2018高中化學 專題1 微觀結構與物質的多樣 第一單元 原子核外電子排布與元素周期律 第2課時 元素周期律 蘇教版必修2.doc

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第2課時　元素周期律 知識條目 必考要求 加試要求 元素周期律(核外電子排布、原子半徑、元素主要化合價、元素的金屬性和非金屬性的周期性變化) b b 能力要求 1.通過分析1～18號元素原子核外電子排布、原子半徑、主要化合價的變化，總結出它們的遞變規(guī)律，并由此認識元素周期律。2.初步認識元素性質的周期性變化是元素原子核外電子排布周期性變化的必然結果。 一、原子結構及變化規(guī)律 1．以11～18號元素為例填寫下表： 元素 鈉 鎂 鋁 硅 磷 硫 氯 氬 元素符號 Na Mg Al Si P S Cl Ar 原子序數 11 12 13 14 15 16 17 18 族序數 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 最外層電子數 1 2 3 4 5 6 7 8 主要化合價 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4、－4 ＋5、－3 ＋6、－2 ＋7、－1 0 最高正價 ＋1 ＋2 ＋3 ＋4 ＋5 ＋6 ＋7 0 原子半徑(nm) 0.186 0.160 0.143 0.117 0.110 0.102 0.099 2.觀察分析上表，思考討論同一周期元素，隨著原子序數的遞增，元素原子核外電子排布的變化規(guī)律是最外層電子數呈現由1到8的周期性變化；元素化合價的變化規(guī)律是最高正價呈現由＋1到＋7，負價呈現由－4到－1的周期性變化；元素的原子半徑呈現由大到小的周期性變化。  1．已知下列原子的半徑： 原子 N S O Si 半徑r/10－10 m 0.75 1.02 0.74 1.17 根據以上數據，P原子的半徑可能是(　　) A．1.1010－10 m B．0.8010－10 m C．1.2010－10 m D．0.7010－10 m 答案　A 解析　根據元素周期律可知，磷原子的半徑應在Si和S原子之間，故答案為選項A。 2．下列各組元素性質或原子結構遞變情況錯誤的是(　　) A．Li、Be、B原子最外層電子數依次增多 B．P、S、Cl元素最高正化合價依次升高 C．N、O、F原子半徑依次增大 D．Na、K、Rb的電子層數依次增多 答案　C 解析　N、O、F同為第2周期元素，隨著原子序數的增加，原子半徑依次減小。 二、元素周期律 1．鈉、鎂、鋁金屬性強弱的比較 (1)按表中實驗操作要求完成實驗，并填寫下表 實驗操作 實驗現象 實驗結論 熔成小球，浮于水面，四處游動，有“嘶嘶”的響聲，反應后溶液加酚酞變紅 鈉與冷水反應劇烈，反應的化學方程式為2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ 加熱前，鎂條表面附著了少量無色氣泡，加熱至沸騰后，有較多的無色氣泡冒出，滴加酚酞溶液變?yōu)榉奂t色 鎂與冷水幾乎不反應，能與熱水反應，反應的化學方程式為Mg＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑ 兩支試管內都有無色氣泡冒出，但放鎂條的試管中逸出氣體的速率較快 鎂、鋁都能置換出酸中的氫，但鎂更容易，反應的化學方程式為Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (2)由上述實驗可知 ①鈉、鎂、鋁置換出水(或酸)中的氫時，由易到難的順序為Na>Mg>Al； ②鈉、鎂、鋁的最高價氧化物對應的水化物的堿性由強到弱的順序為NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3； ③鈉、鎂、鋁的金屬性由強到弱的順序為Na>Mg>Al。 2．硅、磷、硫、氯非金屬性強弱比較 元素 Si P S Cl 最高價氧化物的化學式 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 最高價氧化物對應水化物的化學式及酸性 H2SiO3弱酸 H3PO4中強酸 H2SO4強酸 HClO4酸性比H2SO4強 單質與H2反應的條件 高溫 磷蒸氣與H2能反應 加熱 光照或點燃時發(fā)生爆炸而化合 氫化物的穩(wěn)定性 不穩(wěn)定 受熱分解 受熱分解 穩(wěn)定 ①硅、磷、硫、氯單質與氫氣化合時條件由易到難的順序為Cl>S>P>Si； ②硅、磷、硫、氯最高價氧化物對應水化物的酸性由強到弱的順序為HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3； ③硅、磷、硫、氯元素非金屬性由強到弱的順序為Cl>S>P>Si。 3．結論：核外電子層數相同，隨著原子序數(核電荷數)的遞增，原子核對核外電子的引力逐漸增強，原子半徑逐漸減小，元素原子的得電子能力逐漸增強，失電子能力逐漸減弱，最終導致元素的非金屬性逐漸增強，金屬性逐漸減弱。 1.元素金屬性強弱的判斷 (1)比較元素的金屬性強弱，其實質是看元素原子失去電子的難易程度，越容易失去電子，金屬性越強。 (2)金屬單質和水或非氧化性酸反應置換出氫越容易，金屬性越強；最高價氧化物對應水化物的堿性越強，金屬性越強。 2．元素非金屬性強弱的判斷 (1)比較元素的非金屬性強弱，其實質是看元素原子得到電子的難易程度，越容易得到電子，非金屬性越強。 (2)單質越容易與氫氣化合，生成的氫化物越穩(wěn)定，非金屬性越強；最高價氧化物對應水化物的酸性越強，說明其非金屬性越強。 3．元素周期律 (1)元素周期律是指元素的性質隨著原子序數的遞增而呈現周期性的變化。 (2)元素的性質包括：原子半徑、主要化合價、金屬性、非金屬性等。 (3)元素周期律實質是核外電子排布發(fā)生周期性變化的必然結果。 3．回答下列問題： (1)原子序數為11～17的元素中： ①原子半徑最小的元素是________(填元素符號)； ②金屬性最強的元素是________(填元素符號)； ③最高價氧化物對應水化物酸性最強的酸是________(用化學式回答，下同)； ④最不穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物是________； ⑤最高價氧化物對應水化物堿性最強的堿是________。 (2)用“>”或“<”回答下列問題： ①酸性：H2CO3____H4SiO4，H4SiO4____H3PO4； ②堿性：Ca(OH)2____Mg(OH)2____Al(OH)3； ③氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性：H2O____H2S，H2S____HCl。 從以上答案中可以歸納出： a．元素的非金屬性越強，其最高價氧化物對應水化物的酸性越________； b．元素的金屬性越強，其最高價氧化物對應水化物的堿性越________； c．元素的非金屬性越強，其對應氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性越________。 答案　(1)①Cl?、贜a?、跦ClO4?、躍iH4?、軳aOH (2)①>　　③>　<　a．強　b．強　c．強 解析　(1)電子層數相同，核電荷數越大，原子半徑越小，非金屬性越強；核電荷數越小，金屬性越強。①原子半徑最小的是Cl；②金屬性最強的應為Na；③非金屬性最強的元素，其最高價氧化物對應水化物的酸性最強，氯的非金屬性最強，其對應的酸是HClO4；④非金屬性最弱的非金屬元素Si的氣態(tài)氫化物最不穩(wěn)定；⑤金屬性最強的Na對應的NaOH的堿性最強。(2)根據單質及其化合物的性質遞變判斷元素的金屬性和非金屬性變化規(guī)律。 4．已知X、Y、Z是三種原子序數相連的元素，最高價氧化物對應水化物的酸性相對強弱的順序是HXO4＞H2YO4＞H3ZO4，則下列判斷正確的是(　　) A．氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：HX＞H2Y＞ZH3 B．非金屬活潑性：Y＜X＜Z C．原子半徑：X＞Y＞Z D．原子最外層電子數：XY>Z，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性順序為HX＞H2Y＞ZH3。 1．元素性質隨原子序數的遞增呈周期性變化的本質是(　　) A．元素的相對原子質量逐漸增大，量變引起質變 B．原子的電子層數增多 C．原子核外電子排布呈周期性變化 D．原子半徑呈周期性變化 答案　C 解析　考查元素周期律的本質，明確結構決定性質的規(guī)律。 2．下列說法中正確的是(　　) A．元素性質的周期性變化是指原子半徑、元素的主要化合價及原子核外電子排布的周期性變化 B．元素的最高正化合價與元素原子核外電子排布有關 C．從Li―→F、Na―→Cl，元素的最高化合價均呈現從＋1 價―→＋7價的變化 D．電子層數相同的原子核外電子排布，其最外層電子數均從1到8呈現周期性變化 答案　B 解析　元素性質不包括核外電子排布，A錯誤；O無最高正價，F無正價，C錯誤；H、He的最外層電子數從1到2，D錯誤。 3．短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖所示，其中Z所處的族序數是周期數的2倍。下列判斷不正確的是(　　) A．最高正化合價：X＜Y＜Z B．原子半徑：X＜Y＜Z C．氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：Z＜W D．最高價氧化物對應水化物的酸性：X＜Z 答案　B 解析　本題考查原子結構、元素周期律。結合元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置可知，X、W處于第2周期，Y、Z處于第3周期；Z所處的族序數是周期數的2倍，則Z位于第ⅥA族，為S，根據相對位置可知Y為P、X為C、W為F。X、Y、Z最高正化合價分別為＋4、＋5、＋6，則最高正化合價：X＜Y＜Z，故A正確；原子半徑：X＜Z＜Y，故B錯誤；元素非金屬性越強，其氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定，非金屬性：S＜F，則氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：Z＜W，故C正確；X、Z分別為C、S，最高價氧化物對應水化物的酸性：X＜Z，故D正確。 4．前18號元素中，具有相同電子層結構的三種離子An＋、Bn－、C，下列分析正確的是(　　) A．原子序數關系是C>B>A B．粒子半徑關系是Bn－C>B，粒子半徑An＋B。 5．根據元素周期表1～20號元素的性質和遞變規(guī)律，回答下列問題： (1)屬于金屬元素的有__________種，金屬性最強的元素與氧氣反應生成的化合物________(填兩種化合物的化學式)。 (2)最高正化合價最高的元素是____________(填元素符號)，其最高正化合價為________。 (3)單質既能與HCl反應，又能與NaOH反應的是______(填元素符號)，其最高價氧化物對應水化物具有__________(填“酸性”“堿性”或“兩性”)。 (4)第3周期中，原子半徑最大的是(稀有氣體元素除外)________(填元素符號)。 (5)推測Si、N最簡單氫化物的穩(wěn)定性______大于__________________________________ (填化學式)。 答案　(1)7　K2O、K2O2(KO2也可以)　(2)Cl　＋7價 (3)Al　兩性　(4)Na　(5)NH3　SiH4 解析　前20號元素中，(1)屬于金屬元素的共有7種，其中金屬性最強的元素是K，K與氧氣反應生成的化合物有K2O、K2O2、KO2。(2)最高正化合價最高的元素是Cl，其最高正化合價為＋7價。(3)既能與HCl反應又能與NaOH反應的單質是鋁，其最高價氧化物對應的水化物是Al(OH)3，具有兩性。(4)同一周期，從左到右，原子半徑逐漸減小(稀有氣體元素除外)，故第3周期中，原子半徑最大的是Na。(5)非金屬性：N>P>Si，故NH3的穩(wěn)定性大于SiH4的穩(wěn)定性。 [基礎過關] 題組一　元素周期律的內容和實質 1．元素的以下性質，隨著原子序數遞增不呈現周期性變化的是(　　) A．化合價 B．原子半徑 C．元素的金屬性和非金屬性 D．相對原子質量 答案　D 解析　由元素周期律的內容知，元素的化合價、原子半徑及金屬性和非金屬性都隨著原子序數的遞增呈周期性變化，而相對原子質量隨原子序數的遞增呈現增大的變化趨勢，絕不會出現周期性的變化。 2．下列關于元素周期律的敘述正確的是(　　) A．隨著元素原子序數的遞增，原子最外層電子數總是從1到8重復出現 B．元素的性質隨著原子序數的遞增而呈周期性變化 C．隨著元素原子序數的遞增，元素的最高化合價從＋1到＋7，最低化合價從－7到－1重復出現 D．元素性質的周期性變化是指原子核外電子排布的周期性變化、原子半徑的周期性變化及元素主要化合價的周期性變化 答案　B 解析　A項錯誤，K層為最外層時，原子最外層電子數只能從1到2，而不是從1到8；B項正確，是元素周期律的內容；C項，最低化合價一般是從－4到－1，而不是從－7到－1；D項，核外電子排布的周期性變化是元素性質周期性變化的根本原因，而不是其內容。 題組二　元素的化合價與核外電子排布的關系 3．下列各組元素中，按最高正化合價遞增順序排列的是(　　) ①C、N、F?、贜a、Mg、Al?、跢、Cl、Br?、躊、S、Cl A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ 答案　B 解析　元素原子的最外層電子數等于其最高正化合價數，但要注意氟元素無正價。 4．元素X、Y可組成化學式為XY3的化合物，則X、Y的原子序數不可能是(　　) A．3和9 B．7和1 C．13和17 D．15和17 答案　A 解析　A項中兩元素分別為Li、F，只能形成化合物LiF；B項中兩元素分別為N、H，可形成NH3分子；C項中兩元素分別為Al、Cl，能形成化合物AlCl3；D項中兩元素分別為P、Cl，可形成PCl3和PCl5兩種化合物。 5．某元素R的原子序數小于18，該元素的原子得到1個電子后形成具有稀有氣體元素原子的電子層結構的離子，該元素可形成含氧酸HRO3，下列說法中正確的是(　　) ①R元素的最高正價是＋5價?、赗元素還可形成其他含氧酸?、跼元素原子的最外層電子數為7?、躌元素的原子序數為7 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　B 解析　根據題意，R元素的原子獲得1個電子后變成具有稀有氣體元素原子的電子層結構的離子，且原子序數小于18，表明R可能為F或者Cl，最外層電子數為7，最高正價為＋7價(此時R為Cl)。又由于R元素可形成含氧酸HRO3，可見R元素只能是Cl，HRO3為HClO3，還可形成HClO4、HClO等含氧酸。 6．前20號元素中，A元素的最高正價和最低負價的絕對值之差為6，B元素和A元素的原子次外層都有8個電子，BA2在水溶液中電離出電子層結構相同的離子，則BA2是(　　) A．MgF2 B．CaCl2 C．K2S D．Na2O 答案　B 解析　A元素最高正價和最低負價絕對值之差為6，則A元素最外層有7個電子，且次外層有8個電子，故A為Cl。BA2在水溶液中電離出電子層結構相同的離子，則BA2只能是CaCl2。 題組三　微粒半徑大小比較 7．如果將前18號元素按原子序數遞增的順序排列，可形成如圖所示的“蝸牛”形狀。圖中每個“”代表一種元素，其中①代表氫元素。下列說法不正確的是(　　) A．①～⑦所代表的元素中，共有2種金屬元素，5種非金屬元素 B．③④⑤代表的元素所形成的化合物中，某些化合物可使酸性高錳酸鉀溶液褪色 C．①～⑦所代表的元素中，元素④所形成的簡單離子半徑最大 D．氣態(tài)氫化物的沸點及穩(wěn)定性：元素④＞元素⑦ 答案　A 解析　由圖可知，①～⑦所代表的元素分別是H、Be、C、O、Na、Al、Si，有三種金屬元素，A錯誤；③④⑤代表的元素可以形成Na2C2O4(草酸鈉)，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，B正確；這些元素形成的簡單離子中，O2－半徑最大，C正確；元素非金屬性：O＞Si，所以氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性：H2O＞SiH4，由于水分子間存在氫鍵，所以沸點：H2O＞SiH4，D正確。 8．下列各組微粒半徑大小的比較中，不正確的是(　　) A．r(K)>r(Na)>r(Li) B．r(Mg2＋)>r(Na＋)>r(F－) C．r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋) D．r(Br－)>r(Cl－)>r(Cl) 答案　B 題組四　元素金屬性與非金屬性強弱的判斷標準 9．下列比較金屬性相對強弱的方法或依據正確的是(　　) A．根據金屬失去電子的多少來判斷，失去電子較多的金屬性較強 B．用鈉置換MgCl2溶液中的Mg2＋，來驗證鈉的金屬性強于Mg C．Mg不與NaOH溶液反應而Al能與NaOH溶液反應，可說明金屬性：Al>Mg D．堿性：NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3，可說明鈉、鎂、鋁金屬性依次減弱 答案　D 解析　應根據金屬失去電子的難易來判斷金屬性強弱，金屬越容易失去電子，金屬性越強，A項不正確；鈉與MgCl2溶液中的水反應生成氫氧化鈉，不能置換出鎂，B項不正確；不能根據金屬與堿溶液的反應來判斷金屬性的強弱，C項不正確；可以根據最高價氧化物對應水化物的堿性強弱比較金屬性的強弱，D項正確。 10．下列不能說明氯元素的非金屬性比硫元素強的事實是(　　) ①HCl比H2S穩(wěn)定 ②HClO氧化性比H2SO4強 ③HClO4酸性比H2SO4強 ④Cl2能與H2S反應生成S ⑤Cl原子最外層有7個電子，S原子最外層有6個電子 ⑥Cl2與Fe反應生成FeCl3，S與Fe反應生成FeS A．②⑤ B．①② C．①②④ D．①③⑤ 答案　A 解析　含氧酸的氧化性不能作為判斷元素非金屬性強弱的依據；最外層電子數越多，元素的非金屬性不一定越強，如非金屬性：O＞Cl，但最外層電子數：O＜Cl。 [能力提升] 11．(1)研究表明26Al可以衰變?yōu)?6Mg，可以比較這兩種元素金屬性強弱的方法是________。 a．比較這兩種元素的單質的硬度和熔點 b．Mg(OH)2屬于中強堿，Al(OH)3屬于兩性氫氧化物 c．將打磨過的鎂帶和鋁片分別和熱水作用，并滴入酚酞溶液 d．將空氣中放置已久的這兩種元素的單質分別和熱水作用 (2)某同學認為鋁有一定的非金屬性，下列化學反應中，你認為能支持該同學觀點的是____________。 a．鋁片與鹽酸反應放出氫氣 b．氫氧化鋁溶于強堿溶液 c．氫氧化鋁溶于強酸溶液 d．鋁熱反應 答案　(1)bc　(2)b 解析　(1)a項不可以，單質熔、沸點與元素的金屬性強弱無關；b項可以，Mg(OH)2比Al(OH)3堿性強，進而說明26Mg比26Al金屬性強；c項可以，有鎂帶的熱水中滴入酚酞溶液變?yōu)榧t色，有鋁片的熱水中滴入酚酞溶液不變色，說明鎂與熱水反應生成了Mg(OH)2，鋁與熱水反應不明顯，證明26Mg比26Al金屬性強；d項不可以，在空氣中放置已久的鎂和鋁，都在表面形成致密的保護膜，使得鎂和鋁不能與熱水接觸發(fā)生化學反應，則該實驗操作不可用作比較鎂和鋁的金屬性強弱。 (2)a項說明鋁是較活潑的金屬，但不能說明鋁具有一定的非金屬性；b項能說明氫氧化鋁具有一定的酸性，即鋁具有一定的非金屬性；c項說明氫氧化鋁具有一定的堿性，鋁具有金屬性；d項說明鋁的金屬性較強，不能說明鋁具有一定的非金屬性。 12．X、Y、Z、W為1～18號中的四種元素，其最高正價依次為＋1、＋4、＋5、＋7，核電荷數按照Y、Z、X、W的順序增大。已知Y與Z的原子次外層的電子數均為2，W、X的原子次外層的電子數均為8。 (1)寫出元素的名稱： X________，Z________。 (2)畫出原子結構示意圖： Y________，W________。 (3)寫出X的最高價氧化物與Z的最高價氧化物對應水化物反應的化學方程式：________________________________________________________________________。 (4)按堿性減弱、酸性增強的順序寫出各元素最高價氧化物對應水化物的化學式：________、________、________、________。 答案　(1)鈉　氮　(2) (3)Na2O＋2HNO3===2NaNO3＋H2O (4)NaOH　H2CO3　HNO3　HClO4 解析　由Y、Z原子的次外層均有2個電子，結合最高正價知Y為碳元素，Z為氮元素；又知W、X原子次外層均有8個電子，結合最高正價知W為氯元素，X為鈉元素。 13．A、B、C、D四種元素的核電荷數依次增多，它們的離子的電子層數相同且最外層電子數均為8。A原子的L層電子數與K、M層電子數之和相等；D原子的K、L層電子數之和等于電子總數的一半?；卮鹨韵聠栴}： (1)四種元素的符號依次是A________；B________； C________；D________。它們的原子半徑由大到小的順序是________________。 (2)分別寫出A、B、C、D四種元素最高價氧化物對應水化物的化學式：________________________________，分別比較酸性或堿性的強弱：____________________。 (3)分別寫出A、B元素的氣態(tài)氫化物的分子式：__________________，比較其穩(wěn)定性：________________。 答案　(1)S　Cl　K　Ca　r(K)>r(Ca)>r(S)>r(Cl) (2)H2SO4、HClO4、KOH、Ca(OH)2　酸性：HClO4>H2SO4，堿性：KOH>Ca(OH)2 (3)H2S、HCl　HCl>H2S 解析　因A原子的L層電子數與K、M層電子數之和相等，所以A的核電荷數為28＝16，A為硫元素；D原子的K、L層電子數之和等于電子總數的一半，則D原子的核電荷數是(2＋8)2＝20，為鈣元素。根據核電荷數依次增大并都能形成離子，排除氬元素，B為氯元素，C為鉀元素。 14．某化學興趣小組為探究元素性質的遞變規(guī)律，設計了如下系列實驗。 Ⅰ.(1)將鈉、鉀、鎂、鋁各1 mol分別投入到足量的0.1 molL－1的鹽酸中，試預測實驗結果：________________________________________________________________________ 與鹽酸反應最劇烈，________________與鹽酸反應最慢。 (2)將NaOH溶液與NH4Cl溶液混合生成NH3H2O，從而驗證NaOH的堿性大于NH3H2O，繼而可以驗證Na的金屬性大于N，你認為此設計是否合理？并說明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.利用下圖裝置可以驗證非金屬性的變化規(guī)律。 (3)儀器A的名稱為____________，干燥管D的作用是______________。 (4)實驗室中現有藥品Na2S、KMnO4、濃鹽酸、MnO2，請選擇合適藥品設計實驗驗證氯的非金屬性大于硫：裝置A、B、C中所裝藥品分別為________、________、________，裝置C中的實驗現象為有淡黃色沉淀生成，離子方程式為 ________________________________________________________________________。 (5)若要證明非金屬性：C>Si，則A中加________、B中加Na2CO3、C中加________，觀察到C中溶液的現象為_________________________________________。 答案　(1)鉀　鋁　(2)不合理，用堿性強弱比較金屬性強弱時，一定要用元素最高價氧化物對應水化物的堿性強弱比較，NH3H2O不是N元素最高價氧化物對應的水化物　(3)分液漏斗　防止倒吸　(4)濃鹽酸　KMnO4　Na2S　S2－＋Cl2===S↓＋2Cl－　(5)稀硫酸　Na2SiO3　有白色膠狀沉淀產生 解析　(4)由題中所給藥品可知，可用Na2S與氯氣發(fā)生置換反應判斷非金屬性強弱，因為無加熱裝置，所以只能選擇KMnO4與濃鹽酸反應制取氯氣。(5)由B中藥品Na2CO3可知，用最高價氧化物對應水化物的酸性強弱來判斷非金屬性強弱，所以A中加入硫酸，B、C裝置中加入相應的鹽。