2020人教版化学必修2 第1章 第2节 第3课时 元素周期表和元素周期律的应用

第三课时 元素周期表和元素周期律的应用

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[课标要求]

1．了解元素周期表中金属元素、非金属元素的分区。

2．体会元素周期表和元素周期律在科学研究和工农业生产中的指导意义。

1．对于主族元素

(1)周期序数＝电子层数

(2)主族序数＝最外层电子数＝最高正价＝8－|最低负价|(其中，F无正价，O无最高正价)。

2．金属与非金属分界线处的元素

(1)Al Ge Sb Po； B Si As Te At

(2)在金属和非金属分界线附近的元素既有金属性，又有非金属性。

3．金属与非金属分界处半导体材料

过渡元素催化剂、合金材料

周期表右上角制取农药的元素

元素周期表和元素周期律的应用)

1．金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律

位于周期表中金属和非金属元素分界线两侧的元素(如Al、Si等)既能表现金属性，又能表现非金属性。

2．元素化合价与其在周期表中位置的关系

3．元素周期表和元素周期律的应用

(1)科学预测：为新元素的发现和预测它们的原子结构和性质提供线索。

(2)指导其他与化学相关的科学技术研究

①在金属与非金属分界线附近的元素中寻找半导体材料。

②在周期表中的非金属区域探索研制农药的材料。

③在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。

[特别提醒]

元素既具有金属性，又具有非金属性，不能称为元素具有两性，两性指的是酸、碱两性，而不是指金属性和非金属性。

1．结合元素周期律分析，在现有元素中金属性和非金属性最强的分别是什么元素？

提示：由元素周期律可知，同一周期从左到右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；同一主族自上而下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。所以金属性最强的元素位于元素周期表的左下角，非金属性最强的元素位于元素周期表的右上角，即金属性最强的应该为钫元素，但由于钫是放射性元素，在自然界中不能稳定存在，所以一般认为铯的金属性最强，氟的非金属性最强。

2．从第ⅢA族的硼到第ⅦA族的砹连成一条斜线，即为金属元素和非金属元素的分界线，分界线附近元素的性质有何特点？这些元素可制取什么材料？

提示：分界线附近的元素既有一定的金属性，又有一定的非金属性，这些元素可以制取半导体材料。

3．短周期元素R的氢化物的化学式为H2R，则该元素最高价氧化物对应水化物的化学式是什么？

提示：该元素最高价氧化物对应水化物的化学式为H2RO4。

(1)元素周期表的左下方元素的金属性最强，右上方元素的(稀有气体元素除外)非金属性最强。

(2)由于元素的金属性和非金属性没有严格的界限，因此，位于分界线附近的元素，既能表现出一定的金属性，又能表现出一定的非金属性。

(3)元素的最高正价和最低负价的绝对值之差与族序数的关系。

最高正价－|最低负价| 6 4 2 0

主族族序数 ⅦA ⅥA ⅤA ⅣA

(4)推断元素的性质

①与同周期前、后元素相比较，依据同周期元素性质的递变规律推测元素的性质。

②与同主族上、下元素相比较，依据同主族元素性质的递变规律推测元素的性质。

③比较不同周期，不同主族元素性质时，可借助“三角”规律进行推断。

若A、B、C三种元素位于元素周期表中如图所示位置，有关元素的各种性质均可排出顺序(但D不能参与排列)。如原子半径：C>A>B；金属性：C>A>B；非金属性：B>A>C。

1．科学家预测原子序数为114的元素，具有相当稳定的同位素，它的位置在第七周期ⅣA族，称为类铅。关于它的性质，预测错误的是( )

A．它的最外层电子数为4

B．它的最高价氧化物的水化物是强酸

C．它具有＋2、＋4价

D．它的金属性比铅强

解析：选B 由题意知，该元素位于ⅣA族铅元素下面，金属性比铅强，D正确，B不正确；因处于ⅣA族，其原子最外层有4个电子，A正确；由ⅣA族元素常见化合物(如CO、CO2、PbO2、PbSO4)可知C正确。

2．元素周期表在指导科学研究和生产实践方面具有十分重要的意义，请将下表中A、B两栏描述的内容对应起来。

A B A

B

①制半导体的元素 (a)F、Cl、Br、N、S“三角地带” ①

②制催化剂的元素 (b)金属与非金属元素分界线附近 ②

③制冷剂的元素 (c)相对原子质量较小的元素 ③

④地壳中含量较多的元素 (d)过渡元素 ④

答案：(b) (d) (a) (c)

“位、构、性”关系及应用

1．“位、构、性”三者关系的解读

(1)原子结构――→决定元素在周期表中的位置

结构最外层电子数＝主族序数电子层数＝周期序数位置

(2)原子结构――→决定元素的化学性质

结构最外层电子数越少，电子层数越多，越易失电子，还原性越强最外层电子数越多，电子层数越少，越易得电子，氧化性越强性质

(3)位置――→体现或推测原子结构和元素性质

2．主族元素在周期表中的特殊位置

(1)族序数等于周期数的元素：H、Be、Al；

(2)族序数等于周期数2倍的元素：C、S；

(3)族序数等于周期数3倍的元素：O；

(4)周期数是族序数2倍的短周期元素：Li；

(5)周期数是族序数3倍的短周期元素：Na；

(6)最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：C、Si；

(7)最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素：S；

(8)除H外，原子半径最小的元素：F；

(9)最高价不等于族序数的元素：O、F。

3．元素“位、构、性”规律中的特例

(1)绝大多数原子的原子核是由质子和中子构成的，只有氕(11H)无中子。

(2)元素周期表中的周期一般是从金属元素开始，但第一周期例外，是从氢元素开始。

(3)所有元素中，碳元素形成的化合物种类最多。

(4)非金属单质一般不导电，但石墨是导体，晶体硅是半导体。

(5)氟无正价，氧无最高正价；在Na2O2中氧显－1价；在NaH中氢显－1价。

1．四种短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X的简单离子具有相同电子层结构，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，W与Y同族，Z与X形成的离子化合物的水溶液呈中性。下列说法正确的是( )

A．简单离子半径：W＜X＜Z

B．W与X形成的化合物溶于水后溶液呈碱性

C．气态氢化物的热稳定性：W＜Y

D．最高价氧化物的水化物的酸性：Y＞Z

解析：选B 四种短周期主族元素的原子序数依次增大，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，则X为Na元素；Z与X(Na)形成的离子化合物的水溶液呈中性，则Z为Cl元素；因W与X的简单离子电子层结构相同，且W与Y同族，则W可能为N(或O)元素、Y可能为P(或S)元素。A项，Na＋与N3－(或

O2－)电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，电子层数越多离子半径越大，故离子半径：Na＋＜N3－(或O2－)＜Cl－。B项，W与X形成的化合物Na2O、Na2O2(或Na3N)溶于水后的溶液均为NaOH溶液(或NaOH和NH3的混合溶液)，呈碱性。C项，元素的非金属性越强，其气态氢化物的热稳定性越强，故热稳定性：W＞Y。D项，最高价氧化物对应的水化物中HClO4是最强的无机酸。

2．W、X、Y、Z四种短周期元素在元素周期表中的相对位置如图所示，W的气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成离子化合物，由此可知( )

W X

Y Z

A．X、Y、Z中最简单氢化物稳定性最弱的是Y

B．Z元素氧化物对应水化物的酸性一定强于Y

C．X元素形成的单核阴离子还原性大于Y

D．Z元素单质在化学反应中只表现氧化性

解析：选A 由题意可知，W是N，X是O，Y是S，Z是Cl。H2S的稳定性小于H2O的，也小于HCl的，A正确；HClO的酸性比H2SO4的弱，B错误；S2－的还原性强于O2－的，C错误；Cl2和H2O反应时，Cl2既是氧化剂，又是还原剂，D错误。

[三级训练·节节过关]

1．下列说法中不正确的是( )

A．19世纪中叶，门捷列夫的突出贡献是发现元素周期律

B．在金属和非金属元素交界处最容易找到半导体材料

C．在过渡元素中容易找到各种优良的催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料

D．根据硼在元素周期表中的位置，推测硼的最高价含氧酸的化学式可能是HBO3

解析：选D A项，19世纪中叶，门捷列夫的突出贡献是发现元素周期律，正确；B项，在金属和非金属元素交界处的元素具有金属性、非金属性，因此最容易找到半导体材料，正确；C项，过渡元素中的元素都是金属元素，从中可以找到各种优良的催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料，正确；D项，硼与铝同主族，铝的最高价氧化物对应的水化物为Al(OH)3或H3AlO3，则硼的最高价含氧酸的化学式可能是H3BO3，错误。

2．根据元素所在元素周期表的位置，判断下列元素都能作为半导体材料的是( )

A．Si、K B．C、Si

C．Si、Ge D．As、Se

解析：选C 在元素周期表中，在金属与非金属的分界处可以找到半导体材料，如Si、Ge可用作半导体材料。

3．某元素的最高正价与负价的代数和为4，则该元素可能为( )

A．C B．P

C．O D．S

解析：选D 元素的最高正价与负价的绝对值相加等于8，再由题意最高正价与负价的代数和等于4，所以该元素的最高正价为＋6，即最外层有6个电子，但O无最高正价，故只选D。

4．锗(Ge)是第四周期第ⅣA族元素，处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线处，下列叙述正确的是( )

A．锗是一种金属性很强的元素

B．锗的单质具有半导体的性能

C．锗化氢(GeH4)稳定性很强

D．锗酸(H4GeO4)是难溶于水的强酸

解析：选B 依据同主族元素性质的递变规律，气态氢化物的稳定性为CH4>SiH4>GeH4，酸性H2CO3>H4GeO4；锗处于金属、非金属分界线处，故具有半导体的性能。

5．利用元素周期表，我们可以认识更多元素的性质。

(1)根据元素周期表来比较Mg和Cs的金属性，要通过另一种元素作中介或桥梁进行比较，这种元素是______(填元素符号)。

(2)元素周期表位于对角线的两种元素其性质相似称之为对角线规则。根据元素周期表对角线规则，金属Be单质及其化合物的性质与铝单质及其化合物的性质相似。

①已知2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，写出Be与NaOH溶液反应的离子方程式：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②鉴别Be(OH)2和Mg(OH)2可选用的试剂为_______________________________。

(3)元素周期表中某一元素具有如下性质：

①该元素单质常被用作半导体材料。

②其单质与稀盐酸不反应，与氢氧化钠溶液反应可以放出氢气。

③其最高价氧化物既可以溶于浓盐酸，也可以溶于氢氧化钠溶液。

④其最高价氧化物对应的水化物既可以和酸反应，也可以和碱反应。在与盐酸反应时，1 mol这种最高价氧化物对应的水化物最多消耗4 mol·L－1的盐酸1 L。