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第2课时 电离能与电负性
1.了解电离能的定义及其内涵,认识主族元素电离能的变化规律,知道电离能与元素化合价的关系,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2.知道主族元素电负性与元素性质的关系,认识主族元素电负性的变化规律,培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.原子核外电子排布的周期性:除第1周期外,每一周期主族元素的原子从左到右最外层电子数从1增加到8;同主族元素的原子最外层电子数相等。
2.原子半径的周期性变化规律:同主族元素,随着核电荷数的递增,原子半径逐渐增大;同周期主族元素,自左向右随着核电荷数的递增,原子半径逐渐减小。
3.化合价的周期性变化:同周期元素从左到右最高化合价依次升高,一般最高正化合价=最外层电子数(O、F除外),同主族元素最外层电子数相同,最高化合价一般也相同(O、F除外)。同周期主族元素从左到右非金属元素的最低化合价也是依次升高,最低化合价=
最外层电子数-8。
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必备知识
正误判断
一、元素的电离能
1.电离能:气态基态原子或气态基态离子失去一个电子所需要的最小能量。符号:I。单位:kJ·mol-1。
2.元素的逐级电离能:
(1)定义:元素原子失去一个电子的电离能称为第一电离能,符号为I1;在此基础上再失去一个电子的电离能称为第二电离能,符号为I2;以此类推,还有第三、第四电离能等。同一原子的各级电离能之间存在关系:I1
M(g)==M+(g)+e- I1(第一电离能)
M+(g)
==M2+(g)+e- I2(第二电离能)
M2+(g)==
M3+
(g)+e- I3(第三电离能)
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必备知识
正误判断
(2)意义:可以利用元素的电离能数据来判断元素的原子或离子失去电子的难易程度。电离能数值越小,表示在气态时该元素的原子(或离子)越容易失去电子;电离能数值越大,表示在气态时该元素的原子(或离子)越难失去电子。
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必备知识
正误判断
3.元素第一电离能的变化规律
(1)对同一周期的元素而言,从左到右,元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的变化趋势,表示元素原子越来越难失去电子。
(2)同主族元素,自上而下第一电离能逐渐减小,表明自上而下原子越来越易失去电子。
(3)过渡元素的第一电离能的变化不太规则,随着元素原子序数的增加,第一电离能从左到右略有增加。这是因为对这些元素的原子来说,増加的电子大部分排布在(n-1)d或(n-2)f轨道上,原子核对外层电子的有效吸引作用变化不是太大。
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必备知识
正误判断
【微点拨】①具有全充满、半充满及全空的电子排布的元素稳定性较高,其电离能数值较大。如稀有气体的电离能在同周期元素中最大,N元素原子2p能级为半充满、Mg元素原子3s能级为全充满状态,其电离能均比同周期相邻元素大。
②当相邻逐级电离能突然变大时,说明其电子层发生了变化,即同一电子层中各级电离能相近,不同电子层中电离能有很大的差距。
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必备知识
正误判断
二、元素的电负性
1.电负性
(1)定义:用来描述两个不同原子在形成化学键时吸引电子能力的相对强弱。鲍林给元素的电负性下的定义是“电负性是元素的原子在化合物中吸引电子能力的标度”。
(2)意义:元素的电负性越大,表示其原子在形成化学键时吸引电子的能力越强;反之,电负性越小,相应元素的原子在形成化学键时吸引电子的能力越弱。
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必备知识
正误判断
2.电负性的变化规律
(1)对主族元素,同一周期从左到右,电子层数相同,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引力逐渐增强,元素电负性逐渐增大。
(2)同一主族从上到下,核电荷数逐渐增大,随电子层数的增多,原子半径逐渐增大,原子核对外层电子的吸引力逐渐减弱,元素的电负性逐渐减小。
(3)对副族而言,同族元素的电负性也大体呈现同主族元素的变化趋势。因此,电负性大的元素位于元素周期表的右上角,电负性小的元素位于元素周期表的左下角。
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正误判断
3.电负性的应用
(1)判断元素的金属性和非金属性及其强弱。
①金属的电负性一般小于2,非金属的电负性一般大于2。
②金属元素的电负性越小,金属元素越活泼;非金属元素的电负性越大,非金属元素越活泼。
(2)判断元素的化合价。
①电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力弱,元素的化合价为正值。
②电负性数值大的元素在化合物中吸收电子的能力强,元素的化合价为负值。
(3)判断化学键的类型。
一般地,如果两种成键元素的电负性差值较大时易形成离子键;如果两种成键元素的电负性差值较小时易形成共价键。
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必备知识
正误判断
【微思考】电负性最大的元素和电负性最小的元素分别在元素周期表中的哪个位置?
提示:电负性最大的元素位于元素周期表的右上方(稀有气体除外),F元素的电负性最大;电负性最小的元素位于周期表的左下方,Cs元素电负性最小(一般不考虑放射性元素)。
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必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.同周期元素中ⅦA族元素的第一电离能最大。( )
2.在同一主族中,自上而下元素的第一电离能逐渐减小。( )
3.ⅠA、ⅡA族元素的原子,其原子半径越大,第一电离能越大。
( )
4.元素的电负性越大,原子在化合物中吸引电子的能力越强。
( )
5.主族元素的电负性越大,元素原子的第一电离能一定越大。
( )
6.在同一周期中,元素电负性从左到右呈递增的趋势(稀有气体元素除外)。( )
7.形成化合物时,电负性越小的元素越容易显正价。( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.√ 7.√
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
电离能的影响因素及应用
问题探究
1.观察并分析下表电离能数据回答问题:
元素
I1/(kJ·mol-1)
I2/(kJ·mol-1)
I3/(kJ·mol-1)
Li
520
7
295
11
815
Mg
738
1
451
7
733
为什么锂元素易形成Li+,而不易形成Li2+;镁元素易形成Mg2+,而不易形成Mg3+?
提示:从表中数据可知,Li元素的I2远大于I1,因此Li容易失去第一个电子,而不易失去第二个电子,即Li易形成Li+,而不易形成Li2+。镁元素的I1、I2相差不大,I3远大于I1和I2,说明镁容易失去两个电子,而不易失去第三个电子,因此镁易形成Mg2+,而不易形成Mg3+。
探究1
探究2
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2.观察并分析下图元素第一电离能的变化情况,回答下列问题:
探究1
探究2
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(1)总体上,金属元素的第一电离能都较小,非金属元素和稀有气体元素的第一电离能都较大。为什么?
提示:因为金属元素原子的最外层电子数都比较少,容易失去电子,所以金属元素的第一电离能都比较小;而非金属元素原子的最外层电子比较多,不容易失去电子,稀有气体元素原子外围电子排布式为ns2np6(He为1s2),是稳定结构,更难失去电子,因此它们的第一电离能都比较大。
(2)为什么第2周期中的Be和N元素及第3周期中的Mg和P元素的第一电离能大于同周期相邻元素的第一电离能?
提示:当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)或全充满(p6、d10、f14)结构时原子处于能量较低状态(即洪特规则特例),所以失电子所需能量较大,即I1较大。而Be、N、Mg、P元素的原子结构恰好满足这一点,所以导致它们的第一电离能大于同周期相邻元素。
探究1
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深化拓展
电离能的应用
(1)根据电离能数据,确定元素核外电子的排布。
判断元素原子核外电子的分层排布,这是由于层与层之间电离能相差很大,电离能数值在不同电子层之间发生突变,而相同电子层内电离能数值差别相对较小,如Na的第一到第七电离能分别为(单位
kJ·mol-1):496、4
562、6
912、9
543、13
353、16
610、20
114。从中明显看出在第一、第二电离能之间有突跃,故可判断Na最外层只有1个电子。
探究1
探究2
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(2)根据电离能数据,确定元素在化合物中的化合价。
如K元素I1?I2(3)判断元素的金属性、非金属性强弱。
一般来说,I1越大,元素的非金属性越强,I1越小,元素的金属性越强。
探究1
探究2
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素能应用
典例1(2020山东章丘四中高二月考)磷和砷的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)铁在元素周期表中的位置是 ,基态铁原子的核外电子排布式为 。?
(2)第一电离能介于Al、P之间的第3周期元素有 种。?
(3)基态As原子的核外电子排布式为 ,As原子的逐级电离能(单位:kJ·mol-1)数据如下:?
第一
电离能
第二
电离能
第三
电离能
第四
电离能
第五
电离能
第六
电离能
947
1
798
2
735
4
837
6
043
12
310
第五电离能与第六电离能相差较大的原因是 。?
探究1
探究2
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答案:(1)第4周期Ⅷ族 [Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2
(2)三 (3)[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3
As原子最外层有5个电子,失去的第6个电子来自全满的次外层,因此所需能量较高
探究1
探究2
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解析:(1)铁元素位于第4周期Ⅷ族,是26号元素,基态铁原子的核外电子排布式为[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2。
(2)ⅡA族元素最外层p能级全空、ⅤA族元素最外层p能级半充满,均使第一电离能出现“反常”。第3周期元素第一电离能由小到大的顺序为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl、Ar,介于Al、P之间的有Mg、Si、S三种元素。
(3)As位于周期表中第4周期ⅤA族,则基态As原子的核外电子排布式为[Ar]3d104s24p3或1s22s22p63s23p63d104s24p3;As失去5个电子后电子排布式为[Ar]3d10,此时3d能级为全满,较稳定,此时再失去一个电子较困难,所以第五电离能与第六电离能相差较大。
探究1
探究2
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易错警示
应用逐级电离能数据解题时,要关注逐级电离能之间的差异,尤其是发生突变的电离能。不同种元素的第一电离能大小可用于比较元素的金属性或非金属性强弱,而同一元素的逐级电离能常用于判断元素的化合价、所处的族(主要是主族元素)及判断核外电子排布情况。
探究1
探究2
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变式训练1-1下列状态的镁中,电离最外层一个电子所需能量最大的是 (填标号)。?
答案:A
解析:(1)[Ne]3s1属于基态的Mg+,由于Mg的第二电离能高于其第一电离能,故其再失去一个电子所需能量较高;[Ne]3s2属于基态Mg原子,其失去一个电子变为基态Mg+;[Ne]3s13p1属于激发态Mg原子,其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子;[Ne]3p1属于激发态Mg+,其失去一个电子所需能量低于基态Mg+。综上所述,电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1。
探究1
探究2
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变式训练1-2(双选)(2020黑龙江哈尔滨第六中学高二期末)已知X、Y是主族元素,I为电离能,单位是kJ·mol-1。请根据下表数据判断,错误的是( )
元素
I1
I2
I3
I4
X
500
4
600
6
900
9
500
Y
580
1
800
2
700
11
600
A.元素X的常见化合价是+3
B.元素Y是ⅢA族元素
C.元素X与氯形成化合物时,化学式可能是XCl
D.若元素Y处于第3周期,它可与冷水剧烈反应
探究1
探究2
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答案:AD
解析:X和Y都是主族元素,X第一电离能和第二电离能相差较大,则说明X原子最外层只有一个电子,X为ⅠA族元素;Y元素第三电离能和第四电离能相差较大,则Y是ⅢA族元素,X第一电离能小于Y,说明X活泼性强于Y。X原子最外层有1个电子,则其化合价为+1,A错误;Y元素最外层有3个电子,是ⅢA族元素,B正确;X的化合价为+1,Cl的常见化合价为-1,二者形成化合物的化学式可能是XCl,C正确;如果Y是第3周期元素,最外层有3个电子,则Y为Al元素,单质Al与冷水不反应,与酸和强碱溶液反应,D错误。
探究1
探究2
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电负性
问题探究
1.同一周期中,元素的电负性如何变化?为什么?
提示:同周期从左至右元素的电负性逐渐增大(稀有气体元素除外)。因为同一周期(稀有气体元素除外)从左到右随着核电荷数的增大,元素原子半径减小,原子核对外层电子引力逐渐增强,原子得电子能力逐渐增强,所以元素的电负性逐渐增强。
探究1
探究2
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随堂检测
2.同一主族中,元素的电负性如何变化?为什么?
提示:同一主族中,从上到下,元素的电负性逐渐减小。同一主族从上到下,随着核电荷数的增大,原子核外电子层数增加,原子半径增大,原子核对外层电子的引力减小,原子得电子能力减弱,所以元素的电负性有减小的趋势。
3.分析Li和Mg、Be和Al、B和Si三组元素的电负性数据,思考为什么它们的性质具有相似性?
提示:Li、Mg的电负性分别为1.0、1.2;Be、Al的电负性分别为1.5、1.5;B、Si的电负性分别为2.0、1.8。各组中两种元素的电负性接近或相等,说明它们在形成化学键时吸引电子的能力相当,从而表现出相似的性质。
探究1
探究2
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深化拓展
1.元素周期表中电负性、第一电离能与金属性和非金属性的关系
探究1
探究2
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2.元素的对角线规则
(1)在元素周期表中,某些主族元素与其右下方的主族元素(如图)的有些性质是相似的(如硼和硅的含氧酸盐都能形成玻璃),被称为“对角线规则”。
(2)处于“对角线”位置的元素,它们的电负性接近或相等,说明它们在化合物中吸引电子的能力相当,因而表现出相似的性质。
探究1
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素能应用
典例2(2020山东烟台第二中学高二月考)不能说明X的电负性比Y的大的是( )
A.与H2化合时X单质比Y单质容易
B.X的最高价氧化物的水化物的酸性比Y的最高价氧化物的水化物的酸性强
C.X原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子数多
D.X单质可以与Y的氢化物反应置换出Y单质
探究1
探究2
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答案:C
解析:A项,与H2化合时X单质比Y单质容易,则X的非金属性强于Y,元素非金属性越强电负性越大,能说明X的电负性比Y大;B项,X的最高价氧化物的水化物的酸性比Y的最高价氧化物的水化物的酸性强,则X的非金属性强于Y,元素非金属性越强电负性越大,能说明X的电负性比Y大;C项,X原子的最外层电子数比Y原子的最外层电子数多不能说明X的电负性比Y大;D项,X单质可以从Y的氢化物中置换出Y单质,则X的非金属性强于Y,元素非金属性越强电负性越大,能说明X的电负性比Y大。
探究1
探究2
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方法规律
比较元素电负性大小的方法
(1)同一周期从左到右,原子电子层数相同,核电荷数增大,原子半径减小,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐增强,电负性逐渐增大。
(2)同一主族从上到下,原子核电荷数增大,电子层数增大,原子半径增大,原子核对外层电子的有效吸引作用逐渐减弱,电负性逐渐减小。
(3)对副族而言,同族元素的电负性也大体呈现主族元素的变化趋势。因此,电负性大的元素位于元素周期表的右上角,电负性小的元素位于元素周期表的左下角。
(4)非金属元素的电负性一般比金属元素的电负性大。
(5)二元化合物中,显负价的元素的电负性更大。
(6)不同周期、不同主族两种元素电负性的比较可找第三种元素(与其中一种位于同主族或同周期)作为参照物。
探究1
探究2
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变式训练2-1(2020河南洛阳高二期末)现有四种元素的基态原子的电子排布式:①1s22s22p63s23p2
②1s22s22p63s23p3 ③1s22s22p3 ④1s22s22p4。则下列有关比较中正确的是( )
A.原子半径:④>②>①
B.电负性:④>③>②>①
C.第一电离能:④>③>②>①
D.最高正化合价:④>③>②>①
探究1
探究2
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答案:B
解析:根据题意可知①②③④四种元素分别为:Si、P、N、O。Si、P同周期,N、P同主族,则原子半径:Si>P>O,即①>②>④,A错误;同周期中(稀有气体除外),随原子序数的递增,电负性逐渐增大,同主族中,原子序数越大,电负性越小,则电负性:O>N>P>Si,即④>③>②>①,B正确;同周期从左至右,第一电离能有增大的趋势,但核外电子处于充满或半充满时,第一电离能比其后面的原子大,第一电离能:N>O>P>Si,即③>④>②>①,C错误;N、P的最高正价为+5,Si的最高正价为+4,O一般不显正价,则最高正化合价:③=②>①>④,D错误。
探究1
探究2
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变式训练2-2(双选)(2020河南洛阳高二期末)已知X、Y两种元素同周期,且电负性X>Y,下列说法错误的是( )
A.第一电离能:Y一定小于X
B.气态氢化物的稳定性:HmY大于HnX
C.最高价含氧酸的酸性:X对应的酸性强于Y对应的酸性
D.X和Y形成化合物时,X显负价,Y显正价
探究1
探究2
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答案:AB
解析:同周期元素(稀有气体元素除外)的电负性随原子序数的递增而增大,而第一电离能从左至右有增大的趋势。由于X、Y元素同周期,且电负性X>Y,则非金属性X>Y。X、Y元素同周期,若Y核外最外层p轨道处于半充满状态,X为Y后紧邻元素,则第一电离能:Y大于X,A说法错误;非金属性X>Y,非金属性越强,气态氢化物越稳定,X的气态氢化物的稳定性强于Y的气态氢化物,B说法错误;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X>Y,则X对应最高价含氧酸的酸性强于Y对应的最高价含氧酸的酸性,C说法正确;电负性大的元素在化合物中显负价,X和Y形成化合物时,X显负价,Y显正价,D说法正确。
探究1
探究2
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探究1
探究2
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1.(2020山东烟台第二中学高二月考)下列各组元素中,第一电离能依次减小的是( )
A.H Li Na K
B.Na Mg Al Si
C.I Br Cl F
D.F O N C
探究1
探究2
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答案:A
解析:H、Li、Na、K属于同一主族元素且原子序数依次增大,其第一电离能随着原子序数的增大而减小,故A正确;Na、Mg、Al、Si属于同一周期元素且原子序数依次增大,其第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但ⅡA族元素的第一电离能大于同周期ⅢA族的,所以其第一电离能大小顺序为Si>Mg>Al>Na,故B错误;I、Br、Cl、F属于同一主族元素且原子序数依次减小,同一主族元素的第一电离能随着原子序数的增大而减小,所以I、Br、Cl、F第一电离能依次增大,故C错误;F、O、N、C属于同一周期元素且原子序数依次减小,同一周期中ⅤA族元素的电离能大于ⅥA族的,所以其第一电离能大小顺序是F>N>O>C,故D错误。
探究1
探究2
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2.(2020黑龙江牡丹江第三高级中学高二期末)下列原子的价电子排布式中,对应元素第一电离能最大的是( )
A.3s23p1
B.3s23p2
C.3s23p3
D.3s23p4
答案:C
解析:C中磷原子核外3p轨道属于半充满状态,稳定性强,第一电离能最大。
探究1
探究2
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3.A元素原子的各级电离能数据如下(单位:kJ·mol-1):
I1
I2
I3
I4
I5
I6
578
1
817
2
745
11
578
14
831
18
378
则元素A的常见价态是( )
A.+1
B.+2
C.+3
D.+6
答案:C
解析:根据A元素原子的各级电离能数据可知,第三电离能到第四电离能发生突变,则A的常见价态为+3。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
4.下列说法正确的是( )
A.第3周期元素中氯的第一电离能最大
B.氮的第一电离能比氧小
C.在所有的元素中氦的第一电离能最大
D.硼的第一电离能比铍大
答案:C
解析:第3周期元素中Ar的第一电离能最大,A错误;N、Be最外层某能级电子具有半充满或全充满结构,其第一电离能比同周期相邻元素的第一电离能大,故B、D错误;根据元素性质的递变规律可知,He的第一电离能在所有元素中最大,C正确。
探究1
探究2
素养脉络
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5.(2020山东烟台第二中学高二月考)下表为元素周期表的一部分,列出了10种元素在周期表中的位置。用化学符号回答下列问题:
周期
族
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
第2周期
?
?
?
⑥
?
⑦
?
?
第3周期
①
③
⑤
?
?
?
⑧
⑩
第4周期
②
④
?
?
?
?
⑨
?
(1)10种元素中,第一电离能最大的是 (填元素符号,下同),电负性最小的金属元素是 。?
(2)①、③、⑤三种元素最高价氧化物对应的水化物中,碱性最强的是 (填化学式)。??
探究1
探究2
素养脉络
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(3)②、③、④三种元素形成的离子,离子半径由大到小的顺序是
(用离子符号表示)。?
(4)①和⑨的最高价氧化物对应水化物的化学式分别为 、 。?
(5)①和⑤的最高价氧化物对应水化物相互反应的离子方程式为 。?
(6)用电子式表示第3周期元素中由电负性最小的元素和电负性最大的元素形成化合物的过程: 。?
(7)元素⑨的原子核外价电子的轨道表示式为 。?
探究1
探究2
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答案:(1)Ar K (2)NaOH (3)r(K+)>r(Ca2+)>r(Mg2+)
(4)NaOH HBrO4 (5)Al(OH)3+OH-==[Al(OH)4]-
解析:根据元素在周期表中的位置可知,①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩元素分别是Na、K、Mg、Ca、Al、C、O、Cl、Br、Ar。
(1)Ar最外层有8个电子,结构稳定,10种元素中第一电离能最大的是Ar;同周期主族元素从左到右电负性增大,同主族元素从上到下电负性减小,所以电负性最小的金属元素是K。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(2)同周期的元素从左到右,金属性减弱。金属性越强,最高价氧化物对应水化物的碱性越强,Na、Mg、Al三种元素最高价氧化物对应的水化物中,碱性最强的是NaOH。
(3)微粒电子层数越多半径越大,电子层数相同时,质子数越多半径越小,所以K+、Mg2+、Ca2+三种离子的半径由大到小的顺序是r(K+)>r(Ca2+)>r(Mg2+)。
(4)Na的最高价为+1,最高价氧化物对应水化物的化学式为NaOH;Br的最高价是+7,最高价氧化物对应水化物的化学式为HBrO4。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(5)Na的最高价氧化物对应水化物是NaOH,Al的最高价氧化物对应水化物是Al(OH)3,NaOH与Al(OH)3相互反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-==[Al(OH)4]-。
(6)第3周期元素中电负性最小的元素是Na,电负性最大的元素是Cl,二者形成的化合物NaCl为离子化合物,用电子式表示NaCl的形成
过程为
。
(7)Br是35号元素,核外有35个电子,价电子排布式为4s24p5,价电子的轨道表示式为
。第1章
原子结构与元素性质
第3节 元素性质及其变化规律
第2课时 电离能与电负性
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2019福建厦门外国语学校高二月考)下列是几种基态原子的电子排布式,第一电离能最大的原子是
( )
A.1s22s22p6
B.1s22s22p63s23p3
C.1s22s22p63s23p2
D.1s22s22p63s23p64s2
答案A
解析1s22s22p6是Ne元素的电子排布式,1s22s22p63s23p3是P元素的电子排布式,1s22s22p63s23p2是Si元素的电子排布式,1s22s22p63s23p64s2是Ca元素的电子排布式,这几种元素中Ne元素最外电子层达8电子稳定结构,最难失去电子的是Ne元素,所以第一电离能最大的是Ne元素。
2.下列四种元素中,第一电离能由大到小顺序正确的是
( )
①原子含有未成对电子最多的第2周期元素 ②原子核外电子排布为1s2的元素 ③元素周期表中电负性最强的元素 ④原子最外层电子排布为2s22p4的元素
A.②③①④
B.③①④②
C.①③④②
D.②③④①
答案A
解析根据题意可知①为N元素、②为He元素、③为F元素、④为O元素。He为稀有气体元素,难以失去电子,第一电离能最大。同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,N原子的最外层p能级为半充满结构,第一电离能大于相邻的O元素,则第一电离能由大到小的顺序为②③①④。
3.(2019江苏溧水高级中学高二期末)XY是由电负性相差最大的两种主族元素所形成的化合物(放射性元素除外),下列有关XY及其组成元素的说法不正确的是
( )
A.X元素的第一电离能远大于其第二电离能
B.Y元素的单质中含有共价键
C.Y元素位于元素周期表的右上角
D.XY一定是离子化合物
答案A
解析由题意分析可知,XY为CsF。Cs原子最高能级上有1个电子,第一电离能较小,第二电离能远远大于第一电离能,故A错误;Y为F元素,其单质F2中含有共价键,故B正确;Y为F元素,F元素位于元素周期表中第2周期ⅦA族,在元素周期表右上角,故C正确;CsF是由活泼的金属元素和活泼的非金属元素形成的化合物,属于离子化合物,故D正确。
4.下列说法或有关化学用语的表达正确的是( )
A.在基态多电子原子中,p轨道电子能量一定高于s轨道电子能量
B.基态铁原子的价电子轨道表示式为:
C.因氧元素电负性比氮元素大,故氧原子第一电离能比氮原子第一电离能大
D.根据原子核外电子排布的特点,Cu在周期表中属于s区元素
答案B
解析同一电子层中p轨道电子的能量一定比s轨道电子能量高,但外层s轨道电子能量则比内层p轨道电子的能量高,故A错误;基态铁原子价电子排布式为3d64s2,其轨道表示式为,故B正确;氮原子的2p轨道处于半满状态,第一电离能大于氧原子,故C错误;铜原子的价电子排布式为3d104s1,位于元素周期表的ds区,故D错误。
5.(2019福建厦门外国语学校高二月考)处于同一周期的A、B、C、D四种短周期元素,其气态原子获得一个电子所放出的能量A>B>C>D。则下列说法正确的是( )
①元素的非金属性依次增强;②元素的电负性依次减小;③元素的第一电离能依次增大;④最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱。
A.①④
B.②④
C.①③
D.③④
答案B
解析气态原子获得一个电子所放出的能量越多,说明非金属性越强。所以元素的非金属性A>B>C>D。根据上述分析,元素的非金属性依次减弱,①错误;非金属性越强,电负性越大,则元素的电负性依次减小,②正确;非金属性越强,对应元素的第一电离能一般越大,但O的第一电离能小于N,③错误;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则最高价氧化物对应水化物的酸性依次减弱,④正确。
6.(2020黑龙江牡丹江第三高级中学高二期末)同周期的三种元素X、Y、Z,已知其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱为HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列判断错误的是( )
A.原子半径:X>Y>Z
B.气态氢化物的稳定性HX>H2Y>ZH3
C.电负性:X>Y>Z
D.非金属性:X>Y>Z
答案A
解析同周期元素(稀有气体除外)的非金属性随着原子序数的增大而增强,元素的非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强。同周期的X、Y、Z三种元素,其最高价氧化物对应水化物的酸性强弱顺序是:HXO4>H2YO4>H3ZO4,则X、Y、Z的原子序数大小顺序是X>Y>Z,元素的非金属性强弱顺序是X>Y>Z,D正确。同周期从左到右元素非金属性增强,原子半径逐渐减小,所以原子半径:XY>Z,所以气态氢化物的稳定性:HX>H2Y>ZH3,故B正确。非金属性X>Y>Z,元素的非金属性越强,其电负性越大,则电负性:X>Y>Z,故C正确。
7.A、B、C、D的价电子排布式均为ns2np5,且原子序数依次增大,以下说法正确的是( )
A.四种元素是卤族元素,最高化合价均为+7
B.气态氢化物的稳定性顺序为:HA>HB>HC>HD
C.酸性强弱顺序为:HA>HB>HC>HD
D.A、B、C、D四种元素均为其所在周期第一电离能最大的元素
答案B
解析主族元素原子最外层电子数=最高正价(O、F除外),F无正价,Cl、Br、I的最高正化合价都为+7,故A错误;F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱,对应的气态氢化物的稳定性逐渐减弱,故B正确;HI、HBr、HCl均为强酸,HF是弱酸,故C错误;同周期元素第一电离能从左到右有增大的趋势,第一电离能最小的是碱金属元素,最大的是稀有气体元素,故D错误。
8.按要求回答下列各小题。
(1)黄铜是人类最早使用的合金之一,主要由Zn和Cu组成。第一电离能I1(Zn) I1(Cu)(填“大于”或“小于”)。原因是 。?
(2)元素Mn与O中,第一电离能较大的是 ,基态原子核外未成对电子数较多的是 。?
(3)元素的基态气态原子得到一个电子形成气态负一价离子时所放出的能量称为第一电子亲和能。第2周期部分元素的电子亲和能变化趋势如图所示,其中除氮元素外,其他元素的电子亲和能自左而右依次增大的原因是 ;氮元素的电子亲和能呈现异常的原因是 。?
(4)光催化还原CO2制备CH4反应中,带状纳米Zn2GeO4是该反应的良好催化剂。Zn、Ge、O电负性由大至小的顺序是 。?
(5)根据元素周期律,原子半径Ga (填“大于”或“小于”,下同)As,第一电离能Ga As。?
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构;C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍;D元素原子最外层有一个未成对电子。四种元素中电负性最大的是 (填元素符号)。?
(7)N、O、S中第一电离能最大的是 (填元素符号)。?
答案(1)大于 Zn核外电子排布为全满稳定结构,较难失电子 (2)O Mn
(3)同周期元素随核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大 N原子的2p轨道为半充满状态,具有一定的稳定性,故不易结合一个电子
(4)O>Ge>Zn (5)大于 小于 (6)O (7)N
解析(1)根据洪特规则特例进行判断,失去一个电子时锌由稳定的全满结构变为较稳定的半充满结构,而铜由较稳定的4s1半充满结构变为较稳定的4s0全空结构,故Zn的第一电离能较Cu的第一电离能大。
(2)元素Mn与O相比,由于O元素是非金属元素而Mn是金属元素,所以第一电离能较大的是O。O元素的基态原子价电子排布式为2s22p4,所以其核外未成对电子数是2,而Mn元素的基态原子价电子排布式为3d54s2,其核外未成对电子数是5,因此核外未成对电子数较多的是Mn。
(3)根据题图,同周期主族元素随着核电荷数依次增大,原子半径逐渐变小,故结合一个电子释放出的能量依次增大;氮元素的2p轨道为半充满状态,原子相对稳定,不易结合电子。
(4)结合元素周期律知识可知,同周期主族元素从左到右、同主族元素从下到上,元素的电负性增强,故电负性O>C>Ge>Zn。
(5)Ga和As同在第4周期,结合Ga在As的左边,故原子半径Ga大于As,第一电离能Ga小于As。
(6)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素,A2-和B+具有相同的电子层结构,C、D为同周期元素,C原子核外电子总数是最外层电子数的3倍,则C为P元素,D为Cl元素,则A为O元素,B为Na元素。非金属性越强,元素的电负性越大,则四种元素中电负性最大的是O元素。
(7)第一电离能的一般规律为:同周期从左至右呈增大的趋势,同主族从上至下逐渐减小,但当原子轨道呈全满、半满、全空状态时比较稳定,第一电离能反常的大。
提升能力跨越等级
1.(2020山东济宁高二期末)氮气可以作食品包装、灯泡等的填充气。一种实验室制备氮气的方法是:NH4Cl+NaNO2NaCl+2H2O+N2↑。反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,直至反应完全。下列说法正确的是( )
A.该反应只有在低温下才能自发进行
B.NH4Cl的电子式:
C.元素的电负性:Cl>O>H
D.①和②示意图表示的钠原子失去最外层一个电子所需要的能量:①>②
①
②
答案D
解析题给反应发生后即停止加热,反应仍可持续进行,说明该反应是放热反应,即ΔH<0,由于反应的熵变ΔS>0,所以根据ΔG=ΔH-TΔS可知,该反应在任何温度下ΔG都小于0,即该反应在任意温度下都能自发进行,A错误;NH4Cl是离子化合物,其电子式为[H]+]-,B错误;元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强;在化合物ClO2中,O呈负价,Cl呈正价,说明O的电负性比Cl强,C错误;基态钠原子的核外电子排布为[Ne]3s1,则图①所示的钠原子为基态,而图②所示的钠原子为基发态,即该原子已经吸收了一部分能量,由于3s的轨道能量比3p的低,故失去最外层一个电子所需要的能量:①>②,D正确。
2.(2020山东章丘四中高二阶段测试)下列叙述正确的有
( )
①氧原子的轨道表示式写成,2p能级违背了泡利不相容原理
②处于最低能量状态的原子叫基态原子,1s22s22→1s22s22过程中形成的是发射光谱
③所有元素中,氟的第一电离能最大
④具有相同核外电子排布的粒子,化学性质相同
⑤金属元素的电负性均小于2
⑥主族元素的电负性越大,其元素原子的第一电离能一定越大
A.0个
B.1个
C.2个
D.3个
答案A
解析①氧原子的轨道表示式写成,2p能级违背了洪特规则,故①错误;②1s22s22→1s22s22过程中,由于同一电子层中p能级三个轨道的能量大小相同,因此不能形成发射光谱,故②错误;③稀有气体的原子结构是稳定结构,同周期稀有气体元素的第一电离能最大,同族自上而下第一电离能减小,故氦元素的第一电离能最大,故③错误;④两种粒子的核外电子排布相同,但化学性质不一定相似,可能相差较大,如Ne与Na+,故④错误;⑤一般金属元素的电负性小于2.0,非金属元素的电负性大于2.0,但两者之间没有严格的界限,不能把电负性为2.0作为划分金属和非金属的绝对标准,故⑤错误;⑥主族元素原子的第一电离能、电负性变化趋势基本一致,但电离能变化有特例,如第一电离能:ON,故⑥错误。
3.(2020辽宁实验中学东戴河分校高二月考)以下有关元素性质的说法不正确的是( )
A.具有下列电子排布式的原子:①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4,原子半径最大的是①
B.具有下列价电子排布式的原子:①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4,第一电离能最大的是③
C.①Na、K、Rb,②N、P、As,③O、S、Se,④Na、P、Cl四组元素中,元素的电负性随原子序数增大而递增的是④
D.某元素气态基态原子的逐级电离能分别为738、1
451、7
733、10
540、13
630、17
995、21
703,当它与氯气反应时可能生成的阳离子是
答案D
解析核外电子排布式为①1s22s22p63s23p2、②1s22s22p3、③1s22s22p2、④1s22s22p63s23p4的元素依次为Si、N、C、S,其中Si原子半径最大,即①的原子半径最大,A项正确;价电子排布式①3s23p1、②3s23p2、③3s23p3、④3s23p4对应的元素分别为Al、Si、P、S,根据电离能变化规律可知,第一电离能:③>④>②>①,B项正确;同周期主族元素自左向右元素电负性增大,同主族自上而下元素电负性减小,故(1)Na、K、Rb电负性依次减小,(2)N、P、As的电负性依次减小,(3)O、S、Se的电负性依次减小,(4)Na、P、Cl的电负性依次增大,C项正确;D项所给元素第三电离能剧增,其原子最外层应有2个电子,主要化合价为+2,当它与氯气反应时最可能生成的阳离子是X2+,故D错误。
4.(2020福建厦门思明区厦门外国语学校高二练习)已知1~18号元素的离子a、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,下列关系正确的是( )
A.质子数c>d,离子的还原性Y2->Z-
B.氢化物的稳定性H2Y>HZ
C.原子半径XD.电负性Z>Y>W>X
答案D
解析离子aW3+、bX+、cY2-、dZ-都具有相同的电子层结构,则有a-3=b-1=c+2=d+1,可知原子序数a>b>d>c。Y、Z为非金属元素,处于第2周期,Y为O元素,Z为F元素,W、X为金属元素,处于第3周期,W为Al元素,X为Na元素。根据上述分析,质子数d>c,A项错误;非金属性F>O,氢化物稳定性HF>H2O,B项错误;同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,则原子半径X>W,C项错误;同周期元素从左到右,电负性逐渐增大,同主族元素从上到下,电负性逐渐减小,则电负性F>O>Al>Na,即Z>Y>W>X,D项正确。
5.(双选)(2020山东德州高三上学期期中)X、Y、Z、W四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示。其中元素Z的基态原子价电子层排布式为nsn-1npn+1,下列说法正确的是( )
X
W
Y
Z
A.Y、Z、W三种元素的最高正价依次递增
B.X、Z都是ⅥA族元素,电负性:W>X>Z
C.氢化物稳定性W>Z>Y
D.对应的简单离子半径:W>X>Z
答案BC
解析s轨道最多容纳2个电子,即n-1=2,所以n=3,则Z价电子层排布式为3s23p4,Z是S元素。根据各种元素的相对位置可知X是O、Y是P、W是F。W元素原子半径很小,吸引电子能力很强,无最高正化合价,A错误;X、Z原子核外最外层都有6个电子,都是ⅥA族元素,由于同一周期的元素,原子序数越大,元素的电负性越大,同一主族的元素,原子序数越大,元素的电负性越小,所以元素的电负性:W>X>Z,B正确;元素的非金属性越强,其相应氢化物的稳定性越强,所以元素的氢化物的稳定性:W>Z>Y,C正确;X、W的离子核外有2个电子层,Z的离子核外有3个电子层,对于电子层结构相同的离子来说,核电荷数越大,离子半径越小,对于电子层结构不同的离子来说,离子核外电子层数越多,离子半径越大,所以离子半径:Z>X>W,D错误。
6.(双选)下表列出了前20号元素中的某些元素性质的有关数据。
元素性质
元素编号
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
1.52
2.27
0.74
1.43
0.77
1.10
0.99
1.86
0.75
0.71
最高价态
+1
+1
—
+3
+4
+5
+7
+1
+5
—
最低价态
—
—
-2
—
-4
-3
-1
—
-3
-1
元素R的原子半径为1.02×10-10m,下列有关叙述正确的是( )
A.表中10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是②
B.由⑤、⑥、⑦三种元素中的某两种元素形成的化合物中,每个原子都满足最外层为8电子稳定结构的物质可能是PCl5和CCl4
C.元素R在周期表中位于第3周期Ⅵ族
D.若物质Na2R3是一种含有非极性共价键的离子化合物,则其化合物的电子式为Na+]2-Na+
答案AD
解析①②⑧最高正价为+1,为ⅠA族元素,原子半径都大于元素⑩的原子半径,结合原子半径数据可知,①是Li元素、②是K元素、⑧是Na元素;⑦⑩最低价为-1,为ⅦA族元素,⑦的原子半径大于⑩,所以⑦是Cl元素、⑩是F元素;③只有-2价,没有正化合价,则③是O元素;④只有+3价,为ⅢA族元素,原子半径大于Cl原子半径,所以④是Al元素;⑤的化合价有+4、-4,为ⅣA族元素,原子半径小于Cl原子半径,所以⑤是C元素;⑥⑨的化合价有+5、-3,为ⅤA族元素,⑥的原子半径大于⑨,则⑥是P元素、⑨是N元素。同周期自左而右元素第一电离能呈增大趋势,同主族自上而下第一电离能减小,故以上10种元素的原子中,失去核外第一个电子所需能量最少的是金属性最强的元素K,故A正确;⑤是C元素、⑥是P元素、⑦是Cl元素,⑤、⑥、⑦三种元素中的两种元素形成的化合物有PCl3、CCl4、PCl5,其中PCl5不满足每个原子最外层为8电子稳定结构,故B错误;某元素R的原子半径为1.02×10-10
m,该原子半径在⑥⑦之间,⑥是P元素,⑦是Cl元素,则该元素是S元素,处于第3周期ⅥA族,故C错误;若物质Na2S3是一种含有非极性共价键的离子化合物,存在,该离子中相邻硫原子之间形成1对共用电子对且都满足8电子稳定结构,故该化合物的电子式为Na+]2-Na+,故D正确。
7.(2020安徽阜阳三中高二期末)A、B、C、D、E、F
6种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E、F是金属元素;A和E属于同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半。F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子。请回答下列问题:
(1)C、D、E三种元素的简单离子半径按由小到大的顺序为(用离子符号表示) 。?
(2)元素B与D的电负性大小关系是 (用“>”“<”或“=”及元素符号表示,下同),C与E的第一电离能的大小关系是 。?
(3)用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布 。?
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为 。?
(5)F在元素周期表中位于 区,其基态原子的电子排布式为 。?
(6)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为 。?
答案(1)AS Al>K
(3)
(4)Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-
(5)ds [Ar]3d104s1或1s22s22p63s23p63d104s1
(6)HS+H+H2O+SO2↑
解析A、B、C、D、E、F
6种元素,它们的核电荷数依次增大,且都小于36。其中C、E、F是金属元素;A和E属同一族,它们原子的最外层电子排布为ns1,即都位于ⅠA族,其中E是金属,因此A是H元素。B和D也属于同一族,它们原子最外层的p能级电子数是s能级电子数的两倍,所以B是O元素,D是S元素,则E是K元素。C原子最外层上电子数等于D原子最外层上电子数的一半,即C的最外层电子数是3,C的原子序数介于B和D之间,所以C是Al元素。F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子,因此F是铜元素。
(1)离子的核外电子层数越多,离子半径越大。核外电子排布相同的微粒,其离子半径随原子序数的增大而减小,则C、D、E三种元素的简单离子按半径由小到大的顺序为A(2)元素B(O)与D(S)的电负性的大小关系是O>S;金属性越强,第一电离能越小,则C(Al)与E(K)的第一电离能的大小关系是Al>K。
(3)S的原子序数是16,则用轨道表示式表示D元素原子的价电子排布为。
(4)C、E最高价氧化物对应的水化物相互反应的离子方程式为Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-。
(5)铜元素基态原子的电子排布式为[Ar]3d104s1,所以Cu元素在元素周期表中位于ds区。
(6)均为A、B、D、E四种元素组成的两种化合物可以相互反应,该反应的离子方程式为HS+H+H2O+SO2↑。
8.(2020山东烟台第二中学高二月考)现有七种元素,其中A、B、C、D、E为短周期主族元素,F、G为第4周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息回答问题。
元素
相关信息
A
元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素
B
元素原子的核外p电子数比s电子数少1
C
元素的第一至第四电离能分别是I1=738
kJ·mo、I2=1
451
kJ·mo、I3=7
733
kJ·mo、I4=10
540
kJ·mo
续 表
元素
相关信息
D
原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满
E
元素的主族序数与周期序数的差为4
F
是前四周期中电负性最小的元素
G
在元素周期表的第七列
(1)B元素基态原子中能量最高的电子,其电子云在空间有 个伸展方向。?
(2)某同学根据上述信息,推断C元素基态原子的轨道表示式为,该同学所画的轨道表示式违背了 。?
(3)G位于 族,属于 区,价电子排布式为 。?
(4)检验F元素的方法是 ,请用原子结构的知识解释产生此现象的原因: 。?
(5)写出E的单质与水反应的离子方程式: 。?
(6)写出DA3的电子式: (用元素符号)。?
答案(1)3 (2)泡利不相容原理 (3)ⅦB d 3d54s2 (4)焰色反应 基态原子的电子吸收能量后会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时,将以光的形式释放能量
(5)Cl2+H2OH++Cl-+HClO (6)H
解析A元素的原子核外电子数和电子层数相等,也是宇宙中最丰富的元素,A为H元素;B元素原子的核外p电子数比s电子数少1,B有2个电子层,核外电子排布式为1s22s22p3,故B为N元素;由C原子的第一至第四电离能数据可知,第三电离能突然增大,故C元素的常见化合价为+2,处于ⅡA族,原子序数大于N元素,故C为Mg元素;D处于第3周期,D原子核外填充电子的所有p轨道全满或半满,最外层电子排布式为3s23p3,故D为P元素;E处于第3周期,E元素的主族序数与周期序数的差为4,E处于ⅦA族,故E为Cl元素;F是前四周期中电负性最小的元素,且F为第4周期元素,故F为K元素,G在第4周期的第7列,则G为Mn元素。
(1)B是N元素,其基态原子中能量最高的电子排布在2p能级上,其电子云在空间有px、py、pz3个伸展方向。
(2)根据泡利不相容原理,1个原子轨道只能容纳2个自旋状态相反的电子,该同学所画的轨道表示式中3s能级上2个电子自旋状态相同,违背了泡利不相容原理。
(3)G为Mn元素,是25号元素,位于第4周期第ⅦB族,最后填充的为d电子,为d区元素,价电子排布式为3d54s2。
(4)当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高的能级,变成激发态原子,电子从能量较高的激发态跃迁到较低能量的激发态或基态时,将以光的形式释放能量;含有K元素的溶液在酒精灯火焰上被灼烧时,透过蓝色钴玻璃能观察到紫色火焰,检验K元素的方法是焰色反应。
(5)E是Cl元素,氯气与水反应生成盐酸和次氯酸,反应的离子方程式是Cl2+H2OH++Cl-+HClO。
(6)PH3中心原子磷原子满足8电子稳定结构,其电子式为H。
贴近生活拓展创新
(2020四川三台中学实验学校高二月考)新型储氢材料是开发利用氢能的重要研究方向。
(1)元素N的价电子排布式为3d24s2,其氯化物NCl4与LiBH4反应可制得储氢材料N(BH4)3。
①元素N在周期表中的位置为 ,该原子具有 种运动状态不同的电子。?
②化合物LiBH4中含有的化学键有 ,硼原子核外电子的轨道表示式为 。?
(2)金属氢化物是具有良好发展前景的储氢材料。
①LiH中,离子半径:Li+ (填“>”“=”或“<”)H-。?
②某储氢材料是短周期金属元素M的氢化物。M的部分电离能如下表所示:M的最高正价是 。?
I1/(kJ·
mol-1)
I2/(kJ·
mol-1)
I3/(kJ·
mol-1)
I4/(kJ·
mol-1)
I5/(kJ·
mol-1)
738
1
451
7
733
10
540
13
630
(3)基态砷原子的价电子排布式为 。与砷同周期的主族元素的基态原子中,第一电离能最大的为 (填元素符号)。?
(4)Na元素的焰色反应呈黄色,金属元素能产生焰色反应的微观原因为 。?
答案(1)①第4周期ⅣB族 22 ②离子键、共价键
(2)①< ②+2
(3)4s24p3 Br
(4)电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量
解析(1)①元素N的价电子排布式为3d24s2,是钛元素,原子序数是22,钛元素在周期表中的位置为第4周期ⅣB族。Ti原子核外有22个电子,所以有22种运动状态不同的电子。②化合物LiBH4中,Li+和B间形成离子键,B与H间形成共价键;硼原子轨道表示式为。
(2)①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,所以离子半径:Li+(3)基态砷原子的价电子排布式为4s24p3。一般情况下,同周期主族元素从左到右,元素的第一电离能呈增大趋势,故第4周期主族元素中第一电离能最大的是Br。
(4)金属元素产生焰色反应的微观原因是电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时,会以光的形式释放能量,从而产生焰色反应。(共27张PPT)
第1课时 原子半径及其变化规律
1.了解原子半径的周期性变化,能用原子结构的知识解释主族元素原子半径周期性变化的原因,形成证据推理与模型认知的化学核心素养。
2.了解同周期、同主族元素性质的递变规律,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。原子的质子数=核电荷数=
核外电子数。
2.原子的失电子能力与最外层电子数和电子层数有关,钠元素原子的失电子能力大于镁,氟元素原子得电子能力大于氯元素原子得电子能力。
3.元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定。
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.核外电子排布与原子半径
(1)影响原子半径的因素。
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)原子半径变化规律。
①主族元素。
同一周期从左到右,增加电子产生的电子间的排斥作用小于核电荷数增大导致原子核对外层电子的吸引作用,使原子半径逐渐减小。
同一主族从上到下,核电荷数增大对外层电子的吸引作用小于增加电子间的排斥作用,使原子半径逐渐增大。
②过渡元素。
同一周期过渡元素自左至右原子半径逐渐减小,但变化幅度不大。原因是同一周期过渡元素增加的电子一般分布在内层d轨道或f轨道上,电子间的排斥作用与核对电子的吸引作用大致相当。
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考】“对于元素周期表中的一切元素,均满足同周期从左到右原子半径逐渐减小,同族从上到下原子半径逐渐增大”这句话是否正确?为什么?
提示:不正确。此规律仅适用于主族元素,而对于副族元素、第Ⅷ族元素、0族元素原子半径大小不适用此规律。
知识铺垫
必备知识
正误判断
2.元素原子得失电子的能力
利用原子半径和价电子数,人们可以定性解释元素周期表中元素原子得失电子能力所呈现的递变规律。
(1)同周期主族元素原子的电子层数相同,从左到右原子半径逐渐减小,原子核对外层电子的吸引作用逐渐增强。因此,同一周期主族元素从左到右,元素原子失去电子的能力越来越弱,获得电子的能力越来越强。
(2)同主族元素原子的价电子数相同,但自上而下原子半径逐渐增大,原子核对外层电子的吸引作用逐渐减弱。因此,自上而下,金属元素原子失去电子的能力越来越强,非金属元素原子获得电子的能力越来越弱。
同周期元素和同主族元素原子结构递变的综合结果是:位于元素周期表中金属元素与非金属元素分界线周围元素的原子获得或失去电子的能力都不强。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
1.核外电子层结构相同的单核粒子,半径相同。( )
2.质子数相同的不同单核粒子,电子数越多半径越大。( )
3.原子序数越大,原子半径越大。( )
4.V、Cr、Mn的最外层电子数逐渐增大。( )
5.S2-、Cl-、K+的半径逐渐减小。( )
6.当电子层数相同时,核电荷数越小,微粒半径越小。( )
7.主族元素原子最外层电子数相同时,质子数越大半径越小。
( )
答案:1.× 2.√ 3.× 4.× 5.√ 6.× 7.×
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
微粒半径大小比较
问题探究
是否电子层数多的元素的原子半径一定大于电子层数少的元素的原子半径?
提示:不一定。原子半径的大小由核电荷数与电子层数两个因素综合决定,如碱金属元素的原子半径比它下一周期的卤族元素的原子半径大。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
比较微粒半径大小的方法
(1)同周期主族元素的原子半径、最高价阳离子半径、最低价阴离子半径:随着原子序数的增大,半径都依次减小。如第3周期:①Na>Mg>Al>Si>P>S>Cl。②Na+>Mg2+>Al3+。③P3->S2->Cl-。
(2)同主族元素的原子半径、相同价态阳离子半径和阴离子半径:随着核电荷数增大,半径依次增大。如:①ⅠA族Li(3)核外电子排布(即电子层结构)相同的离子半径:随核电荷数增大,半径依次减小。如离子半径:O2->F->Na+>Mg2+>Al3+、
>S2->Cl->K+>Ca2+。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
(4)同种元素形成的粒子半径:阳离子<中性原子<阴离子,且阳离子价态越高,半径越小。如粒子半径:Fe3+(5)核电荷数和电子数都不同的粒子,一般通过参照物判断。如比较Al3+和S2-的半径,可找出O2-作为参照物来比较,因为离子半径Al3+探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1(2020山东烟台第二中学高二月考)A+、B2+、C-、D2-4种离子具有相同的电子层结构。现有以下排列顺序:
①B2+>A+>C->D2- ②C->D2->A+>B2+
③B2+>A+>D2->C- ④D2->C->A+>B2+4种离子的半径由大到小以及4种元素原子序数由大到小的顺序分别是( )
A.①④
B.④①
C.②③
D.③②
答案:B
解析:A+、B2+、C-、D2-四种离子具有相同的电子层结构,核外电子数相等,令核外电子数为x,则A、B、C、D的原子序数分别为x+1、x+2、x-1、x-2,故原子序数(核电荷数)B2+>A+>C->D2-;电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径D2->C->A+>B2+。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
方法规律
粒子半径比较的一般思路
(1)“一层”:先看电子层数,电子层数越多,微粒半径一般越大。
(2)“二核”:若电子层数相同,则看核电荷数,核电荷数越大,微粒半径越小。
(3)“三电子”:若电子层数、核电荷数均相同,则看核外电子数,电子数多的半径大。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-1(2020上海嘉定区高三检测)具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是( )
A.1s22s22p63s23p1
B.1s22s22p3
C.1s22s22p2
D.1s22s22p63s23p4
答案:A
解析:核外电子排布为1s22s22p63s23p1、1s22s22p3、1s22s22p2、1s22s22p63s23p4原子分别为Al、N、C、S,同周期主族元素自左而右原子半径减小,同主族自上而下原子半径增大,故原子半径:Al>C>N,Al>S,故Al原子半径最大,即A的原子半径最大。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练1-2下列四种粒子的半径按由大到小顺序排列正确的是( )
①基态X原子的结构示意图:
②基态Y原子的价电子排布式:3s23p5
③基态Z2-的轨道表示式:
④基态W原子有2个电子层,电子式为
A.①>②>③>④
B.③>④>①>②
C.③>①>②>④
D.①>②>④>③
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:由题意可知,X、Y、Z2-、W分别为S、Cl、S2-、F。S、Cl、S2-、F四种粒子半径由大到小排列顺序为r(S2-)>r(S)>r(Cl)>r(F),故C项正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
元素性质的递变规律
问题探究
1.同周期元素性质的递变规律有哪些?
提示:同周期自左向右,电子层数相同,最外层电子数逐渐增多,原子核对外层电子的吸引力逐渐增强,元素的原子失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强。
2.同主族元素性质的递变规律有哪些?
提示:同主族元素自上而下,最外层电子数相同,电子层数递增,原子核对外层电子的吸引力逐渐减弱,元素的原子失电子能力逐渐增强,得电子能力逐渐减弱。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
深化拓展
元素性质的递变规律
性质
同周期(从左→右)
同主族(从上→下)
原子核外
电子排布
电子层数相同,最外层电子数逐渐由1→8(第1周期是1→2)
最外层电子数相同,电子层数递增
原子半径
逐渐减小(0族除外)
逐渐增大
元素主要
化合价
最高正价由+1→+7,最低负价由-4→-1
最高正价=主族序数(氟、氧除外),非金属最低负价=主族序数-8(氢除外)
原子得、
失电子能力
得电子能力逐渐增强,失电子能力逐渐减弱
得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强
元素金属性、
非金属性
金属性逐渐减弱
非金属性逐渐增强
金属性逐渐增强
非金属性逐渐减弱
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2(2020宁夏大学附中高三月考)运用元素周期律判断下列叙述,其中正确的组合是( )
①碱金属单质的熔点随原子序数的增大而降低
②砹(At)是ⅦA族元素,其氢化物的稳定性小于HCl
③根据同周期元素的失电子能力变化趋势,推出Al的金属性比Mg强
④第2周期非金属元素的气态氢化物溶于水后,水溶液均为酸性
⑤铊(Tl)与铝同主族,其单质既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应
⑥若X+和Y2-的核外电子层结构相同,则原子序数:X>Y
A.①③④
B.①②⑥
C.③④⑤
D.②④⑥
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:碱金属单质Li、Na、K的熔点随原子序数的增大而降低,①正确;砹(At)是ⅦA族元素,非金属性Cl>At,砹元素氢化物的稳定性小于HCl,②正确;Mg的金属性比Al强,③错误;第2周期非金属元素的气态氢化物溶于水后,氨气的水溶液显碱性,甲烷不溶于水,HF的水溶液为酸性,④错误;铊(Tl)与铝同主族,Tl的金属性强于Al,其单质能与盐酸反应,不能与氢氧化钠溶液反应,⑤错误;若X+和Y2-的核外电子层结构相同,X+是原子失去最外层1个电子形成的,Y2-是原子获得2个电子形成的,所以原子序数:X>Y,⑥正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
变式训练2下列四种元素中,其单质氧化性最强的是( )
A.原子含有未成对电子最多的第2周期元素
B.位于元素周期表第3周期ⅢA族的元素
C.原子最外电子层排布式为2s22p6的元素
D.原子最外电子层排布式为3s23p5的元素
答案:D
解析:第2周期含未成对电子数最多的是N原子;第3周期ⅢA族元素是Al;原子最外层电子排布式为2s22p6的元素为稀有气体Ne;原子最外层电子排布式为3s23p5的元素为Cl。N2、Al、Ne、Cl2四种单质中Cl2的氧化性最强。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
1.具有下列电子排布式的原子中,半径最大的是( )
A.1s22s22p63s23p5
B.1s22s22p4
C.1s22s22p3
D.1s22s22p63s23p3
答案:D
解析:由核外电子排布知识可知A为氯原子,B为氧原子,C为氮原子,D为磷原子。根据同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,同主族原子半径由上到下逐渐增大,故原子半径最大的是磷原子。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
2.下列有关微粒半径的大小比较错误的是( )
A.K>Na>Li
B.Na+>Mg2+>A
C.Mg2+>Na+>F-
D.Cl->F->F
答案:C
解析:同一主族元素的原子,从上到下原子半径逐渐增大,A项正确;核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,半径越小,B项正确;Mg2+、Na+、F-的半径由小到大的顺序应为Mg2+F-,F-比F多一个电子,故半径F->F,D项正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
3.(2019四川棠湖中学高二检测)在通常条件下,下列各组物质的性质排列正确的是( )
A.Na、Mg、Al的失电子能力逐渐增强
B.O、F、N的非金属性逐渐增强
C.S2-、Cl-、K+的半径逐渐增大
D.热稳定性:HF>H2O>NH3
答案:D
解析:Na、Mg、Al的失电子能力逐渐减弱,故A错误;非金属性NO>N,则氢化物稳定性HF>H2O>NH3,故D正确。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
4.下列关于元素原子半径的表述合理的是( )
A.在主族元素中,原子半径最小的是氢元素
B.在主族元素中,原子半径最大的是铯元素
C.在同周期主族元素中,原子半径小的族序数也小
D.在同主族元素中,原子半径大的周期序数反而小
答案:A
解析:氢原子是半径最小的原子,A项正确。钫是已知元素中原子半径最大的元素,B项错误。在同周期主族元素中,原子序数越大即族序数越大,原子半径越小,C项错误。在同主族元素中,原子半径越大,周期序数越大,D项错误。
探究1
探究2
素养脉络
随堂检测
5.下列化合物中阳离子半径与阴离子半径比值最小的是( )
A.NaF
B.MgI2
C.BaI2
D.KBr
答案:B
解析:题中物质所含阳离子半径由小到大的顺序为r(Mg2+)r(I-)>r(Br-)>r(F-)。则r(Mg2+)/r(I-)的值最小。第1章
原子结构与元素性质
第3节 元素性质及其变化规律
第1课时 原子半径及其变化规律
课后篇素养形成
夯实基础轻松达标
1.(2020安徽阜阳三中高二期末)下列结论错误的是
( )
①微粒半径:r(K+)>r(Al3+)>r(S2-)>r(Cl-) ②氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4 ③还原性:S2->Cl->Br->I- ④氧化性:Cl2>S>Se>Te ⑤酸性:H2SO4>H3PO4>H2CO3>HClO ⑥非金属性:O>N>P>Si ⑦金属性:BeA.①
B.①③
C.②③④⑤⑥⑦
D.①③⑤
答案B
解析①钾离子与氯离子、硫离子的电子层结构相同,核电荷数越多,离子半径越小,则微粒半径:S2->Cl->K+>Al3+,错误;②元素的非金属性越强,则对应氢化物的稳定性越强,所以氢化物的稳定性:HF>HCl>H2S>PH3>SiH4,正确;③非金属性越强,相应阴离子的还原性越弱,则离子的还原性:S2->I->Br->Cl-,错误;④元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,所以氧化性:Cl2>S>Se>Te,正确;⑤非金属性越强,最高价含氧酸的酸性越强,则酸性:H2SO4>H3PO4>H2CO3,氯元素的非金属性强,但HClO不是其最高价含氧酸,HClO是比碳酸弱的酸,正确;⑥主族元素的非金属性同周期从左到右逐渐增强,同主族从上到下逐渐减弱,所以非金属性:O>N>P>Si,正确;⑦同周期元素从左到右金属性逐渐减弱,同主族元素的金属性从上到下逐渐增强,所以金属性:Be2.(2019湖北宜昌部分示范高中教学协作体高二期中联考)下列元素性质的递变规律正确的是( )
A.原子半径:CB.非金属性:CC.最高价氧化物的水化物的碱性:NaD.与氢气化合的难易程度:N答案B
解析一般情况下,电子层数越多,原子半径越大,同周期主族元素从左向右,原子半径逐渐减小,则原子半径NMg>Al,则最高价氧化物的水化物的碱性:Na>Mg>Al,故C错误;元素非金属性越强,越容易与氢气化合,非金属性O>S、O>N,与氢气化合的难易程度:O>S、O>N,故D错误。
3.X和Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,X元素的阳离子半径大于Y元素的阳离子半径,Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径。X、Y、Z三种元素原子序数的关系是
( )
A.X>Y>Z
B.Y>X>Z
C.Z>X>Y
D.Z>Y>X
答案D
解析X、Y两元素的阳离子具有相同的电子层结构,二者处于同一周期,X元素的阳离子半径大于Y元素阳离子半径,由于原子序数越大,离子半径越小,则原子序数为Y>X,又Z和Y两元素的原子核外电子层数相同,则在同一周期,Z元素的原子半径小于Y元素的原子半径,则原子序数为Z>Y,所以X、Y、Z三种元素原子序数的关系为Z>Y>X。
4.已知短周期主族元素的离子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层结构,则下列叙述中正确的是( )
A.原子半径:A>B>D>C
B.原子序数:d>c>b>a
C.离子半径:C>D>B>A
D.单质的还原性:A>B>D>C
答案C
解析首先根据离子结构推断4种元素在元素周期表中的相对位置,均为短周期主族元素,则原子序数均小于18。阳离子对应元素应该位于阴离子对应元素的下一周期,则A、B为第3周期的镁、钠,C、D为第2周期的氮、氟。
5.下列有关物质的性质或结构的说法正确的是( )
A.第2周期元素最高价与其原子最外层电子数相等
B.Na的原子半径比Cl的大,但Na+的半径比Cl-的小
C.Li、Na、K、Rb、Cs都属于碱金属元素,它们单质的还原性随原子序数的增大而减弱
D.Cl与I同属于ⅦA族元素,则两者最高价氧化物对应水化物的酸性:HClO4答案B
解析第2周期元素中主族元素(O、F除外)的最高价与其原子最外层电子数相等,A错误;钠离子有两个电子层而氯离子有三个电子层,所以钠离子的半径小于氯离子的半径,B正确;碱金属元素单质的还原性随原子序数的增大而增大,C错误;高氯酸的酸性强于高碘酸,D错误。
6.门捷列夫在描述元素周期表时,许多元素尚未发现,但他为第4周期的三种元素留下了空位,并对它们的一些性质做了预测,X是其中的一种“类硅”元素,后来被德国化学家文克勒发现,并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律,下列有关X性质的描述错误的是
( )
A.X单质不易与水反应
B.XO2可被碳或氢气还原为X的单质
C.其价电子排布为4s24p2
D.XH4的稳定性比SiH4的强
答案D
解析X和Si的性质相似,则X单质和水不反应,选项A正确;X位于元素周期表第4周期,非金属性比Si弱,XO2可被碳或氢气还原为X单质,选项B正确;X位于元素周期表第4周期ⅣA族,其价电子排布为4s24p2,选项C正确;X的非金属性比Si弱,则XH4的稳定性比SiH4的弱,选项D错误。
7.下列各组元素性质递变规律不正确的是( )
A.Li、Be、B原子半径依次减小
B.PH3、H2S、HCl还原性依次减弱
C.N、O、F的氢化物稳定性依次减弱
D.NaOH、KOH、RbOH的碱性依次增强
答案C
解析Li、Be、B位于元素周期表相同周期,原子序数逐渐增大,半径逐渐减小,故A正确;非金属性:P8.a、b、c、d是四种短周期元素。a、b、d同周期,c、d同主族。a的原子结构示意图为,b与c形成的化合物的电子式为b+]3-b+。下列说法中正确的是( )
A.原子半径:a>c>d>b
B.非金属性:a>b>d>c
C.原子序数:d>a>c>b
D.最高价含氧酸的酸性:c>d>a
答案D
解析由a的原子结构示意图分析可知,a应为硅元素,位于第3周期;因为a、b、d同周期,b元素显+1价,故b应为钠元素;又因c显-3价,则c应为氮或磷,但d为第3周期元素,且c与d同主族,故d应为磷元素,c应为氮元素。依次分析可知D正确。
9.五种元素的原子电子层结构如下:A.1s22s1;B.1s22s22p4;C.1s22s22p6;D.1s22s22p63s23p2;E.[Ar]3d104s1
[用元素符号作答]
(1)元素的活泼性最弱的是 。?
(2)属于过渡元素的是 。?
(3)元素的非金属性最强的是 。?
(4)上述元素之间能形成X2Y型化合物的化学式是 。?
答案(1)Ne (2)Cu (3)O (4)Li2O、Cu2O
解析根据题中给出的元素原子电子排布式可知,A是Li元素,B是O元素,C是Ne元素,D是Si元素,E是Cu元素。
(1)元素活泼性最弱的是Ne。
(2)Cu是过渡元素。
(3)氧元素的非金属性最强。
(4)O元素与Li、Cu两种元素可分别形成Li2O、Cu2O。
提升能力跨越等级
1.(双选)下列递变规律不正确的是( )
A.HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次增强
B.钠、镁、铝的还原性依次减弱
C.HCl、HBr、HI的稳定性依次增强
D.P、S、Cl三种元素的最高正化合价依次升高
答案AC
解析非金属性:Cl>S>P,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,则HClO4、H2SO4、H3PO4的酸性依次减弱,A错误;金属性Na>Mg>Al,元素的金属性越强,对应的单质的还原性越强,则钠、镁、铝的还原性依次减弱,B正确;非金属性:Cl>Br>I,元素的非金属性越强,对应的氢化物越稳定,则HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱,C错误;P、S、Cl三种元素的最外层电子数分别为5、6、7,最高正价分别为+5、+6、+7,依次升高,D正确。
2.(2020广东汕头金山中学高二期末)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W-与Ne具有相同的电子层结构,X的族序数等于周期序数,Y与Z最外层电子数之和为10。下列说法不正确的是( )
A.原子半径:X>Y>Z>W
B.W的单质可以与水反应产生氧气
C.气态氢化物的稳定性:W>Y>Z
D.简单离子半径大小:Z>W>X
答案C
解析根据题意分析可知,W、X、Y、Z分别为F、Al、Si、S,则原子半径:X>Y>Z>W,A正确;W为F,其单质可以与水反应产生氧气,B正确;W、Y、Z分别为F、Si、S,气态氢化物的稳定性:W>Z>Y,C错误;W、X、Z的简单离子分别为F-、Al3+、S2-,半径大小:Z>W>X,D正确。
3.2016年IUPAC命名117号元素为Ts(中文名“”,tián),下列有关Ts的说法不正确的是( )
A.Ts原子的电子所在最高电子层符号是Q
B.Ts原子核外有一个未配对电子
C.Ts的非金属性在同周期主族元素中最强
D.Ts原子有7种能量不同的电子
答案D
解析Ts原子核外有7个电子层,最外层7个电子位于能量最高的Q电子层,故A正确;Ts的价电子排布式为7s27p5,p能级上有一个未配对电子,故B正确;同一周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,所以Ts的非金属性在同周期主族元素中最强,故C正确;同一能级上的电子能量是相等的,Ts原子有19个能级,所以Ts的基态原子有19种能量不同的电子,故D错误。
4.(2020湖南长沙长郡中学高二期中)M、N、R均为短周期主族元素,它们原子的最外层电子数之和为10,M与R同族,N最外层电子数等于M次外层电子数,且N原子半径大于R原子半径。下列叙述不正确的是( )
A.熔点:M的氧化物比N的氧化物高
B.热稳定性:M的氢化物大于R的氢化物
C.M与R形成的是共价化合物RM
D.N的单质能溶于浓硝酸,R的单质不溶于浓硝酸
答案A
解析N最外层电子数等于M次外层电子数,则M的次外层电子数为2,M为第2周期元素;N原子半径大于R原子半径,则N与R都为第3周期元素,且N在R的左边,由此得出N为Mg;再据同主族元素M、R的最外层电子数之和为10-2=8,可确定M为C,R为Si。M的氧化物CO2常温下为气体,N的氧化物MgO常温下为固体,则后者熔点高,A不正确;M的氢化物为CH4,R的氢化物为SiH4,C的非金属性强于Si,所以前者稳定性强,B正确;M与R形成SiC,为共价化合物,C正确;Mg能溶于浓硝酸,Si不溶于浓硝酸,D正确。
5.(双选)(2020湖北荆州中学、宜昌一中高二期末)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同。Y是空气中含量最高的元素,Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,Z2-与W+具有相同的电子层结构。下列说法正确的是( )
A.原子半径大小顺序:r(W)>r(Z)>r(Y)>r(X)
B.由X、Y、Z三种元素形成的化合物的水溶液可能呈碱性
C.元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的弱
D.化合物X2Z2与W2Z2所含化学键类型完全相同
答案BC
解析短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,Y是空气中含量最高的元素,则Y为N元素;Z原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍,原子只能有2个电子层,最外层电子数为6,则Z为O元素;Z2-与W+具有相同的电子层结构,则W为Na;X与W同主族,X、W的单质在标准状况下的状态不同,则X应为H元素。同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),同主族自上而下原子半径逐渐增大,氢原子半径最小,故原子半径r(Na)>r(N)>r(O)>r(H),选项A错误;由X(H)、Y(N)、Z(O)三种元素形成的化合物中,一水合氨的水溶液呈碱性,选项B正确;非金属性Z(O)>Y(N),元素非金属性越强,简单气态氢化物越稳定,因此H2O的热稳定性强于NH3,选项C正确;化合物H2O2只含有共价键,而Na2O2含有共价键、离子键,所含化学键类型不完全相同,选项D错误。
6.(2020辽宁实验中学东戴河分校高二月考)X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,Y、Z、M、W在元素周期表中的相对位置如图所示,N是用量最多的金属元素。下列说法不正确的是( )
Y
Z
M
W
A.原子半径:W>Y>Z>M>X
B.N的一种氧化物可用作油漆和涂料
C.氢化物的沸点:Z小于M
D.工业上制备W单质的方法为电解熔融的W的氧化物
答案D
解析X、Y、Z、M、W、N六种元素的原子序数依次增大,其中X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X元素的某种核素无中子,X为H元素,W原子核外电子数是M原子最外层电子数的2倍,结合Y、Z、M、W在元素周期表中的位置可知,M为O元素,最外层电子数为6,W为Mg元素,Y、Z分别是C、N元素,N是Fe元素。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,故原子半径Mg>C>N>O>H,故A正确;Fe的氧化物Fe2O3可用作油漆和涂料,故B正确;NH3的沸点小于H2O,故C正确;Mg常用电解熔融氯化镁的方法冶炼,故D错误。
7.(2020江苏徐州第一中学高二月考)下表是元素周期表的一部分,表中每一序号分别代表一种元素。
(1)元素⑥的名称是 。元素⑤位于元素周期表 区。?
(2)元素①原子的价电子数是 。元素⑨在元素周期表的第4周期 族。?
(3)在元素①、②、③中,非金属性最强的是 (用所对应的元素符号表示,下同),元素③、⑦、⑧的简单离子的半径由大到小的顺序为 (请填序号,不要加任何连接符号)。?
(4)元素⑩的单质可能具有的性质是 (填字母)。?
a.能导电、导热
b.能与稀盐酸反应生成氢气
c.能与NaOH溶液反应
(5)在元素④、⑤、⑥的最高价氧化物中,具有两性的是 (填化学式)。在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是 (填化学式)。?
(6)元素⑨原子的价电子排布式为 。?
答案(1)铝 s (2)4 Ⅷ (3)O ⑦⑧③
(4)ab (5)Al2O3 HClO4 (6)3d64s2
解析从①~⑩这十种元素分别是:C、N、O、Na、Mg、Al、S、Cl、Fe、In。
(1)元素⑥的名称是铝,元素⑤即Mg的价电子排布式为3s2,位于元素周期表s区。
(2)元素①为C,其价电子数是4。元素⑨即铁位于元素周期表的第4周期Ⅷ族。
(3)元素①、②、③分别为C、N、O,非金属性最强的是O,元素③、⑦、⑧分别为O、S、Cl,简单离子中,硫离子、氯离子都有18个电子,电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,所以硫离子半径大于氯离子半径,氧离子有十个电子,电子数少,半径相对较小,则离子半径由大到小的顺序为⑦⑧③。
(4)元素⑩与Al位于同一主族,其单质化学性质和铝有一定相似性,但是金属性比铝强,不能与NaOH溶液反应,则可能具有的性质是ab。
(5)元素④、⑤、⑥即Na、Mg、Al,最高价氧化物中具有两性的是氧化铝;在元素①~⑩的最高价氧化物的水化物中,酸性最强的是HClO4。
(6)元素⑨为26号元素铁,其原子的价电子排布式为3d64s2。
8.(2020山东德州高二期末)X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期的元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是第ⅠA族元素。
(1)请写出基态W原子的电子排布式: 。?
(2)写出X原子价电子的轨道表示式: 。?
(3)X、Y、Z三种元素的非金属性由强到弱的顺序是 。?
答案(1)1s22s22p63s23p63d104s1
(2) (3)O>N>C
解析X、Y、Z、W为元素周期表中前4周期元素,它们的原子序数依次增大。X的基态原子有3个不同的能级,各能级中电子数相等,核外电子排布式为1s22s22p2,则X是碳;Y与X同周期,其简单氢化物的水溶液呈碱性,则Y为氮;Z的基态原子2p能级上的未成对电子数与X原子相同,则Z为氧;W元素原子最外层只有未成对电子,其内层所有轨道全部充满,但并不是ⅠA族元素,则核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,则W为29号元素铜。
(1)根据上述分析可知W为铜,其原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。
(2)X是C,基态碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,其价电子的轨道表示式:。
(3)X是C,Y为N,Z为O,同周期主族元素从左到右,元素非金属性逐渐增强。
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(1)自然界中存在一种碘的稳定性核素是碘-127I)。某次核电站事故释放出的放射性物质中含有人工放射性核素碘-131I)。碘-131一旦被人体吸入,可能会引发甲状腺疾病。下列关于这两种核素的说法正确的是 (填序号)。?
A.
I和I原子核外的价电子排布式不同
B
I和I互为同位素
CI原子的核外价电子排布式为5s25p5
DI的中子数与质子数之差为74
(2)有四种短周期元素,它们的结构、性质等信息如下表所示:
元素
结构、性质等信息
A
在短周期元素中(除稀有气体外)原子半径最大
B
与A同周期,其最高价氧化物对应的水化物呈两性
C
其气态氢化物极易溶于水,液态时可用作制冷剂
D
原子核外电子共有17种不同的运动状态
①A元素原子的核外电子排布式为 。?
②离子半径:B (填“>”或“<”)A。?
③C元素原子的核外电子轨道表示式为 ,其原子核外有 个未成对电子,能量最高的电子为 能级上的电子。?
④写出B、D两元素的最高价氧化物对应的水化物反应的离子方程式: 。?
答案(1)BC (2)①1s22s22p63s1 ②<
③ 3 2p ④Al(OH)3+3H+Al3++3H2O
解析(1I和I属于同一种元素,原子核外电子排布相同,价电子排布式也相同,故A错误I和I的质子数相同,中子数不同,二者互为同位素,B正确I原子的核外价电子排布式为5s25p5,C正确I的中子数=127-53=74,所以中子数与质子数的差为74-53=21,故D错误。
(2)根据表中信息可推出A为Na,B为Al,C为N,D为Cl。①A为Na,其核外电子排布式为1s22s22p63s1。②B为Al,其在元素周期表中位于第3周期ⅢA族。Na+与Al3+的核外电子排布相同,故半径r(Al3+)