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第1章 原子结构 元素周期律
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元素周期表的结构与规律
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。
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:
探究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、Si、Mg、O、Fe。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ⅣA族,Mg元素位于元素周期表第3周期ⅡA族,O元素位于元素周期表第2周期ⅥA族,Fe元素位于元素周期表第4周期Ⅷ族。
探究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:从组成角度分类,Al2O3、Fe2O3、MgO属于金属氧化物,而SiO2属于非金属氧化物。从性质角度分类,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。
探究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,又能与碱反应。
探究4:向滤液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。
探究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SiOeq \o\al(2-,3),根据强酸制弱酸原理,向滤液C中加入稀硫酸时会生成H2SiO3沉淀。
1.最外层电子数规律
(1)最外层电子数为1的元素位于主族(ⅠA族)、副族(ⅠB族)等。
(2)最外层电子数为2的元素位于主族(ⅡA族)、0族(He)、副族[(ⅡB族、Ⅷ族(Fe、Co等))]。
(3)最外层电子数在3~7之间的元素一定是主族元素。
(4)最外层电子数为8的元素位于0族。
2.数目规律
(1)元素种数最多的是ⅢB族(32种)。
(2)同周期ⅡA族与ⅢA族元素的原子序数之差有以下三种情况:第2、3周期(短周期)相差1;第4、5周期相差11;第6、7周期相差25。
(3)同主族相邻元素的原子序数
ⅠA、ⅡA族,下一周期元素的原子序数=上一周期元素的原子序数+上一周期元素的种数;
ⅢA~ⅦA族,下一周期元素的原子序数=上一周期元素的原子序数+下一周期元素的种数。
3.化合价规律
(1)同周期元素主要化合价:最高化合价由+1价→+7价(O、F除外,稀有气体元素化合价为0)递变、最低化合价由-4价→-1价递变。
(2)关系式:最高化合价+|最低化合价|=8;最高化合价=主族序数=最外层电子数(O、F除外)。
(3)除Ⅷ族元素外,原子序数为奇(偶)数的元素,元素所在族的序数及主要化合价也为奇(偶)数。
4.分界线规律
位于金属与非金属分界线右上方的元素为非金属元素,左下角为金属元素(H除外)。分界线附近的元素一般既有金属性,又有非金属性。