1-2元素周期律 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题一 原子结构与化学键 第二节 元素周期律 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 下列关于元素周期表的说法，正确的是（ ） A. 元素周期表有7个周期，18个族 B. 短周期是指第1、2、3周期，包含主族元素和副族元素 C. 元素周期表中，同一周期元素的电子层数相同 D. 元素周期表中，同一主族元素的最外层电子数不同 2. 下列元素中，属于第3周期第ⅡA族的是（ ） A. 镁（Mg，原子序数12） B. 钙（Ca，原子序数20） C. 铝（Al，原子序数13） D. 氧（O，原子序数8） 3. 下列关于元素周期律的说法，错误的是（ ） A. 同一周期元素，从左到右原子半径逐渐减小 B. 同一主族元素，从上到下金属性逐渐增强 C. 同一周期元素，从左到右非金属性逐渐减弱 D. 同一主族元素，从上到下最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强 4. 下列各组元素中，金属性最强的是（ ） A. Na、Mg、Al（第3周期） B. Li、Na、K（第ⅠA族） C. O、S、Se（第ⅥA族） D. Cl、Br、I（第ⅦA族） 5. 下列关于原子半径的比较，正确的是（ ） A. Na > Mg > Al > Si（第3周期） B. Li > Na > K > Rb（第ⅠA族） C. O > N > C > B（第2周期） D. Cl > S > P > Si（第3周期） 6. 下列元素的最高价氧化物对应水化物中，碱性最强的是（ ） A. NaOH B. Mg(OH)₂ C. Al(OH)₃ D. H₂SO₄ 7. 下列关于元素化合价的说法，正确的是（ ） A. 主族元素的最高正化合价等于其主族序数 B. 所有元素都有正化合价和负化合价 C. 氧元素的最高正化合价为+6价 D. 氢元素的化合价只能为+1价 8. 下列各组元素中，非金属性最强的是（ ） A. C、N、O（第2周期） B. Si、P、S（第3周期） C. F、Cl、Br（第ⅦA族） D. Li、Be、B（第2周期） 9. 元素周期律的实质是（ ） A. 元素的相对原子质量逐渐增大 B. 元素的核电荷数逐渐增大 C. 元素原子核外电子排布的周期性变化 D. 元素的化合价逐渐升高 10. 下列应用中，利用了元素周期律的是（ ） A. 焊接金属时使用氩气作保护气 B. 根据元素周期表寻找新型半导体材料 C. 用铁制品盛放浓硫酸 D. 用铝制品制作饮料罐 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 元素周期表有______个周期，其中第1、2、3周期为______周期，第4、5、6、7周期为______周期；有______个主族（用A表示）和______个副族（用B表示），还有0族和Ⅷ族。 2. 同一周期元素，从左到右，核电荷数逐渐______，原子半径逐渐______，原子核对最外层电子的吸引力逐渐______，因此金属性逐渐______，非金属性逐渐______。 3. 同一主族元素，从上到下，电子层数逐渐______，原子半径逐渐______，原子核对最外层电子的吸引力逐渐______，因此金属性逐渐______，非金属性逐渐______。 4. 元素的金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的______性越强；元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的______性越强，其氢化物的稳定性越______。 5. 第3周期元素中，原子序数为11的元素是______（填名称），属于______族；原子序数为17的元素是______（填名称），属于______族，其最高价氧化物对应水化物的化学式为______。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 元素周期表中，同一周期元素的最外层电子数从左到右逐渐增多。（ ） 2. 同一主族元素，从上到下，氢化物的稳定性逐渐增强。（ ） 3. 元素的金属性越强，越容易与酸反应生成氢气。（ ） 4. 第ⅦA族元素（卤族元素）的最高价氧化物对应水化物的酸性从上到下逐渐增强。（ ） 5. 元素周期律是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。（ ） 6. 短周期元素中，最外层电子数为2的元素一定是第ⅡA族元素。（ ） 7. 同一周期元素，从左到右，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱。（ ） 8. 金属性最强的元素是Cs（铯），非金属性最强的元素是F（氟）。（ ） 9. 元素的化合价随原子序数的递增而呈周期性变化。（ ） 10. 元素周期表的建立为寻找新型材料提供了理论依据，如在金属与非金属交界处寻找半导体材料。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 请简述元素周期表的结构（周期、族的划分）及元素周期律的核心内容（原子半径、金属性、非金属性、化合价的递变规律），结合第3周期元素（Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl）举例说明规律的应用，分析元素周期律在加工制造类专业中的应用价值（至少一例），如合金材料选择、耐腐蚀材料研发等。 2. 结合加工制造类专业，分析元素周期律对金属材料加工工艺的指导意义，以第ⅠA族（Li、Na、K）和第ⅡA族（Mg、Ca、Ba）金属为例，说明其金属性递变规律对加工条件（如焊接、储存）的影响，解释该规律在合金研发中的应用（至少一例）。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 元素周期律在加工制造领域的应用广泛，结合专业需求回答下列问题： （1）某合金材料中含有第3周期第ⅢA族元素和第2周期第ⅤA族元素，写出这两种元素的名称、原子序数及最高价氧化物对应水化物的化学式，分析它们的金属性/非金属性强弱，说明该合金可能的性能（如硬度、耐腐蚀性）； （2）不锈钢的主要成分是铁（Fe，第4周期第Ⅷ族），常加入铬（Cr，第4周期第ⅥB族）和镍（Ni，第4周期第Ⅷ族）提高耐腐蚀性，结合元素周期律分析铬和镍的金属性与铁的关系，解释加入铬、镍能提高耐腐蚀性的原因； （3）某工厂需研发一种耐高温合金，计划选用第4周期的金属元素，结合元素周期律推测应优先选择哪些元素（至少两种），说明推测依据（从金属性、熔点等角度）； （4）在金属加工中，常需判断金属与酸的反应剧烈程度，已知某金属位于第3周期第ⅡA族，分析该金属与稀盐酸的反应剧烈程度（与同周期第ⅠA族金属对比），写出反应的化学方程式，说明该性质对加工中酸洗液选择的影响； （5）元素周期表中，金属与非金属的交界处常存在半导体材料（如硅Si、锗Ge），分析硅和锗的原子结构特点（电子层数、最外层电子数），说明其半导体性质与元素周期律的关联，解释该类材料在电子制造中的应用价值。 2. 结合元素周期律知识与加工制造实际，回答下列问题： （1）为什么第ⅠA族的金属（如钠、钾）在加工和储存时需要特殊处理（如钠保存在煤油中，钾保存在石蜡中），而第ⅡA族的镁、钙加工时相对容易？结合元素周期律分析原因； （2）铜（Cu，第4周期第ⅠB族）和锌（Zn，第4周期第ⅡB族）常被用于制造黄铜合金，结合元素周期律分析铜和锌的金属性强弱，说明黄铜合金的性能优势（如硬度、耐磨性）与两种金属性质的关联； （3）某新型金属材料X位于第5周期第ⅡA族，结合元素周期律推测其化学性质（金属性、与水/酸的反应、最高价氧化物对应水化物的碱性），说明其在加工制造中的可能应用（至少一例），并提出加工时的注意事项； （4）在电镀工业中，常选用金属活动性顺序中合适的金属作为镀层，结合元素周期律分析为什么镀锌铁（白铁）比镀锡铁（马口铁）更耐腐蚀，写出相关反应的化学方程式（如发生腐蚀时的反应）； （5）设计实验验证“同一周期元素，从左到右金属性逐渐减弱”，以第3周期的钠、镁、铝为例，写出实验方案、预期现象与结论，说明该实验结论在金属加工工艺选择中的指导意义。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. C 2. A 3. C 4. B 5. A 6. A 7. A 8. C 9. C 10. B （二）填空题 1. 7；短；长；7；7 2. 增大；减小；增强；减弱；增强 3. 增多；增大；减弱；增强；减弱 4. 碱；酸；强 5. 钠；第ⅠA；氯；第ⅦA；HClO₄ （三）判断题 1. √ 2. × 3. √ 4. × 5. √ 6. × 7. √ 8. √ 9. √ 10. √ 二、提升题 （一）简答题 1. 元素周期表结构、周期律核心内容及专业应用： ① 元素周期表结构： 周期：共7个周期，周期序数=电子层数；第1、2、3周期为短周期（分别含2、8、8种元素），第4、5、6、7周期为长周期（第7周期为不完全周期）。 族：共16个族，分为7个主族（ⅠA~ⅦA）、7个副族（ⅠB~ⅦB）、1个Ⅷ族（含3个纵行）和1个0族（稀有气体）；主族序数=最外层电子数。 ② 元素周期律核心内容（以第3周期为例）： 原子半径：Na > Mg > Al > Si > P > S > Cl（从左到右逐渐减小）。 金属性：Na > Mg > Al（从左到右逐渐减弱），如Na与水剧烈反应，Mg与水加热反应，Al与水不反应；最高价氧化物对应水化物碱性：NaOH > Mg(OH)₂ > Al(OH)₃。 非金属性：Si < P < S < Cl（从左到右逐渐增强），如最高价氧化物对应水化物酸性：H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄；氢化物稳定性：SiH₄ < PH₃ < H₂S < HCl。 化合价：最高正化合价从+1（Na）递增到+7（Cl），负化合价从-4（Si）递增到-1（Cl）。 ③ 加工制造类专业应用价值：元素周期律可指导合金材料选择，如制造耐腐蚀的金属构件时，优先选择第3周期非金属性较强的元素形成的化合物（如Al₂O₃、SiO₂）作为涂层；或根据同主族元素性质相似性，用镁合金替代铝合金制作轻量化零件（镁和铝同周期，金属性Mg > Al，镁合金密度更小，强度相近，适用于航空航天零部件制造）。 2. 元素周期律对金属加工工艺的指导意义： ① 金属性递变规律：第ⅠA族（Li、Na、K）从上到下金属性逐渐增强（K > Na > Li）；第ⅡA族（Mg、Ca、Ba）从上到下金属性逐渐增强（Ba > Ca > Mg）。 ② 对加工条件的影响： 焊接：金属性越强，越易与氧气反应生成氧化物，焊接时需更严格的惰性气体保护；如焊接钠、钾时，需在高纯氩气中进行，防止生成Na₂O、K₂O影响焊接质量；而焊接镁、钙时，保护要求相对较低。 储存：金属性越强，越易与水、氧气反应，储存时需隔绝空气和水；如钠保存在煤油中，钾保存在石蜡中（钾密度比煤油小），而镁、钙可密封干燥储存。 ③ 合金研发应用：利用同主族金属性递变规律，调节合金成分比例；如制造高强度镁铝合金时，根据Mg（第ⅡA族）和Al（第ⅢA族）的金属性差异（Mg > Al），控制镁、铝的含量，使合金既保持镁的轻量化，又利用铝的耐腐蚀性，适用于汽车轮毂制造；再如在镁合金中加入少量钙（金属性Ca > Mg），可增强合金的硬度和耐热性。 （二）综合分析题 1. 元素周期律在加工制造中的应用分析： （1）合金元素分析：① 第3周期第ⅢA族元素：铝（Al，原子序数13），最高价氧化物对应水化物为Al(OH)₃；第2周期第ⅤA族元素：氮（N，原子序数7），最高价氧化物对应水化物为HNO₃；② 金属性/非金属性：Al为金属，N为非金属，非金属性N > Al；③ 合金性能：铝与氮形成的铝合金（如AlN陶瓷颗粒增强合金），具有高硬度、耐高温、耐腐蚀性强的特点，适用于制造发动机活塞、精密机械零件。 （2）不锈钢防锈原理：① 金属性关系：Cr、Ni、Fe均为第4周期金属，金属性Fe > Cr > Ni；② 防锈原因：Cr、Ni的非金属性比Fe强，更易与氧气反应形成致密的氧化膜（Cr₂O₃、NiO），覆盖在钢铁表面，隔绝氧气和水，阻止Fe发生电化学腐蚀，从而提高不锈钢的耐腐蚀性。 （3）耐高温合金元素选择：① 优先选择第4周期的钛（Ti，第ⅣB族）、钒（V，第ⅤB族）；② 推测依据：同周期从左到右，金属性逐渐减弱，原子半径逐渐减小，金属键逐渐增强，熔点逐渐升高；Ti、V的金属性较弱，熔点较高（Ti熔点1668℃，V熔点1890℃），适合作为耐高温合金的成分，用于制造航空发动机叶片。 （4）金属与酸反应分析：① 第3周期第ⅡA族元素为镁（Mg）；② 反应剧烈程度：Mg的金属性弱于同周期第ⅠA族的Na，因此与稀盐酸反应剧烈程度：Na > Mg；③ 化学方程式：Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑；④ 酸洗液选择：加工镁制品时，需选用浓度较低的稀盐酸作为酸洗液，避免反应过于剧烈导致材料损耗，同时酸洗后需及时清洗干燥，防止残留酸腐蚀。 （5）半导体材料分析：① 原子结构特点：Si（第3周期第ⅣA族）电子层数3，最外层4个电子；Ge（第4周期第ⅣA族）电子层数4，最外层4个电子；② 关联：金属与非金属交界处的元素，最外层电子数为4，既不易失去电子也不易得到电子，具有半导体性质；③ 应用价值：Si、Ge的导电性介于导体和绝缘体之间，可用于制造芯片、晶体管等电子元件，是电子制造行业的核心材料。 2. 元素周期律与加工制造实际应用分析： （1）金属加工储存差异原因：① 第ⅠA族金属（Na、K）：从上到下金属性极强，易与水、氧气反应（2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂↑，4K + O₂ = 2K₂O），因此需隔绝空气和水（煤油、石蜡密封）；② 第ⅡA族金属（Mg、Ca）：金属性弱于同周期第ⅠA族，与水、氧气反应相对缓和（Mg与冷水不反应，与热水缓慢反应），因此加工储存时要求较低，只需密封干燥即可。 （2）黄铜合金性能分析：① 金属性关系：Cu（第ⅠB族）和Zn（第ⅡB族）均为第4周期金属，金属性Zn > Cu；② 性能优势：黄铜合金中，Zn的金属性较强，可增强合金的强度和硬度，Cu的金属性较弱，可提高合金的耐腐蚀性和耐磨性；因此黄铜硬度高于纯铜、纯锌，耐磨性好，适用于制造阀门、水管、机械零件。 （3）金属材料X的性质与应用：① 化学性质：第5周期第ⅡA族为锶（Sr），金属性强于Ca（同主族从上到下金属性增强），与水反应生成Sr(OH)₂和H₂（Sr + 2H₂O = Sr(OH)₂ + H₂↑），与酸反应剧烈，最高价氧化物对应水化物Sr(OH)₂碱性强于Ca(OH)₂；② 可能应用：用于制造高强度合金（如航空航天材料）、发光材料（SrAl₂O₄可作为荧光粉）；③ 加工注意事项：加工时需在惰性气体保护下进行，避免与水、酸接触；储存时密封防潮，防止氧化。 （4）镀锌铁与镀锡铁防腐差异：① 金属性递变：Zn > Fe > Sn（同周期从左到右金属性减弱，Zn、Fe为第4周期，Sn为第5周期）；② 镀锌铁防腐：Zn比Fe活泼，腐蚀时Zn先反应（Zn 2e⁻ = Zn²⁺），保护Fe不被腐蚀；③ 镀锡铁防腐：Sn比Fe不活泼，腐蚀时Fe先反应（Fe 2e⁻ = Fe²⁺），Sn加速Fe的腐蚀；④ 反应方程式：Zn + Fe²⁺ = Zn²⁺ + Fe（镀锌铁腐蚀时）；Fe + Sn²⁺ = Fe²⁺ + Sn（镀锡铁腐蚀时）。 （5）实验设计与工艺指导：① 实验方案：取大小相同的钠、镁、铝三块金属，分别投入等浓度、等体积的稀盐酸中，观察反应剧烈程度；② 预期现象：钠与盐酸反应剧烈，产生大量气泡，金属迅速溶解；镁与盐酸反应较剧烈，产生较多气泡；铝与盐酸反应缓慢，产生少量气泡；③ 结论：同一周期元素，从左到右金属性逐渐减弱（Na > Mg > Al）；④ 工艺指导意义：金属加工中，金属性越强的金属，越易与酸、氧气反应，因此加工钠、镁时需采取更严格的防腐措施（如表面涂层、惰性气体保护），而加工铝时，可利用其表面易形成致密氧化膜的性质，简化防腐工艺。 学科网（北京）股份有限公司 $