的含氧酸盐的化学式是________________。
⑹在298 K下，Q、T的单质各1 mol完全燃烧，分别放出热量a kJ和b kJ。又知一定条件下，T的单质能将Q从它的最高价氧化物中置换出来，若此置换反应生成3 mol Q的单质，则该反应在298 K下的 H = ______________(注：题中所设单质均为最稳定单质)。
【分析】本题考查无机物的性质，涉及化学用语、方程式书写、氧化还原反应以及热化学的知识。T所处的周期序数与主族序数相等，T不可能是Mg，只能是Al，继而推出Q为C，R为N，W为S。
⑵S、C最高价含氧酸为酸性是硫酸＞碳酸，故非金属性S强于C。
⑶S与H2SO4发生归中反应，从元素守恒看，肯定有水生成，另外为一气体，从化合价看，只能是SO2。
⑷比R质子数多1的元素为O，存在H2O2转化为H2O的反应。
⑸N中相对分子质量最小的氧化物为NO，2NO＋O2 = 2NO2，得混合物NO(1 L)～NO2(1 L)，再用NaOH吸收，从氧化还原角度看，应发生归中反应：NO＋NO2＋2NaOH = 2NaNO3＋H2O。
⑹C＋O2CO2 H =－a kJ·mol－1①，4Al＋3O2 = 2Al2O3 H =－4b kJ·mol－1②。Al与CO2的置换反应，写出反应方程式为：4Al＋3CO23C＋2Al2O3，此反应的 H为可由②－①×3得， H =－4b－(－3a) = (3a－4b) kJ·mol－1。答案为：⑴
⑵弱于。⑶S＋2H2SO4(浓)3SO2↑＋2H2O。⑷2H2O22H2O＋O2↑(或其他合理答案)。⑸NaNO2。⑹(3a－4b) kJ·mol－1
【例5】金属钾的冶炼可采用如下3种方法，
方法一：KCl+Na=NaCl+K↑，方法二：2KF＋CaC2=CaF2＋2K↑＋2C，
方法三：K2CO3+2C=2K↑＋3CO↑。
试回答相关问题：
⑴将方法一中四种物质的熔点按由高到低的顺序排列____________________。
⑵方法二以KF和电石的主要成分（CaC2）为原料来制备K。CaC2中阴离子内部共价键的类型是____________________。产物之一CaF2的一个不完整的晶胞如右图所示，则图中实心球表示Ca2＋还是F—？答： 。
⑶方法三中原料K2CO3中阴离子的空间构型为_________，与产物CO互为等电子体的离子为： 　　　（填化学式），CO在配合物中常作为配体，如近年来开始使用的一种新型汽油防震剂Fe(CO)5，该化合物中铁元素的化合价为__________。
【分析】⑴NaCl的晶格能大于KCl，因此NaCl的熔点大于KCl，金属钠中金属键强于金属钾，因此熔点Na大于K，由于碱金属的熔点均较低，可判断出两种离子化合物的熔点均高于两种金属晶体。⑵由CaC2和水反应制乙炔的反应原理可推知C22-中化学键的类型。⑶CO32-中碳原子以sp2形式杂化，因此CO32-的空间构型为平面正三角形。CO (羰基)为中性配位体，故Fe(CO)5中Fe元素为0价。答案为：
⑴NaCl＞KCl＞Na＞K ⑵σ键和π键或答非极性共价键 Ca2+
⑶平面正三角形 CN—等 0
【专题演练】
1． 下列分子的比例模型中，中心原子上存在孤对电子的是
A． B． C． D．
2． 下列对HClO分子结构的描述，正确的是
A．O原子发生sp杂化 B．O原子与H、Cl都形成σ键
C．该分子为直线型分子 D．HClO分子的结构式是：H—Cl—O
3． 下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是
A．六氟化氙(XeF6） B．次氯酸(HClO) C．氯化硫(S2Cl2) D．三氟化硼(BF3）
4． X+、Y+、M2+、N2-均为含有一定数目电子的短周期元素的简单离子，离子半径大小关系是：N2->Y+、Y+>X+、Y+>M2+，下列比较正确的是
A．原子半径：N可能比Y大，也可能比Y小 B．M2+、N2-核外电子数：可能相等，也可能不等
C．原子序数：N>M>X>Y D．碱性：M(OH)2>YOH
5．⑴某研究性学习小组为了探究SbCl3、SbCl5、SnCl4三种化合物的成键特点，做了如下实验，其中正确的是________________。
A．观察常温下的状态。SbCl5是苍黄色液体，SnCl4为无色液体。结论：SbCl5和SnCl4都是离子化合物
B．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的熔点依次为73.5℃、2.8 ℃、－33℃。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都不是离子化合物
C．将SbCl3、SbCl5、SnCl4溶解于水中，滴入HNO3酸化的AgNO3溶液，产生白色沉淀。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
D．测定SbCl3、SbCl5、SnCl4的水溶液，发现它们都可以导电。结论：SbCl3、SbCl5、SnCl4都是离子化合物
⑵针对上述正确的实验结论，可判断SbCl3和SnCl4中Sb和Sn的杂化类型分别是________、_______。
⑶实验测得在极性溶剂中SbCl5的溶解度比SbCl3小很多，其主要原因是_______________________。
⑷实验测得同周期的Sb原子比Sn原子的第一电离能大很多，其主要原因______________________。
6． 试用有关知识解释下列原因：
⑴有机物大多难溶于水，为什么乙醇和乙酸可与水互溶？________________。
⑵乙醚(C2H5OC2H5)的相对分子质量远大于乙醇，为什么乙醇的沸点比乙醚高得多？_________。
⑶从氨合成塔里分离H2、N2、NH3的混合物，采用什么方法？_____________；为什么用这种方法？__________。
⑷的沸点比 的沸点低，为什么？_______________。
7． 甲、乙、丙、丁为前三周期元素形成的微粒，它们的电子总数相等。已知甲、乙为双原子分子，丙为负二价双原子离子，丁为原子，丙、丁所含元素位于同主族且单质都是原子晶体。
⑴丁的电子排布式是______________________；⑵丙的电子式是_________________；
⑶乙在高温时是一种还原剂，请用化学方程式表示它在工业上的一种重要用途：
______________________________________________________________________
⑷甲分子中含有________个σ键和_________个π键。
⑸丁的氧化物晶体中，丁原子发生_________杂化，氧原子发生_________杂化。
8． 阅读下面信息，推断元素，按要求回答问题：
信息 问题
①短周期元素X、Y、Z、W，原子序数依次增大，最外层电子数均不少于最内层电子数 (1)X一定不是A．氢 B．碳 C．氧 D．硫
②一定条件下，上述四种元素的单质均能与足量的氧气反应，生成的氧化物有两种能溶于稀硫酸，三种能溶于浓NaOH，氧化物的相对式量都大于26 (2)这四种元素含有铝元素吗 。
③上述四中元素的单质的混合物，加入足量的盐酸溶液，固体部分溶解，过滤，向滤液中加入过量的烧碱溶液，最终溶液中有白色沉淀 (3)白色沉淀的化学式为_____________。
④上述四种元素的单质的混合物，加入足量的烧碱溶液，固体部分溶解，过滤，向滤液中加入过量的盐酸溶液，最终溶液中有白色沉淀 (4)生成白色沉淀的离子方程式为 。
⑤X与W同主族 (5)X的最高价氧化物的电子式为_______。
9． ⑴一种Al－Fe合金的立体晶胞如图1所示。确定该合金的化学式____________。用NA表示阿伏加德罗常数，则晶胞质量的计算式是_________________，若晶胞的边长＝a nm，则此合金密度的计算式是________________g/cm3。
⑵石墨的层状结构如下图2所示，图中7个六元环实际占有的碳原子数是 ，若该层状结构可由很多个平行四边形无隙并置得到，每个平行四边形实际占有2个碳原子，请在图中画出一个这样的平行四边形。
⑶石墨能与熔融金属钾作用，形成蓝色的C24K、灰色的C48K、C60K等。有一种青铜色的CxK中K原子(用o表示)的分布如图3所示，则x= ；另有一种石墨化合物C32K，其中K原子的分布也类似图的正六边形，该正六边形的边长是上右图中正六边形边长的 倍。
【参考答案】
1． C
解析：AB3型分子若A上有孤对电子空间构型为三角锥形，若无孤对电子则为三角形。
2． B
解析：HClO分子中各元素的化合价为+1、+1、-2，所以HClO分子的结构式应为H—O—Cl，中心原子O上有2对成键电子对，还有2对孤对电子，VSEPR理想模型为正四面体，O原子采用sp3杂化成键， 分子构型为V型，只有选项B正确。
3． C
解析：选项A中Xe为稀有气体原子，最外层已达8电子结构；与F结合后肯定不再是8电子结构；B选项中HClO中氢无法达到8电子结构；C选项中结构式为Cl—S—S—Cl，对于各原子最外层均可达8电子结构；BF3属于缺电子化合物，硼不能满足最外层8电子结构。
4． B
解析：根据离子半径的大小关系可大致确定它们在元素周期表中的位置关系：，由此可确定原子半径Y一定大于N，选项A错，选项B正确。以上述分析类似选项C错。而碱性一定有YOH> M(OH)2，选项D也错。
5． ⑴B ⑵ sp3 sp3 ⑶SbCl5是非极性分子，而SbCl3是极性分子，根据相似相溶原理可知前者在极性溶剂中的溶解度较小 ⑷Sb原子的价电子构型为5s25p3，5p能级上电子处于半充满状态，较稳定，因此第一电离能显得比较大。
解析：⑴若题给三种化合物均为离子晶体，则它们的熔沸点较高，常温下不应该是液体，选项A错。判断共价化合物和离子化合物应用的方法是判断该物质在熔融状态下能否电离，而不是在水溶液中能否电离，选项C和D均错。⑵Sb是第ⅤA主族元素，SbCl3中Sb原子最外层上1对孤对电子和3对成键电子对，易得Sb原子的杂化类型为sp3，Sn是ⅣA主族元素，SnCl4中Sn原子最外层上无孤对电子，故知Sn原子的杂化类型也是sp3。⑶由于SbCl5是非极性分子，而SbCl3是极性分子，根据相似相溶原理可得答案。⑸Sn原子的价电子构型为5s25p2，Sb原子的价电子构型为5s25p3，5p能级上电子处于半充满状态，较稳定，因此第一电离能显得比较大。
6． ⑴乙醇的醇羟基(C2H5—OH)，乙酸的酸羟基均可和水(H—O—H)互相形成分子间的氢键，形成缔合分子相互结合，故可表现为互溶。?⑵乙醇分子间通过氢键结合产生的作用力比乙醚分子间的作用力要大，故乙醇的相对分子质量虽比较小，但分子间作用力较大，所以沸点高。?⑶采用加压使NH3液化后，与H2、N2分离，因为NH3分子间存在氢键，故易液化。⑷分子内存在氢键，而分子间存在氢键，所以前者沸点低。
7． ⑴1s22s22p63s23p2 ⑵ ⑶3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2(只要答案符合题意要求即可给分) ⑷1 2 ⑸sp3 sp3
解析：根据丙、丁所含元素位于同主族且单质都是原子晶体，判断所含元素分别是碳和硅，再根据丙为负二价双原子离子、丁为原子，判断丙是C22－、丁是硅原子，甲、乙、丙、丁均含有14个电子，则甲、乙两个双原子分子就是N2和CO了，有还原性的乙是CO。
8． ⑴AD ⑵一定含有铝元素 ⑶Mg(OH)2 ⑷SiO32－ + 2H＋ + H2O ＝H4SiO4↓ ⑸
解析：⑴可用代入法解决，氢只有一个电子，不符合题意。若X是硫，则W一定不存在短周期中。碳、氧元素符合题意。⑵因四种单质的氧化物中有两种能溶于稀酸，3种能溶于碱溶液，所以由排列组合知识可知其中至少1种氧化物必须是两性氧化物。而短周期元素中能形成两性氧化物的只有金属元素Be、Al，但M(BeO)＝25<26，不符合题意被排除。所以在短周期中这四种元素中必含有铝元素。⑶不溶于过量烧碱的短周期金属阳离子形成的氢氧化物为LiOH 和Mg(OH)2，因“最外层电子数均不少于最内层电子数”，故不是Li，只能是Mg。⑷能在过量的盐酸中生成沉淀的只能是SiO32－。SiO32－ + 2H＋ + H2O ＝H4SiO4↓。⑸X与W同主族，而X的原子序数最小，所以X与Si同主族，应为碳元素。其最高价氧化物为CO2，电子式为 。
9．⑴Fe2Al ⑵14 (或其它合理答案) ⑶8 2
解析：⑴该晶胞中的Fe原子数为8、Al原子数为4；⑵属于7个六元环的碳原子数=6+12×+6×=14；（3）以图中六个K原子围成的六边形计算，n(C):n(K)=24:3，x=8；从C8K变为C32K，C原子数扩大4倍，即图形面积扩大4倍，则边长为原来的2倍。www.
ⅠA ⅡA ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn
Fr
1
2
3
4
5
6
7
s区 d区 ds区 p区
第一电离能/kJ·mol－1
原子序数
500
1000
1500
2000
2500
0
4
2
10
6
8
12
14
16
18
20
Fe Al（四条体对角线的处）
图1
图2
图3
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