学年高中化学 121 原子核外电子的排布元素周期律教师用书新人教版必修2Word格式.docx
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2.元素性质的周期性变化
(1)元素主要化合价的周期性变化
随着原子序数的递增,元素的最高正化合价呈现+1→+7,最低负化合价呈现-4→-1的周期性变化。
点拨 元素化合价的“三个二”
(1)二“特殊”
F无正价,O无最高正价。
(2)二“只有”
金属只有正价,只有非金属才有负价。
(3)二“等式”(主族元素)
最高正价=最外层电子数,
|最低负价数值|+|最高正价数值|=8。
(2)元素金属性、非金属性的周期性变化
①Na、Mg、Al与水(或酸)反应的比较
Na
Mg
Al
规律(同周期从左到右)
单质与水(或酸)反应
与冷水剧烈反应,产生氢气
与冷水几乎不反应,与沸水反应缓慢,放出氢气;
与酸反应剧烈,放出氢气
与酸反应较快,放出氢气
从水或酸中置换H2能力逐渐减弱
最高价氧化物对应的水化物碱性强弱
NaOH 强碱
Mg(OH)2 中强碱
Al(OH)3
两性氢氧化物
最高价氧化物对应的水化物碱性逐渐减弱
②Si、P、S、Cl四种元素性质的比较
Si
P
S
Cl
单质与氢气反应的条件
高温
磷蒸气与氢气能反应
加热
光照或点燃时发生爆炸而化合
与H2化合能力逐渐增强
形成的气态氢化物的热稳定性
SiH4很不稳定
PH3不稳定
H2S受热分解
HCl稳定
氢化物稳定性逐渐增强
最高价氧化物对应的水化物(含氧酸)酸性强弱
H2SiO3弱酸
H3PO4中强酸
H2SO4强酸
HClO4强酸(比H2SO4酸性强)
最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐增强
结论:
随着原子序数的递增,元素的金属性、非金属性呈现周期性的变化。
3.元素周期律
内容:
元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性变化的规律。
实质:
元素周期律是核外电子排布发生周期性变化的必然结果。
点拨
(1)元素的性质包括:
原子半径、元素的主要化合价、金属性、非金属性等。
(2)物质的性质:
物理性质:
颜色、状态、气味、挥发性、溶解性、密度、硬度、熔沸点、导电性、延展性等。
化学性质:
氧化性、还原性、稳定性、酸性、碱性等。
在第三周期元素中,除稀有气体元素外:
(1)原子半径最小的元素是________(填元素符号)。
(2)金属性最强的元素是________(填元素符号)。
(3)最高价氧化物对应水化物酸性最强的是________(用化学式回答,下同)。
(4)最不稳定的气态氢化物是________。
(5)最高价氧化物对应水化物碱性最强的是________。
(6)氧化物中具有两性的是________。
答案
(1)Cl
(2)Na (3)HClO4 (4)SiH4
(5)NaOH (6)Al2O3
解析
(1)第三周期元素从左到右原子半径逐渐减小,原子半径最小的是Cl。
(2)金属性最强的元素在最左边,应为Na。
(3)非金属性最强的元素,其最高价氧化物对应水化物的酸性最强,氯的非金属性最强,其对应的酸是HClO4。
(4)非金属性最弱的元素Si的气态氢化物最不稳定。
(5)金属性最强的Na对应的NaOH的碱性最强。
(6)铝的氧化物Al2O3具有两性。
一、原子核外电子排布规律的应用
例1
已知A、B、C三种元素的原子中,质子数为A<
B<
C,且都小于18,A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;
B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半;
C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个。
试推断:
(1)三种元素的名称和符号:
A________,B________,C________。
(2)画出三种元素的原子结构示意图:
解析 由A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,可知A是碳元素;
B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半,可知B为硅元素;
C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个,可知C应为氯元素。
答案
(1)碳C 硅Si 氯Cl
(2)
归纳总结
1.确定元素的种类
根据原子核外电子排布的某些特点可以确定元素的种类,注意1~20号元素原子结构的特殊关系。
特殊关系
元素
最外层电子数等于次外层电子数的一半
Li、Si
最外层电子数等于次外层电子数
Be、Ar
最外层电子数等于次外层电子数的2倍
C
最外层电子数等于次外层电子数的3倍
O
最外层电子数等于次外层电子数的4倍
Ne
最外层电子数等于电子层数
H、Be、Al
最外层有1个电子
H、Li、Na、K
最外层有2个电子
He、Be、Mg、Ca
内层电子数之和是最外层电子数2倍的元素
Li、P
电子总数为最外层电子数2倍的元素
Be
2.推断元素的性质
最外层
电子数
得失电
子能力
化学性质
主要
化合价
稀有气体元素
8(He为2)
一般不易
得失电子
较稳定,一般不参与化学反应
金属元素
<4
易失电子
金属性
只有正价,一般是+1→+3
非金属元素
≥4
易得电子
非金属性
既有正价
又有负价
特别提醒
(1)通常把最外层有8个电子(K层为最外层时电子数是2个)的结构,称为相对稳定结构。
稀有气体的原子就是上述结构,一般不与其他物质发生化学反应。
当元素的原子最外层电子数小于8(K层小于2)时是不稳定结构。
在化学反应中,不稳定结构总是通过各种方式(如得失电子、共用电子等)趋向达到相对稳定结构。
(2)过渡元素原子最外层电子数不超过2个,若原子最外层有n个电子:
①n=1,位于第ⅠA族或过渡元素区。
②n=2,位于第ⅡA族、0族或过渡元素区。
③n≥3时,则一定位于第n主族(n=8时,位于0族)。
变式训练1 短周期元素中,A元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍;
B元素原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍;
C元素原子M层电子数等于其L层电子数的一半;
D元素原子最外层有1个电子,D的阳离子与B的阴离子电子层结构相同,则4种元素原子序数关系中正确的是( )
A.C>D>B>AB.D>B>A>C
C.A>D>C>BD.B>A>C>D
答案 A
解析 A元素原子的次外层电子数只能是2,最外层电子数是4,A的原子序数为6;
B元素的内层电子总数只能是2,最外层电子数为6,B的原子序数为8;
C元素原子有3个电子层,L层必有8个电子,M层有4个电子,C的原子序数为14;
D的阳离子与B的阴离子(即O2-)电子层结构相同,D为Na,原子序数为11;
故原子序数:
C>D>B>A。
例2
已知X、Y、Z是三种原子序数相连的元素,最高价氧化物对应水化物酸性相对强弱的顺序是HXO4>H2YO4>H3ZO4,则下列判断正确的是( )
A.气态氢化物的稳定性:
HX>H2Y>ZH3
B.非金属活泼性:
Y<X<Z
C.原子半径:
X>Y>Z
D.原子最外层电子数:
X<
Y<
Z
解析 本题的关键是“最高价氧化物对应水化物的酸性相对强弱”这一信息,由此可推知X、Y、Z为非金属元素,原子序数相连意味着它们属同周期元素,故活泼性:
X>Y>Z,原子半径:
X<Y<Z,原子最外层电子数:
X>
Y>
Z,气态氢化物的稳定性顺序为HX>H2Y>ZH3。
1.元素周期表中元素(主族元素)及其单质和化合物性质的变化规律
项目
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原
子
结
构
核电荷数
逐渐增大
电子层数
相同
增多
最外层电子数
原子半径
逐渐减小
元素的化合价
最高正价:
+1→+7
负价数=族序数-8
最高正价(O、F除外)、负价数相同,最高正价=族序数
减弱
增强
2.元素的金属性、非金属性强弱判断规律
(1)金属性强弱的判断依据
①元素的单质与水或酸置换出氢气的反应越容易进行,则其金属性越强。
②元素的最高价氧化物的水化物的碱性越强,则其金属性越强。
③金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A能置换出B,则A的金属性强于B。
④在金属活动性顺序表中,前面的金属性强于后面的金属性。
⑤金属阳离子的氧化性越强,则其单质的还原性越弱,元素的金属性越弱(注:
Fe的阳离子仅指Fe2+)。
(2)非金属性强弱的判断依据
①非金属元素的单质与氢气化合生成气态氢化物的反应越容易进行,则其非金属性越强。
②非金属元素气态氢化物的稳定性越强,则元素的非金属性越强。
③元素的最高价氧化物的水化物的酸性越强,则其非金属性越强。
④非金属元素的单质与盐在水溶液中进行置换反应,若A能置换出B,并且A体现出氧化性,则A的非金属性强于B。
⑤非金属阴离子的还原性越强,则其单质的氧化性越弱,元素的非金属性越弱。
变式训练2 X、Y两元素是同周期的非金属主族元素,如果X原子半径比Y的大,下面说法正确的是( )
A.最高价氧化物对应水化物的酸性,X的比Y的强
B.X的非金属性比Y的强
C.X的阴离子比Y的阴离子还原性强
D.X的气态氢化物比Y的稳定
答案 C
解析 X原子半径比Y的大,说明X在Y的左边,原子序数X比Y小,X的非金属性比Y的弱,因此最高价氧化物对应水化物的酸性X比Y的弱,X的阴离子比Y的阴离子还原性强,X的气态氢化物不如Y的稳定。
三、微粒半径大小的比较——“四同”规律
例3
下列微粒半径大小的比较中,正确的是( )
A.Na+<Mg2+<Al3+<O2-
B.S2->Cl->Na+>Al3+
C.Na<Mg<Al<S
D.Cs<Rb<K<Na
解析 四种离子核外电子数相同,随着核电荷数的增多,离子半径依次减小,即微粒半径:
Al3+<Mg2+<Na+<O2-,A项错;
因S2-、Cl-比Na+、Al3+多一个电子层,则S2-、Cl-半径比Na+、Al3+大,再根据“序小径大”的规则,则微粒半径:
S2->Cl->Na+>Al3+,B项正确;
Na、Mg、Al、S的原子半径依次减小,C项错;
Na、K、Rb、Cs最外层电子数相同,电子层数依次增多,半径依次增大,D项错。
答案 B
规律总结
粒子半径大小的比较——“四同”规律
(1)同周期——“序大径小”
①规律:
同周期,从左往右,原子半径逐渐减小。
②举例:
第三周期中:
r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。
(2)同主族——“序大径大”
同主族,从上到下,原子(或离子)半径逐渐增大。
碱金属:
r(Li)<r(Na)<r(K)<r(Rb)<r(Cs),r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+)。
(3)同元素
①同种元素的原子和离子半径比较——“阴大阳小”。
某原子与其离子半径比较,其阴离子半径大于该原子半径,阳离子半径小于该原子半径。
r(Na+)<r(Na);
r(Cl-)>r(Cl)。
②同种元素不同价态的阳离子半径比较规律——“数大径小”。
带电荷数越多,粒子半径越小。
r(Fe3+)<r(Fe2+)<r(Fe)。
(4)同结构——“序大径小”
电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小。
r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
特别提醒 所带电荷、电子层均不同的离子可选一种离子参照比较。
例:
比较r(Mg2+)与r(K+)可选r(Na+)为参照,可知r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)。
变式训练3 已知下列原子的半径:
原子
N
半径r/10-10m
0.75
1.02
0.74
1.17
根据以上数据,P原子的半径可能是( )
A.1.10×
10-10mB.0.80×
10-10m
C.1.20×
10-10mD.0.70×
解析 根据元素周期律可知,磷原子的半径应在Si和S原子之间,故答案为选项A。
1.下图微粒的结构示意图,正确的是( )
解析 B中微粒结构示意图是Cl-而不是Cl,C中Ar的原子结构示意图应为
,D中K的原子结构示意图应为
2.下列比较中正确的是( )
A.原子半径:
Na>
B.碱性:
NaOH>
KOH
C.结合H+的能力:
CO
<
D.还原性:
I-<
Br-
解析 同周期从左到右原子半径依次减小,则原子半径为Na>
Mg,A正确;
金属元素的金属性越强,对应最高价氧化物水化物的碱性越强,金属性:
K>
Na,则碱性:
KOH>
NaOH,B错误;
酸性越强,对应酸的酸根离子结合氢离子的能力越弱,酸性:
H2CO3<
HCl,则结合H+的能力:
>
Cl-,C错误;
元素的非金属性越强,对应的阴离子的还原性越弱,非金属性:
Br>
I,则还原性:
I->
Br-,D错误。
3.下列有关原子结构、元素性质的说法正确的是( )
A.Si、P、S、Cl元素的单质与氢气化合越来越容易
B.元素原子最外层电子数越多,元素金属性越强
C.元素周期表共有18列,第3列是第ⅠB族,第17列是第ⅦA族
D.F-、O2-、Mg2+、Na+离子半径逐渐减小
解析 Si、P、S、Cl为同周期元素非金属性依次增强,单质与氢气化合越来越容易,A正确;
元素原子最外层电子数越多,失去电子能力越弱,金属性越弱,B错误;
元素周期表共有18列,第3列是第ⅢB族,第17列是第ⅦA族,C错误;
F-、O2-、Mg2+、Na+离子具有相同的电子数,离子半径O2-、F-、Na+、Mg2+逐渐减小,D错误。
4.已知33As、35Br位于同一周期。
下列关系正确的是( )
As>Cl>P
B.热稳定性:
HCl>AsH3>HBr
C.还原性:
As3->S2->Cl-
D.酸性:
H3AsO4>H2SO4>H3PO4
解析 同一周期原子半径从左到右依次减小,A选项中P的原子半径大于Cl,A错;
非金属性越强,其气态氢化物越稳定,其最高价氧化物对应的水化物酸性越强,故B选项中热稳定性:
HCl>
HBr>
AsH3,D选项中酸性:
H2SO4>
H3PO4>
H3AsO4,B、D均错;
S和Cl处于同一周期,故还原性:
S2->
Cl-,而As和Se处于同一周期,还原性:
As3->
Se2-,而S和Se又处于同一主族,还原性:
Se2->
S2-,故C正确。
5.原子序数为11~17号的元素,随核电荷数的递增,以下各项内容的变化是[填“增大(强)”、“减小(弱)”或“相同(不变)”]
(1)各元素的原子半径依次________,其原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
(2)各元素原子的电子层数________,最外层电子数依次________。
(3)元素的金属性逐渐________,而非金属性逐渐________,元素失电子能力逐渐________,得电子能力逐渐________。
答案
(1)减小 电子层数相同时,随核电荷数增大,原子核对最外层电子的引力增大,因此原子半径减小
(2)相同 增大 (3)减弱 增强 减弱 增强
解析 原子序数为11~17号的元素,在元素周期表中位于第三周期,根据同周期元素的原子结构和性质的变化,可解答本题。
[基础过关]
题组1 原子核外电子的排布
1.下列有关主族元素的说法中肯定错误的是( )
A.某原子K层上只有一个电子
B.某原子M层上电子数为L层上电子数的4倍
C.某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍
D.某离子的核电荷数与最外层电子数相等
解析 K、L、M电子层上最多容纳的电子数分别为2、8、18;
K层上可排1个电子,也可排2个电子,A有可能;
当M层上排有电子时,L层上一定排满8个电子,而M层上最多只能排18个电子,又18<
8×
4,B一定是错误的;
K层上最多只能排2个电子,2×
4=8,即M层和L层都为8个电子的离子结构示意图为
,K+、Ca2+等均有可能;
最外层电子数可为2或8,核电荷数与最外层电子数相等,可有两种情况,一种是均为2,但这种情况只能是原子,另一种是均为8,核电荷数为8的元素为氧,氧离子的最外层电子数也为8,D有可能。
2.根据下图微粒结构示意图的共同特征,可以把三种微粒
、
归为一类,下列微粒中也可以归为这一类的是( )
A.
B.
C.
D.
题组2 元素周期律及其应用
3.短周期的两种元素A和B,它们的离子A-和B2+具有相同的电子层结构,下列说法中正确的是( )
A.原子序数A>
BB.电子总数A->
B2+
C.离子半径A->
B2+D.原子半径A>
B
4.下图是部分短周期元素原子半径与原子序数的关系图。
则下列说法正确的是( )
A.Z、N两种元素的离子半径相比,前者较大
B.X、N两种元素的气态氢化物的沸点相比,前者较低
C.由X与M两种元素组成的化合物不能与任何酸反应,但能与强碱反应
D.Z的氧化物能分别溶解于Y的氢氧化物和N的氢化物的水溶液
答案 D
解析 根据原子半径的递变规律,X为O,Y为Na,Z为Al,M为Si,N为Cl。
离子半径:
Cl->
Al3+,A错误;
沸点:
H2O>
HCl,B错误;
SiO2既能与HF反应,也能与NaOH溶液反应,C错误;
Al2O3是两性氧化物,既可以和NaOH溶液反应,又能与盐酸反应,D正确。
5.运用元素周期律分析下面的推断,其中推断错误的是( )
A.氢氧化铍[Be(OH)2]的碱性比氢氧化镁弱
B.砹(At)为有色固体,HAt不稳定
C.硫酸锶(SrSO4)是难溶于水的白色固体
D.硒化氢(H2Se)是无色、有毒,比H2S稳定的气体
解析 Be和Mg同主族,金属性不如镁的强,故Be(OH)2的碱性比Mg(OH)2弱,A正确;
卤族元素的单质从上到下,颜色加深,氢化物越来越不稳定,B正确;
Sr和Ba同主族,化学性质相似,故SrSO4也难溶于水,C正确;
Se的非金属性不如S强,故H2Se不如H2S稳定,D错误。
6.R、W、X、Y、Z为原子序数依次递增的同一短周期元素,下列说法一定正确的是(m、n均为正整数)( )
A.若R(OH)n为强碱,则W(OH)n+1也为强碱
B.若HnXOm为强酸,则Y是活泼非金属元素
C.若Y的最低化合价为-2,则Z的最高正化合价为+6价
D.若X的最高正化合价为+5价,则五种元素都是非金属元素
解析 同一短周期元素,随着原子序数的递增,元素的金属性依次减弱,形成的最高价氧化物对应的水化物的碱性依次减弱,A错;
X元素的氧化物对应的水化物HnXOm是强酸,说明X是活泼性非金属,而Y和X在同一周期且位于X的右边,Y的非金属性比X的非金属性更强,B正确;
当Y为氧时,Z为氟,氟没有正价,当Y为硫时,Z为氯,氯的最高正价为+7价,C错;
当Y为第三周期时,X为磷,R为铝,铝是金属元素,D错。
题组3 “位、构、性”关系考查
7.A、B两种原子,A的M电子层比B的M电子层少3个电子,B的L电子层电子数恰为A的L电子层电子数的2倍。
A和B分别是( )
A.硅原子和钠原子B.硼原子和氦原子
C.氯原子和碳原子D.碳原子和铝原子
解析 设x、y分别为A的L层和M层的电子数。
依题意有
K
L
M
A
2
x
y
2x
y+3
由于B的M层上有电子,故其L层肯定充满电子,2x=8,x=4。
由于A的L层未充满电子,故其M层无电子,y=0。
所以A、B的核外电子数分别为6、13,是碳原子和铝原子。
8.根据下表信息,判断以下叙述正确的是( )
部分短周期元素的原子半径及主要化合价
元素代号
Q
R
T
原子半径/nm
0.160
0.143
0.089
0.102
0.074
主要化合价
+2
+3
+6、-2
-2
A.氢化物的沸点为H2T<
H2R
B.单质与稀盐酸反应的速率为L<
C.M与T形成的化合物具有两性
D.L2+与R2-的核外电子数相等
解析 由信息表中的原子半径和主要化合价可以判断出T为O,R为S,Q为Be,M为Al,L为Mg。
H2O的沸点比H2S的沸点高,Mg的金属性比Be强,Al2O3是两性氧化物,Mg2+、S2-的核外电子数分别为10、18。
9.A、B、C为短周期元素,在周期表中所处的位置如图所示。
A、C两元素的原子核外电子数之和等于B原子的质子数。
B原子核内质子数和中子数相等。
(1)写出A、B、C三元素名称:
______、______、______。
(2)C在元素周期表中的位置是_______________________________________________。
(3)B的原子结构示意图为________,C的氢化物与B的氢化物的稳定性强弱顺序为________>
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