第3讲元素周期律.docx
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第3讲元素周期律
第3讲元素周期律
【课标要求】
1.从元素原子最外层电子排布、原子半径、主要化合价的周期性变化,了解元素周期律。
2.以第三周期元素为例,知道同周期元素性质递变规律与原子结构的关系。
【知识结构】
随着原子序数(核电荷数)的递增:
元素的性质呈现周期性变化:
①、原子最外层电子数呈周期性变化
元素周期律②、原子半径呈周
期性变化
③、元素主要化合价呈周期性变化
④、元素的金属性与非金属性呈周期性变化
①、按原子序数递增的顺序从左到右排列;
具体表现形式
编排依据
元素周期律和排列原则②、将电子层数相同的元素排成一个横行;
元素周期表③、把最外层电子数相同的元素(个别除外)排成一个纵行。
①、短周期(一、二、三周期)
七主七副零和八
三长三短一不全
周期(7个横行)②、长周期(四、五、六周期)
周期表结构③、不完全周期(第七周期)
①、主族(ⅠA~ⅦA共7个)
元素周期表族(18个纵行)②、副族(ⅠB~ⅦB共7个)
③、Ⅷ族(8、9、10纵行)
④、零族(稀有气体)
同周期同主族元素性质的递变规律
性质递变①、核电荷数,电子层结构,最外层电子数
②、原子半径
③、主要化合价
④、金属性与非金属性
⑤、气态氢化物的稳定性
⑥、最高价氧化物的水化物酸碱性
【知识梳理】
一、元素周期律:
涵义
元素性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化。
实质
元素性质的周期性递变是核外电子排布周期性变化的必然结果。
核外电
子排布
最外层电子
数由1递增至8(若K层为最外层则由1递增至2)而呈现周期性变
化。
原子半径
原子半径由大到小(稀有气体元素除外)呈周期性变化。
原子半径由电子层数和核电荷数多少决定,它是反映结构的一个参考数据。
主要化合价
最高正价由+1递变到+
7,从中部开始有负价,从
-4递变至-1。
(稀有气体元素化合价为零),呈周期性变化。
元素主要化合价由元素原子的最外层电子数决定,一般存在下列关系:
最高正价数=最外层电子数
元素及化合物的性质
金属性渐弱,非金属性渐强,最高氧化物的水化物的碱性渐弱,酸性渐强,呈周期性变化。
这是由于在一个周期内的元素,电子层数相同,最外层电子数逐渐增多,核对外层电子引力渐强,使元素原子失电子渐难,得电子渐易,故有此变化规律。
二、同周期、同主族元素性质的递变规律:
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原子结构
核电荷数
逐渐增大
增大
电子层数
相同
增多
原子半径
逐渐减小
逐渐增大
化合价
最高正价由+1→+7负价数=8-族序数
最高正价和负
价数均相同,最高正价数=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。
单质的氧化性和还原性
氧化性逐渐增强,还原性逐渐减弱。
氧化性
逐渐减弱,还原性逐渐增强。
最高价氧化物的水化物的酸碱性
酸性逐渐增强,碱性逐渐减弱。
酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强。
气态氢化物的稳定性、还原
性,水溶液的酸性。
稳定性逐渐增强,还原性逐渐减弱,酸性逐渐增强。
稳定性逐渐减弱,还原性逐渐增强,酸性逐渐减弱。
简单微粒半径的比较方法
原
子
半
径
1.电子层数相同时,随原子序数递增,原子半径减小
例:
rNa>rMg>rAl>rSi>rp>rs>rCl
2.最外层电子数相同时,随电子层数递增原子半径增大。
例:
rLi<rNa<rk<rRb<rCs
离
子
半
径
1.同种元素的离子半径:
阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子.例:
rCl->rCl,rFe>rFe2+>rFe3+
1.电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小.
例:
rO2->rF->rNa+>rMg2+>rAl3+
2.带相同电荷的离子,电子层越多,半径越大.
例:
rLi+<rNa+<rK+<rRb+<rcs+;rO2-<rs2-<rse2-<rTe2-
3.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rk+与rMg2+可选rNa+为参照可知rk+>rNa+>rMg2+
元素金属性和非金属性强弱的判断方法
金
属
性
比
较
本质
原子越易失电子,金属性越强。
判
断
依
据
1.在金属活动顺序表中越靠前,金属性越强。
2.单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强。
3.单质还原性越强或离子氧化性越弱,金属性越强。
4.最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强。
5.若xn++y=x+ym+则y比x金属性强。
非
金
属
性
比
较
本质
原子越易得电子,非金属性越强。
判
断
方
法
1.与H2化合越易,气态氢化物越稳定,非金属性越强。
2.单质氧化性越强,阴离子还原性越弱,非金属性越强。
3.最高价氧化物的水化物酸性越强,非金属性越强。
4.An-+B=Bm-+A则B比A非金属性强。
【实例分析】
【例1】(2010福建卷,23)J、L、M、R、T是原子序数依次增大的短周期主族元素,J、R在周期表中的相对位置如右表;J元素最低负化合价的绝对值与其原子最外层电子数相等;M是地壳中含量最多的金属元素。
(1)M的离子结构示意图为_____;元素T在周期表中位于第_____族。
(2)J和氢组成的化合物分子有6个原子,其结构简式为______。
(3)M和T形成的化合物在潮湿的空气中冒白色烟雾,反应的化学方程式为_____。
(4)L的最简单气态氢化物甲的水溶液显碱性。
①在微电子工业中,甲的水溶液可作刻蚀剂H2O2的清除剂,所发生反应的产物不污染环境,其化学方程式为______。
②一定条件下,甲在固定体积的密闭容器中发生分解反应(△H>0)并达平衡后,仅改变下表中反应条件x,该平衡体系中
随x递增y递减的是_______(选填序号)。
选项
a
b
c
d
x
温度
温度
加入H2的物质的量
加入甲的物质的量
y
甲的物质的量
平衡常数K
甲的转化率
生成物物质的量总和
(5)由J、R形成的液态化合物JR20.2mol在O2中完全燃烧,生成两种气态氧化物,298K时放出热量215k
J。
该反应的热化学方程式为________。
【解析】
(1)J元素最低负化合价的绝对值与其原子最外层电子数相等,可以判断J元素为碳元素;M是地壳中含量最多的金属元素为铝元素;根据J、R在周期表中的相对位置可以判断R为硫元素,则T为氯元素,处于第三周期第七主族。
(2)J和氢组成含有6个原子的分子为乙烯,其结构简式为
(3)M和T形成的化合物为
,与水反应
,其中氯化氢气体呈雾状。
(4)①氨水与双氧水发生氧化还原反应:
生成无污染的氮气;②甲在固体体积的密闭容器中发生分解反应
,
表明正反应为吸热反应,升高温度,平衡朝着正方向移动,甲物质的量减少;加入
的物质的量即增加生成物的浓度,平衡朝逆方向移动,甲的转化率减小
(5)JR2为CS2,燃烧生成二氧化碳和二氧化硫,依题意可以很快的写出反应的热化学方程式
【答案】
(1)
;ⅦA
(2)
(3)
,
(4)①
②a和c;a或c
(5)
【例2】(2010上海卷,20)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
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
+2
+3
+5、+3、-3
-2
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2W2 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】此题考查了物质结构与元素周期律知识。 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;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,两者的单质直接生成NO,B错;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;一定条件下,氧气可以和氨气反应生成水和氮气,D对。 知识归纳: 解答元素推断题的突破口可能是原子结构、元素在周期表中的位置、元素的性质等;在此题中解答时,关键是抓住元素性质和元素在周期表中的位置的关系,从原子半径的变化和元素的最高正价和最低负价入手寻求突破。 【答案】D 【例3】(2010山东卷,11)下列说法正确的是 A.形成离子键的阴阳离子间只存在静电吸引力 B.HF、HCL、HBr、HI的热稳定性和还原性从左到右依次减弱 C.第三周期非金属元素含氧酸的酸性从左到右依次增强 D.元素周期律是元素原子核外电子排布周期性变化的结果 【解析】离子键是阴阳离子通过静电作用形成的,静电作用包括静电吸引和静电排斥,故A错;因同驻足元素从上到下的非金属性减弱,故HF、HCL、HBr、HI的热稳定性依次减弱,但HF、HCL、HBr、HI的还原性依次增强,故B错;根据元素的非金属性越强,其对应的最高价汉阳算得酸性越强,C错‘因为没有指明是最高价含氧酸;元素周期律的根本原因是元素原子核外电子排布的周期性变化,D正确。 【答案】D 【一课一练】 一、选择题: 1.(福建省永春一中、培元中学、季延中学、石光华侨联中2010届高三上学期期末联考,6)四种短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如下表所示,Y、Z质子数 之和为21,下列说法中不正确的是() X Y Z W A.X、Y、Z、W均为非金属元素 B.X、Y、W的氢化物中,Y的氢化物沸点最高 C.Z的阳离子与Y的阴离子电子层结构相同 D.W元素的简单离子半径大于Z元素的简单离子半径 【答案】A 2.(2008·江苏高考)下列排列顺序正确的是( ) ①热稳定性: H2O>HF>H2S ②原子半径: Na>Mg>O ③酸性: H3PO4>H2SO4>HClO4 ④结合质子能力: OH->CH3COO->Cl- A.①③ B.②④ C.①④D.②③ 【答案】B 3.如表为元素周期表前四周期的一部分,下列有关R、W、X、Y、Z五种元素的叙述中,正确的是( ) A.常压下五种元素的单质中Z单质的沸点最高 B.Y、Z的阴离子电子层结构都与R原子的相同 C.W的氢化物的沸点比X的氢化物的沸点高 D.Y元素的非金属性比W元素的非金属性强 【答案】D 4.(2009·湖北重点中学模拟)X+、Y+、M2+、N2-均为含若干电子的短周期元素的简单离子,离子半径大小关系: N2->Y+、Y+>X+、Y+>M2+、M2+>X+。 下列比较中正确的是 ( ) A.原子半径: N可能比Y大,也可能比Y小 B.M2+、N2-核外电子数: 可能相等,也可能不等 C.原子序数: N>M>X>Y D.碱性: M(OH)2>YOH 【答案】B 5.短周期元素A、B、C的原子序数依次递增,它们的原子最外层电子数之和为10,A与C同主族,B原子的最外层电子数等于A原子的次外层电子数,则下列叙述正确的是 ( ) A.原子半径: A B.A的氢化物稳定性小于C的氢化物稳定性 C.三种元素的最高价氧化物对应水化物均可由化合反应得到 D.高温下,A单质能置换出C单质 【答案】D 6.下列叙述中肯定A金属性比B金属性强的是( ) A.A原子的最外层电子数比B原子的最外层电子数少 B.A原子的电子层数比B原子的电子层数多 C.1molA与足量酸反应生成的H2比1molB与足量酸反应生成的H2多 D.常温时,A能从水中置换出氢,而B不能 【答案】D 7.四种主族元素的离子aXm+、bYn+、cZn-和dRm-(a、b、c、d为元素的原子序数),它们具有相同的电子层结构,若m>n,则对下列叙述的判断正确的是( ) ①a-b=n-m ②元素的原子序数a>b>c>d ③元素非金属性Z>R ④最高价氧化物对应水化物碱性X>Y A.②③B.③ C.①②③④D.①②③ 【答案】A 8.(2009·衡阳模拟)下列有关物质性质的比较正确的为( ) ①同主族元素的单质从上到下,非金属性减弱,熔点增高 ②元素的最高正化合价在数值上等于它所在的族序数 ③同周期主族元素的原子半径越小,越难失去电子 ④元素的非金属性越强,它的气态氢化物水溶液的酸性越强 ⑤还原性: S2->Cl->Br- ⑥酸性: HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3 A.①③B.②④ C.③⑥D.⑤⑥ 【解析】①中金属单质同主族从上到下熔点降低;②中仅限于主族元素(O、F除外);③、⑥正确;④中元素的非金属性越强,对应气态氢化物水溶液的酸性越弱;⑤中应为Br->Cl-。 【答案】C 9.目前人类已发现的110多种元素中,除22种非金属元素外,大多数为金属元素,下列对金属元素与非金属元素的相关判断中正确的是( ) A.金属元素的阳离子被还原一定得到对应的单质 B.非金属性越强的元素,其气态氢化物越稳定 C.同主族元素的单质其熔点随着原子序数的增加而升高 D.金属单质在反应中只能作还原剂,非金属单质在反应中只能作氧化剂 【答案】B 10.(2008·广东化学)元素X、Y和Z可结合形成化合物XYZ3;X、Y和Z的原子序数之和为26;Y和Z在同一周期。 下列有关推测正确的是( ) A.XYZ3是一种可溶于水的酸,且X与Y可形成共价化合物XY B.XYZ3是一种微溶于水的盐,且X与Z可形成离子化合物XZ C.XYZ3是一种易溶于水的盐,且Y与Z可形成离子化合物YZ D.XYZ3是一种离子化合物,且Y与Z可形成离子化合物YZ3 【解析】根据题意,符合条件的化合物有NaNO3和MgCO3两种。 B项中MgCO3微溶于水,MgO为离子化合物。 【答案】B 11.(2008·广东理基)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 L M Q R T 原子半径/nm 0.160 0.143 0.112 0.104 0.066 主要化合价 +2 +3 +2 +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<Q 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】本题是一个表格信息题,解决这类问题的关键在于: 反复对比数据,结合所学知识,做出判断并进行验证。 因讨论的元素为短周期元素,L、Q均+2价,L原子半径大于Q原子半径,所以L为Mg,Q为Be;M显+3价,原子半径较略小,所以M为Al;R、T均有-2价,R还有+6价,且R原子半径大于T原子半径,所以R为S元素,T为氧元素。 H2O>H2S(沸点),由于水分子间存在氢键;L、Q单质与盐酸反应速率L>Q(即Mg>Be);M、T形成的是Al2O3,具有两性;L2+(Mg2+)与R2-(S2-)的核外电子数不相等。 【答案】C 12.(2009·皖南八校高三第一次联考)Y元素的最高正价与最低负价的绝对值之差是4;Y元素可与M元素形成离子化合物,并在水中电离出电子层结构相同的阴、阳离子,则该化合物是( ) A.K2SB.Na2S C.Na2OD.KCl 【解析】S元素的最高正价是+6,最低负价是-2,绝对值之差是4,与S2-电子层结构相同的是K+。 【答案】A 13.(2008·广东梅州3月)下列各组物质的性质比较,正确的是( ) A.酸性: HClO4>H3PO4>H2SO4 B.氢化物稳定性: H2S>HF>H2O C.碱性: NaOH>Mg(OH)2>Ca(OH)2 D.氧化性: F2>Cl2>Br2>I2 【解析】A项应为HClO4>H2SO4>H3PO4;B项应为HF>H2O>H2S;C项应为NaOH>Ca(OH)2>Mg(OH)2。 【答案】D 14.(江苏省扬州中学2008~2009学年度第二学期月考)原子的核电荷数小于18的某元素X,其原子的电子层数为n,最外层电子数为2n+1,原子核内质子数为2n2-1。 下列有关X的说法中不正确的是( ) A.X能形成化学式为X(OH)3的碱 B.X能形成化学式为KXO3的含氧酸钾盐 C.X原子最外层电子数和核电荷数肯定为奇数 D.X能与某些金属元素形成化合物 【解析】若n=1,则最外层电子数为3,不存在;若n=2,则最外层电子数为5,质子数为7,符合2n2-1的即为氮元素;若n=3,最外层电子数为7,质子数为17,符合2n2-1的即为氯元素。 所以X为氮元素或者氯元素,A项错误;X能形成KNO3或者KClO3,B项正确;从上述分析可知,C项正确;N、Cl都能与金属单质反应,如3Mg+N2===Mg3N2、Mg+Cl2===MgCl2,D项正确。 【答案】A 15.(2009·山东)元素在元素周期表中的位置,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.同一主族的元素的原子,最外层电子数相同,化学性质完全相同 【解析】A项如碘元素可形成FeI2(非金属性)、I(NO3)3(金属性),C项如Li+、Be2+为2电子。 【答案】B 16.(2009·北京)W、X、Y、Z均为短周期元素,W的最外层电子数与核外电子总数之比为717;X与W同主族;Y的原子序数是W和X的原子序数之和的一半;含Z元素的物质焰色反应为黄色。 下列判断正确的是( ) A.金属性: Y>Z B.氢化物的沸点: X>W C.离子的还原性: X>W D.原子及离子半径: Z>Y>X 【解析】W为氯元素(Cl),X为氟元素(F),Y为铝元素(Al),Z为钠元素(Na),则B项: 因HF分子间有氢键,沸点HF>HCl,D项: 原子半径符合,而离子半径应为F->Na+>Al3+。 【答案】B 17.(2009·江苏)X、Y、Z、W、R是5种短周期元素,其原子序数依次增大。 X是周期表中原子半径最小的元素,Y原子最外层电子数是次外层电子数的3倍,Z、W、R处于同一周期,R与Y处于同一族,Z、W原子的核外电子数之和与Y、R原子的核外电子数之和相等。 下列说法正确的是( ) A.元素Y、Z、W具有相同电子层结构的离子,其半径依次增大 B.元素X不能与元素Y形成化合物X2Y2 C.元素Y、R分别与元素X形成的化合物的热稳定性: XmY>XmR D.元素W、R的最高价氧化物的水化物都是强酸 【解析】据“X的原子半径最小”可知X为H元素;据“Y原子最外层电子数是次外层电子数的3倍”可知Y原子结构示意图为 ,即Y为O元素,R与Y同一主族且属短周期元素,所以R是S元素;Z、W两元素与R同周期,且Z、W原子的核外电子数之和等于8+16=24,所以Z只能为11号元素Na,W只能为13号元素Al。 A项中O2-、Na+、Al3+的离子半径依次减小;B项中H元素与O元素可以形成化合物H2O2;C项中氢化物的热稳定性H2O>H2S;D项中W对应的Al(OH)3为两性氢氧化物。 【答案】C 二、非选择题: 18.已知A、B、C、D是中学化学中常见的四种不同微粒。 它们之间存在如下所示的转化关系。 (1)如果A、B、C、D均是10电子的微粒,请写出: A的结构式________;D的电子式________。 (2)如果A和C是18电子的粒子,B和D是10电子的粒子,请写出: ①A与B在溶液中反应的离子方程式_______________________________________。 ②根据上述离子方程式,可判断C与B结合质子的能力大小是(用化学式或离子符号表示)________>________。 (3)已知肼(H2N—NH2)和甲胺(CH3—NH2)都是18个电子的分子。 分析肼和甲胺的结构特点并从中受到启发,写出与其具有相同电子数的有机化合物的结构简式(至少写两个): ________。 【解析】 (1)观察框图,容易想到NH +OH- NH3+H2O或HF+OH-===F-+H2O反应。 (2)①18电子微粒很多,酸碱中和是容易想到的: H2S+OH-===HS-+H2O或HS-+OH-===S2-+H2O。 ②联想强酸制弱酸的道理,可得到强碱制弱碱,结合质子的能力显然B>C。 (3)按C、H、O、F替换即可。 【答案】 (1) 或H—F H∶ ∶H (2)①H2S+OH-===HS-+H2O或HS-+OH-===S2-+H2O ②OH- S2-(或HS-) (3)CH3—CH3,CH3—OH,CH3—F 19.(2009·天津)下表为元素周期表的一部分,请参照元素①~⑧在表中的位置,用化学用语回答下列问题: (1)④⑤⑥的原子半径由大到小的顺序是____________________________________。 (2)②③⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是 ________________________________________________________________________。 (3)①④⑤⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物,写出其中一种化合物的电子式: ________________________________________________________________________。 (4)由表中两种元素的原子按11组成的常见液态化合物的稀溶液易被催化分解,可使用的催化剂为(填序号)________。 a.MnO2 b.FeCl3 c.Na2SO3 d.KMnO4 (5)由表中元素形成的常见物质X、Y、Z、M、N可发生以下反应: X溶液与Y溶液反应的离子方程式为________________________________________, N→⑥的单质的化学方程式为_______________________________________________, 常温下,为使0.1mol/LM溶液中由M电离的阴、阳离子浓度相等,应向溶液中加入一定量的Y溶液至 ________________________________________________________________________。 【解析】据元素的位置可知,①~⑧元素依次为H、C、N、O、Na、Al、Si、Cl,再对号入座,其中(5)由框图可确定N为Al2O3,Z为Al(OH)3。 M应为NH4Cl,则X、Y为AlCl3、NH3·H2O,为使NH4Cl中由NH4Cl电离出的c(NH )=c(Cl-)可加入NH3·
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