學習任務(wù)　元素周期律和元素周期表的應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動:元素周期表揭示了化學元素之間的內(nèi)在聯(lián)系,使其構(gòu)成了一個完整的體系,成為化學發(fā)展史上的重要里程碑之一。隨著科學的發(fā)展,元素周期表中未知元素留下的空位先后被填滿。
1.元素周期表中元素金屬性和非金屬性的遞變
位于元素周期表中金屬和非金屬元素分界線兩側(cè)的元素(如Al、Si等)既能表現(xiàn)_______,又能表現(xiàn)_________。2.元素的化合價與元素在元素周期表中位置的關(guān)系(1)含義。①最高正價:原子所能失去或偏移的_____________。②最低負價:原子達到__電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所需得到的電子數(shù)。
(2)化合價規(guī)律(僅對主族元素)。
3.元素周期表和周期律的應(yīng)用(1)元素的位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間的關(guān)系元素在周期表中的位置,反映了元素的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)?？筛鶕?jù)元素在周期表中的位置推測元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),也可以根據(jù)元素的原子結(jié)構(gòu)推測其在周期表中的位置和性質(zhì)。其關(guān)系可表示為
(2)尋找新元素(3)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的新用途
【情境·思考】元素周期表在預(yù)測新元素、發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)方面起著巨大的作用。隨著社會的發(fā)展,對新型農(nóng)藥的需求量越來越大。若要尋找新型農(nóng)藥,可在周期表的哪個位置進行探索?提示:可在氟、氯、硫、磷、砷等元素在周期表中的位置附近尋找。
【探究任務(wù)一】元素周期律和元素周期表的應(yīng)用 【史料情境】居里夫人(1867～1934),法國物理學家、化學家,在極其簡陋、艱苦的條件下煉出了放射性物質(zhì)——釙和鐳。1903年她獲得了諾貝爾物理學獎,1911年她又獲得諾貝爾化學獎。她一生共獲得10項獎金,16種獎?wù)?107個榮譽頭銜,特別是獲得了兩次諾貝爾獎。
【問題探究】1.什么元素的金屬性最強?什么元素的非金屬性最強?它們分別處于元素周期表的什么位置?提示:銫(鈁是放射性元素,不能穩(wěn)定存在),第6周期ⅠA族;氟,第2周期ⅦA族。2.氫元素的最高正價為+1價,最低負價是否應(yīng)為-7價?提示:不是。氫元素的最低負價應(yīng)為1-2=-1價。
3.鈁(Fr)是堿金屬元素中原子序數(shù)最大的元素,根據(jù)它在周期表中的位置推斷其性質(zhì)。(寫出兩點即可)提示:①在已知元素中具有最大的原子半徑;②最高價氧化物對應(yīng)的水化物是極強的堿。4.同周期的兩種主族元素X、Y,其最高價氧化物對應(yīng)水化物的化學式分別為H3XO4、H2YO4。試比較X、Y非金屬性的強弱和原子半徑的大小。提示:非金屬性:Y>X,原子半徑:X>Y。X的最高正價為+5,Y的最高正價為+6,因二者屬于同周期元素,故原子序數(shù)Y>X,非金屬性:Y>X,原子半徑:X>Y。
【探究總結(jié)】熟記元素周期表中金屬性、非金屬性的遞變規(guī)律:解答元素推斷題時,可以按元素周期表的位置寫出常考元素,標出金屬性、非金屬性的相對強弱,做題時可快速做出判斷。如圖:
【拓展提升】主族元素性質(zhì)的特殊性:
【探究特訓】1.(2017·天津高考)根據(jù)元素周期表和元素周期律,判斷下列敘述不正確的是 (　　)A.氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性:H2O>NH3>SiH4B.氫元素與其他元素可形成共價化合物或離子化合物C.如圖所示實驗可證明元素的非金屬性:Cl>C>SiD.用中文“ ”(à)命名的第118號元素在周期表中位于第七周期0族
【解題指南】解答本題需注意以下兩點:(1)元素的非金屬性越強,氫化物越穩(wěn)定。(2)元素最高價氧化物對應(yīng)的水化物酸性越強,元素的非金屬性越強。
【解析】選C。元素的非金屬性決定氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性,由于非金屬性O(shè)>N>Si,所以氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性H2O>NH3>SiH4,A正確;氫元素可以與氧元素、氮元素等形成水、氨氣等共價化合物,也可與Na等元素形成離子化合物,B正確;如圖示實驗可證明酸性HCl>H2CO3>H2SiO3,但元素的非金屬性的強弱與元素的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸性強弱有關(guān),HCl不是氯元素的最高價氧化物所對應(yīng)的水化物,故不能根據(jù)酸性強弱來判斷氯和碳的非金屬性強弱,C不正確;根據(jù)元素周期表可知,D正確。
【延伸探究】(1)B項中氫元素與鈉元素形成的化合物化學式為______,其中氫元素的化合價是______。?提示:NaH　-1。氫化鈉中,鈉元素為金屬元素顯+1價,氫元素顯-1價。(2)預(yù)測118號元素“ ”(à)的化學性質(zhì)。提示:118號元素“ ”屬于0族元素,原子最外層電子數(shù)為8個,化學性質(zhì)穩(wěn)定,很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)。
2.(2020·唐山高一檢測)下列根據(jù)元素周期表和元素周期律得出的推斷,正確的是(　　)A.金屬元素原子最外層電子數(shù)越少,該金屬失電子能力越強B.若存在簡單陰離子R2-,則R一定位于ⅥA族C.P和As都是ⅤA族元素,則PH3的還原性比AsH3的還原性強D.鉛位于周期表中金屬和非金屬的交界處,可作半導(dǎo)體材料
【解析】選B。金屬元素原子最外層電子數(shù)越少,該金屬失電子能力不一定越強,應(yīng)為同周期中,A錯誤;若存在簡單陰離子R2-,R的最低化合價是-2價,則R一定位于ⅥA族,B正確;P和As都是ⅤA族元素,PH3的還原性比AsH3的還原性弱,C錯誤;鉛位于第六周期第ⅣA族,不位于周期表中金屬和非金屬的交界處,鉛是金屬,不可作半導(dǎo)體材料,D錯誤。
【補償訓練】1.鎂、鋰在元素周期表中具有特殊的“對角線”位置關(guān)系,它們性質(zhì)相似,例如它們的單質(zhì)在過量氧氣中燃燒均只生成正常氧化物。以下對鋰的性質(zhì)敘述正確的是(　　)A.Li2SO4難溶于水B.LiOH是易溶于水,受熱不分解的強堿C.Li不能從水中置換出H2D.Li2CO3受熱分解,生成Li2O和CO2
【解析】選D。根據(jù)處于“對角線”位置關(guān)系的元素,它們的性質(zhì)相似。MgSO4易溶于水,因此Li2SO4也溶于水,A錯誤;Mg(OH)2是難溶于水、受熱易分解的中強堿,所以LiOH也是難溶于水、受熱易分解的中強堿,B錯誤;Mg能與水反應(yīng)置換出H2,所以Li同樣也能,C錯誤;MgCO3受熱易分解生成MgO和CO2,因此Li2CO3受熱也易分解,生成Li2O和CO2,D正確。
2.元素的原子結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)和在周期表中的位置。下列說法正確的是(　　)A.元素原子的最外層電子數(shù)等于元素的最高正化合價B.多電子原子中,在離核較近的區(qū)域內(nèi)運動的電子能量較高C.P、S、Cl得電子能力和最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性均依次增強D.元素周期表中位于金屬和非金屬分界線附近的元素屬于過渡元素【解析】選C。氧無最高正價、氟和稀有氣體元素沒有正價,A錯誤;多電子原子中,能量低的電子在離核較近的區(qū)域內(nèi)運動,B錯誤;P、S、Cl的非金屬性依次增強,得電子能力與最高價含氧酸(H3PO4、H2SO4、HClO4)的酸性依次增強,C正確;過渡元素是第3縱行到第12縱行的元素,包括了七個副族與Ⅷ族,D錯誤。
3.短周期三種元素a、b、c在周期表中的位置如圖,下列有關(guān)這三種元素的敘述正確的是(　　)A.a是一種活潑的非金屬元素B.c的最高價氧化物的水化物是一種強酸C.b的氫化物不穩(wěn)定D.b元素的最高化合價為+7價
【解析】選B。根據(jù)元素周期表可判斷出a、b、c分別為He、F、S。He是稀有氣體,化學性質(zhì)穩(wěn)定,A錯誤;c的最高價氧化物的水化物是H2SO4,H2SO4是強酸,B正確;b的氫化物為HF,HF很穩(wěn)定,C錯誤;F無正價,D錯誤。
【探究任務(wù)二】“位”“構(gòu)”“性”之間的關(guān)系 【問題情境】 (Livermrium,Lv)是原子序數(shù)為116的化學元素的名稱,該元素于2011年12月被命名,2012年5月31日,國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會(IUPAC)正式宣布元素周期表增加該新元素。
【問題探究】1.在元素周期表中,第116號元素在周期表中的第幾周期?第幾族?提示:第7周期第ⅥA族。2.預(yù)測116號元素最外層電子數(shù)是多少?提示:6。3.預(yù)測116號元素是金屬還是非金屬?其對應(yīng)的性質(zhì)比同主族上周期的強還是弱?提示:金屬;金屬性比釙強。
【探究總結(jié)】1.元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系同主族元素隨著原子核外電子層數(shù)的增加,得到電子的能力逐漸減弱,非金屬性逐漸減弱;失去電子的能力逐漸增強,金屬性逐漸增強。
2.同主族元素及其典型化合物性質(zhì)的遞變規(guī)律
【拓展提升】周期表中的“序、層”規(guī)律和“序、價”規(guī)律(1)“序、層”規(guī)律①若一種陽離子與一種陰離子電子層數(shù)相同,則“陰前右,陽后左”,陰離子在前一周期右側(cè),陽離子在后一周期左側(cè),陽離子的原子序數(shù)大。②同周期元素的簡單陽離子與陰離子相比,陰離子原子序數(shù)大。(2)“序、價”規(guī)律在短周期元素中,元素的原子序數(shù)與其主要化合價的數(shù)值在奇偶性上一般一致,“價奇序奇,價偶序偶”。
【典例】(2019·全國卷Ⅱ)今年是門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律150周年。下表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z為短周期主族元素,W與X的最高化合價之和為8。下列說法錯誤的是(　　)A.原子半徑:WA>C>DC.離子半徑:C3->D->A2+>B+D.氧化性:A2+>B+,還原性:C3-B,C、D在上一周期,為非金屬元素,且原子序數(shù)D>C。原子序數(shù)為A>B>D>C,A錯誤;電子層越多,半徑越大,同周期原子序數(shù)越大,半徑越小,則原子半徑為B>A>C>D,B正確;具有相同電子排布的離子,原子序數(shù)大的離子半徑小,原子序數(shù)為A>B>D>C,則離子半徑為C3->D->B+>A2+,C錯誤;金屬性越強,其陽離子的氧化性越弱,金屬性為B>A,則氧化性:A2+>B+,非金屬性:CD-,D錯誤。
【補償訓練】已知元素砷(As)的原子序數(shù)為33,下列敘述不正確的是(　　)A.砷最高氧化物對應(yīng)水化物的酸性比磷酸的酸性強B.砷元素是第四周期ⅤA族元素 C.砷原子的核外有4個電子層,最外層電子數(shù)是5D.砷化氫不如NH3穩(wěn)定 【解析】選A。砷為第四周期ⅤA族的元素,非金屬性小于磷元素,A錯誤,B正確;砷為第四周期ⅤA族元素,所以砷原子的核外有4個電子層,最外層電子數(shù)是5,C正確;在第ⅤA族的元素中,氮非金屬性大于砷,所以砷化氫不如NH3穩(wěn)定,D正確。
同一主族金屬性與非金屬性
同一周期金屬性與非金屬性
“位-構(gòu)-性”的相互推斷
預(yù)測新元素、發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)
1.下列關(guān)于元素周期表應(yīng)用的說法正確的是(　　)A.在過渡元素中,可以找到半導(dǎo)體材料B.在ⅠA、ⅡA族元素中,尋找制造農(nóng)藥的主要元素C.在金屬與非金屬的交界處,尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料D.為元素性質(zhì)的系統(tǒng)研究提供指導(dǎo),為新元素的發(fā)現(xiàn)提供線索【解析】選D。在周期表中金屬和非金屬的交界處可以找到半導(dǎo)體材料,A錯誤;通常制造農(nóng)藥所含的元素為F、Cl、S、P等,B錯誤;在過渡元素中尋找耐高溫、耐腐蝕的合金材料,C錯誤;元素周期表為元素性質(zhì)的系統(tǒng)研究提供指導(dǎo),為新元素的發(fā)現(xiàn)及預(yù)測它們的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供線索,D正確。
2.(2020·北京市房山區(qū)高一檢測)部分元素在周期表中的分布如圖所示(虛線為金屬元素與非金屬元素的分界線),下列說法不正確的是(　　) A.B只能得電子,不能失電子B.原子半徑Ge>SiC.As可作半導(dǎo)體材料D.P處于第六周期第ⅥA族
【解析】選A。根據(jù)以上分析,B元素位于金屬元素與非金屬元素的分界線附近,既能得電子,又能失電子,故A錯誤;同一主族元素從上到下原子半徑逐漸增大,所以原子半徑Ge>Si,故B正確;As元素位于金屬元素與非金屬元素的分界線附近,可作半導(dǎo)體材料,故C正確;P為主族元素,原子有6個電子層,最外層電子數(shù)為6,處于第六周期第ⅥA族,故D正確。
【補償訓練】(2019·寶雞高一檢測)X、Y、Z、M、R為五種短周期元素,其原子半徑和最外層電子數(shù)之間的關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是(　　) A.R最少有兩種氧化物B.M的氫化物常溫常壓下為氣體C.最高價含氧酸的酸性:ZC,故最高價含氧酸的酸性:HNO3>H2CO3,C錯誤;含碳化合物種類最多,D正確。
3.(2020·北京東城區(qū)高一檢測)下列事實不能用元素周期律解釋的是(　　)A.與水反應(yīng),Cs比Na劇烈B.與H2反應(yīng),F2比Cl2容易C.堿性:NaOH>Al(OH)3D. 酸性:HCl>H2CO3【解析】選D。元素的非金屬性越強,其最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸性越強,因此可證明酸性HClO4>H2CO3,不能用元素周期律證明酸性:HCl>H2CO3。
4.(2019·浙江選考) 2019年是門捷列夫提出元素周期表150周年。根據(jù)元素周期律和元素周期表,下列推斷不合理的是(　　)A.第35號元素的單質(zhì)在常溫常壓下是液體B.位于第四周期第ⅤA族的元素為非金屬元素C.第84號元素的最高化合價是+7D.第七周期0族元素的原子序數(shù)為118
【解析】選C。35號元素是溴元素,單質(zhì)Br2在常溫常壓下是紅棕色的液體,A合理;位于第四周期第ⅤA族的元素是砷元素(As),為非金屬元素,B合理;第84號元素位于第六周期ⅥA族,為釙元素(P),由于最高正價等于主族序數(shù),所以該元素最高化合價是+6,C不合理;第七周期0族元素是第七周期最后一個元素,原子序數(shù)為118,D合理。
【補償訓練】有四種短周期主族元素分別為X、Y、Z、W。X是地殼中含量最多的元素;Y元素的單質(zhì)是空氣的主要成分之一;Z原子的最外層電子數(shù)是其最內(nèi)層電子數(shù)的 ;W元素的最高正價和最低負價的代數(shù)和為0。下列說法正確的是(　　)A.原子半徑:X

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