第二讲 元素周期表和元素周期律的应用

1 第二讲 元素周期表和元素周期律的应用

一、元素周期表中同周期、同主族元素原子结构和元素性质的递变规律

周期表中位置 同周期(左→右) 同主族(上→下)

原

子

结

构 核电荷数 依次增大 逐渐增大

电子层数 相同 依次增多

最外层电子数 依次增多 相同

原子半径 依次减小(稀有气体除外) 依次增大

性

质 主要化合价 最高正价由＋1→＋7

负价由－4→－1 最高正价、负价相同

最高正价＝主族序数

元素的金属性

和非金属性 金属性逐渐减弱

非金属性逐渐增强 金属性逐渐增强

非金属性逐渐减弱

最高价氧化

物对应水化物

的酸、碱性 碱性减弱

酸性增强 碱性增强

酸性减弱

气态氢化物

的稳定性 逐渐增强 逐渐减弱

原子得失

电子能力 失电子：大→小

得电子：小→大 得电子：大→小

失电子：小→大

[特别提醒]

以上变化规律中，不包括稀有气体元素。

二、元素周期表中“位”、“构”、“性”三者的辩证关系

三、1～20号元素中某些元素的特性

1．与水反应最剧烈的非金属单质是F2，即非金属性最强的元素是F元素；所形成的气态氢化物最稳定的是HF。

2．与水反应最剧烈的金属单质是K；原子半径最大的主族元素是K元素。

3．自然界中硬度最大的单质是含C元素的金刚石；最高正价与最低负价的代数和为零，且气态氢化物中含氢的百分含量最高的元素是C元素。

4．常温下有颜色的气体单质是F2 、Cl2。

5．原子半径最小，它的阳离子就是质子的元素为H元素；同位素之一的原子核中只有质子而没有中子的是H元素。

6．最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是Cl元素。

7．密度最小的金属单质是Li。

8．最高价氧化物及其水化物具有两性的元素是Al元素；地壳中含量最高的金属元素是Al元素。

9．地壳中含量最高的元素是O元素，次者是Si元素。

例1 如图为元素周期表中短周期的一部分，其中b元素原子的最外层

电子数为电子层数的两倍，则下列叙述中正确的是( )

A．b的元素符号为C

B．a元素的最高正化合价为＋6 2 C．c元素的最高正化合价为＋5

D．b元素的气态氢化物的化学式为H2S

跟踪练习1 元素M的最高正价和负价的绝对值之差为6，M、N的离子具有相同的电子排布，则M、N所形成的化合物可能是( )

A．MgF2 B．MgCl2 C．CaCl2 D．CaBr2

例2 超重元素“稳定岛”的假设预言：自然界中可能存在着原子序数为114号的元素的稳定同位素208X。请根据原子结构理论和元素周期律预测：

(1)它在周期表的哪一周期哪一族？是金属还是非金属？

(2)写出它的最高价氧化物、氢氧化物(或含氧酸)的化学式。

跟踪练习2 下列有关性质的递变性的叙述中正确的是( )

A．O、S、Na的原子半径依次减小

B．LiOH、NaOH、KOH的碱性依次增强

C．HF、NH3、SiH4的热稳定性依次增强

D．Mg、Al、Na的还原性依次增强

例3 制冷剂是一种易压缩、易液化的气体，液化后在冷冻机管内循环，蒸发时吸收热量，使环境温度降低，达到制冷的目的。历史上，人们曾采用过乙醚、氨、氯甲烷等作制冷剂，但它们不是有毒，就是易燃，效果并不理想。于是，不断有科学家根据元素及其化合物的递变规律来开发新的制冷剂。请沿着科学家的探索轨迹回答下列问题：

(1)科学家们首先研究了某些化合物的易燃性和毒性的变化趋势。(以下填写化学式)

①氢化物的可燃性。第二周期：______>______> H2O>HF；第三周期：______>______>______>______。

②化合物的毒性。ⅤA族：PH3＞NH3；ⅥA族：H2S______H2O(填“＞”或“＜”，下同)，CS2______CO2；ⅦA族：CCl4＞CF4。

(2)尽管这种制冷剂因会破坏大气中的臭氧层造成环境污染而逐渐被其他制冷剂所取代，但求助于元素周期表中元素及其化合物的__________(填选项编号)变化趋势来开发制冷剂的科学思维方法还是值得借鉴的。

①毒性 ②沸点 ③易燃性 ④水溶性 ⑤颜色

跟踪练习3 在元素周期表中，主族元素自ⅢA族的硼到ⅦA族的砹连一条斜线，即为金属和非金属的分界线，从分界线附近可以找到( )

A．耐高温材料 B．新型农药材料

C．半导体材料 D．新型催化剂材料

1．下列说法中正确的是( )

A．元素周期表中的主族都有非金属元素

B．元素周期表中的主族都有金属元素

C．元素周期表中的非金属元素都位于短周期

D．除稀有气体元素外，元素周期表中的非金属元素都属于主族元素

2．甲、乙、丙、丁和X五种元素在周期表中的位置关系如右图所示，

其中X为金属元素，则甲、乙、丙、丁中一定为金属元素的是( )

A．甲 B．乙 C．丙 D．丁

3．下列各组气态氢化物中，按稳定性递增的顺序排列的一组是( )

A．SiH4、PH3、HCl、HF

B．NH3、HF、PH3、HCl

C．SiH4、PH3、H2O、H2S

D．CH4、NH3、PH3、HCl

4．下列有关原子半径的说法中正确的是( )

A．元素周期表中原子半径最小的是F

B．同周期元素中ⅠA族元素原子半径最小

C．同主族中原子半径越大越易失去电子

D．核外电子数越多的原子半径总是越大

5．下列叙述中正确的是( ) 3 A．周期表中0族元素的单质常温常压下均为气体

B．周期表中含元素种类最多的族为Ⅷ族

C．所有主族元素均在短周期中

D．第n周期n主族的元素均为非金属元素

6．下列比较中正确的是( )

A．离子的还原性：S2－>Cl－>Br－>I－

B．氧化性：F2>Cl2>S

C．酸性：H2SO4>HClO4>H3PO4

D．非金属性：F>Cl>S>O

7．在短周期元素中属于金属的共有( )

A．4种 B．5种 C．6种 D．7种

8．下列各组元素性质递变的情况中，错误．．的是( )

A．Li、Be、B的原子最外层电子数依次增多

B．P、S、Cl元素的最高正化合价依次升高

C．N、O、F的原子半径依次增大

D．Na、K、Rb的金属性依次增强

9．aXn－和 bYm＋为两种主族元素的离子， 它们的电子层结构相同， 下列判断中正确的是( )

A．原子序数：X>Y B．a＋n＝b－m

C．Y一定是非金属元素 D．X一定是金属元素

10．用“＞”或“＜”回答下列问题：

(1)酸性：H2CO3______H2SiO3，H2SiO3______H3PO4。

(2)碱性：Ca(OH)2________Mg(OH)2，Mg(OH)2______Al(OH)3。

(3)气态氢化物的稳定性：H2O________H2S，H2S______HCl。

(4)还原性：H2O________H2S，H2S________HCl。

(5)酸性：HClO4______HClO。

由以上答案可以归纳出：

①元素的非金属性越强，其最高价氧化物的水化物的酸性越________。

②元素的金属性越强，其最高价氧化物的水化物的碱性越________。

③元素的非金属性越强，其对应的气态氢化物的稳定性越________。

④非金属性越强的元素形成的气态氢化物的还原性越________。

⑤同种非金属元素形成的含氧酸，其成酸元素的价态越高，该含氧酸的酸性也越________。

11．A、B、C、D四种元素的原子序数均小于18，其最高正价依次为1、4、5、7。已知：B的原子核外次外层电子数为2；C、A的原子核外次外层电子数均为8；D元素的最高价氧化物的水化物在同一周期元素中酸性最强。则：

(1)A、B、C、D分别是：

A_______，B_______，C_______，D________。

(2)D的离子结构示意图为________。

(3)C的最高价氧化物与A的氢氧化物反应可生成______种酸式盐，其化学式分别为____________________________。

12．已知A、B、C、D四种短周期主族元素，其相关信息如下：

①在元素周期表中的相对位置如下：

A

B C D

②B元素原子的最外层电子数为其核外电子总数的27，D的单质在空气中燃烧时，生成对环境有严重污染的气体。

请回答下列问题：

(1)D的元素符号为________，B的原子结构示意图为____________________。 4 (2)C的最高价氧化物对应水化物的化学式为________________________。

(3)下列说法中正确的是________(填字母)。

a．A的最高价氧化物对应的水化物在常温下可以和铜反应

b．B的最高价氧化物对应水化物钠盐的水溶液俗称水玻璃

c．常温下，D的最高价氧化物对应水化物的浓溶液可用铁制容器盛放

d．C的离子半径小于D的离子半径

(4)探究法是学习化学的重要方法之一。在下表中列出了对H2DO3各种不同化学性质的推测，根据示例完成下列表格：

编号 性质推测 化学方程式

示例 氧化性 H2DO3＋2H2D===3D↓＋3H2O

① 酸性

② H2DO3＋Br2＋H2O===H2DO4＋2HBr

13．已知X、Y均为1～18号之间的元素，X、Y可形成化合物X2Y和X2Y2，则这两种元素的原子序数之和可能为( )

A．9 B．10 C．18 D．20

14．某非金属元素X的最高化合价为＋m，其最高价氧化物的水化物的分子中有b个氧原子，则该元素最高价氧化物的水化物的分子式为( )

A．Hm＋2bXOb B．Hm－2bXOb

C．Hb＋mXOb D．H2b－mXOb

15．已知某主族元素X的原子核内质子数和中子数之比为 1∶1，在含此金属阳离子的溶液中，此金属阳离子的浓度为 0.8 mol·L－1，10 mL 此溶液恰好能将20 mL 0.4 mol·L－1

Na2CO3溶液中的CO32－全部沉淀，且10 mL 此溶液含此金属阳离子0.32 g。根据计算推断，X是什么元素及其在元素周期表中的位置。

16．下图是中学教材中元素周期表的一部分，试回答下列问题：

(1)请在图中将第Ⅷ族所在位置涂上阴影。

(2)依据元素周期律，在上图所列的短周期元素中，原子半径最大的是________(填元素符号)，最高价氧化物对应水化物的酸性最强的是__________(填化学式，下同)，气态氢化物最稳定的是________。

(3)氢元素的常见化合价为＋1价，实际上氢元素还可以表现为－1价，从正、负化合价的数值特点分析，第二周期有一种元素与之相似，该元素是________(填元素符号)。

(4)已知Ba的原子序数为a，则Tl的原子序数为__________(用a的代数式表示)。