(共35张PPT)
章末复习课
第1章
以铝土矿的提纯为背景,复习元素周期律
主题整合·践行素养
主题目标
1.以真实的情境“铝土矿的提纯”复习铝、硅及其化合物的性质。
2.通过主题复习,能够利用元素周期律预测或判断元素或物质的性质,并能应用此原理解决简单的化学实际问题。
3.以真实的生产情境,养成科学探究的精神以及可持续发展的环保意识;并对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断,能参与有关化学问题的社会实践活动。
【知识体系构建】
一、原子结构
二、元素周期律和元素周期表
【主题互动探究】
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。其中铝元素为13号元素,铝以化合态的形式存在于各种岩石或矿石里,如长石、云母、高岭石、铝土矿、明矾石等等。工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、MgO等杂质)提取冶炼铝的原料氧化铝。一般情况下会采用如下两种方式:
(1)铝土矿的主要成分中含有哪些元素?简述这些元素在周期表中的位置。
提示:一共含有5种元素,分别为Al元素位于元素周期表第3周期第ⅢA族,Si元素位于元素周期表第3周期第ⅣA族,Mg元素位于元素周期表第3周期第ⅡA族,O元素位于元素周期表第2周期第ⅥA族,Fe元素位于元素周期表第4周期第Ⅷ族。
(2)铝土矿的主要成分为四种氧化物,简述这四种氧化物的分类。
提示:从组成角度Al2O3、Fe2O3、MgO属于金属氧化物,而SiO2属于非金属氧化物。从性质角度Al2O3属于两性氧化物,Fe2O3、MgO属于碱性氧化物,SiO2属于酸性氧化物。
(3)从流程中可以得出Al2O3、Al(OH)3既能与硫酸反应,又能与NaOH溶液反应,从原子结构角度解释原因。
提示:金属铝位于元素周期表金属和非金属的分界线附近,单质的金属性较弱,具有一定的非金属性,从而导致Al2O3、Al(OH)3既能与酸反应,又能与碱溶液反应。
(4)滤液A中滴加过量NaOH溶液的过程中,能否说明Na、Mg、Al三种元素原子的失电子能力大小顺序?简述理由。
提示:滤液A中含有Mg2+、Al3+,向溶液中加入过量的NaOH溶液时生成了Mg(OH)2沉淀,而Al元素形成了Na[Al(OH)4],因此可以推出NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3的碱性顺序为NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,因此可以说明Na、Mg、Al三种元素原子的失电子能力大小顺序为Na>Mg>Al。
(5)滤液C中滴加过量硫酸时为什么会产生H2SiO3沉淀,从元素周期律角度阐述理由。
提示:由于Si与S同位于元素周期表中的第3周期,根据元素周期律可以得知二者原子的得电子能力为S>Si,因此其最高价氧化物对应水化物的酸性顺序为H2SO4>H2SiO3。滤液C中含有Si
,根据强酸制弱酸原理,因此向滤液C中加入稀硫酸时会生成H2SiO3沉淀。
(6)Si、C、S是三种重要的非金属元素,请从原子结构角度阐述这三种元素原子的得电子能力强弱顺序,并设计一个实验进行证明。
提示:Si、C、S三种元素在元素周期表中的相对位置
,其中C和Si的最外层电子数相同,Si的电子层数为3而碳的电子层数为2,因此C的得电子能力大于Si;Si和S的电子层数相同,而Si的质子数为14,S的质子数为16,因此得电子能力S>Si。因此三种元素的得电子能力为S>C>Si。可以根据强酸制弱酸的原理证明H2SO4>H2CO3>H2SiO3。
因此可以设计如下实验:
C
Si
S
装置a中所盛溶液是稀硫酸,装置c中所盛溶液是Na2CO3溶液,装置d中所盛溶液是Na2SiO3溶液。
应用实践·提升素养
1.(2020·日照高一检测)四种短周期元素X、Y、Z和W在周期表中的位置如图所示,原子序数之和为48。下列说法不正确的是
( )
A.原子半径(r)大小比较r(X)>r(Y)
B.X和W可形成共价化合物XW3
C.W的非金属性比Z的强,所以W氢化物的沸点比Z的高
D.Z的最低价单核阴离子的失电子能力比Y的强
X
Y
Z
W
【解析】选C。根据题图中各元素在周期表中的位置及原子序数之和为48,可推断X为N、Y为O、Z为S、W为Cl。同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,故r(N)>r(O),A项正确;根据N和Cl的最外层电子数可推断,N和Cl可形成共价化合物NCl3,B项正确;沸点:HCl
O2-,D项正确。
2.(2020·成都高一检测)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W的简单氢化物可用作制冷剂,Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三种元素形成的一种盐溶于水后,加入稀盐酸,有黄色沉淀析出,同时有刺激性气体产生。下列说法不正确的是
( )
A.X的简单氢化物的热稳定性比W的强
B.Y的简单离子与X的具有相同的电子层结构
C.Y与Z形成化合物的水溶液可使蓝色石蕊试纸变红
D.Z与X属于同一主族,与Y属于同一周期
【解析】选C。由题意知,W为氮,X为氧,Y为钠,Z为硫。同周期元素从左至右,简单氢化物的热稳定性逐渐增强,H2O的热稳定性比NH3的强,A项正确;氧离子(O2-)和钠离子(Na+)核外都有10个电子,B项正确;钠和硫形成的化合物为硫化钠,它是强碱弱酸盐,其水溶液呈碱性,能使红色石蕊试纸变蓝色,不能使蓝色石蕊试纸变色,C项错误;氧、硫位于同主族,钠与硫位于第3周期,D项正确。
3.(双选)(2020·丰台区高一检测)铬可用于制造不锈钢、汽车零件、工具、磁带和录像带等。铬的金属性位于锌和铁之间,根据元素周期律的知识,下列有关铬的性质说法不正确的是
( )
A.铬与冷水能发生剧烈反应
B.Cr(OH)3的碱性比NaOH的强
C.高温条件下,Al能与Cr2O3反应置换出Cr
D.铬能与稀盐酸发生反应
【解析】选A、B。锌和铁与冷水不能反应,则铬与冷水也不反应,A错误;NaOH为强碱,Cr(OH)3的碱性比氢氧化锌弱,为弱碱,则Cr(OH)3的碱性比NaOH的弱,B错误;高温条件下,铬的金属性比锌弱,Al能与Cr2O3反应置换出Cr,C正确;铬的金属性比铁强,铬能与稀盐酸发生反应,D正确。
【加固训练】
(2020·银川高一检测)Rb为第5周期的碱金属元素,下列有关Rb及其化合物的性质描述不正确的是( )
A.Rb在常温下跟水反应比钠跟水反应剧烈
B.Rb2CO3易溶于水
C.Rb的原子半径比K大
D.RbOH有两性,能与NaOH反应
【解析】选D。同主族元素,随原子序数递增,原子半径逐渐增大,金属性逐渐增强,A、C项正确;碱金属元素的碳酸盐易溶于水,B项正确;同主族元素从上到下,其氢氧化物的碱性逐渐增强,NaOH为强碱,则RbOH的碱性比NaOH还强,D项错误。
4.(改编)1869年俄国化学家门捷列夫制出第一张元素周期表,到现在形成的周期表经过了众多化学家的艰辛努力。元素周期表体现了元素位构性之间的关系,揭示了元素间的内在联系。如图是元素周期表的一部分,回答下列问题。
(1)元素Ga在元素周期表中的位置为第____________周期第________族。?
(2)Sn的最高正价为________,Cl的最高价氧化物对应水化物的化学式为
________,Bi的最高价氧化物为________。?
(3)根据元素周期律,推断:
①阴影部分元素氢化物热稳定性最高的是________元素(填元素符号)。?
②H3AsO4、H2SeO4的酸性强弱:H3AsO4________H2SeO4(填“>”“<”或
“=”)。?
③氢化物的还原性:H2O________H2S(填“>”“<”或“=”)。?
④原子半径比较:N________Si(填“>”“<”或“=”)。?
(4)可在图中分界线(虚线部分)附近寻找________(填字母)。?
A.优良的催化剂
B.半导体材料
C.合金材料
D.农药
【解析】(1)Ga和Al同主族,在Al的下一个周期,即第四周期,第ⅢA族。(2)Sn
和碳同主族,最高价是+4价;Cl的最高价是+7价,最高价氧化物对应水化物的化
学式为HClO4;Bi和N元素同主族,所以最高正价是+5价,最高价氧化物为Bi2O5。
(3)①同主族元素从上到下,氢化物稳定性减弱,同周期元素从右到左,氢化物
稳定性减弱,所以阴影部分元素氢化物热稳定性最高的是F;②As和Se同一周期,
同周期元素从右到左,最高价含氧酸的酸性减弱,所以H3AsO4、H2SeO4的酸性强
弱:H3AsO4所以原子半径:N料。
答案:(1)4
ⅢA (2)+4 HClO4 Bi2O5 (3)①F ②< ③< ④< (4)B
【加固训练】
1.(2020·鞍山高一检测)如图中,a、b、c、d、e为元素周期表中前4周期的一部分元素,下列有关叙述正确的是( )
A.元素b位于ⅥA族,有+6、-2两种常见化合价
B.五种元素中,元素e的性质最稳定
C.原子半径有d>c>b
D.元素e形成的单质可以作为一种半导体材料
【解析】选D。a、b、c、d、e为元素周期表中前4周期的一部分元素,根据元素所在位置,可推知a为He、b为O、d为Cl、c为P、e为As。元素b为O,位于ⅥA族,但氧元素没有+6价,故A错误;五种元素中a(He)为稀有气体元素,性质最稳定,故B错误;同周期自左而右原子半径减小,故原子半径c>d,故C错误;As位于金属元素与非金属元素交界处,可以作为一种半导体材料,故D正确。
2.(2020·顺义高一检测)为探究同主族非金属元素性质的递变规律,某研究性学习小组的甲同学设计了如图所示的实验装置,其中A装置内可生成Cl2。
(1)甲同学的部分实验记录如下:B处棉花变成蓝色;C处棉花变成橙红色。甲同
学由此现象得出的结论是同主族从上到下元素的非金属性减弱。
①B处发生反应的化学方程式为___________________________________。?
②甲同学的结论是________(填“正确”或“不正确”)的,理由是__?______
______________________________________________________________。?
(2)乙同学认为应将甲同学实验中B、C两处的棉花调换位置,用氯气先置换出
溴,然后溴再与KI接触,以判断Br2与KI能否发生反应。该设想是________(填
“合理”或“不合理”)的,原因是__?_________________________________
______________________________________________________________。?
(3)丙同学在甲同学的实验结束后,取出C处的棉花,将其与另一个沾有淀粉KI溶液的棉花(E)接触,发现E慢慢出现蓝色,结合甲的实验现象,他认为可以确定同主族元素非金属性的递变规律,你同意此种观点吗?______(填“同意”或“不同意”),理由是__?_____________________________________________
______________________________________________________________。?
(4)丁同学综合分析了前面几位同学的实验,认为若将沾有Na2S溶液的棉花置于玻璃管中适当的位置,此实验还可以同时探究同周期元素性质的递变规律,他提出此观点的依据是________,预期的现象与结论是__?__________________
?__________________________________________________________________
_________________________________________________________________,?
相应反应的离子方程式为____________________________________________。?
【解析】(1)由B、C处产生的现象可知B处有单质碘生成,C处有单质溴生成,结
合由强生弱的反应规律可判断出氯的非金属性比溴、碘强,但因没有比较出溴
单质与碘单质氧化性的强弱,也就无法得出溴、碘两种元素非金属性的相对强
弱,因此无法得出相应的结论。
(2)乙同学的设计不合理,因为氯气与NaBr溶液反应时氯气无法反应完,即仍有
Cl2与KI溶液接触而发生反应。
(3)丙同学证明了溴与碘的非金属性强弱关系,结合甲同学的实验可以得出
氯、溴、碘三种元素的非金属性的相对强弱。
(4)氯元素与硫元素位于同周期,氯气有氧化性而Na2S有还原性,氯气能置换出
硫,使棉花变成黄色。
答案:(1)①Cl2+2KI====I2+2KCl ②不正确 该实验没有验证Br2能否与KI反应,无法确定溴与碘元素的非金属性强弱
(2)不合理 氯气不可能被NaBr消耗完,它会与溴一起到达C处
(3)同意 甲、丙的实验分别证明了氯的非金属性比溴、碘强,溴的非金属性比碘强
(4)氯、硫同周期 棉花变成黄色,氯元素的非金属性比硫元素强
S2-+Cl2====2Cl-+S↓(共78张PPT)
微项目 海带提碘与海水提溴——体验元素性质递变规律的实际应用
1.同周期同主族元素性质的递变规律。
(1)同周期元素从左到右,金属性逐渐_____,非金属性逐渐_____。
(2)同主族元素从上到下,金属性逐渐_____,非金属性逐渐_____。
必备知识·自主学习
减弱
增强
增强
减弱
2.Br2、I2的性质。
(1)Br2、I2的物理性质
色、态
密度
溶解性
特性
溴
_______
色液体
均比水的___
水中:微溶;有机溶液中:
_____
_______
碘
_____
色固体
_______
深红棕
大
易溶
易挥发
紫黑
易升华
(2)溴、碘及其化合物的性质
①溴单质具有氧化性,能将碘化钾溶液中的碘置换出来,反应的化学方程式为
____________________
②在水溶液中,溴离子能与银离子反应,生成难溶于水和稀硝酸的浅黄色溴化银
沉淀。反应的离子方程式为_________________,实验室常用硝酸银溶液和稀硝
酸来检验Br-。
③在水溶液中,碘离子能与银离子反应,生成难溶于水和稀硝酸的黄色碘化银沉
淀。反应的离子方程式为______________________,实验室常用硝酸银溶液和
稀硝酸来检验I-。
④淀粉遇I2变_____,该性质可用于检验I2。
Br2+2KI====2KBr+I2。
Br-+Ag+====AgBr↓
I-+AgNO3====AgI↓+N
蓝色
3.物质分离的一种方法:萃取和分液。
(1)萃取
①利用某种溶质在两种_________的溶剂里溶解能力的不同,用一种溶剂(萃取
剂)将其从原溶剂中提取出来的方法叫萃取。
②萃取后,可以用分液漏斗把_________的两种液体分开,从而达到分离的目
的。
互不相溶
互不相溶
(2)操作步骤
(3)注意事项
①萃取剂必须具备的三个条件:
萃取剂和原溶剂互不相溶、不反应;
萃取剂和溶质互不发生反应;
溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。
②萃取和分液的主要仪器是分液漏斗。
4.物质分离提纯的基本思路。
【自主探索】
(情境思考)很多家庭都有如图这样的瓶子,这是把人参、枸杞、灵芝、鹿茸等中药材放在酒中进行泡制,一段时间以后倒出饮用,有舒筋活血之功效,你知道药材放在酒中泡制的原理吗?
提示:泡制药酒从化学上解释实际上属于固液萃取,中药材中的有效成分在泡制过程中转移到酒精中,通过饮用药酒达到一定药效。
关键能力·合作学习
项目活动1:海带提碘
碘单质在日常生产和生活中有非常重要的应用,其中碘酒、碘伏等均是应用广泛的消毒剂。碘酒的主要成分是碘、乙醇、碘化钾,是一种外用的药,可以对皮肤进行消毒处理。碘伏的主要成分是单质碘与聚乙烯吡咯酮(Povidone)的不定型结合物,能够杀灭芽孢、原虫、病毒、真菌、细菌,挫伤、擦伤、切割伤、冻伤、烧伤等各种外伤都可以利用碘伏进行处理。
既然碘的用途这么广泛,那么碘是从哪种物质中提取的呢?如何提取碘?
【活动探究】
1.实验用品
海带,H2O2溶液,氯水,淀粉
2.实验步骤及现象
实验步骤
实验现象
解释
1.将海带冲洗干净,用剪刀将海带剪成块状,用酒精润湿(便于灼烧)后,放在坩埚中,灼烧灰化
海带变成黑色粉末或小颗粒,后期产生大量白烟
将海带中的碘离子转化为可溶于水的无机碘化物
2.将海带灰转移到小烧杯中,再向烧杯中加入10
mL蒸馏水,搅拌,煮沸2～3
min,过滤
可溶物溶解
使海带灰中的碘元素以碘离子的形式进入溶液
3.氧化。向滤液中加入1
mL新制氯水,或者加适量的过氧化氢溶液
溶液变成棕黄色
氧化剂将溶液中I-氧化为单质I2
实验步骤
实验现象
解释
4.检验。取少量上述氧化后的溶液,加几滴淀粉溶液
溶液变蓝色
淀粉遇碘显蓝色
5.萃取、分液。加入四氯化碳进行萃取并分液
溶液分为两层,上层近无色,下层紫红色;下层液体从下口放出,上层液体从上口倒出
碘在四氯化碳中溶解度大,碘转溶到四氯化碳中得紫红色溶液
【思考讨论】
1.第1步灼烧海带用到哪些仪器?
提示:坩埚、坩埚钳、泥三角、三脚架、酒精灯、玻璃棒。
2.第1步中如何检验溶液中含有I-?
提示:取少量溶液加入AgNO3溶液和稀HNO3或加入氯水和淀粉溶液或加入氯水和CCl4溶液。
3.书写第3步反应的离子方程式,并分析还可选取哪些物质作为此反应的氧化剂,其依据是什么?
提示:Cl2+2I-====I2+2Cl-或H2O2+2I-+2H+
I2+2H2O;由元素周期表中元素性质的递变规律知:氧化性Cl2>Br2>I2,因此氯水、溴水均可作提取碘的氧化剂;从氧化性强弱角度分析:FeCl3、H2O2也可用作提取碘的氧化剂。
4.选择萃取剂的条件是什么?本实验的萃取剂可选用什么物质?
提示:萃取剂的条件是萃取剂和原溶剂互不相溶,溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度。本实验可选用苯、四氯化碳、汽油作萃取剂,不用酒精作萃取剂。
【探究总结】
1.萃取和分液的原理和操作注意事项
(1)原理
利用溶质在两种互不相溶的溶剂里溶解性不同,用一种溶剂把溶质从另一种溶剂里提取出来。
(2)分液操作的注意问题。
①分液漏斗使用前要检验是否漏水。
②倒转分液漏斗时,应关闭玻璃塞和活塞,防止液体流出,并且要不时旋开活塞放气,以防止分液漏斗内压强过大引起危险。
③分液时要将分液漏斗颈上的玻璃塞打开,或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔,保证漏斗内与外界大气相通,同时漏斗下端管口要紧贴烧杯内壁,从而使液体顺利流下。
④下层液体要从下口放出,上层液体要从漏斗上口倒出。
2.海带提碘的流程如下
3.反萃取法:将富集在有机溶剂中的单质利用化学方法重新富集在水中的方法。
【迁移应用】
1.(2020·南京高一检测)选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来,这种萃取剂应具备的性质是
( )
A.不溶于水,且必须易与碘发生化学反应
B.不溶于水,且比水更容易使碘溶解
C.不溶于水,且必须比水密度大
D.不溶于水,且必须比水密度小
【解析】选B。萃取剂与原溶剂不互溶,且更易溶解溶质。
2.(2020·邢台高一检测)海水中的碘富集在海藻中,我国海带产量居世界第一,除供食用外,大量用于制碘。提取碘的途径如下所示:
下列有关叙述正确的是
( )
A.碘元素在海水中也有游离态
B.在提取的过程中用的氧化剂可以是H2O2
C.操作A是结晶或重结晶
D.B是提纯操作,常用蒸馏或分馏
【解析】选B。碘元素在海水中只有化合态,没有游离态,A错误;双氧水是绿色氧化剂,可以将碘离子氧化为碘单质,在提取的过程中用的氧化剂可以是H2O2,B正确;操作A是萃取,操作B是分液,然后才是利用蒸馏等操作来得到碘单质,C、D错误。
3.(原创题)下列关于从海带中提取碘单质的说法中正确的是
( )
A.海带中提碘包括浸取、过滤、氧化三个步骤
B.海带提碘选取的氧化剂可以是溴单质
C.反萃取法就是将有机溶剂中的碘单质溶于水的过程
D.反萃取法中碘单质与浓氢氧化钠反应的化学方程式为
I2+2NaOH====NaI+NaIO+H2O
【解析】选B。A中缺少萃取的步骤;由于溴单质的氧化性强于碘单质,所以海带提碘选取的氧化剂可以是溴单质,B正确;C中反萃取法就是将有机溶剂中的碘单质溶于NaOH等发生化学反应变成含碘化合物溶解在水中的过程;D中碘单质与浓氢氧化钠反应的化学方程式为3I2+6NaOH====5NaI+NaIO3+3H2O。
【加固训练】
1.(2020·临汾高一检测)海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘,某研究性学习小组设计并进行了以下实验:
请填写下列空白:
(1)步骤⑤所用的主要仪器是____________。?
(2)步骤③的实验操作名称是____________;步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯,该步骤的实验操作名称是____________。?
(3)步骤④反应的离子方程式是____________________________________。?
(4)步骤⑤中,某学生选择用苯来提取碘的理由是?________________________
______________________________________________________________。?
【解析】(1)分液的主要仪器为分液漏斗。
(2)物质的分离方法是固液分离用过滤,液液不互溶用分液,液液互溶且沸点相差较大用蒸馏。
(3)利用MnO2的强氧化性把I-氧化。
答案:(1)分液漏斗 (2)过滤 蒸馏
(3)2I-+MnO2+4H+====Mn2++I2+2H2O
(4)苯与水互不相溶,碘在苯中溶解度比水中的大
2.某同学为了验证海带中含有碘,拟进行如下实验,请回答相关问题:
(1)第1步:灼烧。操作是将足量海带灼烧成灰烬。该过程中将使用到的实验仪器有哪些?(请从以下仪器中选择)
A.试管 B.瓷坩埚 C.坩埚钳 D.铁三脚架
E.泥三角 F.酒精灯 G.烧杯
提示:根据灼烧时需要的仪器可以分析,使用的仪器主要有BCDEF。
(2)第2步:I-溶液的获取,操作是什么?
提示:将灰烬转移到烧杯中,加适量蒸馏水,用玻璃棒充分搅拌,过滤。
(3)第3步:氧化。操作是依次加入合适的试剂。下列氧化剂最好选用________(从浓H2SO4、新制氯水、KMnO4
、H2O2四种试剂中选择)。理由是什么??
提示:选择H2O2。原因是过氧化氢是绿色氧化剂,在氧化过程中不引入杂质,不产生污染(不会进一步氧化单质碘)。
(4)第4步:碘单质的检验。请说出检验碘单质的具体操作。
提示:取少量第3步的溶液,滴加淀粉溶液,如果溶液显蓝色,则证明海带中有碘。
项目活动2:海水提溴
溴及其化合物可被用来作为阻燃剂、净水剂、杀虫剂、染料等。常用消毒药剂的红药水中含有溴和汞。在照相技术中,溴和碘与银的化合物担任感光剂的角色。
溴又被称之为“海洋元素”,海水中含有大量的溴,请根据元素周期律的相关知识设计实验探究从海水中提取溴的主要流程。
【活动探究】
【实验用品】
溴化钠溶液、氯水、四氯化碳
【实验步骤】
(1)在一支试管中加入2～3
mL
NaBr溶液,滴加少量新制氯水。
现象及结论:溶液由无色变成橙色。反应的化学方程式为
Cl2+2NaBr====2NaCl+Br2。
(2)向上述试管中再滴加少量CCl4,振荡,静置。
现象及结论:液体分成两层,上层为无色溶液,下层为橙红色液体。
(3)海水中提取溴的原理分析。
根据以上实验和同主族元素性质递变可知,由于氯气的氧化性强于溴单质的氧
化性,所以可以用氯气氧化得到溴单质然后再用有机溶剂萃取的方式从海水中
提取溴单质。
【思考讨论】
1.海水中的溴元素主要以Br-的形式存在,苦卤是从海水中提取溴的主要原料。可用何种氧化剂将溴离子氧化?
提示:溴单质的氧化性介于氯单质和碘单质之间,因此海水提溴可以选取氯气作氧化剂。
2.为什么选晒盐后的苦卤而不是海水作为提取溴单质的原料?
提示:苦卤中Br-的浓度比海水中大得多。
3.从海水中提取溴的过程中,为什么往溴水中鼓入热空气或水蒸气即可获得粗溴?在实验室中怎样从溴水中提取溴?
提示:溴具有很强的挥发性,往溴水中鼓入热空气或水蒸气,溴即可挥发出来。在实验室中可以采用萃取的方法提取溴。
4.如何由粗溴制备高纯度溴?
提示:吹出的溴蒸气和吸收剂SO2、H2O发生反应,转化为HBr,然后再用氯气将其氧化得到溴单质。
【探究总结】
1.从海水中提取溴
(1)步骤:浓缩、氧化、富集、提取。
(2)反应原理:离子方程式为Cl2+2Br-====2Cl-+Br2。
(3)提取方法:利用Br2的挥发性,鼓入热空气或水蒸气,就可将Br2分离出来。
2.提取流程
【迁移应用】
1.(2020·德州高一检测)目前海水提溴的主要方法是空气吹出法工艺,其流程图如下。以下推断不合理的是
( )
A.热空气能吹出溴是利用溴易挥发的性质
B.SO2吸收溴的化学方程式为SO2+2H2O+Br2====H2SO4+2HBr
C.流程中只涉及溴元素被氧化的过程
D.没有采用直接蒸馏含溴海水得到单质溴的主要原因是为了节能
【解析】选C。用热空气从含Br2的海水中将Br2吹出得到含Br2的空气,用二氧化
硫吸收,得到吸收液,发生反应的化学方程式为SO2+2H2O+Br2====H2SO4+2HBr,然
后将吸收液氯化,发生反应的化学方程式为2HBr+Cl2
====
Br2+2HCl,得到溴水
混合物,然后采用蒸馏的方法得到液溴。溴易挥发,所以热空气能吹出溴是利用
溴易挥发的性质,故A正确;二氧化硫具有还原性,溴具有强氧化性,二者能发生
氧化还原反应,反应的化学方程式为SO2+2H2O+Br2
====
H2SO4+2HBr,故B正确;流
程中SO2吸收溴的过程是溴元素被还原的过程,故C错误;海水中溴的含量很低,如
果直接采用蒸馏法从含溴海水中得到溴单质会消耗更多能量,将海水中的溴还
原的目的是富集溴,故D正确。
2.(2020·济南高一检测)从海水中提取溴的流程如图所示,下列有关说法错误的是
( )
A.X为SO2气体,也可将SO2换成Na2SO3
B.设备Y为蒸馏塔
C.在提取溴的过程中一定有Br-被氧化
D.工业上每获得1
mol
Br2,需要消耗Cl2的体积最多为22.4
L(标准状况下)
【解析】选D。亚硫酸钠与二氧化硫都具有还原性,A正确;设备Y就是用来蒸馏溴的,B正确;要想得到溴单质,一定要将溴离子氧化为溴单质,C正确;因为溴离子要经过二次氧化,因此工业上每获得1
mol
Br2,需要消耗Cl2的体积最少为44.8
L(标准状况下),D错误。
【加固训练】
1.从海水中提取的溴约占世界溴年产量的1/3,从海水中提取溴的主要步骤可表示为
( )
A.氧化→吸收→吹出
B.氧化→吹出→吸收
C.吹出→氧化→吸收
D.吹出→吸收→氧化
【解析】选B。从海水中提取溴,先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质,再用空气和水蒸气吹出后用溶有二氧化硫的溶液吸收。所以主要步骤是氧化→吹出→吸收,B项正确。
2.空气吹出法工艺,是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下:
(1)步骤②发生反应的离子方程式为_________________________________。?
(2)步骤④利用了SO2的还原性,反应的离子方程式:?___________________
________________________________________________________________。?
(3)从含溴海水中吹出的溴也可用纯碱吸收,纯碱吸收溴的主要反应是3Na2CO3+3Br2====NaBrO3+5NaBr+3CO2;吸收1
mol
Br2时,转移的电子数为________mol。纯碱吸收后再用硫酸酸化,单质溴又从溶液中析出。?
【解析】
(1)步骤②发生的反应是氯气把溴置换出来,反应的离子方程式为Cl2+2Br-====2Cl-+Br2。(2)步骤④利用了SO2的还原性,反应的离子方程式是Br2+2H2O+SO2====S
+4H++2Br-。(3)根据反应方程式可知每吸收3
mol的Br2,转移电子5
mol,所以吸收1
mol
Br2时,转移的电子数为
mol。
答案:(1)Cl2+2Br-====2Cl-+Br2 (2)Br2+2H2O+SO2====S
+4H++2Br- (3)
3.(2020·永州高一检测)下列说法不正确的是
( )
A.图Ⅰ振荡后静置,上层溶液颜色变浅或消失
B.图Ⅱ所示装置为用酒精提取溴水中的溴
C.可用CCl4提取溴水中的Br2
D.检验Br-的存在时,在溶液中先加入氯水再加入CCl4,振荡、静置,观察下层溶液是否显橙红色
【解析】选B。A正确,Br2能与NaOH反应:Br2+2NaOH====NaBr+NaBrO+H2O,上层溶液颜色变浅或消失;B不正确,酒精易溶于水,不能用酒精萃取溴水中的溴;C正确,可以用CCl4萃取溴水中的溴;D正确,2Br-+Cl2====Br2+2Cl-,CCl4密度比水大,Br2溶于CCl4,所以下层显橙红色。
4.(2020·大连高一检测)地球上大多数的溴元素以离子的形式存在于海水中,
故溴常被称为“海洋元素”。
(1)用氯气作氧化剂,以浓缩后的海水为原料可制取溴单质,发生反应的离子方
程式为______________________,制得的溴单质仍然溶解在苦卤中,利用溴的
________性,向苦卤中鼓入热空气,就可将溴分离出来。?
(2)某同学向溶有溴单质的苦卤中加入某液体,若该液体萃取溴后,处于水层之
下,则这种液体可能是________(填“苯”“汽油”或“CCl4”),选用萃取剂的
原则是__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?
____?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?__?。?
【解析】(1)Cl2与Br-发生置换反应制得Br2,利用溴的挥发性,向苦卤中鼓入热空气,使溴随热空气挥发出来。
(2)萃取剂处于水层之下说明萃取剂的密度大于水,故该萃取剂可能是CCl4。
答案:(1)2Br-+Cl2====2Cl-+Br2 挥发
(2)CCl4 溶质在萃取剂中的溶解度远远大于在原溶剂中的溶解度;萃取剂必须和原溶剂互不相溶,且萃取剂、原溶剂、溶质之间不反应
课堂检测·素养达标
1.(2020·济宁高一检测)目前从海水中提取溴常用的方法之一是用氧化剂把溴离子氧化成单质,再通入热空气将溴蒸气吹出,这一反应中常用的氧化剂是
( )
A.氯气 B.单质溴 C.水 D.双氧水
【解析】选A。常用方法是通入氯气把浓缩溶液中的溴化物氧化,然后用热空气把生成的溴吹出。
2.(2020·延边高一检测)海带中含碘元素,从海带中提取碘有如下步骤:①加入足量双氧水(含稀硫酸);②将海带焙烧成灰后加水搅拌;③加CCl4振荡;④用分液漏斗分液;⑤过滤。合理的操作顺序是
( )
A.①②③④⑤
B.①③⑤②④
C.②⑤①③④
D.②①③⑤④
【解析】选C。海带中提取碘:先将海带焙烧成灰,向海带灰中加水搅拌,再过滤,向滤液中加入足量氧化剂(如H2O2等),然后加入CCl4振荡,最后用分液漏斗分液。即合理的操作顺序为②⑤①③④。
3.为了从海带浸取液中提取碘,某同学设计了如下实验方案:
下列说法正确的是
( )
A.①中反应的离子方程式:2I-+
H2O2====I2+
2OH-
B.②中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗上口倒出
C.③操作使用的是反萃取法,得到的上层溶液中含有I-
D.操作Z的名称是加热
【解析】选C。A项中加入稀硫酸,环境为酸性,不能生成OH-,故A错误;四氯化碳
的密度比水大,②中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗下口放出,故B错误;碘化
钠水溶液的密度比四氯化碳小,③操作是反萃取法,得到的上层溶液中含有I-,故
C正确;从含有碘的悬浊液中得到碘,应该采用过滤的方法,故D错误。
4.(2020·雅安高一检测)从海水中提取部分物质的过程如图所示:
下列有关说法正确的是
( )
A.过程①中除去粗盐中的S
、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,加入药品的顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
B.由“母液→Mg”一系列变化中未涉及氧化还原反应
C.工业上一般用金属钠与无水MgCl2反应制取Mg单质
D.反应③和⑤均可由下列反应实现:2Br-+Cl2====Br2+2Cl-,该反应属于置换反应
【解析】选D。A不正确,
Na2CO3溶液应在BaCl2溶液的后面加入,因为加入过量的BaCl2溶液后,过量的Ba2+需用C
除去;B不正确,由无水MgCl2制取镁的反应是氧化还原反应;C不正确,工业上用电解熔融MgCl2的方法制取镁;D正确,采用Cl2作氧化剂氧化Br-提取Br2。
5.(双选)(2020·武邑高一检测)下列实验操作规范且能达到目的是
( )
目的
操作
A
比较Cl和Br
的非金属性强弱
测pH,比较同浓度的HCl
和HBr的酸性强弱
B
清洗碘升华实验所用试管
先用酒精清洗,再用水清洗
C
海带提碘中的氧化工序
可以用硝酸代替氯水
D
将四氯化碳中的
碘单质提取出来
可通过反萃取法
【解析】选B、D。氢化物水溶液的酸性大小与非金属性强弱无关,故A错误;碘易溶于酒精,可用酒精清洗,再用水洗去酒精,故B正确;硝酸的还原产物为NO或NO2,会对环境造成污染,故C错误;碘单质能与氢氧化钠溶液反应,可以用浓的氢氧化钠溶液反萃取四氯化碳中的碘单质,分液后水相酸化得到碘单质,故D正确。
【加固训练】
1.下列叙述不正确的是
( )
A.仅用试管、胶头滴管、溴水、KI-淀粉溶液比较Br2与I2的氧化性的强弱
B.利用烧杯、玻璃棒、胶头滴管、分液漏斗及溴水和CCl4能除去NaBr溶液中的少量NaI
C.在KI-淀粉溶液中通入氯气,溶液变蓝,说明氯气能与淀粉发生显色反应
D.向FeI2溶液中通入少量Cl2,再滴加少量CCl4,振荡、静置,下层液体为紫色
【解析】选C。A正确,Br2+2KI====2KBr+I2,使淀粉溶液呈蓝色,证明氧化性Br2强于I2;B正确,Br2+2NaI====2NaBr+I2,CCl4将多余的Br2及置换出的I2萃取后,分液得到NaBr溶液;C不正确,2KI+Cl2====2KCl+I2,I2与淀粉发生显色反应,即变蓝色;D正确,少量Cl2与I-反应生成I2,溶于CCl4而显紫色。
2.(2020·亳州高一检测)某同学取海带灰加蒸馏水煮沸2～3
min,冷却、过滤后获得含I-的溶液,并设计以下实验方案,从溶液中提取I2。
(1)反应1中硫酸的作用是提供酸性环境,则试剂a的作用是________________。
?
(2)试剂b应选择________(填字母)。
?
A.CCl4 B.苯 C.酒精 D.醋酸
(3)操作1的名称是____________。实验室里进行操作1需要的玻璃仪器除烧杯外,还需要________________。
?
(4)反应2的化学方程式为3I2+6NaOH
5NaI+NaIO3+3H2O,此反应中的氧化剂是________________,氧化产物是________________。?
(5)反应3的离子方程式是________________________________________。?
【解析】(1)反应1中硫酸的作用是提供酸性环境,试剂a用来氧化碘离子,则其
作用是将I-氧化成I2(或作氧化剂)。(2)结合后续实验操作可知向含I2的有机溶
液中加入氢氧化钠溶液发生反应生成碘化钠、碘酸钠。分液后碘单质最终在上
层溶液中生成,则b为萃取剂且密度大于水,所以试剂b应选择四氯化碳。(3)操
作1是萃取分液得到含碘单质的有机溶液,操作的名称是萃取、分液,实验室里
进行操作1需要的玻璃仪器除烧杯外,还需要分液漏斗。(4)反应2的化学方程式
为3I2+6NaOH====5NaI+NaIO3+3H2O,此反应的氧化剂是I2,氧化产物是NaIO3。(5)
反应3是碘离子与碘酸根离子在酸性溶液中发生归中反应生成碘单质,该反应的
离子方程式为5I-+I
+6H+====3I2+3H2O。
答案:(1)将I-氧化成I2(或作氧化剂)
(2)A
(3)萃取、分液 分液漏斗
(4)I2 NaIO3
(5)5I-+I
+6H+====3I2+3H2O
素养新思维
6.(2020·宁波高一检测)空气吹出法是目前海水提溴的主要方法之一。海水提溴的流程如图所示：
(1)步骤⑥的蒸馏过程中，温度应控制在80～90
℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：________________。
(2)步骤⑧中蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。所用主要仪器的名称是____________。
(3)步骤①②之后并未直接用含Br2的海水进行蒸馏得到液溴，而是经过步骤③④⑤后再蒸馏，这样操作的原因是_______________。
【解析】(1)步骤⑥的蒸馏过程中，温度过高，会产生大量水蒸气，溴蒸气中水蒸气含量增加；温度过低，溴不能完全蒸出。(2)根据信息，步骤⑧得到液溴和溴水的混合物，且它们的相对密度相差很大，因此采用分液的方法进行分离，所用的主要仪器是分液漏斗。(3)步骤③④⑤的过程实际上是Br2的浓缩富集过程，与直接蒸馏含Br2的海水相比，富集后再蒸馏含溴的溶液效率更高，消耗能量更少，成本降低。
答案：(1)温度过高，产生大量水蒸气，溴蒸气中水蒸气增多；温度过低，溴不能完全蒸出
(2)分液漏斗
(3)步骤③④⑤实际上是Br2的浓缩富集过程，与直接蒸馏含Br2的海水相比，富集后再蒸馏含溴的溶液效率更高，消耗能量更少，成本降低(共30张PPT)
专题提升课
元素周期表的应用
【归纳整合】
1.同周期、同主族元素性质的预测
2.元素“位—构—性”三者之间的关系
【典例示范】
【典例】(2019·全国卷Ⅱ)2019年是门捷列夫发现元素周期律的150周年。如表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z为短周期主族元素,W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是
( )
A.原子半径:WB.常温常压下,Y单质为固态
C.气态氢化物热稳定性:ZD.X的最高价氧化物的水化物是强碱
【思维建模】解答本类试题的一般思路为
【解析】选D。主族元素的最高化合价与最外层电子数相等,由“W与X的最高化合价之和为8”可知,W为N,X为Al,Y为Si,Z为P。原子半径:NC正确;Al的最高价氧化物的水化物Al(OH)3是两性氢氧化物,D错误。
【母题追问】(1)Y的氧化物能与NaOH溶液反应,也能与HF溶液反应,能否说明Y的氧化物为两性氧化物?
提示:否。Y的二氧化物为SiO2,属于酸性氧化物,虽然能与HF溶液反应
,但是它只能与HF溶液反应不具有代表性。
(2)比较X与W简单离子的半径大小。
提示:X与W简单离子为Al3+、N3-,二者具有相同的电子层结构,核电荷数越大半径越小,因此离子半径Al3+(3)写出四种元素的最高价氧化物水化物的化学式,并比较酸碱性的强弱。
提示:W为N,X为Al,Y为Si,Z为P,它们的最高价氧化物水化物的化学式为HNO3、Al(OH)3、H2SiO3、H3PO4,根据同周期、同主族元素性质的递变规律,可知酸性强弱顺序HNO3>H3PO4>H2SiO3>Al(OH)3,碱性顺序和酸性顺序正好相反。
【规律方法】
原子结构、周期表位置和元素性质之间的关系:
【素养训练】
1.(2020·全国Ⅱ卷改编)一种由短周期主族元素组成的化合物(如图所示)，具有良好的储氢性能，其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24。下列有关叙述错误的是（
）
A.该化合物中，W、X、Y之间均为共价键
B.Z的单质能与水反应
C.Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸
D.X的氟化物XF3中原子均为8电子稳定结构
【命题意图】本题借用具有特殊应用的化合物考查原子结构、元素周期律、元素周期表的知识、元素及其化合物的性质。意在考查学生利用信息推断元素及位置、性质的能力。
【解析】选D。Z的阳离子带一个正电荷，再由“元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24”，确定Z为Na，再结合阴离子中各原子的成键个数可知，W为H，X为B，Y为N。H、B、N为非金属元素，之间形成共价键，A正确；Na能与水发生反应，B正确；氮的最高化合价氧化物的水化物是HNO3为强酸，C正确；BF3中F原子为8电子稳定结构，B最外层只有6个电子，D错误。
【考场支招】解答“位——构——性”关系的综合应用的题目,既需要熟练掌握原子结构、元素周期表的有关知识,又要熟练掌握元素周期律的有关知识,熟练掌握这种类型题目的解答方法:
(1)根据题给信息,主要是元素的原子核外电子排布、化合价、元素性质的关系、元素周期表结构特点以及元素及其化合物的特殊性质,推断出元素的具体名称。
(2)确定各元素在周期表中的相对位置。
(3)根据元素周期律判断性质关系。
2.(2020·银川高一检测)短周期元素Q、W、X、Y、Z在元素周期表中的相对位置如图所示,其中只有Z为金属元素。则下列说法正确的是
( )
A.W、X两种元素在自然界中都存在相应的单质
B.Q、W相比,后者更易与氢气发生反应
C.Y、Z分别形成的简单离子中,前者的半径较大
D.X、Z的最高价氧化物对应的水化物之间容易相互发生反应
【解析】选C。由短周期元素Q、W、X、Y、Z在元素周期表中的相对位置及只
有Z为金属元素,可以确定分别为Cl、Si、C、O、Al。自然界中存在碳单质,但
没有硅单质,A错;Cl的非金属性强于Si,因此更易与氢气反应,B错;O、Al形成
的简单离子O2-、Al3+具有相同的电子层排布,但O的核电荷数小,因此离子半径
大,C对;X、Z的最高价氧化物对应的水化物分别为碳酸、氢氧化铝,二者不能
反应,D错。
【加固训练】
1.古诗云:“唯有儿时不可忘,持艾簪蒲额头王。”意思是说端午节这天,孩子们拿了艾叶,戴上菖蒲,额头上用雄黄酒写了“王”字,以辟邪防疫。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Sr、Tl、Se在生活中有广泛应用,在周期表中分别位于第ⅡA、ⅢA、ⅥA族,请应用元素周期律科学地推断它们的化合物的性质。
下列说法正确的是
( )
A.Sr(锶)的碳酸盐难溶于水
B.Tl(铊)的氢氧化物是两性氢氧化物
C.H2Se比H2S更稳定
D.H3AsO4酸性比H3PO4强
【解析】选A。Sr与Ca同主族,化合物性质相似,碳酸钙不溶于水,则Sr(锶)的碳酸盐难溶于水,故A正确;Al与Tl同主族,金属性Tl强,则Tl(铊)的氢氧化物是强碱,故B错误;S、Se同主族,非金属性S>Se,则H2S比H2Se更稳定,故C错误;P、As同主族,非金属性P>As,则H3AsO4酸性比H3PO4弱,故D错误。
2.(2020·淮安高一检测)已知溴(Br)是元素周期表中第4周期ⅦA族元素,下列关于溴的性质的判断肯定不正确的是
( )
A.溴的非金属性比氯强
B.溴的氢化物以HBr形式存在
C.溴的氢化物的稳定性比氯化氢差
D.溴的最高价氧化物对应水化物的化学式是HBrO4
【解析】选A。根据同主族元素从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强判断元素的性质,进而比较对应的单质和化合物的性质。溴的非金属性比氯弱,故A错误;溴的氢化物以HBr形式存在,故B正确;元素的非金属性越强,对应的氢化物的稳定性就越强,因为非金属性Cl>Br,所以溴的氢化物的稳定性比氯化氢差,故C正确;溴的最外层电子数为7,最高价为+7价,所对应的最高价氧化物对应水化物的化学式为HBrO4,故D正确。
3.(2020·东城区高一检测)有机锗具有抗肿瘤活性,锗元素的部分信息如图。则下列说法不正确的是
( )
A.x=2
B.锗元素与碳元素位于同一族,属于ⅣA族
C.锗位于元素周期表第4周期,原子半径大于碳的原子半径
D.距离锗原子核较远区域内运动的电子能量较低
【解析】选D。K层只能容纳2个电子,则x=2,A正确;最外层电子数是4,则锗元素与碳元素位于同一族,属于第ⅣA族,B正确;原子核外电子层数是4层,锗位于元素周期表第4周期,同主族从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径大于碳的原子半径,C正确;距离锗原子核较远区域内运动的电子能量较高,D错误。
4.碳硅硫净化器是一种利用物理处理方法,使处理过的水在工业、民用循环、冷却水系统应用中,能彻底防止和清除碳酸钙、硅酸钙、硫酸钙结垢问题。下面是研究碳、硅、硫性质的相似性和递变性的实验,请回答相关问题。
(1)请判断:硫、碳、硅的非金属性由强到弱的顺序是什么?
提示:硫>碳>硅。
(2)请从下列给出的试剂中选择合理的实验试剂,利用所给装置验证你的结论(提示:H2SiO3难溶于水)。
实验试剂:浓盐酸、稀硫酸、饱和H2SO3溶液、大理石、Na2CO3粉末、Na2SiO3溶液。
实验装置如图所示。
①甲乙丙三个仪器中各盛放什么试剂?
提示:稀硫酸、Na2CO3粉末、Na2SiO3溶液。
②乙仪器中的现象有哪些?
提示:产生大量气泡。
③H2SO4、H2CO3、H2SiO3三者酸性大小的关系是什么?
提示:H2SO4>H2CO3>H2SiO3。(共91张PPT)
第2课时 研究同主族元素的性质
一、ⅠA族(除H外)元素性质的递变规律探究
1.原子结构特点
(1)原子结构
必备知识·自主学习
元素
符号
Li
Na
K
Rb
Cs
原子
结构
示意
图
_
__
_
__
_
(2)对比归纳
①相似性:最外层电子数都是__。
②递变性:随着核电荷数的增加,电子层数_________,原子半径_________。
1
逐渐增多
逐渐增大
2.单质及化合物性质的递变性
结构及性质
规律
原子半径
单质的还原性
与水、氧气反应
的剧烈程度
最高价氧化物对应
水化物的碱性
3.碱金属元素的性质与原子结构之间的关系
从Li→Cs,最外层电子数均为1,但随核电荷数的增加,电子层数逐渐_____→原
子半径逐渐_____→原子核对最外层电子(1个)的引力逐渐_____→元素原子的
失电子能力逐渐_____→元素的金属性逐渐_____。
增多
增大
减弱
增强
增强
【自主探索】
1.元素周期表中ⅠA族元素全部是碱金属元素吗?
提示:ⅠA族元素除H外均属于碱金属元素。
2.判断下列说法是否正确。
(1)Li、Na、K元素的原子核外电子层数随着核电荷数的增加而增多。
( )
提示:√。Li、Na、K元素在周期表中依次为第2、3、4周期,因此其电子层数逐渐增加。
(2)因为Na比K容易失去电子,所以Na比K的还原性强。
( )
提示:×。K比Na更容易失电子。
3.(情境思考)某兴趣小组在实验室中完成了如图所示的实验:
(1)请叙述上述实验现象的异同点。
提示:相同点有:金属浮在水面上,熔成闪亮的小球,小球四处游动,发出“嘶嘶”的响声;反应后的溶液呈红色。不同点有:钾与水的反应有轻微爆炸声并着火燃烧。
(2)你从上述实验能得出什么样的结论?
提示:通过上述实验可以得出与水反应剧烈程度:K>Na;金属的活泼性:K>Na。
二、卤族元素性质的递变规律探究
1.卤族元素原子结构和性质的相似性
元素
(名称与符号)
氟(F)
氯(Cl)
溴(Br)
碘(I)
原子结构
示意图
_____
_____
最外层电子数
都为__
最高正价
无
___价
最低负价
都为__价
自然界中
存在形态
全部以_______形式存在
7
+7
-1
化合态
元素
(名称与符号)
氟(F)
氯(Cl)
溴(Br)
碘(I)
最高价
含氧酸
无
______
______
_____
气态氢化物
___
____
____
___
HClO4
HBrO4
HIO4
HF
HCl
HBr
HI
2.卤族元素性质的递变性
(1)卤族元素单质的物理性质及递变性。
单质
物理
性质
F2
Cl2
Br2
I2
颜色
浅黄绿色
_____色
______
色
_____色
状态
气体
气体
液体
固体
密度
逐渐_____
熔、沸点
逐渐_____
黄绿
深红棕
紫黑
增大
升高
(2)卤素单质的结构及化学性质递变性。
结构及化学性质
规 律
原子半径
单质的氧化性
阴离子的还原性
与H2化合的难易程度
氢化物的稳定性
最高价氧化物对应水化物的酸性
3.卤族元素的性质与原子结构之间的关系
从F→I,随着核电荷数的增加,电子层数逐渐_____→原子半径逐渐_____→原子
核对最外层电子的引力逐渐_____→元素原子的得电子能力逐渐_____→元素的
非金属性逐渐_____。
增多
增大
减弱
减弱
减弱
【自主探索】
1.判断下列说法是否正确。
(1)同主族元素自上至下,碱金属和卤族元素单质的熔、沸点都逐渐增大。
( )
提示:×。同主族元素自上至下,碱金属单质的熔、沸点逐渐降低,卤素单质的熔、沸点逐渐增大。
(2)同主族元素随核电荷数的增加,气态氢化物的稳定性逐渐增强。( )
提示:×。同主族元素随核电荷数的增加,气态氢化物的稳定性逐渐减弱。
2.(前后串联)利用原子结构如何解释F、Cl、Br、I得失电子能力的变化?
提示:F、Cl、Br、I最外层都有7个电子,都易得一个电子达到稳定结构,但原子半径依次增大,得电子能力逐渐减弱。
三、同主族元素性质的递变规律
【自主探究】
1.你能说明同主族元素性质相似性和递变性的原因吗?
提示:同主族元素原子的最外层电子数相同,所以同主族元素性质具有相似性。同主族元素原子的电子层数逐渐增多,原子半径增大,所以元素原子失电子能力增强,得电子能力减弱,元素的金属性增强,非金属性减弱。
2.(前后串联)根据同周期和主族元素性质的递变规律,判断元素周期表中得电子能力最强的元素。
提示:F元素。同周期元素从左向右元素原子的得电子能力逐渐增强,同主族元素从上到下元素原子的得电子能力逐渐减弱。因此得电子能力最强的元素为F元素。
关键能力·合作学习
知识点一 碱金属元素单质化学性质的相似性和递变性?
1.相似性(R表示碱金属元素)
2.递变性
随着原子序数的递增,原子半径逐渐增大,原子核对最外层电子的引力逐渐减小,碱金属元素的原子失电子能力逐渐增强,金属性逐渐增强。
(1)
(2)碱金属的化学性质及比较
Li
Na
K
Rb
Cs
单
质
与
O2
反应越来越剧烈,产物分别是
Li2O
Na2O、
Na2O2
K2O、K2O2、
KO2
更复杂氧化物
与
水
反应越来越剧烈,现象分别是
反应缓慢
剧烈反应
轻微爆炸
剧烈爆炸
最高价氧化物对应的水化物
碱性强弱:LiOH【合作探究】
(1)(思维升华)①K比Na活泼,K可以从钠盐溶液中置换出Na吗?为什么?(证据推理与模型认知)
提示:不能。钾与水反应生成KOH和氢气。
②碱金属的阳离子没有还原性,所以有强氧化性,这句话对吗?为什么?(宏观辨识与微观探析)
提示:不对。碱金属的阳离子很稳定,不具有强氧化性。
(2)(情境应用)社会生产、科学研究和国防建设等部门,对时间的要求特别高。它们要求时间要精准到千分之一秒,甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求,人们制造出了一系列精密的计时器具,铯钟就是其中的一种。铯钟又叫“铯原子钟”。
铯是属于第6周期的碱金属元素,推测金属铯与水反应的现象,写反应的方程式并判断CsOH的碱性强弱。(证据推理与模型认知)
提示:碱金属元素随电子层数的增加,金属性逐渐增强。金属铯与水能剧烈反应,甚至发生剧烈的爆炸,反应的方程式为2Cs+2H2O====2CsOH+H2↑,CsOH属于强碱。
【典例示范】
【典例】(2020·江苏高考)海水晒盐后精制得到NaCl，氯碱工业电解饱和NaCl溶液得到Cl2和NaOH，以NaCl、NH3、CO2等为原料可得到NaHCO3；向海水晒盐得到的卤水中通Cl2可制溴；从海水中还能提取镁。下列关于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的说法正确的是(
)
A.NaOH的碱性比Mg(OH)2的强
B.Cl2得到电子的能力比Br2的弱
C.原子半径r：r(Br)＞r(Cl)＞r(Mg)＞r(Na)
D.原子的最外层电子数n：n(Na)＜n(Mg)＜n(Cl)＜n(Br)
【命题意图】本题考查元素周期律，意在考查学生对原子结构、元素周期律的掌握。
【解析】选A。A项，Na的金属性强于Mg，则最高价氧化物对应水化物的碱性NaOH强于Mg(OH)2，正确；B项，Cl的非金属性强于Br，则得电子能力Cl2强于Br2，错误；C项，Na、Mg、Cl位于同一周期，电子层数相同，核电荷数大的原子，核对核外电子的吸引能力增强，所以原子半径会减小，则r(Na)>r(Mg)>
r(Cl)，错误。
【误区警示】碱金属元素性质的差异性
同主族元素的性质,不但要记住其相似性和递变性,还要注意违背一般规律的特殊性质。
(1)碱金属单质的密度逐渐增大,但K单质的密度小于Na;Na、K都可以保存在煤油中,但Li不能保存在煤油中,而应保存在石蜡中。
(2)碱金属元素只有Li与O2反应生成Li2O
一种产物,其他与O2反应的产物至少有两种。
(3)碱金属元素的最高价氧化物对应的水化物中只有LiOH微溶,其他均为易溶于水的碱。
【素养训练】
人体液的渗透压平衡主要通过钠离子和氯离子进行调节,钠离子的另一个重要作用是调节神经元轴突膜内外的电荷,钠离子与钾离子的浓度差变化是神经冲动传递的物质基础,世界卫生组织建议每人每日摄入1～2克钠盐,钾离子也参与调节渗透压与轴突膜内外的电荷,人体中心脏、肝脏、脾脏等器官中钾比较富集。
下列与碱金属元素有关的比较中不正确的是
( )
A.锂与水反应不如钠与水反应剧烈
B.还原性:K>Na,故K可以从NaCl溶液中置换出金属钠
C.熔、沸点:Li>Na>K
D.碱性:LiOH【解析】选B。锂的活泼性比钠弱,与水反应不如钠剧烈,A项正确;还原性K>Na>Li,但K不能置换出NaCl溶液中的Na,而是与H2O反应,B项不正确;碱金属元素从Li到Cs,熔、沸点逐渐降低,即Li>Na>K>Rb>Cs,C项正确;从Li到Cs,碱金属元素的金属性逐渐增强,对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强,即碱性:LiOH【加固训练】
1.如图表示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.还原性 B.与水反应的剧烈程度
C.熔点
D.原子半径
【解析】选C。由图可知,随着核电荷数的增大,碱金属的性质呈递增趋势,而碱金属单质的熔点随核电荷数的增大而降低。
2.(2020·哈尔滨高一检测)某主族元素的原子最外层是第5层,其上有1个电子,下列描述中正确的是
( )
A.常温下,其单质与水反应不如钠与水反应剧烈
B.其原子半径比钾原子半径小
C.其碳酸盐易溶于水
D.其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解
【解析】选C。由主族元素原子的第五电子层上只有一个电子可知:该元素位于周期表第5周期ⅠA族,为Rb(铷)。由同一主族元素性质递变规律可知,Rb的金属性强于Na,故其与水的反应比Na更剧烈;RbOH的碱性强于NaOH,因NaOH可使Al(OH)3溶解,则RbOH也一定能使Al(OH)3溶解;Rb、K同主族,且Rb比K多一个电子层,则Rb的原子半径比K的原子半径大;又Na2CO3、K2CO3均易溶于水,可类推出Rb2CO3也应易溶于水。
知识点二 卤素单质的相似性和递变性?
1.相似性
2.递变性
具体情况如下:
物质+
性质
单质
从F2→I2与H2反应越来越难
氢化物
稳定性:HF>HCl>HBr>HI
还原性:HF酸性:HF最高价氧
化物对应
水化物
酸性:HClO4>HBrO4>HIO4
(氟没有含氧酸)
3.特殊性
(1)F2能与水反应,反应方程式为2F2+2H2O
====
4HF+O2。因此,F2不能从溶液中置换出其他卤素单质。
(2)通常情况下,氟没有正价,所以氟没有含氧酸。
(3)溶解性:通常情况下,除F2外,卤素单质在水中的溶解度都不大,但是均易溶于有机溶剂。
(4)卤素单质都有毒,液溴易挥发,保存时常用水密封。
【知识拓展】
1.卤素的特性
(1)氟元素无正价,无含氧酸。F-的还原性极弱。
(2)X2+H2O
====
HX+HXO而2F2+2H2O
====
4HF+O2
(3)在常温下,Br2是唯一一种液态非金属单质。
(4)碘为紫黑色固体,易升华,淀粉遇I2变蓝色。
(5)氢氟酸为弱酸,而盐酸、氢溴酸、氢碘酸为强酸。
2.溴和碘在有机溶剂中的颜色
溴和碘在有机溶剂中浓度不同,颜色不同。碘在水中一般为黄色到褐色,在有机溶剂中一般为紫色到紫红色;溴在水中一般为黄色到棕色,在有机溶剂中一般为橙色到橙红色。在一定条件下,溶液颜色可以作为判断是否有相应物质生成的依据。
【合作探究】
(思维升华)已知还原性I->Br->Cl->F-,试从原子结构的角度分析其原因是什么?(宏观辨识与微观探析)
提示:还原性即微粒失去电子的能力。按I-→Br-→Cl-→F-的顺序,离子的半径逐渐减小,原子核对最外层电子的吸引力逐渐增大,失去电子的能力逐渐减弱,故还原性逐渐减弱。
(教材二次开发)教材中“ⅦA族元素氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)等称为卤族元素”则下图是卤素单质(F2、Cl2、Br2、I2)的沸点与相对分子质量的关系图。
判断①②③④的氧化性顺序。(证据推理与模型认知)
提示:卤素单质的沸点与其相对分子质量成正比,根据题图知,①②③④对应的分别是F2、Cl2、Br2、I2,因此氧化性顺序为①>②>③>④。
【典例示范】
【典例】1940年,意大利化学家西格雷发现了第85号元素,它被命名为“砹(At)”。在希腊文里,砹的意思是“不稳定”。西格雷后来迁居到了美国,和美国科学家科里森、麦肯齐在加利福尼亚大学用“原子大炮”——回旋加速器加速氦原子核,轰击金属铋209,由此制得了第85号元素——“亚碘”,即是砹。砹(At)是卤族元素中位于碘后面的元素,推测砹和砹的化合物正确的是
( )
A.与H2化合的能力:At2>I2
B.砹在常温下是白色固体
C.砹原子的最外层上有7个电子
D.砹易溶于水,难溶于四氯化碳
【解题指南】解答本题重点注意以下两个方面:
(1)卤素单质性质的相似性。
(2)卤素单质与氢气等化合能力的递变性。
【解析】选C。
A(×)
从F到At,元素的非金属减弱,与H2化合的能力逐渐减弱
B(×)
从F到At,单质的颜色逐渐加深。I2是紫黑色固体,故砹在常温下不可能是白色固体
C(√)
卤素原子的最外层上都有7个电子
D(×)
由I2微溶于水,易溶于四氯化碳,可推知砹不可能易溶于水,难溶于四氯化碳
【素养训练】
下列说法中,不符合ⅦA族元素性质特征的是
( )
A.从上到下元素的非金属性增强
B.易形成-1价离子
C.从上到下,最高价氧化物的水化物酸性减弱(F除外)
D.从上到下,氢化物的还原性依次增强
【解析】选A。同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,选项A符合题意;第ⅦA族元素原子最外层有7个电子,易得1个电子形成-1价离子,选项B不符合题意;从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱,选项C不符合题意;同主族元素,从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,所以氢化物的还原性依次增强,选项D不符合题意。
【加固训练】
1.(2020·潍坊高一检测)卤素是最活泼的一族非金属,下列关于卤族元素的说法正确的是
( )
A.卤素单质的最外层电子数都是7
B.从上到下,卤素原子的电子层数依次增多,半径依次减小
C.从F到I,原子核对最外层电子的吸引能力依次减弱,原子得电子能力依次减弱
D.卤素单质与H2化合的容易程度为F2【解析】选C。卤素原子最外层有7个电子,而不是单质最外层有7个电子,A项错误;卤素原子从F到I,电子层数依次增多,半径依次增大,原子核对最外层电子吸引能力依次减弱,原子得电子能力依次减弱,故B项错误,C项正确;单质与H2化合的容易程度为F2>Cl2>Br2>I2,故D项错误。
2.《本草衍义》中对精制砒霜过程有如下叙述“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞,着覆器,遂凝结,累然下垂如乳尖,长者为胜,平短者次之。大块者已是下等,片如细屑者极下也,入药当用如乳尖长者。”砒霜的主要成分是三氧化二砷,其中砷的原子序数为33。
(1)推测砷元素在元素周期表中的位置。
提示:原子数序为33,比36小3,36号元素为第4周期0族的稀有气体元素,因此33号元素砷位于元素周期表第4周期第ⅤA族。
(2)推测砷元素的重要化合价,写出气态氢化物的化学式,并判断其稳定性。
提示:由于砷为第ⅤA族元素,因此主要化合价为+5、+3、-3价等。其中气态氢化物为AsH3,由于其非金属性较同主族的P、N弱,因此AsH3的稳定也较差。
(3)写出砷的最高价氧化物的化学式,并判断其对应水化物的酸性与H3PO4酸性的强弱。
提示:由于砷的最高价为+5价,因此其氧化物的化学式为As2O5,其对应水化物为H3AsO4,其酸性比同主族P元素的最高价氧化物对应水化物为H3PO4的酸性弱。
(4)文中涉及的混合物分离的操作方法是什么?
提示:升华。“将生砒就置火上,以器覆之,令砒烟上飞”为升华操作。
知识点三 同主族元素性质的相似性和递变规律?
同主族元素原子结构与性质的递变规律
内容
同主族(自上而下)
电子层数
增多
最外层电子数
相同
原子半径
逐渐增大
原子得电子能力
减弱
原子失电子能力
增强
元素的金属性
增强
元素的非金属性
减弱
元素的主要化合价
最高正价数=主族序数
(F无正价,O无最高正价)
内容
同主族(自上而下)
单质还原性与氧化性
还原性增强,氧化性减弱
非金属元素气态氢化物的形成及稳定性
形成由易到难,稳定性由强到弱
最高价氧化物对应的水化物酸碱性
酸性
减弱
碱性
增强
非金属气态氢化物的还原性
增强
离子氧化还原能力
阳离子氧化性
减弱
阴离子还原性
增强
【合作探究】
(1)(思维升华)短周期元素X、Y、Z在周期表中的位置如图所示:
①Y所在周期中所有主族元素,Y的原子半径最小,对吗?(证据推理与模型认知)
②能否发生反应Cl2+H2Z
====
Z↓+2HCl?(证据推理与模型认知)
X
Y
Z
提示:①根据同周期、同主族元素性质的变化规律进行判断。短周期为1～3周期,由图可得X为氦,Y为氟,Z为硫;同周期自左向右原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外),因此F所在周期的所有主族元素中,F的原子半径最小。
②氯的非金属性比硫强,因此能发生置换反应:Cl2+H2S====S↓+2HCl。
(2)(情境应用)在实验室用金属钠、钾做实验时,发现钠、钾常保存在煤油中,这是为什么呢?(科学探究与创新意识)
提示:钠、钾保存在煤油中,以避免与空气中的O2、H2O反应。
【典例示范】
【典例】X、Y两种元素,原子序数均小于20;X、Y原子的最外层电子数相等,且原子半径RX( )
A.若X(OH)n为强碱,则Y(OH)n也一定为强碱
B.若HnXOm为强酸,则X的氢化物溶于水一定显酸性
C.若X元素形成的单质是X2,则Y元素形成的单质一定是Y2
D.若Y的最高正价为+m,则X的最高正价一定为+m
【解题指南】解答本题时应注意以下几点:
(1)同主族元素性质的递变规律;
(2)熟悉各主族常见元素的性质,尤其第2、3周期的;
(3)注意一些元素的特殊性。
【解析】选A。X、Y原子的最外层电子数相同,且原子序数<20,说明X、Y为同一主族的
元素,又X的原子半径小于Y,说明在周期表中X位于Y的上方。A项,若X(OH)n为强碱,则X
为金属元素,根据同主族元素性质的递变规律,Y也为金属元素,且Y元素原子的失电子
能力要强于X元素原子,Y(OH)n应该比X(OH)n的碱性更强;B项,若HnXOm为HNO3,氮元素的
氢化物NH3溶于水显碱性;C项,若X元素为氧,则Y元素为硫,形成的单质是S;D项,若Y元
素为氯,则X元素为氟,氯元素的最高正价为+7价,但氟元素无正价。
【母题追问】(1)若Y能形成H3YO4的化合物,则X也能形成H3XO4的化合物吗?
提示:不能。若Y能形成H3YO4的化合物,则X、Y应为第ⅤA族的氮、磷元素,氮元素形成的HNO3。
(2)若Y形成氢化物的水溶液呈酸性,则X形成的氢化物的水溶液也一定呈酸性吗?
提示:不一定。若X、Y为第ⅥA族元素,H2S呈酸性,而H2O呈中性。
【素养训练】
2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。
(1)请确定铟在元素周期表中的位置?
提示:In为49号元素,根据元素周期表中元素的排布规律,In是第五周期第ⅢA族元素。
(2)
的中子数与电子数的差值为多少。
提示:
的中子数为115-49=66,电子数为49,中子数与电子数的差值为66-49=17。
(3)根据铟在元素周期表中的位置,判断下列对In元素性质的推测是否正确。
提示:从上到下为√,×,×,√。In在元素周期表中位于第5周期ⅢA族,与Al同主族,但原子半径In>Al,金属性In>Al,属于金属元素,因此In能与酸反应产生H2,不能与碱反应,氧化物In2O3属于碱性氧化物,只能与酸反应生成盐和水。
可能的性质
正误判断
能与酸反应产生氢气
能与碱反应产生氢气
氧化物既能与酸反应又能与碱反应
原子半径:
In>Al
(4)若铟与铷(37Rb)同周期,试比较In(OH)3与RbOH碱性的强弱。
提示:In是第五周期第ⅢA族元素,Rb为第五周期第ⅠA族元素,金属性In【加固训练】
1.下列关于物质性质递变规律的叙述不正确的是
( )
A.原子的还原性:K>Na>Mg>Al
B.原子的氧化性:F>Cl>S>P
C.最高价含氧酸的酸性:H2CO3D.氢化物的稳定性:HCl【解析】选D。可根据元素在周期表中的位置及同周期、同主族元素性质的递变规律来进行分析判断,选项A、B、C正确;选项D中氢化物的稳定性应是HCl>H2S>PH3>SiH4。
2.(2020·南宁高一检测)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.原子半径ZB.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比X的弱
C.X的最简单气态氢化物的热稳定性比Z的小
D.Z位于元素周期表中第2周期ⅥA族
【解析】选B。由题给信息可知,M为Al元素,X为Si元素,Y为N元素,Z为O元素。原子半径Al>Si>N>O,A项正确;因为O的非金属性比Si强,所以气态氢化物的热稳定性H2O>SiH4,C项正确;O元素位于周期表的第2周期ⅥA族,D项正确。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
同主族元素,随核电荷数的增加:
(1)元素原子得电子能力逐渐减弱,失电子能力逐渐增强。
(2)元素最高价氧化物对应水化物酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强。
(3)气态氢化物稳定性逐渐减弱,还原性逐渐增强。
(4)单原子离子的还原性逐渐增强,氧化性逐渐减弱。
课堂检测·素养达标
1.(2020·泰安高一检测)已知钾在空气中燃烧生成KO2。自然界中仅存在极微量的金属钫(Fr),它的已知同位素都有放射性,它是碱金属元素中密度最大的元素。根据它在周期表中的位置预言其性质,其中不正确的是
( )
A.在已知元素中(稀有气体除外),它具有最大的原子半径
B.在空气中燃烧时,生成氧化物Fr2O
C.氧化物的水化物是极强的碱
D.单质的失电子能力比钠强
【解析】选B。根据同主族和同周期元素性质递变规律可知,原子半径最大的元素位于周期表的左下角,即钫,A正确;碱金属元素从上到下,失电子能力逐渐增强,D正确;由于Na在氧气中燃烧生成Na2O2,K在氧气中燃烧生成KO2,据此可知,Fr在空气中燃烧应生成比Fr2O更复杂的氧化物,B错误。
2.下列有关卤族元素从上到下的变化的说法中,正确的是
( )
A.原子半径逐渐增大
B.阴离子还原性逐渐减弱
C.都有最高价氧化物的水化物,化学式为HXO4
D.与氢气越来越容易化合,氢化物的稳定性逐渐增强
【解析】选A。同一主族从上到下,电子层逐渐增多,所以原子半径逐渐增大,故A正确;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,单质氧化性依次减弱,阴离子还原性逐渐增强,故B错误;F没有正价,无最高价氧化物的水化物,故C错误;同一主族从上到下,非金属性依次减弱,与氢气越来越难化合,气态氢化物的稳定性依次减弱,故D错误。
3.
(双选)(2020·闵行区高一检测)我国在砷化镓
太阳能电池研究方面国际领先。砷(As)和镓(Ga)
都是第四周期元素,分别属于ⅤA和ⅢA族。下列说
法中,不正确的是
( )
A.原子半径:Ga>As>P
B.热稳定性:NH3>PH3>AsH3
C.酸性:H3AsO4>H2SO4>H3PO4
D.碱性Ga(OH)3【解析】选C、D。同周期自左而右,原子半径减小,同主族自上而下原子半径增大,所以原子半径Ga>As>P,故A正确;同主族自上而下非金属性减弱,非金属性N>P>As,非金属性越强,氢化物越稳定,所以热稳定性:NH3>PH3>AsH3,故B正确;同周期自左而右,非金属性增强,同主族自上而下非金属性减弱,所以非金属性S>P>As,所以酸性H2SO4>H3PO4>H3AsO4,故C错误;镓(Ga)是第四周期ⅢA族元素,与Al同族,金属性比Al强,碱性Ga(OH)3
>
Al(OH)3,故D错误。
【加固训练】
1.(2020·孝感高一检测)以下有关原子结构及元素周期律的叙述正确的是
( )
A.ⅠA族元素铯的两种同位素137Cs比133Cs多4个质子
B.同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大
C.ⅦA族元素从上到下,其氢化物的稳定性逐渐增强
D.同主族元素从上到下,单质的熔点逐渐降低
【解析】选B。同位素原子的质子数相同,同主族元素自上而下,原子半径逐渐增大,非金属性逐渐减弱,氢化物的稳定性逐渐减弱,金属的熔点逐渐降低而非金属的熔点往往逐渐升高。
2.(2020·中山高一检测)X、Y是元素周期表ⅦA族中的两种元素。下列叙述中能说明X的得电子能力比Y强的是
( )
A.X原子的电子层数比Y原子的电子层数多
B.与H2化合的能力XC.X的气态氢化物比Y的气态氢化物稳定
D.Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来
【解析】选C。ⅦA族元素,原子的电子层数越大,得电子能力越弱,越难与H2化合,所以选项A、B错误;气态氢化物的稳定性、非金属单质之间的置换关系,是判断非金属性强弱的依据,选项D错误。
4.(2020·吉林高一检测)依据元素周期表及元素周期律,下列推测正确的是
( )
A.H3BO3的酸性比H2CO3的强
B.Mg(OH)2的碱性比Be(OH)2的强
C.HCl、HBr、HI的热稳定性依次增强
D.若M+和R2-的核外电子层结构相同,则原子序数:R>M
【解析】选B。非金属性:C>B,则H2CO3的酸性强于H3BO3,A项错误;Be、Mg位于同一主族,且原子序数Mg>Be,故碱性Mg(OH)2>Be(OH)2,B项正确;HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱,C项错误;M+与R2-核外电子层结构相同,则M必在R的下一周期,原子序数M>R,D项错误。
【素养新思维】
5.元素在元素周期表中的位置,反映了元素的原子结构和元素的性质,如氮族元素是位于元素周期表ⅤA
族的元素,在生活中有广泛应用,如用N2作防腐气体,液氮还可用作制冷剂,P可用于制造农药等。如图是元素周期表的一部分。
(1)阴影部分中的元素N在元素周期表中的位置是什么?根据元素周期律,预测H3AsO4与
H3PO4酸性强弱的关系是什么?
(2)元素硫的最高正价和最低负价的代数和是多少?在一定条件下,S与H2反应有一定难度,请判断:在相同条件下Se与H2反应的难度比S与H2反应的难度更大还是更小?
(3)Br2具有较强的氧化性,SO2具有较强的还原性,将SO2气体通入溴水后,溶液中存在的主要离子有哪些?
【解析】(1)同一主族,元素的非金属性从上到下逐渐减弱,故酸性:H3PO4>H3AsO4。
(2)S的最高正价为+6,最低负价是-2,二者代数和是4,元素非金属性越强,与氢气化合越容易。
(3)在溶液中,Br2与SO2反应生成H2SO4和HBr。
答案:(1)第2周期第ⅤA族;酸性:H3PO4>H3AsO4
(2)4;更大
(3)H+、Br-、
【加固训练】
(2020·银川高一检测)A、B、C、D四种元素在周期表中分别处于元素X的四周(如表),已知X元素最高价氧化物的化学式为X2O5,且五种元素中有一种元素的原子半径是它们所处的同族中最小的(稀有气体除外)。试确定:
B
A
X
C
D
(1)写出元素符号:A________,B________,C________,D________。?
(2)C、D、X最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱的顺序:________________(用化学式填写)。?
(3)A、B、X气态氢化物的稳定性由强到弱的顺序:____________________(用化学式填写)。
【解析】X最高价为+5价,根据主族元素最高正价数=原子最外层电子数(O、F除外)可知X位于ⅤA族,B是同族中原子半径最小的元素,则B为N,X为P,A、C、D分别为Si、S、As元素。
答案:(1)Si N S As
(2)H2SO4>H3PO4>H3AsO4
(3)NH3>PH3>SiH4(共69张PPT)
第3节
元素周期表的应用
第1课时
认识同周期元素性质的递变规律
一、第3周期元素原子得失电子能力比较
1.钠、镁、铝三种元素失电子能力的比较
(1)实验探究
①实验图示:
a.与水反应:
必备知识·自主学习
b.与酸反应:
②置换氢气。
实验
置换氢气的难易顺序
与水反应
Na__Mg
与酸反应
Mg__Al
>
>
③镁、铝氢氧化物性质的比较(用化学方程式表示)。
a.MgCl2溶液中加入NaOH溶液:
________________________________。
b.AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液:
________________________________;
______________________________;
MgCl2+2NaOH
====
Mg(OH)2↓+2NaCl
AlCl3+3NaOH
====
Al(OH)3↓+3NaCl
Al(OH)3+NaOH
====
Na[Al(OH)4]
离子方程式:_______________________;
__________________________。?
Al(OH)3具有两性,既能与碱反应,也能与酸反应,如与盐酸反
应:____________________________;
离子方程式:_________________________。
结论:碱性强弱顺序为_______________。
(2)钠、镁、铝失电子能力的比较
钠、镁、铝失电子能力由强到弱的顺序依次为Na>Mg>Al。
Al3++3OH-
====
Al(OH)3↓
Al(OH)3+OH-
====
[Al(OH)4]-
Al(OH)3+3HCl
====
AlCl3+3H2O
Al(OH)3+3H+
====
Al3++3H2O
Mg(OH)2>Al(OH)3
离子方程式:_______________________;
__________________________。?
Al(OH)3具有两性,既能与碱反应,也能与酸反应,如与盐酸反
应:____________________________;
离子方程式:_________________________。
结论:碱性强弱顺序为_______________。
(2)钠、镁、铝失电子能力的比较
钠、镁、铝失电子能力由强到弱的顺序依次为Na>Mg>Al。
2.硅、磷、硫、氯四种元素原子得电子能力的比较
元素
Si
P
S
Cl
单质与H2化合的条件
高温
较高温度
需加热
___________
气态氢化物的稳定性
SiH4
很不稳定
PH3
不稳定
H2S
较不稳定
HCl
稳定
最高价
氧化物
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
点燃或光照
元素
Si
P
S
Cl
最高价氧化物对应水化物的酸性
H4SiO4或
H2SiO3
弱酸
H3PO4
中强酸
H2SO4
强酸
HClO4
最强无机酸
结论
从Si到Cl,元素原子得电子能力逐渐_____
增强
【自主探索】
1.判断下列说法是否正确。
(1)碱性:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,故还原性:Na>Mg>Al。
( )
提示:√。由最高价氧化物的碱性NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,可以得出失电子能力Na>Mg>Al。
(2)熔点、硬度:Al>Na,故金属性:Na>Al。
( )
提示:×。熔点、硬度属于物理性质,而金属性属于化学性质,二者没有必然的联系。
(3)同一周期元素的原子,半径越小越容易失去电子。
( )
提示:×。原子半径越小,原子核对外层电子的吸引力越大,越不容易失去电子。
2.(教材二次开发)教材中“硫酸是一种强酸”,则能否由H2SO4的酸性大于HClO的酸性,可推断S的非金属性大于Cl的非金属性?
提示:不能。因为HClO不是Cl元素最高价氧化物对应的水化物,无法判断两者的非金属性强弱。
3.(情境思考)铁在氯气中燃烧生成FeCl3,铁粉与硫粉反应生成FeS,请从原子结构角度解释原因。
提示:由于S和Cl位于同一周期,电子层数相同,原子半径r(Cl)二、同周期元素得失电子能力的递变规律
1.变化规律
同周期从左到右,元素原子的得电子能力_________,失电子能力_________。
2.同周期元素的性质递变的原因
同周期元素(稀有气体元素除外)的原子,核外电子层数_____,随着核电荷数的递
增:
逐渐增强
逐渐减弱
相同
【自主探索】
(教材二次开发)教材中“元素周期表中位于金属元素与非金属元素交界处附近的元素”,请画出金属元素与非金属元素的交界线,并注明交界线附近的元素符号。
提示:
关键能力·合作学习
知识点一 同周期原子结构与元素性质的递变规律?
项目
同周期(从左到右)
原子半径
逐渐减小
主要化合价
+1→+7(O、F除外),-4→-1
元素原子失电子能力
逐渐减弱
元素原子得电子能力
逐渐增强
单质
氧化性
逐渐增强
还原性
逐渐减弱
项目
同周期(从左到右)
离子
阳离子的
氧化性
逐渐增强
阴离子的
还原性
逐渐减弱
气态氢化物
稳定性
逐渐增强
还原性
逐渐减弱
最高价氧化物
对应的水化物
酸性
逐渐增强
碱性
逐渐减弱
【特别警示】同周期元素性质递变的几个易错点
(1)相对原子质量随原子序数的递增,不呈周期性变化。
(2)根据含氧酸的酸性强弱比较元素非金属性的强弱时,必须是最高价含氧酸。
(3)在元素周期表中,无氧酸的酸性变化规律与元素非金属性的变化规律不一致。其规律是左弱右强,上弱下强。如非金属性:SCl,而酸性:氢氟酸(HF)<盐酸。
(4)
同周期从左到右,金属单质的还原性、非金属阴离子的还原性逐渐减弱;非金属单质的氧化性、金属阳离子的氧化性逐渐增强。
【合作探究】
(1)(思维升华)“同一周期非金属元素对应氧化物水化物的酸性从左到右依次增强”的说法正确吗?为什么?(证据推理与模型认知)
提示:不正确。同一周期,随着原子序数的递增,非金属元素最高价氧化物对应的水化物(即最高价含氧酸)酸性逐渐增强,但低价含氧酸(如HClO)不符合此规律。
(2)(教材二次开发)教材中“氢氧化铝既能与盐酸反应,又能与NaOH溶液反应,表现出两性”,则在AlCl3溶液中逐渐滴加NaOH溶液,会观察到什么现象?写出反应的化学方程式。(科学探究与创新意识)
提示:现象为出现白色胶状沉淀,沉淀量随NaOH溶液的滴加而逐渐增大到最大值,然后沉淀量会逐渐减少,最后消失。反应的化学方程式为
AlCl3+3NaOH
====
Al(OH)3↓+3NaCl
Al(OH)3+
NaOH
====
Na[Al(OH)4]。
【典例示范】
【典例】(2020·黄冈高一检测)同一短周期三种元素X、Y、Z,已知其气态氢化物分别是HX、H2Y、ZH3,则下列判断错误的是
( )
A.热稳定性:HX>H2Y>ZH3
B.还原性:HX>H2Y>ZH3
C.酸性:H3ZO4D.非金属性:X>Y>Z
【思维建模】解此类题的常用思路为
【解析】选B。同一短周期三种元素X、Y、Z,其气态氢化物分别是HX、H2Y、ZH3,则在元素周期表中从左到右依次为Z、Y、X。因为同周期从左到右元素非金属性增强,所以非金属性:X>Y>Z;非金属性越强,气态氢化物越稳定,故热稳定性:HX>H2Y>ZH3;非金属性越强,气态氢化物越不易失电子,还原性越弱,故还原性:HX【母题追问】(1)判断三种元素原子半径的大小顺序。
提示:原子半径的大小顺序为Z>Y>X。由于三种元素在元素周期表中从左到右依次为Z、Y、X,而同周期从左到右原子半径逐渐减小。
(2)判断三种元素简单离子的还原性顺序。
提示:简单离子的还原性顺序为Z3->Y2->X-。由于三种元素在元素周期表中从左到右依次为Z、Y、X,它们的非金属性逐渐增强,对应离子的还原性逐渐减弱。
【素养训练】
(2020·黄冈高一检测)已知X、Y是第3周期的两种金属元素,且X的原子半径比Y
的原子半径大,则下列叙述正确的是( )
A.Y的原子序数比X的原子序数小
B.X的离子比Y的离子得电子能力强
C.X的失电子能力比Y的失电子能力强
D.X的离子半径比Y的离子半径小
【解析】选C。X、Y是第3周期的两种金属元素,且X的原子半径比Y的原子半径大,所以Y的原子序数比X的原子序数大;根据同周期元素金属性的变化规律可知,X的失电子能力大于Y,则X的离子比Y的离子得电子能力弱;X的离子和Y的离子具有相同的电子层结构,但X的核电荷数小于Y,所以X的离子半径大于Y的离子半径。
【加固训练】
1.X、Y为同一周期的元素,如果X的原子半径大于Y的原子半径,则下列说法不正
确的是
( )
A.若X、Y均为金属元素,则X的金属性强于Y
B.若X、Y均为金属元素,则X的阳离子的氧化性比Y的阳离子的氧化性强
C.若X、Y均为非金属元素,则Y的气态氢化物比X的气态氢化物稳定
D.若X、Y均为非金属元素,则Y的最高价含氧酸的酸性强于X的最高价含氧酸的酸性
【解析】选B。X、Y为同一周期元素,X的原子半径大于Y的原子半径,则X的原子序数小于Y的原子序数,即Y在X的右边。依据同周期元素的性质递变规律知,若X、Y均为金属元素,从X到Y,金属性逐渐减弱,元素原子的还原性逐渐减弱,其形成的阳离子氧化性增强,A项正确,B项错误;若X、Y均为非金属元素,同周期元素的非金属性逐渐增强,气态氢化物的稳定性及最高价含氧酸的酸性也逐渐增强,C、D项均正确。
2.门捷列夫经过多年的艰苦探索发现了自然界中一个极其重要的规律——元素周期律。这个规律的发现是继原子-分子论之后,近代化学史上的又一座光彩夺目的里程碑。根据提供的条件推断元素,并按要求填空:
(1)已知某元素原子核外有3个电子层,其最外层电子数为7,最高价氧化物的化学式是什么?最高价氧化物对应水化物的化学式是什么?写出其最高价氧化物对应的水化物与NaOH反应的化学方程式。(证据推理与模型认知)
提示:原子核外有3个电子层,其最外层电子数为7,是第3周期ⅦA族的Cl,所以最高价氧化物的化学式是Cl2O7,最高价氧化物对应的水化物是HClO4,与NaOH反应的化学方程式是HClO4+NaOH
====
NaClO4+H2O。
(2)第3周期元素,其最外层电子数与电子层数相同。该元素最高价氧化物的化学式是什么?写出最高价氧化物对应水化物与强碱反应的离子方程式。(宏观辨识与微观探析)
提示:第3周期中最外层电子数等于电子层数的是Al,所以最高价氧化物的化学式是Al2O3,其对应的水化物与强碱反应的离子方程式是
Al(OH)3+OH-
====
[Al(OH)4]-。
(3)原子序数依次递增的同周期四种元素,它们氢化物的质子数与电子数都与Ar相同,这些氢化物的化学式分别是什么?(证据推理与模型认知)
提示:质子数与电子数都与Ar相同的氢化物的化学式分别是SiH4、PH3、H2S、HCl。
(4)某元素的最高正价与最低负价的代数和为4,且最高价氧化物中含氧质量分数为60%。则该元素最高价氧化物的化学式是什么?(科学探究与创新意识)
提示:最高正价与最低负价的代数和为4的是ⅥA族的元素,所以其最高价氧化物的化学式是XO3,由于其含氧量为60%,则可以计算得到元素为硫,则其最高价氧化物的化学式是SO3。
知识点二 元素原子得失电子能力的判断依据?
1.金属性强弱的判断
(1)据元素周期表判断。
①同一周期,从左到右:元素的金属性逐渐减弱。
②同一主族,从上到下:元素的金属性逐渐增强。
(2)据金属活动性顺序判断。
(3)据单质及其化合物的性质判断。
①金属单质与水或酸反应越剧烈,元素的金属性越强。
②最高价氧化物的水化物的碱性越强,元素的金属性越强。
(4)金属单质间的置换反应:较活泼的金属将较不活泼的金属从其盐溶液中置换出来:如Zn+Cu2+
====
Zn2++Cu,则金属性:Zn>Cu(但活泼金属与水反应剧烈,在水溶液中不能置换出其他金属单质)。
(5)据离子的氧化性强弱判断:金属阳离子的氧化性越强,元素的金属性越弱。如氧化性:Cu2+>Fe2+,则金属性:Cu2.非金属性强弱的判断
(1)据元素周期表判断。
①同一周期,从左到右:元素的非金属性逐渐增强。
②同一主族,从上到下:元素的非金属性逐渐减弱。
(2)据单质及其化合物的性质判断。
①单质与氢气化合越容易(或氢化物越稳定),元素的非金属性越强。
②最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,元素的非金属性越强。
(3)非金属单质间的置换反应:较活泼的非金属将较不活泼的非金属从其盐溶液中置换出来:如Cl2+2Br-
====
2Cl-+Br2,则非金属性:Cl>Br。
(4)据离子的还原性强弱判断:非金属阴离子的还原性越强,元素的非金属性越弱。如还原性:Cl-I。
【易错提醒】正确理解元素的金属性和非金属性
(1)元素金属性、非金属性的强弱与元素原子失去或得到电子的难易程度有关,与失去或得到电子的数目无关。如Na在反应中易失去1个电子,Al在反应中易失去3个电子,但金属性:Na>Al。
(2)不能理解为某元素的金属性越强,则非金属性越弱。例:Na金属性很强,Na没有非金属性;F非金属性强,它没有金属性。
(3)通常根据最高价氧化物对应水化物的酸性或碱性的强弱判断元素非金属性或金属性的强弱,而不是根据其他化合物酸性或碱性的强弱来判断。
(4)不能认为失电子难的原子得电子能力一定强。例:He既难失电子,也难得电子。
【合作探究】
(1)(思维升华)已知H2S+Cl2
====
S↓+2HCl,4NH3+3O2
====
2N2+6H2O,据此能否确定N和O、S和Cl的非金属性强弱?(证据推理与模型认知)
提示:能。H2S+Cl2
====
S↓+2HCl说明单质的氧化性Cl2>S;
4NH3+3O2
====
2N2+6H2O说明单质的氧化性O2>N2,故非金属性Cl>S,O>N。
(2)(情境思考)某兴趣小组同学做了如图实验:
实验中能观察到什么现象?能否通过该实验证明氯的非金属性比硫强呢?
提示:试管内有浅黄色沉淀生成;能,由于Cl2置换出了单质硫,说明Cl2的氧化性大于S,即氯的非金属性比硫强。
(3)(教材二次开发)教材中描述“一般来说,一种元素最高价氧化物对应水化物的酸性越强,表明这种元素原子得电子的能力越强”,则通过如图所示实验可证明元素的原子得电子能力Cl>C>Si吗?(科学探究与创新意识)
提示:不能。比较非金属的强弱通常用最高价氧化物对应的水化物的酸性判断。盐酸不是氯元素的最高价含氧酸,故不能根据此实验证明非金属性Cl>C>Si。
【典例示范】
【典例】硫、氯及其化合物对环境有着重要的影响,在化工生产和日常生活中的用途也十分广泛,如用作漂白剂、沉淀剂、农药、化肥等。
下列不能说明氯的得电子能力比硫强的事实是
( )
①HCl比H2S稳定;
②HClO氧化性比H2SO4强;
③HClO4酸性比H2SO4强;
④Cl2能与H2S反应生成S;
⑤氯原子最外层有7个电子,硫原子最外层有6个电子;
⑥Cl2与Fe反应生成FeCl3,S与Fe反应生成FeS。
A.②⑤
B.①②
C.①②④
D.①③⑤
【解析】选A。气态氢化物稳定性越高,非金属性越强,故①可以说明;只有最高价氧化物对应的水化物酸性越强,则非金属性才越强,故②不能说明,③可以说明;Cl2能置换出H2S中的S,故④可以说明;最外层电子数的多少不能说明非金属性的强弱,故⑤不能说明;⑥中Fe与Cl2、S分别反应生成FeCl3、FeS,说明非金属性Cl>S。综上所述,②⑤不能说明氯的得电子能力比硫强的事实。
【素养训练】
同周期主族元素的原子从左到右失电子能力逐渐减弱。某研究性学习小组为了用实验的方法验证镁和铝的失电子能力强弱,学生甲和学生乙分别设计了两种不同的方案。
方案一:学生甲用水作试剂,比较镁和铝与水反应的情况
方案二:学生乙用稀盐酸作试剂,比较镁和铝与稀盐酸反应的情况
回答下列问题:
(1)上述两个实验方案中实验现象较为明显的是方案__________________。?
(2)学生乙在实验时取了一段黑色的镁带投入稀盐酸中,现象并不明显,请分析原因:________________________。?
(3)学生丙用镁、铝的可溶性盐溶液及一些其他化学试剂进行实验也得出了正确结论,简述学生丙采用的方法:________________________。
【解析】(1)由于金属镁、铝与盐酸反应较快,所以方案二现象较明显。
(2)镁表面有氧化物薄膜,使反应现象不明显。
(3)Al(OH)3能溶于强碱而Mg(OH)2不能,说明Al(OH)3是两性氢氧化物,故氢氧化铝的碱性比氢氧化镁弱,则铝的失电子能力比镁弱。
答案:(1)二 (2)未除去镁表面的氧化膜
(3)取氢氧化钠溶液将其分别逐滴加入镁、铝的可溶性盐溶液中,均产生白色沉淀,当加入的NaOH溶液过量时,可使生成的Al(OH)3溶解,而Mg(OH)2不溶
【加固训练】
1.能证明Al的金属性比Mg弱的实验事实是
( )
A.Al的导电性比Mg强
B.Al的原子半径比Mg小
C.Al(OH)3能溶于NaOH溶液,而Mg(OH)2则不能
D.Mg(OH)2的溶解度比Al(OH)3的溶解度略大
【解析】选C。元素的金属性是指元素原子的失电子能力。金属的导电性、溶解度与元素的金属性强弱无关;原子半径大小不能作为判断元素金属性强弱的依据。
2.(2020·南昌高一检测)下列关于元素原子得失电子能力的理解不正确的是
( )
A.第3周期由金属元素和非金属元素构成,Na只能失电子,Cl只能得电子
B.第3周期主族元素,随着核电荷数的增加,原子得电子能力逐渐增强
C.SiH4、PH3、H2S、HCl的稳定性逐渐增强,说明Si、P、S、Cl的得电子能力逐渐增强
D.H2SiO3、H3PO4、H2SO4、HClO4的酸性逐渐增强,说明Si、P、S、Cl的得电子能力逐渐增强
【解析】选A。Cl2中的Cl既能得电子,又能失电子,A错误;同周期主族元素从左到右,原子得电子能力逐渐增强,B正确;氢化物的稳定性和最高价氧化物对应水化物的酸性强弱均能作为元素非金属性强弱的判断标准,C、D正确。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
同周期元素,随着核电荷数的递增顺序:
(1)原子失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强。
(2)元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强,碱性逐渐减弱。
(3)气态氢化物的稳定性逐渐增强,还原性逐渐减弱。
(4)阳离子的氧化性逐渐增强,阴离子的还原性逐渐减弱。
课堂检测·素养达标
1.(2020·银川高一检测)下列说法错误的是
( )
A.Na与Al为同周期元素,钠原子最外层有1个电子,铝原子最外层有3个电子,所以钠的金属性比铝强
B.Na与Mg为同周期元素,且Mg的核电荷数比Na的大,所以钠的金属性比镁强
C.NaOH为强碱,而Al(OH)3具有两性,所以钠的金属性比铝强
D.Zn+2Fe3+
====
Zn2++2Fe2+,所以Zn的金属性比Fe强
【解析】选D。Zn+Fe2+
====
Zn2++Fe才能说明金属性:Zn>Fe。
2.(2020·成都高一检测)同一短周期的元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,
下列叙述正确的是
( )
A.单质的化学活泼性:WB.原子最外层电子数:WC.单质的氧化能力:WD.元素的最高正化合价:W【解析】选B。同一短周期的元素原子,从左至右最外层电子数依次增大,B正确;若Z为0族元素,则Z的单质最不活泼且氧化能力最低,A、C错误;若Z为F,F无正价,D错误。
3.(2020·莆田高一检测)X、Y是同周期非金属元素,已知X元素原子比Y元素原
子半径大,则下列叙述正确的是
( )
A.X的最高价氧化物对应的水化物的酸性比Y的强
B.X的阴离子比Y的阴离子的还原性强
C.X的非金属性比Y的强
D.X的气态氢化物比Y的稳定
【解析】选B。题述X、Y是同周期非金属元素,因原子半径:X>Y,故X位于Y左侧,原子序数:Y>X。依据同周期元素性质的递变规律知,非金属性:XX,最高价氧化物对应水化物的酸性:Y>X,阴离子的还原性:X>Y,故B正确。
4.(双选)(2020·揭阳高一检测)下列事实能说明金属性Na>Mg的是
( )
A.Na最外层有一个电子,Mg最外层有2个电子
B.Na能与冷水反应,而Mg不能
C.碱性NaOH
>Mg(OH)2
D.Na不能从MgCl2的溶液中把Mg置换出来
【解析】选B、C。元素最外层电子数的多少不能证明金属的活泼性强弱,A错误;Na能与冷水反应,而Mg不能,说明金属钠的活泼性强于金属镁,B正确;根据金属元素最高价氧化物对应水化物的碱性可以判断元素金属性的强弱,碱性NaOH>Mg(OH)2,能说明金属性Na>Mg,C正确;Na不能从MgCl2的溶液中把Mg置换,金属钠优先和水反应,D错误。
【加固训练】
(2020·济南高一检测)下列不能作为判断元素非金属性强弱依据的是
( )
A.元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱
B.元素的单质跟氢气反应生成气态氢化物的难易程度
C.非金属元素对应的气态氢化物的稳定性
D.非金属元素单质的熔点和沸点的高低
【解析】选D。判断非金属性强弱的一般依据:最高价氧化物对应水化物的酸性强弱、单质跟氢气化合的难易程度以及气态氢化物的稳定性。熔点和沸点不能作为判断元素的非金属性强弱的依据。
5.(2020·宁德高一检测)
按C、N、O、F的排列顺序,下列递变规律错误的是
( )
A.原子半径逐渐减小
B.元素原子得电子能力逐渐增强
C.最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强
D.气态氢化物稳定性逐渐增强
【解析】选C。C、N、O、F属同一周期的元素,且原子序数依次增大,原子半径逐渐减小,得电子能力依次增强;气态氢化物稳定性依次增强;F无正价,也无最高价氧化物对应的水化物,故无法比较。
【素养新思维】
6.(2020·佛山高一检测)W、X、Y、Z是原子序数依次增大的同一短周期元素,W、X是金属元素,Y、Z是非金属元素。
(1)W与O2反应时能生成两种氧化物,写出W与O2反应的化学方程式________________、________________。?
(2)W与Y可形成化合物W2Y,该化合物的化学式为________________,X与Z可形成化合物XZ2,该化合物的名称为________________。?
(3)比较Y、Z气态氢化物的稳定性__________>__________(用化学式表示)。?
(4)W、X、Y、Z四种元素简单离子的离子半径由大到小的顺序是:________________________(用化学式表示)。
【解析】W与O2反应时能生成两种氧化物,且W为短周期金属元素,可知W为钠元素;Na与Y形成化合物Na2Y,可知Y为-2价,且Na与Y同周期,可知Y为硫元素;则Z为氯元素(因原子序数Z>Y);因为X与Z(Cl)形成化合物XCl2,则X为镁元素。
答案:(1)4Na+O2
====
2Na2O 2Na+O2
Na2O2
(2)Na2S 氯化镁 (3)HCl H2S
(4)S2->Cl->Na+>Mg2+
点燃
====
【加固训练】
(改编)下面是某科学兴趣小组的同学做同周期元素性质递变规律的实验时,设计的一套实验方案。实验步骤如下:
实验序号
实验步骤
①
将镁条用砂纸打磨后,放入沸水中,再向溶液中滴加酚酞试液
②
向新制的Na2S溶液中滴加新制的氯水
③
将一小块金属钠放入滴有酚酞试液的冷水中
④
将镁条投入稀盐酸
⑤
将铝条投入稀盐酸
⑥
向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量
请整理并完成实验报告。
(1)实验目的:
________________。
?
(2)实验用品:
①试剂:金属钠、镁条、铝条、稀盐酸、新制氯水、新制Na2S溶液、AlCl3溶液、NaOH溶液等。
②仪器:________,________,________,试管夹,镊子,小刀,玻璃片,砂纸等。
(3)实验内容:(完成下列表格中的实验现象和化学方程式)
(4)实验结论:________________。
?
(5)请用原子结构的知识简单解释上述结论:________________。
实验序号
实验步骤
实验现象
化学方程式
①
略
②
略
③
略
④
略
⑤
略
⑥
略
【解析】该小组同学使用的试剂是第3周期的单质或化合物,且利用①和③、④和⑤比较出钠、镁、铝三者从水或盐酸中置换出氢气的难易,进而推出三者的金属性强弱,而通过⑥可得出Al(OH)3具有两性的结论;通过②的置换反应可以得出氯的非金属性比硫强的结论。所以该实验的目的是研究同周期元素性质的递变规律。同周期元素性质的变化规律是由其原子的核外电子排布的变化造成的,同周期的元素原子电子层数相同,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐减小,原子核对核外电子的作用力逐渐增强,失电子能力减弱,得电子能力增强。
答案:(1)探究同周期元素性质的递变规律
(2)②试管 酒精灯 胶头滴管(合理即可)
(3)
实验
序号
实验步骤
实验现象
化学方程式
①
有气体产生,溶液变成浅红色
Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
②
生成淡黄色沉淀
Na2S+Cl2
====
2NaCl+S↓
③
浮在水面上,熔成小球,有气体放出,并四处游动,溶液变红色
2Na+2H2O
====
2NaOH+H2↑
④
剧烈反应,迅速产生无色气体
Mg+2HCl
====
MgCl2+H2↑
实验
序号
实验
步骤
实验现象
化学方程式
⑤
反应不太剧烈,产生无色气体
2Al+6HCl
====
2AlCl3+3H2↑
⑥
生成白色胶状沉淀,继而沉淀消失
AlCl3+3NaOH
====
Al(OH)3↓+3NaCl,
Al(OH)3+NaOH
====
Na[Al(OH)4]
(4)同周期元素随着原子序数递增,元素原子失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强
(5)同周期的元素原子电子层数相同,核电荷数逐渐增大,原子半径逐渐减小,原子核对核外电子的作用力逐渐增强,失电子能力减弱,得电子能力增强(共18张PPT)
专题提升课
元素周期律和元素周期表
【归纳整合】
1.原子结构、元素周期表、元素性质关系图
2.元素周期表的结构
【典例示范】
【典例】(2019·北京高考改编)2019年是元素周期表发表150周年,期间科学家
为完善周期表做出了不懈努力。中国科学院院士张青莲教授曾主持测定了铟
(49In)等9种元素相对原子质量的新值,被采用为国际新标准。铟与铷(37Rb)同周
期。下列说法不正确的是
( )
A.In是第五周期ⅢA族元素
B.
In的中子数与电子数的差值为17
C.原子半径:In>Al
D.金属性:In>Rb
【解析】选D。In为49号元素,根据元素周期表中元素的排布规律,In是第五周期
ⅢA族元素,故A正确
In的中子数为115-49=66,电子数为49,中子数与电子数的差
值为66-49=17,故B正确;In是第五周期ⅢA族元素,Al为第三周期ⅢA族元素,依据
元素周期律,原子半径:In>Al,故C正确;In和Rb同为第五周期元素,二者电子层数
相同,核电荷数越大,原子的失电子能力越弱。因此金属性In【母题追问】(1)铷(37Rb)为元素周期表第几主族元素?
提示:Rb的原子序数为37,比第四周期的Kr(36)大1,因此,Rb为第五周期ⅠA族元素。
(2)与铷同主族第3周期的元素是谁?它们的原子半径谁大?哪种原子更容易失电子?
提示:由于铷为第ⅠA族元素,因此第3周期ⅠA族元素为Na,它们的最外层电子数相同,电子层数不同,因此原子半径Rb>Na,失电子能力Rb>Na。
【素养训练】
1.(2020·徐州高一检测)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.原子的最外层电子数相同的元素,一定属于同一族
C.若M+和R2-的核外电子层结构相同,则原子序数:M>R
D.元素周期表中位于金属和非金属分界线附近的元素属于过渡元素
【解析】选C。元素原子的最外层电子数不一定等于元素的最高化合价,如氟没有正化合价,氦没有+2价,过渡元素最外层有1或2个电子,但最高正价多数高于+1和+2价,A不正确;Be和He的最外层电子数都是2,但不属于同一族,B不正确;若M+和R2-的核外电子层结构相同,原子序数M
>
R,C正确;过渡元素是指副族和Ⅷ族元素,D不正确。
2.(2020·重庆高一检测)几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表:
下列叙述正确的是
( )
A.Y的最高价氧化物对应的水化物显两性
B.放电条件下,Z单质与W的常见单质直接生成ZW2
C.X、Y元素的金属性:XD.X2+的离子半径大于W2-的离子半径
元素代号
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
+2
+3
+5、-3
-2
【解析】选A。W化合价为-2价,没有最高正化合价,W为氧元素;Z元素化合价为+5、-3,Z处于ⅤA族,原子半径与氧元素相差不大,则Z与氧元素处于同一周期,则Z为氮元素;X化合价为+2价,应为周期表ⅡA族元素,Y的化合价为+3价,应为周期表ⅢA族元素,二者原子半径相差较小,可知两者位于同一周期相邻主族,由于X、Y的原子半径与W、Z原子半径相差很大,则X、Y应在第3周期,所以X为镁元素,Y为铝元素。Y的最高价氧化物的水化物是氢氧化铝,属于两性氢氧化物,A正确;在放电条件下氮气与氧气可以化合生成NO,不能直接生成NO2,B错误;金属活动性顺序表中,Mg在Al的前边,金属性X(Mg)>Y(Al),C错误;Mg2+、O2-电子层结构相同,核电荷数越大离子半径越小,离子半径:Mg2+3.(2020·黄冈高一检测)短周期元素X、Y、Z在周期表中的相对位置如图所示,下列判断正确的是
( )
A.X是最活泼的非金属元素
B.Y的最高化合价为+7
C.Z原子的最外层电子数是6
D.3种元素的单质分子都是双原子分子
X
Y
Z
【解析】选C。由于X、Y、Z都属于短周期,则X一定是第1周期,而第1周期只有两种元素,X一定是He,不难判断出Y、Z分别为F、S。He为稀有气体,化学性质非常稳定,是单原子分子,A、D错误;F是最活泼的非金属元素,没有正价,B错误;硫原子的最外层电子数是6,C正确。
4.工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3)经过除杂等操作后得到纯净的Al2O3,然后用电解熔融Al2O3的方法制取金属铝,通常在电解过程中加入冰晶石(NaAlF6)。
上述材料中共涉及两种物质、四种元素,据此回答下列问题:
(1)四种元素原子半径的大小顺序是什么?
提示:r(Na)>r(Al)>r(O)>r(F)。由于Na、Al的电子层数相同,而Al的原子序数大,因此半径比Na的小,同理F的原子半径比O的小;Al和O的原子半径可以通过S原子进行比较,因为Al与S原子电子层数相同而原子序数Al比S小,所以Al的半径大于S的,而O、S的最外层电子数相同,而S的电子层数多,因此S的半径大,所以有r(Al)>r(S)>r(O)。
(2)四种元素形成的简单离子的半径大小顺序是什么?
提示:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Al3+)。四种离子的电子层结构相同,因此原子序数越大,离子半径越小
(3)四种元素的最高化合价是否都等于其原子的最外层电子数?
提示:否。四种元素中O没有最高正化合价,F没有正化合价,而Na、Al元素的最高正化合价等于其原子的最外层电子数。
【加固训练】
1.(2020·聊城高一检测)A元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍,B元素原子最外层电子数是内层电子总数的一半,则A、B元素
( )
A.B元素一定是锂元素
B.一定是第2周期元素
C.可能是第2、3周期元素
D.A、B两元素不能形成化合物
【解析】选C。A元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍,是氧元素;B元素原子最外层电子数是内层电子总数的一半,可以是磷元素,也可以是锂元素。
2.元素在周期表中的位置和原子结构密切相关。下面是原子结构和元素在周期
表中的位置的相关问题,试根据所学知识进行回答。
(1)已知某元素的原子结构示意图为
,据此推测该元素在周期表中的
位置?
提示:电子层数=周期序数,最外层电子数=主族序数,故该元素位于第3周期ⅢA族。
(2)试确定原子序数为82的元素在周期表中的位置。
提示:因为54<82<86,故该元素位于第6周期;82与86最接近,有82-86=-4,故该元素位于倒数第5列或顺数第14列,即ⅣA族,故该元素位于第6周期ⅣA族。
(3)原子序数为38的元素与镁在周期表中的相对位置关系如何?
提示:Mg的原子序数为12,第3、4、5、6周期分别含有8、18、18、32种元素,据此可推知镁的同族元素的原子序数分别为20、38、56、88。故38号元素与镁同主族。(共60张PPT)
第2课时 元素周期表
一、元素周期表
1.元素周期表与元素周期律的关系
元素周期表是元素周期律的具体表现形式,是学习和研究化学科学的重要工具。
2.元素周期表方格中的信息
通过元素周期表可了解元素的信息。例如:
必备知识·自主学习
3.元素周期表的编排原则
(1)横行:_________相同的元素,按原子序数递增的顺序从左到右排列。
(2)纵列:最外层电子数相同的元素,按_________递增的顺序自上而下排列。
4.元素周期表的结构
(1)周期:元素周期表有__个横行,即有__个周期。
①短周期:第1、2、3周期,每周期所含元素的种类数分别为__、__、__。
②长周期:第4、5、6、7周期,每周期所含元素的种类数分别为___、___、___、
___。
电子层数
电子层数
7
7
2
8
8
18
18
32
32
(2)族:元素周期表有18个纵列,但只有___个族。
16
①主族,共7个(由长、短周期元素组成,族序数后标A)。
②副族,共7个(只由长周期元素组成,族序数后标B)。
③第Ⅷ族,包括__、__、___三个纵行。
④0族,最外层电子数是8(He是2)。
(3)过渡元素
元素周期表中从第3到12列共10个纵列,包括了第Ⅷ族和全部副族元素,共60多种
元素,全部为_____元素,统称为过渡元素。
8
9
10
金属
【自主探索】
(教材二次开发)教材中描述“2015年,国际纯粹与应用化学联合会(简称IUPAC)宣布,确认之前多国科学家陆续合成的新元素分别为元素周期表中的第113、115、117和118号元素”,那么117号元素在元素周期表的什么位置?
提示:通过查找元素周期表可以得知117号元素位于元素周期表第7周期第ⅦA族。
二、元素周期表的部分重要元素及焰色试验
1.元素周期表的部分元素
族
元素
性质
存在
ⅡA族
元素
(碱土金
属元素)
_______、
_______、
_______、
锶(Sr)、
钡(Ba)、
镭(Ra)
①物理共性:单质都呈
_____色,具有良好的
_______
②化学共性:单质呈强
还原性,R-2e-
___
在自然界中
都以_______
存在
ⅤA族
______、______、_______、
锑(Sb)、铋(Bi)等
_________为非金属
元素,_______为金
属元素
在自然界中以
化合态或游离
态存在
副族和
Ⅷ族
(过渡元素)
第______列
全部为金属元素,具有
良好的_____性
铍(Be)
镁(Mg)
钙(Ca)
亮白
导电性
R2+
化合态
氮(N)
磷(P)
砷(As)
N、P、As
Sb、Bi
3～12
导电
2.焰色试验
(1)定义:某些_______________________在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的反应,
如钠:黄色,钾:_________色。?
(2)操作步骤
金属或它们的化合物
浅紫
【自主探索】
1.原子最外层有2个电子的元素一定是第ⅡA族元素吗?哪一族全部是金属元素?哪一族全部是非金属元素?
提示:不一定。原子最外层电子数为2的元素包括ⅡA族、氦及部分过渡元素。第ⅡA族、Ⅷ族及全部副族元素全部为金属元素,0族全部为非金属元素。
2.(教材二次开发)教材中叙述“根据焰色试验可以判断某种元素的存在”,则纯碱和食盐的焰色试验时焰色相同吗?
提示:相同,因为纯碱和食盐含有共同的元素钠元素,因此焰色试验中火焰的焰色是相同的
(情境思考)《后武林旧事》记有宋孝宗观海潮放烟火的情景说:“淳熙十年八月十八日,上诣德寿宫,共请两殿往浙江观潮……点放五色烟炮满江、及烟收、炮息,则诸船尽藏,不见一只”。
(1)你知道漂亮的焰火是如何产生的吗?
(2)淡蓝色的灶火遇到食盐水时,火焰会变黄色,其中的道理是什么?
提示:(1)漂亮的焰火产生的原因就是焰色试验,是由于烟花燃放时,不同金属元素受热产生不同的火焰颜色。
(2)水中含有钠盐,当遇到淡蓝色的灶火时,发生焰色试验,火焰变为黄色。
关键能力·合作学习
知识点一 元素周期表的结构?
1.元素周期表的结构
2.周期的分类
周期
类别
周期名称
本周期稀有气体元素
元素种类
规律
短
周期
第一周期
2He
__
_________
=
周期序数
第二周期
10Ne
__
第三周期
18Ar
__
长
周期
第四周期
36Kr
___
第五周期
54Xe
___
第六周期
86Rn
___
第七周期
118Og
___
2
8
8
18
18
32
32
电子层数
3.族的分类
族类别
族序数起止
族的构成
构造方式
主族
ⅠA族～
ⅦA族
由长、短周期元素共同组成的族
将不同横行中最外电子层的电子数相同的元素按电子层数递增的顺序自上而下排成纵列,形成族(特殊元素除外)
副族
ⅢB族～
ⅦB族
ⅠB族～
ⅡB族
只由长周期元素组成的族
0族
7种元素
Ⅷ族
8、9、10
三个纵列
【特别警示】关于元素周期表结构的易错点
(1)现行元素周期表是按原子序数由小到大编排,切勿错误认为是按相对原子质量由小到大编排。
(2)现行周期表有7个横行、7个周期、18个纵列,却是16个族。
(3)描述元素的主族符号要规范书写(会读会写1～8罗马数字),如ⅣA切勿写为ⅥA,ⅢA切勿写为ⅢA。
(4)氢为第ⅠA族元素,但氢不属于碱金属元素,而属于非金属元素。
【合作探究】
(1)(思维升华)在元素周期表中的每种元素有很多信息,如氧元素
,
其中的8、O、16.00分别代表什么意义?(宏观辨识与微观探析)
提示:分别代表原子序数、元素符号、相对原子质量。
(2)(情境应用)坦桑石是一种被世界公认的新兴宝石,这种宝石于1967年在坦桑尼亚被发现。其组成为Ca2Al3(SiO4)3(OH)。
分析坦桑石中所含有的元素属于周期表中的长周期还是短周期?(科学探究与创新意识)
提示:短周期元素是指前三周期的元素,Al、Si在第3周期,O在第2周期,H在第1周期;Ca在第4周期为长周期元素
【典例示范】
【典例】(2020·潍坊高一检测)下列有关元素周期表的认识正确的是
( )
A.ⅠA族元素又可称为碱金属元素
B.每一族只包含一个纵列
C.0族元素的原子最外层均有8个电子
D.前三个周期为短周期,其余为长周期
【解题指南】解答本题注意以下两点:
(1)注意掌握元素周期表的结构;
(2)长周期和短周期的指代。
【解析】选D。ⅠA族包含碱金属与氢元素,除氢之外的其他元素属于碱金属,A项错误;Ⅷ族包括三个纵列(8、9、10三个纵列),B项错误;稀有气体氦元素的原子最外层只有2个电子,所以并不是所有0族元素原子的最外层上均有8个电子,C项错误;短周期包括1、2、3三个周期,其余周期为长周期,D项正确。
【母题追问】(1)元素周期表的Ⅷ族是一个纵列还是几个纵列,若是多个纵列,主要是哪几列?
提示:元素周期表的Ⅷ族包含三个纵列,分别是8、9、10三个纵列。
(2)元素周期表的短周期包含哪几个周期,有几种金属元素?
提示:元素周期表短周期主要包含第1、2、3周期,有5种金属元素。
【素养训练】元素周期表中有多个分区,如图是元素周期表中的五个分区示意图。
请根据此图示,完成下列几个思考问题:
(1)d区和ds区属于过渡元素区,全部属于副族元素,这种说法正确吗?为什么?
提示:不正确。d区和ds区属于过渡元素区的说法是正确的,但是并非均是副族元素,其中还含有Ⅷ族元素。
(2)s区和p区均属于主族元素区的说法正确吗?
提示:不正确。p区中最后一个纵列是0族元素,不是主族元素。
(3)“s区全部都是金属元素”对吗?为什么?
提示:不正确。s区中有氢元素,属于非金属元素。
(4)同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素的原子序数一定相差1吗?
提示:不一定,第2、3周期相差1;第4、5周期相差11;第6、7周期相差25。
(5)某主族元素的原子核外有3个电子层,最外层有3个电子,则该元素在元素周期表中的哪个位置?
提示:第3周期,第ⅢA族。
(6)“第ⅥA族元素的最低负价为-2价,因此最高正价是+6价”对吗?
提示:不对,第ⅥA族的氧元素不呈现最高正价。
【加固训练】
1.(2020·合肥高一检测)下列关于元素周期表的说法正确的是
( )
A.元素周期表是按照元素的相对原子质量大小排列而成的
B.元素周期表有7个横行,即7个周期;有18个纵列,即18个族
C.凡是位于元素周期表中同一周期的元素,都是按从左到右的顺序原子最外层电子数由1递增到8
D.凡是位于元素周期表中同一主族的元素,都是按从上到下的顺序电子层数逐渐增多
【解析】选D。元素周期表是按照元素原子序数递增的顺序排列而成的,A错误;元素周期表有7个横行,即7个周期,18个纵列,但只有16个族(其中Ⅷ族有3个纵列),B错误;凡是位于元素周期表中同一周期的元素,电子层数均相同,短周期中第2、3周期的元素按从左到右的顺序原子最外层电子数由1递增到8,但第1周期和长周期元素不符合此规律,C错误;凡是位于元素周期表中同一主族的元素,都是按从上到下的顺序电子层数逐渐增多,D正确。
2.甲、乙是周期表中同主族的相邻元素,若甲的原子序数为x,则乙的原子序数不可能是
( )
A.x+2
B.x+4
C.x+8
D.x+18
【解析】选B。若元素在ⅠA、ⅡA族,则两种元素的原子序数之差应是上一周期元素种数,若元素在ⅢA～ⅦA族,则两种元素的原子序数之差应为下一周期元素种数。又因为每一周期所含元素种数可以是2、8、18、32,所以同主族相邻元素原子序数之差可能为2、8、18、32。
知识点二 原子结构与元素在周期表中的位置的关系?
1.由原子序数确定元素在周期表中的位置的方法
(1)原子结构示意图法。
①周期数=电子层数。
②主族序数=最外层电子数。
由原子序数推断元素在周期表中的位置可以先画出原子结构示意图,再确定元素位置。
(2)0族元素定位法:
①明确0族元素信息
0族元素
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Og
所在周期序数
1
2
3
4
5
6
7
原子序数
2
10
18
36
54
86
118
②比大小定周期
比较该元素的原子序数与0族元素的原子序数大小,找出与其相邻近的0族元素,那么该元素就和序数大的
0族元素处于同一周期。
③求差值定族数
a.若某元素原子序数比相应的0族元素多1或2,则该元素应处在该0族元素所在周期的下一个周期的
ⅠA
族或
ⅡA
族;
b.若比相应的0族元素少5～1时,则应处在同周期的ⅢA～ⅦA族;
c.若差其他数,则元素为过渡元素,由相应差数找出相应的族。
2.根据核外电子排布规律确定元素在周期表中的位置
(1)“阴上阳下”规律。
电子层结构相同的离子,若电性相同,则位于同周期,若电性不同,则阳离子位于阴
离子的下一周期。例如,A、B、C、D为短周期元素,其简单离子A+、B2+、C-、D2-具
有相同电子层结构,则A、B、C、D在元素周期表的相对位置为
。
(2)奇偶规律。
原子序数为奇(偶)数的主族元素位于奇(偶)数族,元素(F和O除外)的最高正价为
奇(偶)数。
【合作探究】
(1)(思维升华)原子序数为x的元素位于元素周期表中的第ⅡA族,则原子序数为x+1的元素位于元素周期表的哪一族?(宏观辨识与微观探析)
提示:ⅢA族或ⅢB族。原子序数为x+1的元素应位于ⅡA族右侧相邻的族,在短周期中为ⅢA族,长周期中为ⅢB族。
(2)(教材二次开发)教材中描述“115号元素镆是人工合成的放射性元素”,则115号位于元素周期表什么位置?(证据推理与模型认知)
提示:第7周期ⅤA族。因为115小于118,因此,115号元素为第7周期,118-115=3,因118号元素为第7周期0族元素,118-115=3,故115号元素位于第ⅤA族。
【典例示范】
【典例】钋是一种银白色金属,能在黑暗中发光,由著名科学家居里夫人与丈夫皮埃尔·居里在1898年发现,为了纪念居里夫人的祖国波兰,两人对这种元素命名为钋(原子序数为84)。钋是目前已知最稀有的元素之一。
试推算与钋处于同一主族的上一周期的元素在元素周期表中的位置及其原子序数是
( )
A.第6周期ⅥA族 50
B.第5周期ⅥA族 52
C.第6周期ⅡA族 54
D.第5周期ⅥA族 56
【思维建模】由原子序数推断元素位置的思路为
【解析】选B。稀有气体元素Xe、Rn的原子序数分别为54、86,54<84<86,所以84号元素钋位于第6周期,86-84=2,即84号元素钋位于86号元素左侧第二列,即ⅥA族。则与钋处于同一主族的上一周期元素则为第5周期ⅥA族,原子序数为84-32=52。
【母题追问】(1)推算与钋处于同一主族的下一周期的元素的原子序数。
提示:根据前面的叙述84号元素钋位于第6周期ⅥA族。因此下一周期为第7周期,由于第7周期含有32种元素,因此第7周期第ⅥA族元素的原子序数为84+32=116。
(2)镭(Ra)也是居里夫妇发现的,是一种具有很强的放射性的元素,原子序数88。那么判断镭元素在周期表中的位置。
提示:Ra(镭)质子数为88,则88-2-8-8-18-18-32=2,因此Ra位于元素周期表第七周期ⅡA族。
【素养训练】
研究发现,原子序数超过110之后,随着原子序数的增加,原子核的寿命会急剧下降。但研究人员认为在第114号元素附近存在一个稳定的区域,该区域的超重原子核能够长时间存在。这就是20世纪60年代科学家提出的“稳定岛”假说。
元素周期表是一座开放的“元素大厦”,试根据周期表中元素的位置关系,判断114号元素在大厦中的“房间”是什么位置?(宏观辨识与微观探析)
提示:第七周期第ⅣA族。以第七周期0族的118号元素为参照物,114号元素位于第七周期第ⅣA族。
【加固训练】
1.(2020·福州高一检测)下列各表是元素周期表中的一部分,表中数字表示的原子序数与其在周期表中的位置相符的是
( )
【解析】选D。A项中18号元素与1号、11号元素不在同一列,B项中13号元素与1号元素不在同一列,C项中3号元素与13号元素不在同一列,且A、B中的1号和2号并不只间隔一个位置,B中4号和5号、C中12号和13号位置都不直接相邻。
2.我国科学家陈竺院士获得了一项国际大奖——美国血液学会颁发的欧尼斯特·博特勒奖,该奖是为表彰他利用砒霜治疗“急性早幼粒细胞白血病(APL)”研究中取得的突出成就。砒霜主要成分为三氧化二砷。下列关于砷元素的叙述正确的是
( )
A.砷元素的最高化合价为+3
B.砷元素是第5周期的主族元素
C.砷原子的第3个电子层含有18个电子
D.与砷同主族的上一周期元素原子序数为25
【解析】选C。砷原子结构示意图为
,故为第4周期第ⅤA族元素,最
高化合价=最外层电子数=+5,与砷同主族的上一周期元素为15号元素磷。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
(1)元素周期表的结构“七横(行)十八纵(列)”。
(2)横行叫周期,现有一至七,四长三个短。
(3)纵列称作族,共有十六族,一纵一个族,Ⅷ族搞特殊,三列算一族,占去8、9、10。
(4)主族序数=最外层电子数=最高正价(O、F除外),周期序数=电子层数。
课堂检测·素养达标
1.(2020·酒泉高一检测)在元素周期表中,铂的表示如图所示,下列对图示解读正确的是
( )
A.铂是非金属元素,在常温下呈固态
B.“78”是铂的原子序数
C.“195.1”是铂的质量数
D.铂的名称为Pt
【解析】选B。铂为金属元素,A错误;“78”是铂原子的质子数即铂的原子序数,B正确;“195.1”是铂的相对原子质量,C错误;Pt是铂的元素符号,D错误。
2.(2020·潮州高一检测)下列不属于过渡元素的通性的是( )
A.单质具有还原性
B.单质比较稳定,有的不能与空气和水反应
C.单质都有良好的导电性
D.单质都有很低的熔点和较小的硬度
【解析】选D。在过渡元素的单质中,只有汞在常温常压下呈液态,其他的都有较高(或很高)的熔点,较大(或很大)的硬度。
3.(双选)(2020·德州高一检测)下列叙述不正确的是
( )
A.除0族元素外,短周期元素的最高正化合价在数值上都等于该元素所属族的族序数
B.除短周期外,其他周期均为18种元素
C.副族元素没有非金属元素
D.第ⅢB族中所含元素种类最多
【解析】选A、B。除0族元素外,短周期元素的最高正化合价在数值上都等于该元素所属族的族序数,O没有最高正价,F没有正价,故A错误;除短周期外,第四、五周期为18种元素,第六、七周期为32种元素,故B错误;
副族元素全部是金属,没有非金属元素,故C正确;
第ⅢB族含有镧系、锕系,共32种元素,是族中所含元素种类最多的,故D正确。
【加固训练】
(2020·南宁高一检测)将元素周期表原先的主、副族的族号取消,从左往右改为18列,氢和碱金属元素为第1列,稀有气体元素为第18列,按这个规定,下列说法不正确的是
( )
A.不只是第2列元素的原子最外层有2个电子
B.第3～12列元素全为金属元素
C.第3列元素种类最多
D.第15、16、17列元素都是非金属元素
【解析】选D。He、部分副族元素和部分Ⅷ族元素的原子最外层也有2个电子,A正确;第3～12列元素全为副族和Ⅷ族元素,均是金属元素,B正确;第3列中含有镧系元素和锕系元素,元素种类最多,C正确;第15、16、17列元素不都是非金属元素,例如第15列的锑是金属元素,D错误。
4.花岗岩属于酸性岩浆岩中的侵入岩,这是此类中最常见的一种岩石,多为浅肉红色、浅灰色、灰白色等。
据报道,某些花岗岩会产生氡
Rn),从而对人体产生伤害,元素Rn在周期表中的位置是
( )
A.第5周期Ⅷ族 B.第6周期Ⅷ族
C.第6周期0族
D.第5周期ⅦA族
【解析】选C。Rn的原子结构示意图为
,故为第6周期0族元素。
5.(2020·清远高一检测)下列有关焰色试验或其应用的说法中错误的是
( )
A.焰色试验是物理变化
B.“焰色”属于对应元素化合物的性质
C.利用焰色试验确定NaCl中是否含有KCl时必须使用蓝色的钴玻璃
D.烟花燃放中发出的“五光十色”与焰色试验有关
【解析】选B。焰色试验是元素的性质,B错误;焰色试验属于物理变化,A正确;钠的焰色能掩盖钾的焰色,故观察钾的焰色时要透过蓝色钴玻璃,C正确。
【素养新思维】
6.(2020·海口高一检测)X、Y、Z均为短周期元素,它们在周期表中的相对位置如图所示。已知X、Y、Z三种元素原子的质子数之和为40,请回答下列问题:
(1)写出X、Y、Z三种元素的元素符号:
X________,Y________,Z________。?
(2)写出Y在周期表中的位置:____________。?
X
Y
Z
【解析】(1)X、Y、Z均为短周期元素,假设X的原子序数是a,则与X同一主族的下一周期元素的原子序数是a+8,Y的原子序数是a+9,Z的原子序数是a+10。X、Y、Z三种元素原子的质子数之和为40,则a+a+9+a+10=40,解得a=7,所以X是N元素,Y是S元素,Z是Cl元素。
(2)S元素的原子序数是16,元素原子核外有3个电子层,最外层有6个电子,因此在周期表中的位置是第3周期ⅥA族。
答案:(1)N S Cl (2)第3周期ⅥA族
【加固训练】
如图是元素周期表,仔细观察后回答问题。
(1)周期表中每个横行为一个周期,每个纵列为一个族吗?
提示:不一定。元素周期表有7个横行,每行为一个周期,共7个周期;有18个纵列,其中第Ⅷ族占三个纵列,其余每个纵列为一个族,共16个族。
(2)同一周期中,若ⅠA族元素原子序数为a,则ⅣA族元素原子序数可能是多少?
提示:若为第2、3周期,则ⅣA族元素的原子序数为a+3,若为第4、5周期,则ⅣA族元素的原子序数为a+13,若为第6、7周期,则ⅣA族元素的原子序数为a+27。
(3)元素周期表中所含元素种类最多的列是哪一族?共多少种元素?
提示:ⅢB族,共32种元素。
(4)过渡元素就是副族元素吗?为什么?
提示:不是,元素周期表中第3～12列(副族和Ⅷ族)中元素称为过渡元素。(共55张PPT)
第2节 元素周期律和元素周期表
第1课时 元素周期律
一、原子序数
1.概念:元素在元素周期表中的序号。
2.原子序数与原子结构的关系:原子序数=_________=_______=___________。
必备知识·自主学习
核电荷数
质子数
核外电子数
【自主探索】
1.判断下列说法是否正确。
(1)原子和离子都满足“原子序数=核电荷数=核外电子数”的关系。
( )
提示:×。因离子一定有电子的得失,所以一定不满足这个关系。
(2)原子序数为8,核外电子数为8,则质量数一定是16。
( )
提示:×。原子序数为8,核外电子数为8,但中子数不一定是8,故质量数不一定是16。
(3)原子序数相同的原子是同一种原子。
( )
提示:×。同种原子是指质子数和中子数都相同的原子,原子序数相同的原子,中子数不一定相同,故不一定是同种原子。
2.(知识关联)已知某元素的原子序数为14,其中一种核素的原子核内有16个中子,
写出此核素的符号。
提示:原子序数为14,则质子数为14,;由于中子数为16,则其质量数为16+14=30,
因此此核素的符号为
Si。
(情境思考)铝是我们日常生活中常见的金属材料之一,在工农业生产、航空航天等领域也是一种重要的金属材料。你知道铝的原子序数是多少吗?
提示:13。由于Al原子的核电荷数为13,因此其原子序数为13。
二、元素周期律
1.原子核外电子排布及元素性质的变化规律
(1)1～18号元素核外电子排布的变化规律(最外层电子排布)
原子结构
原子序数
(a的取值)
电子
层数
最外层电子
数(x的取值)
1→2
__
1→__
3→10
__
1→__
_______
__
1→__
结论
随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈现
__________________________________
1
2
2
8
11→18
3
8
由1到8(第1周期为1到2)的周期性变化
(2)元素性质的递变规律
①元素原子半径的周期性变化。
随着原子序数的递增,元素原子的半径呈现_________的周期性变化。
②元素主要化合价的周期性变化。
随着原子序数的递增,元素的最高正化合价呈现_______(O、F除外),最低负化合
价呈现_______的周期性变化。
由大到小
+1→+7
-4→-1
2.元素周期律
(1)内容:元素的性质随着_________的递增而呈周期性变化。
(2)实质:元素性质的周期性变化是_________________周期性变化的必然结果。
原子序数
原子核外电子排布
【自主探索】
1.对于电子层数相同的原子,为什么其核电荷数越多,原子半径越小?
提示:原子核带正电荷,核电荷数越多,原子核对核外电子的引力越大,原子半径越小。
2.(情境思考)1869年俄国科学家门捷列夫提出了元素周期律的观点,他认为“随着元素原子量的递增,元素的性质呈周期性变化”。请你分析这句话是否正确,并说明原因。
提示:错误。元素的性质是随原子序数的递增而呈周期性变化,而不是原子量。限于当时的条件和科学水平,在当时是正确的。
关键能力·合作学习
知识点一 化合价与最外层电子数之间的关系?
1.元素的主要化合价与最外层电子数的关系
主族元素最高正化合价=最外层电子数(O、F除外)
最低负化合价=最外层电子数-8。
|最高正化合价|+|最低负化合价|=8。
2.常见元素化合价的特点
(1)氢元素:+1、-1、0价,如H2O、NaH、H2。
(2)氟元素:-1、0价,如NaF、F2,氟无正价。
(3)氧元素:-2、-1、0价,如CaO、Na2O2、O2,氧无最高正价。
(4)金属只有正价。
(5)非金属元素既有正价又有负价(O、F除外)。
【特别警示】元素化合价的“三个二”
(1)二“特殊”:F无正价,O无最高正价。
(2)二“只有”:金属只有正价,只有非金属才有负价。
(3)二“等式”:对于主族元素,最高正价=最外层电子数,|最低负价数值|+|最高正价数值|=8(O、F除外)。
【合作探究】
(1)(思维深化)分析1～18号元素的最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差是6、4、2时分别对应什么元素。(证据推理与模型认知)
提示:最高正化合价=原子最外层电子数,最高正化合价+最低负化合价的绝对值=8。最高正化合价与最低负化合价的绝对值之差是6、4、2时分别对应的元素为Cl、S、N和P。
(2)(情境思考)硒鼓,也称感光鼓,是打印机中很重要的组成部分,决定了打印质量的好坏。硒鼓中用到的感光材料含有元素硒。
判断硒元素的最高正化合价和最低负化合价分别是多少?(证据推理与模型认知)
提示:+6价和-2价。根据硒的原子结构示意图可以得出其原子的最外层电子数为6,因此最高正化合价=最外层电子数=+6,最低负化合价=最外层电子数-8=6-8=-2。
【典例示范】
【典例】(2020·济南高一检测)X元素的最高化合价和最低化合价的绝对值之差为6,Y元素原子的次外层电子数与X元素原子的次外层电子数均为8个,X、Y的离子具有相同的电子排布,X、Y形成的化合物是
( )
A.MgF2 B.MgCl2 C.CaCl2 D.CaBr2
【思维建模】解答此类试题的一般思路如下:
【解析】选C。根据题意知X元素最高化合价与最低化合价的关系有
得最高化合价为+7,X是最外层为7个电子,次外层
为8个电子的元素,即氯元素。题中与Cl-具有相同电子层排布的Y元素的离子可
能为Ca2+、K+,结合选项可知X、Y形成的化合物是CaCl2。
【素养训练】
(2020·温州高一检测)下列各组元素中,按最高正价增大顺序排列的是
( )
A.C、N、O、F
B.K、Mg、C、S
C.Cl、Br、I
D.P、S、Cl、Ar
【解析】选B。A项O没有最高正价,F没有正价;C项中原子最外层电子数相同,其最高正价相同;D项中Ar只有0价。
【加固训练】
1.某元素X的最高价氧化物对应水化物的化学式是H2XO3,则X的简单气态氢化物的分子式为
( )
A.HX B.H2X C.XH3 D.XH4
【解析】选D。X元素的最高价氧化物对应的水化物的化学式为H2XO3,则X的最高正化合价为+4,说明X原子最外层有4个电子,最低负化合价为-4,形成的简单气态氢化物的分子式为XH4。
2.在现行的元素周期表中,共有118种元素,其中金属元素94个。下面是关于金属元素的一些讨论,据此回答:
(1)金属元素有负化合价吗?它们能否形成简单阴离子?
提示:金属元素无负化合价,所以不能形成简单阴离子。
(2)对于同横行的金属元素,从左到右,其化合价是怎样变化的?
提示:同横行的金属元素,从左到右其最外层电子数逐渐增加,所以最高正化合价是逐渐升高的。
知识点二 微粒半径大小的比较?
1.原子
(1)电子层数相同,核电荷数增大,原子半径减小。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)
>r(P)>r(S)>r(Cl)。
(2)最外层电子数相同,电子层数增多,原子半径增大。
如r(Li)2.离子
(1)最外层电子数相同,电子层数增多,离子半径增大。如r(Li+)(2)具有相同电子层结构的离子,随核电荷数的增大,离子半径依次减小。
如r(
)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。
3.同一元素的不同粒子:核外电子数越多,半径越大。
(1)阳离子:r(原子)>r(阳离子)。如r(Na)>r(Na+)。
(2)阴离子:r(原子)(3)多种价态的离子:价态越高,半径越小。如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)。
【合作探究】
(1)(思维升华)电子层数多的原子的半径一定大于电子层数少的原子的半径吗?(宏观辨识与微观探析)
提示:不一定。只有当微粒的最外层电子数相同时,电子层数越多,半径才越大。
(2)判断下列说法是否正确。
①元素原子半径最小的是氢。
( )
提示:√。氢原子核外只有1个电子,其原子半径是最小的。
②原子半径:r(C)( )
提示:×。C、N、O原子的电子层数相同,因此核电荷数越大,原子的半径越小,应
为r(C)>r(N)>r(O)。
③离子半径:r(Na+)( )
提示:×。Na+、Mg2+、Al3+三种离子的电子层结构相同,均为
,因此核电荷
数越大,即a越大,离子半径越小,应为r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
【典例示范】
【典例】化学元素指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质,它们只由一种原子组成,其原子中原子核具有同样数量的质子,用一般的化学方法不能使之分解,并且能构成一切物质。
到2007年为止,总共有118种元素被发现,其中94种是存在于地球上。
下列元素微粒半径大小的比较中,正确的是
( )
A.Na+B.S2->Cl->Na+>Al3+
C.NaD.Cs【思维建模】微粒半径大小比较的解答思路为
【解析】选B。
选项
分析
A项
(×)
四种离子核外电子数相同,随着核电荷数的增多,离子半径依次减小,即微粒半径:Al3+B项
(√)
因S2-、Cl-比Na+、Al3+多一个电子层,则S2-、Cl-半径比Na+、Al3+大,再根据“序小径大”的规则,则微粒半径:S2->Cl->Na+>Al3+
C项
(×)
Na、Mg、Al、S的原子半径依次减小
D项
(×)
Na、K、Rb、Cs最外层电子数相同,电子层数依次增多,原子半径依次增大
【规律方法】微粒半径大小比较的三步走
微粒半径主要是由核电荷数、电子层数和核外电子数决定的。按“三看”规律进行比较:
(1)一看电子层数
电子层数不同、最外层电子数相同时,电子层数越多,半径越大。例如:r(F)(2)二看核电荷数
电子层数相同时,核电荷数越多,半径越小。例如:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(S)>r(Cl),
r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。
(3)三看电子数
核电荷数相同时,电子数越多,半径越大。例如:r(Na+)r(Cl)。
【素养训练】
如图是部分短周期元素(稀有气体除外)原子半径与原子序数的关系图,下列说法不正确的是
( )
A.离子半径:N>Z
B.原子序数:MC.失电子能力:Y>Z
D.单质的氧化性:N【解析】选C。由题意知X为氟元素,Y为锂元素,Z为钠元素,M为硅元素,N为氯元素。A项,离子半径:Cl->Na+,正确;B项,原子序数:Cl>Si,正确;C项,失电子能力:Na>Li,错误;D项,单质的氧化性:F2>Cl2,正确。
【加固训练】
下列粒子半径之比大于1的是
( )
【解析】选B。A项,r(K+)<1;B项,r(Ca)>r(Mg),
>1;C项,r(S)
<1;D项,r(Cl)<1。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
(1)随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布、原子半径、元素化合价等均呈现周期性变化。
(2)元素原子的核外电子排布的周期性变化是元素性质周期性变化的根本原因。
(3)影响微粒半径的因素:电子层数、核电荷数、核外电子数。
(4)主族元素的最高正化合价=最外层电子数(O、F除外),最低负化合价=最外层电子数-8。
课堂检测·素养达标
1.(2020·唐山高一检测)某短周期元素的最高正价与最低负价的代数和为4,则该元素原子的最外层电子数为
( )
A.4
B.5
C.6
D.7
【解析】选C。设该元素的最高正价为x,最低负价为y,则
,解得x=6,y=
-2,因此该原子的最外层电子数为6。
2.(双选)(2020·济南高一检测)下列各组元素原子半径依次增大,且最高正化合价依次降低的是
( )
A.Al、Mg、Na
B.N、O、F
C.As、S、Cl
D.Cl、P、Si
【解析】选A、D。Al、Mg、Na的原子半径依次增大,最高正化合价分别为+3、+2、+1,依次降低,A符合;
N、O、F的原子半径依次减小,N的最高正化合价为+5,F无正化合价,B不符合;
As、S、Cl的原子半径依次减小,最高正化合价分别为+5、+6、+7,依次升高,C不符合;Cl、P、Si的原子半径依次增大,最高正化合价分别为+7、+5、+4,依次降低,D符合。
【加固训练】
1.下列4种微粒中,半径按由大到小的顺序排列的是
( )
A.①>②>③>④
B.③>④>①>②
C.③>①>②>④
D.①>②>④>③
【解析】选C。①～④依次为S、Cl、S2-、F。①②中半径①>②;①③中半径①<③;②④中半径②>④,故有③>①>②>④。
【规律方法】比较微粒半径的步骤
(1)首先要确定微粒间的相同点,即电子层数、核电荷数、核外电子排布是否相同;
(2)其次利用规律进行比较,反之,亦可由微粒半径大小推断元素关系。
2.(2020·会宁高一检测)原子序数为11～17的元素,随核电荷数的递增而逐渐减小的是
( )
A.电子层数
B.最外层电子数
C.原子半径
D.元素最高正化合价
【解析】选C。原子序数为11～17的元素,随核电荷数的递增而逐渐减小的是原子半径,随核电荷数的递增而逐渐增大的是最外层电子数和元素最高正化合价,而电子层数均为3。
3.(2020·全国Ⅰ卷)1934年约里奥—居里夫妇在核反应中用α粒子（即氦核
）轰击金属原子
，得到核素
，开创了人造放射性核素的先河：
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.
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
【命题意图】通过情境考查元素、核素、同位素的相关知识并考查元素性质的
有关知识。
【解析】选B。原子轰击实验中，满足质子和质量数守恒，因此W+4=30+1，则
W=27，X与Y原子之间质子数相差2，因X元素为金属元素，Y的质子数比X大，则
Y与X位于同一周期，且Y位于X右侧，且元素X、Y的最外层电子数之和为8，设X
最外层电子数为a，则Y的最外层电子数为a+2，解得a=3，因此X为Al，Y为P，
以此解答。
的质量数为27，则该原子相对原子质量为27，故A错误；Al元
素可形成AlCl3，P元素可形成PCl3，故B正确；Al原子与P原子位于同一周期，
且Al原子序数小于P原子序数，故原子半径Al>P，故C错误；P的含氧酸有H3PO4、H3PO3、H3PO2等，故D错误。
4.(2020·聊城高一检测)下列关系中错误的是
( )
A.原子半径:Na>Mg
B.最高化合价:PC.原子结合氢原子的最大数目:N>O
D.非金属性:Cl【解析】选D。Cl的非金属性强于S。
【加固训练】
(2020·揭阳高一检测)填空:
(1)A元素的阴离子、B元素的阴离子和C元素的阳离子具有相同的电子层结构。已知A的原子序数大于B的原子序数。则A、B、C三种元素的离子半径由大到小的顺序是________。?
(2)X元素最高价氧化物对应的水化物为H3XO4,则它对应的气态氢化物为____
________。?
(3)11～17号元素中:
①原子半径最小的是__________________________(填元素符号,下同),只有正化合价的是____________,最高正化合价与最低负化合价绝对值之差为4的元素是____________。?
②与水反应能生成具有漂白性物质的是____________________(填名称),反应的离子方程式是____________________。?
(4)元素A原子获得2个电子,元素B原子失去1个电子后形成的离子都与OH-具有相同的电子数。则离子半径大小A2-______________(填“>”或“<”)B+,A和B形成的化合物与水反应的化学方程式是__________________。?
(5)写出和Ar核外电子排布相同的阴离子的半径由大到小的顺序________________(用化学符号表示)。?
【解析】(1)由题干条件可知A、B、C的原子序数C>A>B,电子层结构相同的离子,
核电荷数越大,离子半径越小,所以离子半径由大到小的顺序为B>A>C。
(2)H3XO4中X为+5价,所以其最低负价为-3价,所以其氢化物为XH3。
(3)①电子层数相同,原子序数越大,原子半径越小,所以Cl的原子半径最小;若最
高正价为+x,则最低负价为-(8-x),由x-|-(8-x)|=4,得x=6,该元素为S。
②Cl2+H2O
HCl+HClO,HClO具有漂白作用。
(4)A2-为O2-,B+为Na+,电子层结构相同,核电荷数越多,离子半径越小,所以离子半径O2->Na+,A和B形成的化合物有Na2O和Na2O2两种。
(5)Ar原子的电子层结构与同周期的非金属元素形成的阴离子的电子层结构相同,与下一周期的金属元素形成的阳离子的电子层结构相同。Si原子最外层有4个电子,既难得到又难失去电子,难以形成离子,符合条件的有P3-、S2-、Cl-。电子层数相同的离子,核电荷数越多,离子半径越小,即离子半径大小顺序为P3->S2->Cl-。
答案:(1)B>A>C (2)XH3
(3)①Cl Na、Mg、Al S ②氯气
Cl2+H2O
Cl-+HClO+H+
(4)> 2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑、
Na2O+H2O====2NaOH
(5)P3->S2->Cl-
【素养新思维】
5.近年来,兴起了一种叫硫磺皂的肥皂,这种肥皂具有去屑止痒,兼具滋润又爽洁
的作用,能够抑制皮脂分泌、杀灭细菌、真菌、霉菌、螨虫、寄生虫等,对一些
皮肤病有一定的预防和辅助治疗作用。香皂,是一种硫磺类药皂,硫是一种比较
活泼的非金属,硫在适宜的条件下形成化合价为-2、+6、+4、+2、+1的化合物。
-2价的硫具有较强的还原性(还原性强弱是由失电子能力决定的)。在水溶液中,
S2-与
发生反应的离子方程式为
+3S2-+6H+====Y-+3S↓+3H2O,已知Y为1～
18号元素。
根据以上材料和相关知识回答:
(1)
中Y的化合价是多少?你的计算过程是什么?
提示:+5价。在氧化还原反应中得电子总数与失电子总数是相等的,即化合价升
高总数等于降低总数。硫元素化合价升高总数为2×3=6,则Y元素化合价降低总
数也是6,由此可知
中Y的化合价是+5价。(也可以根据电荷守恒先求出n=1,
则Y为+5价。)
(2)Y元素原子的最外层电子数是多少?Y的元素符号是什么?
提示:Y的最外层电子数是7。由Y-可知,Y原子得到1个电子变为稳定结构,故Y元素原子的最外层电子数是7;因为Y是1～18号元素,且有正价,则Y是Cl。
(3)S与Y原子半径大小的关系是什么?S2-的半径与Y-的半径的大小关系是什么?
提示:S、Cl位于同一横行,从左到右原子半径逐渐减小,故原子半径S>Cl;而Cl-与S2-具有相同的电子层结构但原子序数大于S2-,故其半径小于S2-的半径。(共65张PPT)
第2课时 原子结构与元素原子得失电子能力
一、核外电子排布
1.原子核外电子排布的特征
必备知识·自主学习
2.电子层
电子层数
1
2
3
4
5
6
7
电子层符号
__
__
__
N
O
P
Q
离核远近
由___及___
电子能量
由___到___
K
L
M
近
远
低
高
3.核外电子排布规律
4.核外电子排布的表示方法——原子结构示意图
5.原子结构与元素性质、元素化合价的关系
(1)原子结构与元素性质的关系
元素种类
金属元素
非金属元素
稀有气体元素
最外层电子数
一般小于__
一般大于或等于__
__(He为__)
原子得失电子的能力
一般易___电子
一般易
___电子
既不易___电子,
也不易___电子
单质具有的性质
具有_____性
具有_____性
一般不与其他物
质反应
4
4
8
失
得
得
失
还原
氧化
2
(2)原子结构与元素化合价的关系
金属元素
非金属元素
稀有气体元素
只显正价且一
般等于最外层
电子数,如
一般既有正价又有负
价,最高正价=最外层
电子数,最低负价=最
外层电子数-8,如
原子结构为稳定结构,常见化合价为零
【自主探索】
1.判断下列说法是否正确。
(1)距核越近的电子能量越高。
( )
提示:×。核外电子排布的原则是距核由近及远,能量由低到高依次排列,所以距核越近的电子能量越低。
(2)每层电子容纳的电子数必须是2n2个。
( )
提示:×。每层电子容纳的电子数最多是2n2个,可以少于这个数。
(3)钾元素是19号元素,钾原子最外层电子数是9个。
( )
提示:×。最外层电子数不能超过8个,所以钾原子的最外层是1个电子。
(4)稀有气体元素原子最外层都排有8个电子。
( )
提示:×。稀有气体He最外层有2个电子。
(5)最外层电子数为4时,既不容易得电子也不容易失电子,化学性质较稳定。
( )
提示:√。最外层电子数为4时,形成稳定结构,得失电子的概率是相等的,所以化学性质比较稳定。
2.(情境思考)洋葱是我们非常熟悉的一种蔬菜,洋葱切开后,我们会看到里面一层一层呈现,电子层模型类似于切开的洋葱。请思考:
(1)原子核周围是否真实存在这样的壳层?
提示:电子层不是真实存在的,是科学家为了表达形象,根据电子经常出现的区域而设想的结构模型。
(2)电子在原子核外是否沿固定轨迹做高速旋转?
提示:电子在某一区域内做无规则运动。
(教材二次开发)教材给出了核电荷数为1～20的元素的原子结构示意图,那么
简单离子的结构示意图如何写出,以K+和Cl-为例。
提示:简单离子的结构示意图和原子的结构示意图的写法是相同的,不同点只是
在最外层电子数上。例如K原子的结构示意图为
,而K+的结构示意
图为
,二者电子层数不同;Cl原子的结构示意图为
,
而Cl-的结构示意图为
,二者最外层电子数不同。
二、原子结构与元素原子得失电子能力
1.实验探究Na、Mg、K元素的失电子能力
元素
Na
Mg
K
实验
过程
元素
Na
Mg
K
实验
现象
钠熔化成闪亮的
小球,在水面上四
处游动,发出“嘶
嘶”响声,逐渐消
失,溶液变___色
加热时反应缓慢,
溶液变_____色
比钠与水反应_____
___,反应过程中有燃
烧现象,并伴有轻微
的爆炸,溶液变___色
反应
方程
式
____________
__________
_____________
_____________
___________
_________
实验
结论
与水反应的剧烈程度:________
红
浅红
更剧
烈
红
2Na+2H2O====
2NaOH+H2↑
Mg+2H2O
Mg(OH)
2+H2↑
2K+2H2O====
2KOH+H2↑
K>Na>Mg
2.判断依据
3.原因解释
(1)在电子层数相同时,核电荷数越大,最外层电子离核越近,原子越难_______而
越易
_______;
(2)最外层电子数相同,电子层数越多,最外层电子离核越远,原子越易_______而
越难
_______。
失电子
得电子
失电子
得电子
【自主探索】
1.判断下列说法是否正确。
(1)还原性:Na>Mg>Al。
( )
提示:√。根据金属活动性顺序表可以判断还原性Na>Mg>Al。
(2)氧化性:Na+>Mg2+>Al3+。
( )
提示:×。由于还原性Na>Mg>Al,因此简单离子的氧化性为Na+(3)金属原子失电子数目越多,还原性越强。
( )
提示:×。金属的还原性与失电子的数目没有必然联系。与失电子的难易有关。
(4)金属钠可以从MgCl2溶液中置换出金属镁。
( )
提示:×。由于金属钠比较活泼,能与水发生剧烈的反应,因此金属钠不能从MgCl2溶液中置换出金属镁。
(5)因为Na比K容易失去电子,所以Na比K的还原性强。
( )
提示:×。K比Na容易失去电子
2.(教材二次开发)教材中叙述“若原子的最外层电子数相同,则电子层数越多,最外层电子离核越远,原子越容易失电子、越难得电子。”判断金属Li、Na与水反应时谁更剧烈?
提示:Na更剧烈。因为Li、Na原子的最外层电子数均为1,而Na原子的电子层数为3,Li的电子层数为2,故Na更容易失电子,与水反应时更剧烈。
(情境思考)镁和铝在金属活动性顺序表中均排在氢之前,但是二者分别与盐酸反应的速率、现象不一样,①中反应剧烈,②中反应不剧烈。
根据图示以及镁、铝的电子层结构分析,哪个图表示的是镁与盐酸的反应?并从原子结构的角度解释。
提示:图①表示镁与盐酸的反应。因镁和铝电子层数相同,铝的核电荷数更大,最外层电子离核更近,原子越难失电子,所以金属性较弱,与酸反应的剧烈程度越不剧烈。
关键能力·合作学习
知识点一 核外电子排布规律?
1.核外电子排布规律解读
(1)“一低”
电子首先排布在能量最低的电子层里。排满能量低的电子层,再排能量高的电子层。
(2)“两不超”
各电子层电子不超过2n2个;最外层电子不超过8个(第一层为最外层时不超过2个)。
2.核外电子排布的表示方法
(1)原子结构示意图:为了形象表示原子核外电子分层排布的情况而采用的直观图示。如氯原子结构示意图为
(2)离子结构示意图:离子结构示意图就是指原子得失电子以后的结构示意图。阳离子结构示意图与其原子结构示意图相比,少了一个电子层,核电荷数不变;阴离子结构示意图与其原子结构示意图相比,核电荷数、电子层数相同,但最外层电子数增加为8。
如
【特别提醒】核外电子排布规律的正确认识
(1)核外电子的排布规律是相互联系的,不能孤立地理解和应用其中的一项,必须同时满足各项要求。如当M层不是最外层时,最多可以排18个电子,而当它是最外层时,最多可以排8个电子。
(2)电子不一定排满M层才排N层,如K和Ca的核外电子排布情况分别为
、
。
【合作探究】
(1)(思维升华)M层上最多可容纳18个电子,为什么钾原子的核外电子排布不是
,而是
呢?(证据推理与模型认知)
提示:若钾原子的M层排布9个电子,此时M层就成为最外层,这与电子排布规律中
的“最外层上排布的电子不能超过8个”相矛盾,不符合电子排布的规律,即M层
不是最外层时最多可排18个电子,而它作为最外层时最多只能排8个电子。
(2)(教材二次开发)教材中叙述“元素的化合价与原子的电子层结构,特别是最外
层电子数有关”,据此判断元素磷和硫的最高化合价和最低负化合价分别是多少?
(证据推理与模型认知)
提示:由于磷的原子结构示意图为
,因此其最高化合价为+5价,
最低负化合价为-3价;由于硫的原子结构示意图为
,因此其最高
化合价为+6价,最低负化合价为-2价。
【典例示范】
【典例】(2020·泰安高一检测)核电荷数小于18的某元素X,其原子核外的电子层数为n,最外层电子数为(2n+1),原子核内质子数是(2n2-1),则下列有关X的说法不正确的是
( )
A.最高正价为+3价
B.其最低负价可能为-1价
C.氢化物易溶于水
D.是活泼的非金属元素
【思维建模】解答核外电子排布的推断题目的一般思路为
【解析】选A。核电荷数小于18的某元素X,其原子的电子层数为n,最外层电子数为2n+1,原子核内质子数是2n2-1。若n=1时,最外层电子数为3,不符合题意;若n=2时,最外层电子数为5,质子数为7,符合题意;若n=3时,最外层电子数为7,质子数为17,符合题意;由于元素X可能为氮元素或氯元素,最高正价不可能为+3价,A项错误;若元素X为氯元素,其最低负价为-1价,B项正确;元素X可能为氮元素或氯元素,其对应氢化物氨气和氯化氢均易溶于水,C项正确;不管元素X是氮元素还是氯元素,二者均为活泼的非金属元素,D项正确。
【母题追问】(1)X元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,则该元素的原子核内质子数是多少?
提示:K层为次外层时,X元素的原子最外层电子数为2×2=4<8;L层为次外层时,X元素的原子最外层电子数为8×2=16>8,不可能,故X元素的原子核外电子数为2+4=6,即质子数为6。
(2)当第n电子层作为原子的最外层时,其最多容纳的电子数与(n-1)层相同;当第n电子层作为原子的次外层时,其最多容纳的电子数比(n-1)层最多容纳的电子数多10个。则n层是K层～N层中的哪一层?
提示:根据核外电子排布规律可知,当n为最外层时,最多可容纳8个电子,则第(n-1)层最多也可容纳8个电子,故(n-1)层为次外层时,n层应为M层;当n层为次外层时,其最多可容纳的电子数比(n-1)层多10个,则证明n层最多可容纳18个电子,也应为M层。
【素养训练】
稀有气体越来越广泛地应用在工业、医学、尖端科学技术以及日常生活里。如稀有气体通电时会发光,五光十色的各种霓虹灯就是灯管里充入了不同含量的氖、氩、氦等稀有气体的结果。
请从原子结构与元素性质角度解释,为什么人们过去将稀有气体称为惰性气体?(宏观辨识与微观探析)
提示:元素的原子最外层达8个电子(1个电子层时为2个电子)时,结构稳定,不易得到电子或失去电子。稀有气体元素原子的最外层电子数为8(He为2),已达稳定结构,不容易得、失电子,所以不易发生化学反应,被人们称为惰性气体。
【加固训练】
1.(2020·合肥高一检测)某原子的原子核外有3个电子层,最外层有4个电子,该原子核内的质子数为
( )
A.14
B.15
C.16
D.17
【解析】选A。该原子核外各个电子层上的电子数目分别为2、8、4,所以其核内质子数为14。
2.核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子相比较,前者下列数据是后者4倍的是
( )
①电子数
②最外层电子数
③电子层数
④次外层电子数
A.①④
B.①③④
C.①②④
D.①②③④
【解析】选A。核电荷数为16的元素和核电荷数为4的元素的原子的电子数分别是16和4,最外层电子数分别是6和2,电子层数分别是3和2,次外层电子数分别为8和2,A项正确。
知识点二 原子结构与元素性质的关系?
1.原子结构与元素性质、元素化合价的关系
原子类别
与元素性质的关系
与元素化合价的关系
稀有气体
最外层电子数为8(He为2),结构稳定,性质不活泼
原子结构为稳定结构,常见化合价为零
金属元素
原子
最外层电子数一般小于4,较易失去电子
易失去最外层电子,达到
稳定结构,其最高正价为
+m(m为最外层电子数)
非金属
元素原子
最外层电子数一般大于或等于4,较易获得电子,形成8电子稳定结构
得到一定数目的电子,达
到稳定结构,其最低负价
为m-8(H为m-2)
2.元素原子失电子能力的判断依据
可以根据元素单质与水或酸反应放出氢气的剧烈程度来判断元素失电子能力的强弱,一般与水或酸反应越剧烈,失电子能力越强。
【特别提醒】关于原子结构与元素性质的主要易错点
(1)最外层电子数小于4的不一定为金属元素,如H、He等;最外层电子数大于4的不一定为非金属元素,如Po等。
(2)氟没有正价;氧没有最高正价,只有在OF2中表现正价。
(3)活泼金属易形成阳离子,活泼非金属易形成阴离子,但是碳难以形成C4-、C4+;硅难以形成Si4+和Si4-;硼难以形成B3+;氢元素可以形成H+和H-。
(4)金属元素只有正化合价不能说明金属元素不能形成阴离子,如[Al(OH)4]-等,但在这些离子中,金属元素仍为正价。
【合作探究】
(1)(思维升华)尝试画出钙原子的结构示意图,分析为什么钙在化学反应中表现
还原性?(证据推理与模型认知)
提示:钙原子的结构示意图为
,其最外层有2个电子,容易失去
电子形成Ca2+,表现出还原性。
(2)(教材二次开发)教材中叙述“通常所说的元素的金属性、非金属性分别与元素原子的失电子能力和得电子能力相对应”。那么,请你用原子结构的知识解释:为什么Na、Mg在化学反应中表现还原性,而O2、Cl2在反应中容易表现出氧化性?(宏观辨识与微观探析)
提示:Na、Mg原子最外层电子数分别为1个和2个,容易失去电子达到稳定结构,因而Na、Mg在化学反应中表现出还原性,O原子、Cl原子最外层分别为6个和7个电子,容易得到电子达到稳定结构,因而O2、Cl2在反应中表现出氧化性。
【典例示范】
【典例】(2020·福州高一检测)下列说法错误的是
( )
A.将小块钠和镁分别放入冷水中,可判断钠原子和镁原子的失电子能力强弱
B.钠比铝的密度小,可判断钠的失电子能力比铝强
C.根据电子层数和核电荷数,可判断硫原子与氯原子得电子能力的强弱
D.元素的金属性、非金属性分别与元素原子失电子能力和得电子能力相对应
【解题指南】解答本题时应注意以下两点:
(1)明确元素原子失电子能力的判断依据;
(2)注意原子结构与元素原子得失电子能力的关系。
【解析】选B。钠与冷水反应剧烈,镁与冷水几乎不反应,因此钠的失电子能力强于镁,A项正确;密度的大小是物理性质,而元素原子失电子能力是化学性质,无直接的因果关系,B项错误;根据电子层数和核电荷数,可判断原子得电子能力强弱,C项正确;元素的金属性、非金属性分别与元素原子失电子能力和得电子能力相对应,D项正确。
【素养训练】
下列是几种原子的结构示意图:
(1)①②对应元素化学性质是否相似?哪种元素原子得电子能力强?
(2)①③两种元素中哪种元素原子的得电子能力强?
提示:(1)①②原子最外层电子数相同,故化学性质相似;原子的最外层电子数相同,则电子层数越少,最外层电子离核越近,原子越易得电子,故氟元素原子得电子的能力强于氯。
(2)①③分别为Cl、S,二者原子都含有3个电子层,原子的电子层数相同,则核电荷数越大,最外层电子离核越近,原子越易得电子,故氯元素原子得电子的能力强于硫。
【加固训练】
1.已知X、Y是原子核电荷数不大于18的元素。X原子的最外层电子数为a,次外层电子数为a+2;Y原子的最外层电子数为b-5,次外层为b。判断X、Y两元素形成的化合物的组成是
( )
A.XY2
B.Y4X
C.Y2X3
D.XY5
【解析】选C。由于X原子的次外层电子数为a+2,故不可能为K层,由于其核电荷
数不大于18,故其次外层应为L层,所以a+2=8,a=6。由于Y原子的最外层电子数
为b-5>0,即b>5,其次外层电子数为b>5,故其次外层只能为L层,即b=8。所以X和
Y的核外电子排布分别为
,即X和Y分别为S和Al,化合价分别
为-2价和+3价,因此易形成化合物Al2S3。
2.(2020·济南高一检测)已知钡的失电子能力处于Na和K之间,则下列说法中可能实现的是
( )
A.Ba可从KCl溶液中置换出钾
B.Ba可从冷水中置换出氢
C.在溶液中Zn可还原Ba2+生成Ba
D.Ba投入NaOH溶液中,没有明显的现象
【解析】选B。钡的失电子能力处于Na和K之间,即失电子能力K>Ba>Na,三者均与水反应。金属K、Na在溶液中均直接与水反应,所以Ba也直接与水反应,且金属性K>Ba,Ba与水发生化学反应所以Ba不能从KCl溶液中置换出K,故A项错误;金属性为Ba>Na,Na与冷水反应生成H2,则Ba可从冷水中置换出H2,故B项正确;金属性Ba>Zn,则溶液中Zn不能还原Ba2+生成Ba,故C项错误;将Ba投入NaOH溶液中,Ba与水反应生成H2,故D项错误。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
(1)核外电子是分层排布的,电子层离原子核越远,能量越高。
(2)核外电子排布规律:每层最多容纳2n2个电子,最外层电子数不超过8(K层为最外层不超过2)。
(3)金属原子最外层电子数一般小于4,易失去电子形成阳离子,非金属原子最外层电子数一般大于或等于4,能获得电子形成阴离子。
(4)元素原子得失电子能力与原子的最外层电子数、核电荷数和电子层数有关。可以用元素的单质与水(或酸)反应的难易来判断元素原子得失电子能力的强弱。
课堂检测·素养达标
1.(双选)(2020·会宁高一检测)下列关于核外电子排布的说法不正确的是
( )
A.第n电子层最多可容纳的电子数为n2
B.次外层中最多可容纳的电子数为18
C.最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层
D.最多可容纳8个电子的电子层一定是第二电子层
【解析】选A、D。根据核外电子排布规律可知,第n电子层最多可容纳的电子数应为2n2,A项错误;次外层中最多可容纳的电子数为18,B项正确;最多可容纳2个电子的电子层一定是第一电子层,即K层,C项正确;由于最外层电子数不超过8个,因此最多可容纳8个电子的电子层不一定是第二电子层,D项错误。
2.(2020·广州高一检测)下面是某同学所画的某些原子的原子结构示意图,你认为正确的是
( )
【解析】选D。原子核外电子的排布第一层不得超过2个,A错;最外层不得超过8个,B错;原子中质子数=核外电子数,该原子次外层电子数应为8,C错。
3.(原创)陶瓷家族中有“全能冠军”之称的工程陶瓷由氮元素与X元素组成,其化学式为X3N4。已知X元素的原子M层上有4个电子,则X元素为
( )
A.C B.Al C.O D.Si
【解析】选D。X为有三个电子层且原子最外层有4个电子的元素,则X元素为Si。
4.(2020·南宁高一检测)某元素原子最外层有2个电子,下列关于该元素叙述正确的是
( )
A.是金属元素
B.是惰性气体元素
C.其最高价为+2价
D.不能准确判断
【解析】选D。某元素原子的最外层只有2个电子,可能为He、Be、Mg等元素或某些过渡元素,若为He,一般化合价为0,若为Be、Mg元素,最高价为+2价。
5.测定地下水中氡气含量的增加可以作为一种地震前兆。已知氡(Rn)的原子结
构示意图为
,试根据氡(Rn)的原子结构预测氡气的化学性质
( )
A.非常活泼,容易与氧气等非金属单质反应
B.比较活泼,能与钠等反应
C.不太活泼,与氮气性质相似
D.很难与其他物质发生反应
【解析】选D。根据氡的原子结构示意图可知,最外层已经满足8电子稳定结构,
所以很难与其他物质发生化学反应。
【加固训练】
(2020·唐山高一检测)根据原子核外电子排布规律,回答下列问题。
(1)画出下列元素的原子或离子结构示意图。
①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数:?___________。?
②L层电子数是M层电子数2倍的原子:?______________。?
③最外层电子数是次外层电子数4倍的-2价阴离子:?____________。?
④电子总数为18的M+(M代表某元素符号):?____________。?
(2)有下列简单离子:
①Na+、②Mg2+、③S2-、④Cl-、⑤K+、⑥F-
与Ne电子层结构相同的是________;与Ar电子层结构相同的是________。?
【解析】(1)①某元素原子的最外层电子数等于次外层电子数,则有两种情况:一
是该原子K、L层电子数都为2,原子结构示意图为
;二是该原子的K、L、
M层电子数分别为2、8、8,原子结构示意图为
。②L层电子数是M层电子
数2倍的原子K、L、M层电子数分别为2、8、4,原子结构示意图为
。
③最外层电子数是次外层电子数4倍的原子结构示意图为
,则最外层电子
数是次外层电子数4倍的-2价阴离子的核电荷数为8,结构示意图为
。
④M的核电荷数是19,离子结构示意图为
。
(2)Ne、Ar原子核外分别有10、18个电子,Na、Mg分别失去最外层1、2个电子形成Na+、Mg2+,原子最外层达到8电子稳定结构,核外共有10个电子,F原子得到1个电子形成F-,F-最外层达到8电子稳定结构,核外共有10个电子。同理S2-、Cl-、K+核外都共有18个电子。
答案:(1)①
(2)①②⑥ ③④⑤
【素养新思维】
6.某同学学习了原子(离子)结构示意图的表示方法以后,画出了以下4种微粒的结构示意图。
(1)这四种微粒的符号分别是什么?
提示:A→D四种微粒依次为C、F、Na、Al3+。
(2)上述微粒中氧化性最强的是哪一个(用元素符号表示)?试写出一个它表现氧化性的化学方程式。
提示:F。2F2+2H2O====4HF+O2。
(3)上述微粒中还原性最强的是哪一个(用元素符号表示)?写出一个它表现还原性的化学方程式。
提示:Na。2Na+2H2O====2NaOH+H2↑。
(4)电子层结构与D相同、化学性质最稳定的元素,原子的核电荷数是多少?用原子结构与元素性质的关系说明它化学性质稳定的原因是什么?
提示:10。原子最外层为8电子稳定结构,不易得、失电子,性质稳定。(共62张PPT)
第1章 原子结构 元素周期律
第1节 原子结构与元素性质
第1课时 原
子
结
构
一、原子构成
1.原子及其构成微粒
必备知识·自主学习
2.质量数
3.原子构成的表示方法
一般用符号
表示,字母表示意义如下:
【自主探索】
生物体在生命存续期间保留的一种碳原子——碳-14(
)会在其死亡后衰变,测量考古遗址中发现的遗
物里碳-14的数量,可以推断出它的存在年代。
你知道碳-14的“14”是什么含义吗?这种碳原子的质子数、中子数、核外电子数分别是多少?
提示:碳-14的“14”是指这种碳原子的质量数为14,此碳原子的质子数为6、中子数为8、核外电子数为6。
二、元素、核素和同位素
1.概念辨析
2.氢元素的三种核素
名 称
氕
氘(重氢)
氚(超重氢)
符 号
__
__
__
质
子
数
1
1
1
中
子
数
__
1
__
H
D
T
0
2
3.几种重要核素的应用
核素
应用
用作制造氢弹
用作核反应堆的燃料
用作考古断代
用作同位素示踪
4.同位素的分类和特点
(1)分类
①同位素分为_____同位素和_______同位素。
②放射性同位素的应用:
_______示踪(如
)和用作_______。
(2)特点
①同位素的_____性质基本相同,_____性质有一定差别。
②天然存在的某种元素,无论是化合态还是游离态,各种同位素所占的原子个数
百分比一般是_____的。
稳定
放射性
同位素
放射源
化学
物理
不变
【自主探索】
(教材二次开发)教材中叙述
互为同位素”那么这三种核素的中子数分
别是多少?
提示:根据中子数=质量数-质子数可以计算
的中子数分别为142、143、
146。
关键能力·合作学习
知识点一 原子构成及原子各微粒之间的关系?
1.原子的构成:构成原子的基本微粒是质子、中子和电子。三种微粒的性质、作用及相互关系如下:
2.微粒间的关系
(1)质量关系
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
(2)电性关系
微粒
等量关系
不等量关系
原子
质子数=核外电子数
阳离子
核外电子数=质子数-阳离子所带电荷数
质子数>核外电子数
阴离子
核外电子数=质子数+阴离子所带电荷数
质子数<核外电子数
【特别警示】(1)原子中不一定含有中子,且中子数不一定等于质子数,如
。
(2)任何微粒中,质量数=质子数+中子数,但质子数与核外电子数不一定相等。
(3)同种元素的原子与其相应离子的质量数相等,如23Na与23Na+。
(4)质子数相同的微粒不一定属于同一元素,如Ne和H2O。
【合作探究】
(1)(思维升华)原子为什么显电中性,而离子带有电荷?(宏观辨识与微观探析)
提示:因为原子核所带正电荷数与核外电子所带负电荷数相等。离子是原子通过得失电子形成的,核外电子数不再等于质子数,因此离子是带电荷的。
(2)(情境应用)钋是一种银白色金属,能在黑暗中发光,由著名科学家居里夫人与丈夫皮埃
尔·居里于1898年在沥青铀矿中发现,为了纪念居里夫人的祖国波兰,两人将这种元素命名为
钋,是世界上最毒的物质之一。
其中
是钋元素的一种核素,则
质子数、中子数和核外电子数分别是多少?(宏观辨识
与微观探析)
提示:根据核素符号的含义,可以判断此核素的质子数为84、质量数为210,因此中子数为210-
84=126,核外电子数=质子数=84。
【典例示范】
【典例】(2020·威海高一检测)已知阴离子R2-的原子核内有x个中子,R原子的质量数为m,则W
g
R2-共含有的电子的物质的量为
( )
【解题指南】解答本题时应注意以下两点:
(1)阴离子的核外电子数的计算方法;
(2)将质量数看作核素的相对原子质量。
【解析】选D。先通过A=Z+N求出R原子核内有(m-x)个质子;再根据核内质子数=
核外电子数,可知R原子的核外有(m-x)个电子,每个R原子转化为R2-需要得到2个
电子,则每个R2-有(m-x+2)个电子;最后计算W
g
R的物质的量为
mol,则W
g
R2-
共含有的电子的物质的量为
mol。
【母题追问】(1)若将题目中的“阴离子R2-”改为“原子R”其余不变,则W
g
R
原子含有的电子的物质的量为多少?
提示:R原子的质子数为m-x,因此原子的核外电子数为m-x,则W
g
R原子含有的电
子的物质的量为
mol。
(2)若将题目中的“阴离子R2-”改为“阳离子R2+”其余不变,则W
g
R2+含有的电
子的物质的量为多少?
提示:R原子的质子数为m-x,因此原子的核外电子数为m-x,阳离子R2+的核外电子
数为m-x-2,则W
g
R2+含有的电子的物质的量为
mol。
【规律方法】
符号
中各数字的含义:
【素养训练】
(2020·西城区高一检测)2020年为了配合防疫,我们尽量做到每天测量体温,普
通体温计中含有金属汞(Hg)。关于
Hg的说法正确的是
( )
A.质子数为200
B.核外电子数为80
C.核电荷数为120
D.中子数为80
【解析】选B。原子符号中左下角数字为质子数,所以
Hg的质子数为80,故A错
误;原子核外电子数=质子数=80,故B正确;原子核电荷数=质子数=80,故C错误;原
子符号中左上角数字为质量数,质量数=质子数+中子数,所以该原子中子数为
200-80=120,故D错误。
【加固训练】
1.(2020·西城区高一检测)1
mg锎(
Cf)每秒钟约能放出2.34×109个中子,
在医学上常用作治疗恶性肿瘤的中子源。下列有关说法不正确的是
( )
A.锎元素的相对原子质量为252
B.
Cf原子中,中子数为154
C.
Cf原子中,质子数为98
D.
Cf原子中,电子数为98
【解析】选A。本题主要考查原子的构成、原子的表示方法以及构成原子的各微
粒间的数量关系。252是核素
Cf的质量数不是锎元素的相对原子质量,A选项错
误
Cf原子中,质子数=电子数=98,中子数为252-98=154,B、C、D选项均正确。
2.据报道,放射性同位素钬
Ho可有效治疗肝癌。该同位素原子核内的中子数与
核外电子数之差是
( )
A.32
B.67
C.99
D.166
【解析】选A.
Ho的核外电子数为67,中子数为166-67=99,中子数与核外电子数
之差为99-67=32。
3.碘-131是元素碘的一种放射性同位素,为人工放射性核素(核裂变产物),符号为131I,半衰期为8.3天。正常情况下自然界是不会存在的。在核医学中,碘-131除了以NaI溶液的形式直接用于甲状腺功能检查和甲状腺疾病治疗外,还可用来标记许多化合物,供体内或体外诊断疾病用。如碘-131标记的玫瑰红钠盐和马尿酸钠就是常用的肝、胆和肾等的扫描显像剂。
根据以上材料,回答下列问题:
(1)碘-131原子的质量数、质子数、中子数各是多少?(证据推理与模型认知)
(2)碘-129(129I)主要来源于宇生放射性核素,它的核内中子数与质子数的差值是多少?(宏观辨识与微观探析)
(3)131I和127I为碘元素的两种不同原子,这两种原子的中子数差值是多少?(证据推理与模型认知)
【解析】(1)碘-131原子的质量数为131,由于碘元素是53号元素,故质子数为53,中子数为131-53=78。
(2)129I中子数为129-53=76,则中子数和质子数的差值为76-53=23。
(3)131I和127I为碘元素的两种核素,质子数相同,因此这两种核素的中子数差值就为两核素的质量数之差:131-127=4。
答案:(1)质量数为131,质子数为53,中子数为78。
(2)23 (3)4
知识点二 元素、核素、同位素及同素异形体的比较?
1.区别
2.联系
【特别提醒】(1)一种元素可以有若干种不同的核素,也可以只有一种核素,有多少种核素,就有多少种原子。
(2)一种单质可以由不同的核素构成,一种核素可以构成不同的单质。
(3)不同核素间的转化不属于化学变化,而属于核反应。
【合作探究】
(1)(情境应用)2020年全球新型冠状病毒肆虐,新型冠状病毒肺炎治疗
方案之一是对低氧血症的患者进行有效氧疗(即吸氧治疗)。请思考
O2与
O2
是同位素吗?它们的物理性质和化学性质是否相同?
O与
O之间的转化是化学
变化吗?(证据推理与模型认知)
提示:
O2与
O2不是同位素,同位素是对原子而言的,两种分子不是同位素
O2
与
O2的化学性质相同,物理性质不同,因为
O与
O的化学性质由原子的最外层
电子数决定,而物理性质与核素的质量数有关;原子是化学变化中的最小微粒,原
子核发生变化,则原子种类发生变化,故
O与
O之间的转化不属于化学变化。
(2)氧的同位素在地理学中被用作年代确定的参考,常用于冰川的断代。氧的同位素在地球科学中广泛用于确定成岩成矿物质来源及成岩成矿温度。在生物学和医学上有广泛应用前景。自然界中氧以16O、17O、18O三种同位素的形式存在。
上图中有几种元素?几种核素?这些核素之间属于何种关系?
提示:上图中有1种元素,3种核素,这3种核素是同一种元素的不同核素,互称同位素。
(思维升华)质子数相同而中子数不同的微粒一定互为同位素吗?(宏观辨识与微
观探析)
提示:不一定,如
Ne和H2O质子数相同,中子数不同,但二者不是同位素。注意
“微粒”不一定指原子。
【典例示范】
【典例】2020年1月19日17时55分,“玉兔二号”受光照成功自主唤醒,进入第
十四月昼。3月1日20时6分,“玉兔二号”月球车顺利完成第十五月昼的科学探
测工作,进入月夜休眠。月球车一般用
Pu作为热源材料。
下列关于
Pu的说法正确的是
( )
A.
Pu与
U互为同位素
B.
Pu与
Pu互为同素异形体
C.
Pu与
U具有完全相同的化学性质
D.
Pu与
Pu具有相同的最外层电子数
【思维建模】解答本类试题思维流程如下:
【解析】选D。A项
Pu与
U的质子数不同,不能互称为同位素,A项错误
Pu与
Pu互为同位素,B项错误
Pu与
U不属于同种元素,化学性质不同,C项错误
Pu与
Pu为同种元素,核外电子排布相同,最外层电子数相同,D项正确。
【母题追问】(1)
Pu原子中中子数为多少?
提示:144。中子数=质量数-质子数=238-94=144。
(2)
Pu与
Pu的化学性质是否相同?
提示:相同,由于它们的核外电子排布相同,最外层电子数相同,因此化学性质相
同。
【素养训练】
北京王府井古人类文化遗址博物馆向世人展示“北京人”狩猎、烧火、制造工具的遗迹。博物馆300多平方米的展厅里,陈列着原址发掘出土的石砧、石锤、石片,还有原始牛、斑鹿、鸵鸟、鱼类等古生物的骨骼及古人类制成的骨铲、骨片等工具。再现25
000年前斑鹿跳跃、鸵鸟欢腾、望山听水、野猪生息景象。
(1)“25
000年”是怎样测出来的呢?(科学态度与社会责任)
提示:“25
000年”是通过测定遗迹里的一种碳原子——碳-14(14C)原子的数量来推断出的。
(2)碳-14原子和作为相对原子质量标准的碳-12原子(12C)在原子结构上有什么异同?(宏观辨识与微观探析)
提示:14C原子与12C原子具有相同的质子数,不同的中子数。
【加固训练】
(2020·石家庄高一检测)下列各组中的两种微粒,互为同位素的是
( )
A.H2O和H2O2
B.D2和T2
C.12C和14C
D.O2和O3
【解析】选C。同位素是质子数相同而中子数不同的核素。A.为两种不同化合物;B.为两种不同核素构成的氢气单质;D.二者为同素异形体。
【课堂小结】
【三言两语话重点】
(1)原子由原子核和核外电子构成,原子核由质子和中子构成。
(2)在原子中:核电荷数=质子数=核外电子数。
(3)质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。
(4)几个概念:
①元素指具有相同质子数(核电荷数)的同一类原子的总称。
②核素指具有相同数目的质子和相同数目的中子的一类原子。
③同位素是质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素的互称。
(5)质子数决定元素种类,质子数和中子数共同决定核素种类。
课堂检测·素养达标
1.诱变育种是指在人为的条件下,利用物理、化学等因素,
诱发生物体产生突变,从中选择,培育成动植物和微生物的
新品种。其中
Co是γ射线放射源,可用于农作物诱变育种,我国用该方法培育
出了许多农作物新品种,对
Co原子的叙述不正确的是
( )
A.质量数是60
B.质子数是60
C.中子数是33
D.核外电子数是27
【解析】选B。由
Co可知该核素质量数是60,质子数是27,中子数是60-27=33,
核外电子数是27。
2.
Ne是最早发现的Ne元素的稳定同位素,汤姆逊(J·J·Thomson)和阿斯通
(F·W·Aston)在1913年发现了
Ne。下列有关说法正确的是
( )
A.
Ne和
Ne是同素异形体
B.
Ne和
Ne属于不同的核素
C.
Ne和
Ne的性质完全相同
D.
Ne转变为
Ne为化学变化
【解析】选B.
Ne和
Ne的质子数相同,中子数不同,互为同位素,A错误
Ne和
Ne的质子数相同,中子数不同,属于不同的核素,B正确
Ne和
Ne的化学性质完
全相同,物理性质不同,C错误;核素之间的转化是物理变化
Ne转变为
Ne中没有
新物质生成,不是化学变化,D错误。
3.(双选)(2020·泰安高一检测)下列说法中,不正确的是
( )
A.13C和14C属于同一种元素,它们互为同位素
B.1H和2H是不同的核素,它们的质子数不同
C.14C和14N的质量数相同,它们的中子数不同
D.6Li和7Li的电子数相同,中子数也相同
【解析】选B、D。A项二者质子数相同,中子数不同,互为同位素,正确;B项二者属于质子数相同、中子数不同的两种核素,错误;C项二者的质量数相同,质子数不同,故中子数不同,正确;D项二者的电子数相同,质量数不相同,故中子数不同,错误。
【加固训练】
(2020·商丘高一检测)简单原子的原子结构可用如图形象地表示:
其中“
”表示质子或电子,“
”表示中子,则下列有关①②③的叙述正确的是
( )
A.①②③互为同素异形体
B.①②③互为同位素
C.①②③是三种化学性质不同的粒子
D.①②③具有相同的质量数
【解析】选B。由题图可知三个原子的质子数、核外电子数相同,而中子数不同,所以应为同位
素,同位素的化学性质相同。
4.(2020·顺义高一检测)我国某物理研究所取得重大科技成果,研制出由18O所
形成的18O2单质气体。18O是一种稳定的同位素,称为重氧。下列有关说法不正确
的是
( )
A.1.8
g18O形成的气体的物质的量是0.05
mol
B.0.1
mol重氧水
所含的中子数约为6.02×1023个
C.0.2
mol18O2气体的体积约为4.48
L
D.18O2气体的摩尔质量为36
g·mol-1
【解析】选C。A中,1.8
g18O所形成的气体为18O2,所以其物质的量为
=0.05
mol;B中,
中所含的中子数为18-8=10,所以0.1
mol
的中子数为
(0.1×10)
NA=NA;C中,0.2
mol
18O2气体在标准状况下才为4.48
L;D中,18O2的摩
尔质量为(18×2)
g·mol-1=36
g·mol-1。
【素养新思维】
5.据报道,某些花岗岩会产生氡(
Rn),从而对人体产生伤害。研究发现,镭(
Ra)
能蜕变为
Rn,故将
Rn称为镭射气;钍(
Th)能蜕变为
Rn,故将
Rn称为钍射
气;锕(
Ac)能蜕变为
Rn,故将
Rn称为锕射气。
(1)镭射气、钍射气、锕射气的中子数分别是多少?
提示:镭射气
Rn的中子数为222-86=136,钍射气
Rn的中子数为220-86=134,锕
射气
Rn的中子数为219-86=133。
(2)镭射气、钍射气、锕射气什么关系?
提示:互为同位素
的质子数相同,属于同种元素,但三者的中子数不
同,故三者互为同位素。
(3)上述材料中共涉及几种元素?几种核素?
提示:4种元素,6种核素。质子数决定元素种类;质子数和中子数共同决定核素种
类。
【加固训练】
(1)在
中:________和________互为同位素;________
和________的质量数相等,但不能互称同位素;________和________的中子数相
等,但质子数不等,所以不是同一种元素。?
(2)在下列基本粒子中:1H、2H、3H、234U、235U、238U、
Ca、Cl2、14N、14C。
①它们分属______种元素,属于氢元素的核素有______种;?
②互为同位素的为________、________;?
③质量数相等的为________、________;?
④氢的同位素1H、2H、3H与氧的同位素16O、17O、18O相互结合为水,可得水分子的种数为________种;可得相对分子质量不同的水分子为________种。?
【解析】(1)6Li与7Li质子数相同,中子数不同;14C与14N,质子数不同,不能互为同位素;23Na与24Mg中子数相同,质子数不同。
(2)①粒子分属H、U、K、Ca、Cl、N、C
7种元素。
②1H、2H、3H属于氢元素的3种不同核素,且互为同位素。234U、235U、238U属于铀元素的3种不同核素,也互为同位素。③40K和40Ca质量数都为40;14N和14C质量数都为14。④H2O可以看作两个氢原子结合一个氧原子,首先是两个氢原子的组合方式有以下几种:
共6种组合方式,每一种结合氧原子的可能性有3种(
),这样水的种类共
有:6×3=18种,其相对分子质量分别为18、19、20、21、22、23、24共7种。(找
个最小的,找个最大的,中间是连续的整数)
答案:(1)
(2)①7 3 ②1H、2H、3H 234U、235U、238U
③40K、40Ca 14N、14C ④18 7