内容正文:
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
课程标准
核心素养
1.以第3周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯为例,了解同周期元素性质的递变规律
2.能用原子结构的理论解释同周期元素性质的递变规律
3.认识原子结构、元素性质以及元素在元素周期表中位置的关系
①宏观辨识与
微观探析
能根据钠、镁、铝与水或酸反应的实验现象辨识物质及其反应,从而判断同周期性质的递变
②证据推理与
模型认知
能从硅、磷、硫、氯及其变化的事实中提取证据,对有关的化学问题提出假设,能依据证据证明或证伪假设
[知识梳理]
一、第3周期元素原子得失电子能力的比较
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
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: MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl 。
b.AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液: AlCl3+3NaOH===Al(OH)3↓+3NaCl ;
离子方程式: Al(OH)3+NaOH===Na[Al(OH)4] ;
Al3++3OH-===Al(OH)3↓。
Al(OH)3具有两性,既能与强碱反应,也能与酸反应,如与盐酸反应: Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]- ;
离子方程式: Al(OH)3+3HCl===AlCl3+3H2O 。
结论:碱性强弱顺序为 Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
Mg(OH)2>Al(OH)3 。
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 。
3.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
点燃或光照
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
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,元素得电子能
力逐渐 增强
二、同周期元素原子的得失电子能力的变化规律及原因
1.变化规律
同周期从左到右,元素原子的得电子能力 逐渐增强 ,失电子能力 逐渐减弱 。
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 相同 ,随着核电荷数的递增:
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
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
[易错提醒] 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:S<Cl,酸性:氢硫酸<盐酸;非金属性:F>Cl,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。
[典例示范]
[典例1] 同周期三种元素X、Y、Z的最高价氧化物对应的水化物分别是HXO4、H2YO4、H3ZO4,下列判断正确的是( )
A.含氧酸的酸性:HXO4<H2YO4<H3ZO4
B.阴离子还原性按X、Y、Z顺序减弱
C.气态氢化物稳定性按X、Y、Z顺序减弱
D.原子半径按X、Y、Z顺序减小
解析:C [HXO4、H2YO4、H3ZO4、X、Y、Z的最高正价分别为+7、+6、+5,所以X、Y、Z的原子序数依次减小,同周期元素自右向左,酸性:H3ZO4<H2YO4<HXO4,A不正确;阴离子的还原性:X-<Y2-<Z3-,B不正确;气态氢化物的稳定性:ZH3<H2Y<HX,C正确;原子半径:X<Y<Z,D不正确。]
[学以致用]
1.元素的性质反映了元素的原子结构,并决定了其在元素周期表中的位置。下列说法正确的是( )
A.元素周期表中非金属元素都在短周期
B.N、P、As得电子能力减弱,最高价氧化物对应水化物均可表示为H3YO4(Y=N、P、As)
C.元素周期表中过渡元素只包括金属元素
D.X、X、X在元素周期表中的位置、原子核外电子排布相同,但性质不同
解析:C [A.元素周期表中非金属元素不一定都在短周期,如溴元素和碘元素是位于长周期的非金属元素,故A错误;B.氮元素的最高价氧化物对应水化物的分子式为HNO3,故B错误;C.元素周期表中,副族和Ⅷ族统称为过渡元素,都是金属元素,故C正确;D.X、X、X的质子数相同,中子数不同,互为同位素,在元素周期表中的位置、原子核外电子排布和性质相同,故D错误;故选C。]
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:Cu<Fe。
2.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-,非金属性:Cl>I。
[典例示范]
[典例2] 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: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。]
[学以致用]
2.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:C [碱性:A(OH)3<Mg(OH)2,则金属性:Mg>Al。]
1.下列元素的单质中,最易跟氢气反应生成氢化物的是( )
A.硼 B.氮
C.氟 D.碳
解析:C [非金属性:F>N>C>B,则最易与H2反应的为氟。]
2.同一短周期的元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加,下列叙述正确的是( )
A.单质的化学活泼性:W<X<Y<Z
B.原子最外层电子数:W<X<Y<Z
C.单质的氧化能力:W<X<Y<Z
D.元素的最高化合价:W<X<Y<Z
解析:B [本题中元素为同一周期,从左至右最外层电子数依次增加,而单质的活泼性分为金属性与非金属性,若Z为稀有气体则不具有氧化性。最高化合价随原子序数的递增不一定增大(如O无最高正价、F无正价)。 ]
3.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:D [判断元素非金属性强弱的一般依据有: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。单质的熔点和沸点不能作为判断元素的非金属性强弱的依据。]
4.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:D [Zn+Fe2+===Zn2++Fe才能说明金属性:Zn>Fe。]
5.下表为元素周期表示意图的一部分,参照元素①~⑦的位置回答下列问题。
族
周期
ⅠA
0
1
①
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
2
②
③
3
④
⑤
⑥
⑦
(1)⑥的最低负化合价为 ________ ;⑦的最高价含氧酸的化学式为
________________________________________________________________________。
(2)③、④、⑦的简单离子的半径由大到小的顺序为 ________ (用离子符号表示)。
(3)②、④两种元素的原子按1∶1组成的常见化合物与水反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(4)②、⑥的单质中更易与①的单质发生反应的是 ________ (填化学式),原因是
________________________________________________________________________。
(5)④、⑤的最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
解析:(1)⑥是S,最外层有6个电子,最低负化合价为-2价,⑦为Cl,其最高价含氧酸为高氯酸。
(2)离子具有相同的电子层结构,核电荷数大的半径小,元素⑦的简单离子的电子层多,半径最大。
(3)该反应是过氧化钠与水的反应。(4)氧比硫活泼,所以更易与氢发生反应,可从原子结构分析:r(O)<r(S)。(5)Al(OH)3是两性氢氧化物,可溶于强碱。
答案:(1)-2 HClO4 (2)Cl->F->Na+
(3)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑
(4)O2 硫的原子半径大于氧的原子半径,其得电子能力没有氧原子得电子的能力强,硫的非金属性没有氧的强 (5)Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-
1.下列叙述不正确的是( )
A.Na、Mg、Al原子最外层电子数依次增多,其单核离子的氧化性逐渐增强
B.P、S、Cl元素的最高正价依次升高,对应的气态氢化物的稳定性逐渐增强
C.同周期元素的原子半径以ⅦA族的为最大
D.Na、Mg、Al元素最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱
解析:C [A项金属性Na>Mg>Al,则单核离子氧化性为Na+<Mg2+<Al3+,A项正确;B项非金属性P<S<Cl,则其对应气态氢化物稳定性为HCl>H2S>PH3,B项正确;同周期元素原子半径以ⅠA族的为最大,C项错误;D项因金属性Na>Mg>Al,则碱性NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。]
2.同周期的X、Y、Z三种元素,已知其最高价氧化物对应水化物的酸性:H3XO4<H2YO4<HZO4。下列判断正确的是( )
A.非金属性:X>Y>Z
B.气态氢化物的稳定性:X>Y>Z
C.原子半径:X<Y<Z
D.对应阴离子的还原性:X>Y>Z
解析:D [根据元素周期律及题给信息“最高价氧化物对应水化物的酸性:H3XO4<H2YO4<HZO4”,可以将各元素具体化,设X、Y、Z分别对应P、S、Cl,再将各选项内容与P、S、Cl的有关知识对应起来分析,可知非金属性:X<Y<Z,气态氢化物的稳定性:Z>Y>X,原子半径:X>Y>Z。]
3.下列比较金属性相对强弱的方法或依据正确的是( )
A.根据金属失电子的多少来确定,失电子较多的金属性较强
B.用Na来置换MgCl2溶液中的Mg,来验证Na的金属性强于Mg
C.根据Mg不与NaOH溶液反应而Al能与NaOH溶液反应,说明金属性:Al>Mg
D.根据碱性:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,可说明钠、镁、铝金属性依次减弱
解析:D [A项应该根据金属失电子的难易程度来决定,易失电子的金属性较强,不正确;B项中钠首先要跟MgCl2溶液中的水反应,不能置换出Mg,不正确;C项判断依据错误;D正确。]
4.下列各项说法正确且能证明F比O的非金属性强的是( )
A.H2O的稳定性比HF强
B.共用电子对偏向:H-F<H-O
C.H2O的沸点比HF的高
D.OF2中O是+2价,F是-1价
解析:D [A.非金属性越强简单氢化物越稳定,非金属性F>O,则H2O的稳定性应比HF弱,A不符合题意;B.F的非金属性大于O,则F吸引电子能力更强,所以共用电子对偏向:H-F>H-O,B不符合题意;C.虽然H2O的沸点比HF的高,但熔沸点与非金属性强弱无关,C不符合题意;D.OF2中O是+2价,F是-1价,说明F吸引电子能力强于O,即F比O的非金属性强,D符合题意;综上所述答案为D。]
5.已知1~18号元素的离子aW3+、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
B.离子的还原性:Y2->Z-
C.氢化物的稳定性:H2Y>HZ
D.原子半径:X<W
解析:B [四种离子具有相同的电子层结构,则原子序数W>X且同周期,Z>Y且同周期,非金属性Z>Y,故A错误,B正确,C错误;由质子数a>b,则原子半径X>W,D项错误。]
6.X、Y为同周期元素,如果X的原子半径大于Y的原子半径,则下列判断不正确的是( )
A.若X、Y均为金属元素,则X失电子的能力强于Y
B.若X、Y均为金属元素,则X的阳离子氧化性比Y的阳离子氧化性强
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,则最高价含氧酸的酸性Y的强于X的
解析:B [X、Y为同周期元素,且rX>rY,则原子序数X<Y,都为金属时则X元素原子失电子能力强于Y,阳离子的氧化性X<Y,则A正确,B不正确;若为非金属,其得电子能力Y>X,氢化物的稳定性及最高价含氧酸的酸性应为Y>X;故C、D项正确。]
7.(双选)四种短周期元素在元素周期表中的位置如图所示。T的最高价氧化物对应的水化物是酸性最强的无机含氧酸。下列推断正确的是( )
X
Y
Z
T
A.原子半径:X<Y<Z<T
B.气态氢化物的还原性:T<Z
C.X的氢氧化物既能与强酸反应,又能与强碱反应
D.Y和T可以组成多种化合物
解析:BC [由题意可知T为Cl,再根据其他元素在元素周期表中的位置可以推出Z为S、Y为Si、X为Al。四种元素位于同一周期,电子层数相同,核电荷数越大,原子半径越小,则原子半径大小关系为T<Z<Y<X,A项错误;Z、T分别为S、Cl,它们的非金属性强弱顺序为Cl>S,非金属性越强,气态氢化物的还原性越弱,所以气态氢化物的还原性强弱关系为Z>T,B项正确;X为Al,Al(OH)3具有两性,既能与强酸反应,又能与强碱反应,C项正确;Y和T只能组成四氯化硅,D项错误。]
8.对四种元素G、L、M、R进行如下实验:( )
金属
实验
G
L
M
R
和冷水反应
不反应
慢慢反应
未做实验
未做实验
和2 mol·L-1
盐酸反应
溶解并放
出气体
溶解并放
出气体
不反应
不反应
和Rn+的
水溶液反应
溶解并形
成沉淀
未做实验
溶解并形
成沉淀
未做实验
根据表中所给实验结果,判断这四种金属活泼性由强到弱的顺序正确的是( )
A.L、G、R、M
B.G、L、M、R
C.L、G、M、R
D.L、R、G、M
解析:C [G和冷水不反应,L与冷水慢慢反应,可知L的活泼性比G强;G、L与盐酸反应并放出气体,M、R不反应,可知G、L的活泼性比M、R强;G、M与Rn+的水溶液反应,可知G、M的活泼性比R强。由上可知,四种金属活泼性由强到弱的顺序为L、G、M、R。]
9.X、Y均为元素周期表中前20号元素,其简单离子的电子层结构相同,下列说法正确的是( )
A.由mXa+与nYb-得,m+a=n-b
B.X2-的还原性一定大于Y-的还原性
C.X、Y一定不是同周期元素
D.若X的原子半径大于Y的原子半径,则气态氢化物的稳定性:HmX>HnY
解析:B [由mXa+与nYb-电子层结构相同知,m-a=n+b,A错误;X2-与Y-的电子层结构相同,X2-的核电荷数小,所以X2-的还原性一定大于Y-的还原性,B正确;不知X、Y的离子是阴离子还是阳离子,故元素X、Y可能是同周期元素,也可能是相邻周期的元素,C错误;若X的原子半径大于Y的原子半径,则气态氢化物的稳定性:HmX<HnY,D错误。]
10.以SiC、AlN、ZnSe等宽带半导体材料为代表的第三代半导体材料是当前的研究热点。上述物质涉及的6种元素中属于副族元素的种数为( )
A.0 B.1
C.2 D.3
解析:B [由短周期和长周期元素共同构成的族为主族,完全由长周期元素构成的族为副族,六种元素中只有Zn属于副族元素,其余均为主族元素,B项正确。]
11.A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期元素。已知A、B、E三原子最外层共有11个电子,且这三种元素的最高价氧化物对应水化物之间两两皆能反应生成盐和水;C元素的最外层电子数比次外层电子数少4,D元素原子次外层电子数比最外层电子数多3,回答:
(1)写出下列元素符号:
A ________ 、C ________ 、D ________ 。
(2)A、E两元素最高价氧化物对应的水化物相互反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
(3)比较C、D最高价氧化物对应的水化物的酸性
________________________________________________________________________。
解析:A、B、E三元素最高价氧化物对应的水化物为酸或碱,两两皆能反应,必有一种是两性物质Al(OH)3,另两种为强酸、强碱,碱是NaOH,又A、B、E三原子最外层电子数之和为11,且原子序数依次增大,可推出E原子最外层有7个电子,短周期元素中只有Cl符合要求,两两反应的三种物质是NaOH、Al(OH)3、HClO4,C、D原子序数小于17,大于13,推出分别为Si和P,非金属性Si<P,因此酸性H2SiO3<H3PO4
答案:(1)Na Si P
(2)NaOH+HClO4===NaClO4+H2O
(3)H3PO4>H2SiO3
12.已知非金属单质硫(S)是淡黄色固体粉末,难溶于水。为了验证氯元素的非金属性比硫元素的非金属性强,某化学实验小组设计了如下实验。
(1)装置A制取的物质是 ________ ,反应的化学方程式是__________________。
(2)装置B的作用是____________________________________________________;
装置C中的现象是________________________________________________________,
反应的离子方程式是 ______________________ ,由此说明非金属性强弱是____
______________________________。
(3)D中盛装溶液是 ________ ,作用是__________________________________
________________________________________________________________________,
反应的离子方程式是_______________________________________________________。
解析:为证明Cl和S的非金属性强弱,且C中盛有Na2S溶液,则可知A装置制备Cl2。B装置可除去Cl2中的HCl气体。Cl2与Na2S反应生成淡黄色固体S,离子方程式为Cl2+S2-===S↓+2Cl-,说明非金属性Cl>S。Cl2有毒,需要进行尾气吸收,D装置中NaOH溶液可以吸收多余的Cl2。
答案:(1)Cl2 MnO2+4HCl(浓)===MnCl2+Cl2↑+2H2O
(2)除去Cl2中的HCl 有淡黄色沉淀生成Cl2+S2-===2Cl-+S↓ Cl>S
(3)NaOH溶液 吸收多余Cl2,防止空气污染Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
13.A、B、C、D 4种元素的核电荷数依次增大,它们的简单离子的电子层数相同且最外层电子数均为8。A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等,D原子的K、L层电子数之和等于其电子总数的一半。请回答下列问题:
(1)4种元素的符号依次是A ______ ,B ________ ,C ________ ,D ________ 。它们的原子半径由大到小的顺序__________________________________。
(2)试写出4种元素的简单离子的结构示意图。
A ______ ,B ________ ,C ________ ,D ________ 。它们简单离子的半径由大到小的顺序是_____________________________________________________。
(3)它们的最高价氧化物对应的水化物的化学式分别是__________________。
分别比较酸性和碱性的强弱:____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)能够形成气态氢化物的化学式为 ________ ,其稳定性顺序是
________________ ,理由是_____________________________________________。
解析:A原子的L层电子数与K、M层电子数之和相等,所以A的核电荷数为2+8+6=16,故A为S。D原子的K、L层电子数之和等于其电子总数的一半,所以D原子的核电荷数是(2+8)×2=20,D为Ca。根据核电荷数依次增大,它们的简单离子的电子层数相同且最外层电子数均为8,可以判断出B为Cl,C为K。S、Cl分别位于第3周期ⅥA族、ⅦA族,K、Ca位于第4周期ⅠA族、ⅡA族,故r(K)>r(Ca)>r(S)>r(Cl),其简单离子的核外电子排布相同,根据“序小径大”的原则可知r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)。根据元素周期律可比较其最高价氧化物对应的水化物的酸性和碱性的强弱及气态氢化物的稳定性。
答案:(1)S Cl K Ca r(K)>r(Ca)>r(S)>r(Cl)
(2)
r(S2-)>r(Cl-)>r(K+)>r(Ca2+)
(3)H2SO4、HClO4、KOH、Ca(OH)2
酸性:HClO4>H2SO4,碱性:KOH>Ca(OH)2
(4)HCl、H2S HCl>H2S 非金属性:S<Cl
学科网(北京)股份有限公司
$