高中化学 1 - 2 - 2 元素周期表和元素周期律的应用教师用书 新人教版必修2

第2课时 元素周期表和元素周期律的应用

[目标导航] 1.知道元素周期表的简单分区。2.进一步认识元素周期表是元素周期律的具体表现形式。3.了解元素的原子结构、周期表中的位置与元素性质的关系。4.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。

一、元素周期表的分区及元素化合价规律 1．金属元素与非金属元素的分区及性质递变规律

请填写出图中序号所示内容。

①增强 ②减弱 ③增强 ④增强 ⑤Al ⑥Si ⑦金属 ⑧非金属

点拨 (1)周期表的左下方是金属性最强的元素(钫)，右上方是非金属性最强的元素(氟)。碱性最强的是FrOH，酸性最强的含氧酸是HClO4。

(2)由于元素的金属性和非金属性之间没有严格的界线，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。 2．元素的化合价与元素在周期表中的位置之间关系

主族元素的最高正化合价等于原子所能失去或偏移的最外层电子数，而非金属的负化合价则等于使原子达到8电子稳定结构所需得到的电子数。所以，非金属元素的最高正化合价和它的负化合价的绝对值之和等于8。

(1)最高正化合价＝族序数＝原子最外层电子数(O、F除外)。 (2)最高正化合价＋|最低负化合价|＝8。 议一议

判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)根据元素周期律可知金属性最强的是钫，非金属性最强的是氦( ) (2)金属不可能具有非金属性，非金属不可能具有金属性( ) (3)锗元素属于金属元素，但也具有一定的非金属性( ) 答案 (1)× (2)× (3)√

1

二、元素周期表和元素周期律的应用

1．根据同周期、同主族元素性质的递变规律判断元素性质的强弱(或大小)。 2．应用于元素“位置—结构—性质”的相互推断。 3．预测新元素

为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供线索。 4．寻找新物质

(1)在金属与非金属分界线附近寻找半导体材料。 (2)研究氟、氯、硫、磷附近元素，制造新农药。

(3)在过渡元素中寻找催化剂和耐高温、耐腐蚀的合金材料。 议一议

将下面左右两侧对应内容连线

答案

一、元素位置、原子结构、元素性质之间的关系 例1 如图是元素周期表的一部分，

关于元素X、Y、Z的叙述正确的是( )

①X的气态氢化物与Y的最高价氧化物对应的水化物能发生反应生成盐 ②Y、Z的气态氢化物的水溶液的酸性：Y

B．①②③④⑤ D．只有①④

2

解析 根据元素周期表的结构，可知R为He，X为N，Y为S，Z为Br；2NH3＋H2SO4===(NH4)2SO4；氢硫酸的酸性小于氢溴酸；Br2在常温下是液体，能与铁粉反应；Br的原子序数为35，S的原子序数为16；Br处于第四周期，该周期包括18种元素。 答案 A

规律总结 同一元素的“位、构、性”关系

元素的原子结构决定了元素在周期表中的位置和元素的主要性质，元素在周期表中的位置反映了元素的原子结构和元素的主要性质，故三者之间可相互推断。 即：元素的原子结构元素在周期表中的位置元素的主要性质。

(1)结构与位置互推是解题的基础 ①掌握四个关系式。 a．电子层数＝周期数。 b．质子数＝原子序数。

c．主族元素原子最外层电子数＝主族序数。 d．主族元素的最高正价＝族序数， 最低负价＝主族序数－8。

②熟练掌握周期表中的一些特殊规律。

a．各周期元素种类数(分别为2、8、8、18、18、32、26)。

b．稀有气体元素原子序数(分别为2、10、18、36、54、86)和所在周期(分别在一到六周期)。 c．同族上下相邻元素原子序数的关系(相差2、8、18、32等各种情况)。 d．同周期ⅡA族与ⅢA族元素原子序数差值(有1、11、25等情况)。 (2)性质与位置互推是解题的关键

熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律，主要包括： ①原子半径。 ②元素的主要化合价。 ③元素的金属性、非金属性。 ④单质的氧化性、还原性。 ⑤气态氢化物的稳定性。

3

⑥最高价氧化物对应水化物的酸碱性。 ⑦金属从H2O或酸中置换H2的难易程度。 (3)结构和性质的互推是解题的要素

①电子层数和最外层电子数决定元素原子的金属性和非金属性强弱。 ②同主族元素最外层电子数相同，化学性质相似。 ③正确推断原子半径和离子半径的大小及结构特点。 ④判断元素金属性和非金属性强弱。

变式训练1 已知同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4，下列判断正确的是( ) A．原子半径按X、Y、Z的顺序逐渐减小 B．单质的氧化性按X、Y、Z的顺序减弱

C．三种元素阴离子的还原性按X、Y、Z的顺序增强 D．气态氢化物的稳定性按X、Y、Z的顺序减弱 答案 A

解析 同周期X、Y、Z三种元素的最高价氧化物的水化物的酸性由强到弱的顺序是HZO4>H2YO4>H3XO4，知X、Y、Z的原子序数为X

二、元素金属性、非金属性的强弱判断

例2 几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：

元素代号 原子半径/pm 主要化合价 下列叙述正确的是( ) A．X、Y元素的金属性：X

B．一定条件下，Z单质与W的常见单质直接生成ZW2 C．Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水

D．一定条件下，W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来

解析 根据题给数据，X、Y的化合价不同，但原子半径相差较小，可知两者位于同一周期相邻主族，故金属性X>Y，A错误；根据Z、W的原子半径相差不大，化合价不同，且W只有负价，则其可能是O，Z是N，两者的单质直接反应生成NO，B错误；据此判断可知X是Mg，Y是Al；Y的最高价氧化物的水化物是氢氧化铝，其不溶于氨水，C错误；一定条件下，氧气可以和氨气反应生成水和氮气，D正确。 答案 D

4

X 160 ＋2 Y 143 ＋3 Z 75 ＋5、＋3、－3 W 74 －2 规律总结

1．元素金属性强弱的判断规律

本质：原子越易失电子，则金属性就越强。 (1)根据元素周期表进行判断：

同一周期：从左到右，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐减弱。 同一主族：从上到下，随着原子序数的递增，元素的金属性逐渐增强。

(2)在金属活动性顺序中越靠前，金属性越强。如Zn排在Cu的前面，则金属性：Zn>Cu。 (3)根据金属单质与水或者与酸(非氧化性酸如盐酸、稀硫酸等)反应置换出氢气的难易(或反应的剧烈)程度。置换出氢气越容易，则金属性就越强。如Zn与盐酸反应比Fe与盐酸反应更易置换出氢气，则金属性：Zn>Fe。

(4)根据金属元素最高价氧化物对应水化物碱性的强弱。碱性越强，则原金属单质的金属性就越强。如碱性：NaOH>Mg(OH)2，则金属性：Na>Mg。

(5)一般情况下，金属单质的还原性越强，则元素的金属性就越强；对应金属阳离子的氧化性越强，则元素的金属性就越弱。如还原性：Na>Mg，则金属性：Na>Mg，氧化性：NaCu。

特别提醒 (1)一般来说，在氧化还原反应中，单质的氧化性越强(或离子的还原性越弱)，则元素的非金属性就越强；单质的还原性越强(或离子的氧化性越弱)，则元素的金属性就越强。故一般来说，元素的金属性和非金属性的强弱判断方法与单质的氧化性和还原性的强弱判断方法是相一致的。

(2)金属性强弱的比较，是比较原子失去电子的难易，而不是失去电子的多少。如Na易失去1个电子，而Mg易失去2个电子，但Na的金属性更强。 2．元素非金属性强弱的判断规律

本质：原子越易得电子，则非金属性就越强。 (1)根据元素周期表进行判断：

同一周期：从左到右，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐增强。 同一主族：从上到下，随着原子序数的递增，元素的非金属性逐渐减弱。

(2)非金属元素单质与H2化合的难易程度：化合越容易，非金属性越强。如F2与H2在黑暗中就可反应，Br2与H2在加热条件下才能反应，则非金属性：F>Br。

(3)形成气态氢化物的稳定性：气态氢化物越稳定，元素的非金属性越强。如稳定性：HF>HCl，则非金属性：F>Cl。

(4)最高价氧化物对应水化物的酸性强弱：酸性越强，对应非金属元素的非金属性就越强。如酸性：HClO4>HBrO4，则非金属性：Cl>Br。

(5)一般情况下，非金属单质的氧化性越强，则元素的非金属性就越强；对应阴离子的还原性越强，则元素的非金属性就越弱。如氧化性Cl2>Br2，则非金属性：Cl>Br。

5

2＋

2＋

＋

2＋

(6)置换反应：如Cl2＋2Br===2Cl＋Br2，则非金属性：Cl>Br。

(7)根据与同一种金属反应，生成化合物中金属元素的化合价的高低进行判断。例如：Cu＋点燃△

Cl2=====CuCl2,2Cu＋S=====Cu2S，即得非金属性：Cl>S。

变式训练2 X、Y是元素周期表第ⅦA族中的两种元素。下列叙述能说明X的非金属性比Y强的是( )

A．X原子的电子层数比Y原子的电子层数多 B．Y的单质能将X从NaX的溶液中置换出来 C．X的单质比Y的单质更容易与氢气反应

D．同浓度下X的氢化物水溶液比Y的氢化物水溶液的酸性强 答案 C

解析 因X、Y是元素周期表中第ⅦA族的元素，若X原子的电子层数多，则说明X比Y的非金属性弱，A错误；B项事实说明Y比X更活泼，B错误；根据单质与H2化合的难易判断，X2与H2化合更容易，说明氧化性：X2>Y2，则非金属性：X>Y，C正确；非金属元素氢化物水溶液酸性的强弱不能作为元素非金属性强弱的判断依据，D错误。

－－

1.短周期中三种元素a、b、c在周期表中的位置如图，下列有关这三种元素的叙述正确的是( )

A．a是一种活泼的非金属元素

B．c的最高价氧化物的水化物是一种弱酸 C．b的氢化物很稳定

D．b元素的最高化合价为＋7价 答案 C

解析 根据元素周期表可判断出a、b、c分别为He、F、S，对照选项，C正确。 2．下列说法正确的是( )

A．在元素周期表中金属与非金属分界线左边的元素均为金属元素 B．Na、Mg、Al的还原性依次减弱 C．F、Cl、Br的非金属性依次增强 D．NaOH、KOH、Mg(OH)2的碱性依次减弱 答案 B

解析 在元素周期表中金属在分界线左边，但分界线左边的并不都是金属元素，如氢元素，A错；Na、Mg、Al位于同一周期，根据元素周期律，其还原性依次减弱，B正确；F、Cl、Br位于同一主族，根据元素周期律，其非金属性依次减弱，C错；K的金属性强于Na，KOH碱性强于NaOH，D错。

6

3．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上，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 答案 B

解析 依据同主族元素性质递变规律可知：气态氢化物稳定性：CH4>SiH4>GeH4，而已知硅烷(SiH4)不稳定，故GeH4稳定性很弱；最高价氧化物的水化物的酸性：H2CO3>H4SiO4>H4GeO4，H4SiO4难溶于水，故H4GeO4为难溶于水的弱酸。因为锗处于元素周期表中金属区与非金属区的交界线上，所以锗单质应具有半导体的性能。

4．下列不能说明氯元素的非金属性比硫元素强的事实是( ) 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 A．②⑤ B．①② C．①②④ D．①③⑤ 答案 A

解析 判断元素的非金属性强弱是根据元素的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱(即最高价含氧酸)，而不是氧化性强弱，故②错，③对；最外层电子数多的非金属性不一定强，如最外层电子数I>O，但非金属性I

族 周期 2 3 Ⅰ ③ ⅡA ④ ⅢA ⑤ ⅣA ⑥ ⅤA ① ⅥA ⑦ ⅦA ② ⑧ 0 ⑨ (1)写出④的元素符号________________。 (2)在这些元素中，最活泼的金属元素与水反应的离子方程式：____________________。 (3)在这些元素中，最高价氧化物的水化物酸性最强的是____________(填相应化学式，下同)，碱性最强的是________________。

(4)这些元素中(除⑨外)，原子半径最小的是________________(填元素符号，下同)，原子半径最大的是________________。

(5)②的单质与③的最高价氧化物的水化物的溶液反应，其产物之一是OX2，(O、X分别表示氧和②的元素符号，即OX2代表该化学式)，该反应的离子方程式为(方程式中用具体元素符号表示)________________________________________________________________________

7

________________________________________________________________________。 (6)⑦的低价氧化物通入足量Ba(NO3)2溶液中的离子方程式：_____________________。 答案 (1)Mg

(2)2Na＋2H2O===2Na＋2OH＋H2↑ (3)HClO4 NaOH (4)F Na

(5)2F2＋2OH===OF2＋2F＋H2O

(6)3SO2＋2NO3＋3Ba＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO↑＋4H

解析 (1)由元素在周期表中位置，可知①为N、②为F、③为Na、④为Mg、⑤为Al、⑥为Si、⑦为S、⑧为Cl、⑨为Ar。(2)最活泼的金属为Na，与水反应生成NaOH与H2。 (3)最高价氧化物的水化物酸性最强的是HClO4，Na的金属性最强，故碱性最强的是NaOH。(4)同周期自左而右原子半径逐渐减小，同主族自上而下原子半径逐渐增大，故F原子半径最小，Na原子半径最大。(5)F2与NaOH反应生成OF2，由电荷守恒可知生成NaF，同时生成水，离子方程式为2F2＋2OH===OF2＋2F＋H2O。(6)二氧化硫通入足量硝酸钡溶液中，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成BaSO4沉淀与NO，反应的离子方程式为3SO2＋2NO3＋3Ba＋2H2O===3BaSO4↓＋2NO↑＋4H。

＋

－

2＋

－

－

－

2＋

＋

－

－

＋

－

[基础过关]

题组1 元素性质的推断

1．元素在周期表中的位置，反映了元素的原子结构和元素的性质。下列说法正确的是( ) A．同一元素不可能既表现金属性，又表现非金属性 B．第三周期元素的最高正化合价等于它所处的主族序数 C．短周期元素形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构 D．同一主族元素的原子，最外层电子数相同，化学性质完全相同 答案 B

解析 第三周期的Al元素，既有金属性，又有非金属性，A错误；H最外层无电子，Li最外层有2个电子，因此并非所有的短周期元素原子形成离子后，最外层都达到8电子稳定结构，C错；同主族元素的原子，化学性质有相似性，但并不完全相同。

2．镓是1871年俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。镓的原子序数为31，属ⅢA族。镓的熔点为29.78 ℃，沸点高达2 403 ℃。镓有过冷现象(即冷至熔点下不凝固)，它可过冷到－120 ℃。由此判断下列有关镓的性质及其用途的叙述不正确的是( )

A．镓是制造高温温度计的上佳材料

＋

＋

8

B．镓能溶于强酸和强碱中

C．镓与锌、锡、铟等金属制成的合金，可用在自动救火的水龙头中

D．近年来镓成为电子工业的新宠，其主要用途是制造半导体材料，被誉为“半导体家族的新成员”，这是利用了镓的导电性介于导体和绝缘体之间的性质 答案 D

解析 镓的熔点为29.78 ℃，沸点高达2 403 ℃；镓有过冷现象(即冷至熔点下不凝固)，它可过冷到－120 ℃，因此A、C两项正确。铝能溶于强酸和强碱中，铝是电的良导体而不是半导体，镓是“类铝”元素，所以镓能溶于强酸和强碱中，镓是电的良导体而不是半导体，即B正确，D不正确。

3．核电荷数大于10的某短周期元素，其原子最外电子层所含有的电子数是次外层所含有的电子数的一半，有关该元素的单质或化合物的描述不正确的是( ) A．该元素在第三周期第ⅣA族

B．该元素的单质在常温下性质稳定，不易与水反应 C．该元素的氧化物不与酸反应，可与强碱的水溶液反应 D．该元素在地壳中的含量大，居所有元素的第二位 答案 C

解析 核电荷数大于10的某短周期元素只能是第三周期元素，又因为原子最外电子层所含有的电子数是次外层所含有的电子数的一半，故该元素是硅。硅元素位于周期表中第三周期第ⅣA族，在常温下性质稳定，不易与水反应，该元素在地壳中的含量大，居所有元素的第二位，其氧化物二氧化硅能与氟化氢反应，能与强碱氢氧化钠溶液反应，A、B、D正确，C错误。 4．近年来，我国在超导体材料研究方面居于世界领先地位，铊(Tl)是超导体的组成成分之一，铊位于第六周期第ⅢA族。下列对铊的可能性质的推导正确的是( ) ①是易导电的银白色金属 ②Tl(OH)3是两性氢氧化物 ③Tl氧化能力比Al强 ④单质能与稀硝酸反应生成硝酸盐 A．①④ B．②③ C．只有① D．只有④ 答案 A

解析 根据元素在周期表中的位置和元素性质递变规律解题，Tl位于第六周期第ⅢA族，以Al为参照对象，同主族元素，随原子序数增大，元素原子失电子能力逐渐增强，金属离子的氧化性逐渐减弱，最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强，可判断出①④正确。 5．X、Y、Z均为短周期元素，X、Y处于同一周期，X、Z的最低价离子分别为X和Z，Y和Z具有相同的电子层结构。下列说法正确的是( ) A．原子最外层电子数：X>Y>Z B．单质沸点：X>Y>Z C．离子半径：X>Y>Z

9

2－

＋

－

－

2－

－

＋

3＋

3＋

D．原子序数：X>Y>Z 答案 D

解析 短周期元素X、Z形成的最低价离子为X、Z，Y和Z具有相同的电子层结构，则X、Y、Z三种元素分别处于第ⅥA、ⅠA、ⅦA族。又知X和Y处于同一周期，Y和Z具有相同的电子层结构，从而推知X、Y、Z分别为S、Na和F。原子最外层电子数：F>S>Na，A错误；Na单质为金属，S、F2为非金属单质，S为固体，F2为气体，显然沸点：Na>S>F2，B错误；具有相同电子层结构的离子，元素的原子序数越大，原子半径越小，Na、F具有相同的电子层结构，则离子半径：F>Na，S多一个电子层，所以S半径最大，C错误；三种元素的原子序数关系为S>Na>F，D正确。

题组2 由元素在周期表的位置推断元素性质

6.X、Y、Z、W均为短周期元素，它们在周期表中的相对位置如右图所示。若Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，下列说法中正确的是( ) A．原子半径：W＞Z＞Y＞X

B．最高价氧化物对应水化物的酸性W比Z弱 C．Y的气态氢化物的稳定性较Z的弱 D．四种元素的单质中，Z的熔、沸点最高 答案 D

解析 Y原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，则Y为O，故X为N，Z为S，W为Cl，A错误；HClO4酸性比H2SO4酸性强，B错误；H2O比H2S稳定，C错误；S为固体，其他为气体，D正确。

7．某同学设计如下元素周期表，以下说法正确的是( )

－

＋

2－

2－

＋

－

＋

－

2－

－

＋

－

A．X、Y、Z元素分别为N、P、O

B．白格中都是主族元素，灰格中都是副族元素 C．原子半径：Z＞X＞Y

D．X、Y、Z的气态氢化物中最稳定的是Y的氢化物 答案 A

解析 从元素周期表中找出规律，左侧第二周期原子序数应是3、5、6、7，右侧第二周期原子序数应为4、8、9、10，左侧第三周期原子序数应为11、13、14、15，右侧第三周期原子序数应为12、16、17、18，故X、Y、Z三种元素分别是N、P、O，A正确；白格中的He、Ne、Ar都是稀有气体，0族的，不属于主族元素，B错误；原子半径大小：P＞N＞O，C错误；非金属性越强，其氢化物越稳定，非金属性：O＞N＞P，最稳定的是O的氢化物，D错误。

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