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元素周期表和元素周期律的应用

学习目标

核心素养建构



1.了解元素周期表的简单分区。

2．认识周期表是元素周期律的具体表现形式。

3．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。







元素周期表作用：一个学习工具

[知 识 梳 理]

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

虚线附近的元素既表现出一定的金属性，又表现出一定的非金属性。

【自主思考】

1．据周期表中元素的金属性和非金属性递变规律分析：

什么元素的金属性最强？什么元素的非金属性最强？分别位于元素周期表中的什么位置？

提示　铯的金属性最强，氟的非金属性最强，分别位于元素周期表的左下角和右上角。

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＝主族序数＝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。

【自主思考】

2．元素最高正价和最低负价的代数和分别为6、4、2、0，则其分别属于哪一主族？

提示　ⅦA、ⅥA、ⅤA、ⅣA

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。

[效 果 自 测]

1．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)√

2．将下面左右两侧对应内容连线

答案　

探究一、元素的性质、结构及在周期表中位置的关系

【合作交流】

1．元素在周期表中的位置与原子结构有何必然联系？

提示　原子有几个电子层，元素就位于第几周期；主族元素的原子的最外电子层有几个电子，元素就位于第几主族。

2．原子结构与元素性质之间有何关系？

提示　

3．如何根据元素在周期表中的位置推测原子结构和元素的性质？(从同周期、同主族两方面分析)

提示　(1)同主族元素从上到下：原子半径逐渐增大，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，主要化合价相似，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强。

(2)同周期元素从左到右：原子半径逐渐减小，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，最高正化合价逐渐增大，得电子能力逐渐增强，失电子能力逐渐减弱。

4．如果已知X、Y为周期表中相邻的两元素，且它们的最高价氧化物对应的水化物的酸性大小为：X＞Y，能否确定它们的相对位置？

提示　可根据元素非金属性的变化规律确定它们的相对位置。由已知条件可确定非金属性为X＞Y，所以，如果它们位于同周期，则X在Y的右面；如果它们位于同主族，则X在Y的上面。

【点拨提升】

1．同一元素的“位、构、性”关系可表示如下：

具体表现为：

(1)结构与位置的关系。

结构位置

(2)结构与性质的关系：

(3)位置、结构和性质的关系：

2．元素周期律的具体应用

(1)预测未知元素的性质。

依据：同主族元素性质的递变规律。

如已知卤族元素的性质递变规律，可推知未知元素砹(At)的单质应为有色固体，与氢难化合，HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。

(2)比较元素的性质。

依据：元素周期律。

如比较H2SO4和H2SeO4的酸性强弱，因为S、Se同主族，自上至下，元素的非金属性逐渐减弱，最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐减弱，故酸性：H2SO4＞H2SeO4。

(3)解释实验现象：如氟气通入氯化钠溶液中，不是置换出氯气，而是与水发生剧烈反应，由元素周期表的递变规律知氟元素的非金属性最强，氟气是氧化性最强的非金属单质。

(4)寻找新材料：如在金属元素与非金属元素的分界线附近的元素中寻找半导体材料。

【典题例证1】　X、Y、W、Z为四种短周期主族元素，在周期表中的位置如图所示，W原子的最外层电子数与电子层数相同，下列说法正确的是(　　)

X

Y





W





Z



A.X只能形成一种氢化物

B．W、X、Y的原子半径依次增大

C．X的简单氢化物的热稳定性比Y的小

D．W的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水

解析　由短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置可知，X、Y处于第二周期，W、Z处于第三周期，W原子的最外层电子数与电子层数相同，则W为Al，可推知X为C、Y为N、Z为S。C与氢元素生成的氢化物为烃类物质，有很多种，A项错误；同周期元素原子的核电荷数越大，原子半径越小，原子核外电子层数越多，原子半径越大，则W、X、Y的原子半径依次减小，B项错误；非金属性：N＞C，元素的非金属性越强，对应的氢化物越稳定，C项正确；氢氧化铝与弱碱NH3·H2O不反应，D项错误。

答案　C

【学以致用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

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XX

B.X元素位于第2周期

C.气态氢化物的稳定性：X>Y>Z

D.最高价氧化物水化物的酸性：Y>Z>X

解析　由X、Y、Z为短周期元素及三者位置可推测X元素位于第2周期，B正确；原子半径：Z>X>Y，A错误；非金属性越强，对应的气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应的水化物酸性越强，因非金属性：Y>X>Z，则气态氢化物稳定性：Y>X>Z，最高价氧化物对应水化物的酸性：Y>X>Z，C、D错误。

答案　B

5．元素周期表是学习化学的重要工具，它隐含着许多信息和规律。

下表所列是五种短周期元素的原子半径及主要化合价(已知铍的原子半径为0.089 nm)。

元素代号

A

B

C

D

E



原子半径/nm

0.16

0.143

0.102

0.099

0.074



主要化合价

＋2

＋3

＋6、－2

－1

－2



(1)用元素代号标出它们在周期表中对应位置(以下为周期表的一部分)。

(2)B元素处于周期表中第________周期第________族。

(3)C、D的简单离子的半径由大到小顺序为________(填离子符号)。

(4)上述五种元素的最高价氧化物对应的水化物中酸性最强的是________(填化学式)。

(5)C、E形成的化合物为________(填化学式)。

解析　(1)由主要化合价和原子半径知A为Mg，B为Al，C为S，D为Cl，E为O。

(2)B处于周期表中第三周期第ⅢA族。

(3)C、D的简单离子分别为S2－、Cl－，半径大小为：S2－＞Cl－。

(4)最高价氧化物对应的水化物分别为Mg(OH)2、Al(OH)3、H2SO4、HClO4，其中HClO4酸性最强。

(5)S与O形成的化合物有SO2和SO3。

答案　(1)

(2)三　ⅢA　(3)S2－＞Cl－

(4)HClO4　(5)SO2、SO3

课时作业

1．元素周期表可以指导人们进行规律性的推测和判断，下列说法不正确的是(　　)

A．若和的核外电子层结构相同，则原子序数：a＝b＋3

B．由水溶液的酸性：HCl＞HF，可推断出元素的非金属性：Cl＞F

C．锗与硅位于金属与非金属的交界处，都能作半导体材料

D．S和Se分别位于第ⅥA族的第三、四周期，则氢化物的稳定性：H2S＞H2Se

解析　的核外电子数为a－2，的核外电子数为b＋1，由核外电子层结构相同可知a－2＝b＋1，则a＝b＋3，A项正确；HCl和HF不是最高价含氧酸，所以不能根据二者酸性强弱来判断元素非金属性的强弱，B项错误；锗与硅位于金属与非金属的交界处，都可以作半导体材料，C项正确；同一主族元素从上到下，元素的非金属性逐渐减弱，S的非金属性比Se强，则氢化物的稳定性：H2S＞H2Se，D项正确。

答案　B

2.镁、锂在元素周期表中具有特殊“对角线”关系，它们的性质相似。例如，它们的单质在过量氧气中燃烧时均只生成正常的氧化物等，下列关于锂的叙述不正确的是(　　)

A.Li2SO4能溶于水

B.LiOH是易溶于水、受热不分解的强碱

C.Li遇浓硫酸不产生“钝化”现象

D.Li2CO3受热分解，生成Li2O和CO2

解析　根据题中信息，将镁的有关性质进行迁移应用，可推测锂的有关性质。由Mg、Mg(OH)2、MgCO3、MgSO4的性质推测相应的Li及其化合物的性质。MgSO4易溶于水，Mg(OH)2是难溶、易分解的中强碱，Mg与浓硫酸能发生反应，MgCO3受热易分解生成MgO和CO2，故B项不正确。

答案　B

3．已知短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X元素原子的最外层电子数是内层电子数的3倍，Y与X能形成两种化合物，Z所在的周期序数与族序数相同。下列说法正确的是(　　)

A．Y的单质能从Z的盐溶液中置换出Z

B．氢化物的热稳定性：X＞W

C．Y、Z两元素只能形成阳离子

D．简单离子的半径大小：W＞Y＞Z＞X

解析　由题给信息可知，X、Y、Z分别为O、Na、Al，W是Si、P、S、Cl中的一种。A项，钠不能从铝的盐溶液中置换出金属铝，A项错误；B项，氧元素的非金属性比氟以外的其他元素的非金属性强，故氢化物的稳定性：X＞W，B项正确；C项，铝能形成AlO，C项错误；D项，O2－、Na＋、Al3＋的电子层结构相同，核电荷数越少，离子半径越大，故O2－的半径比Na＋、Al3＋大，D项错误。

答案　B

4.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的位置如图所示，其中Y所处的周期序数与主族序数之和为8。下列说法错误的是(　　)

A.Z元素的氧化物对应水化物的酸性一定弱于W

B.4种元素中Z的原子半径最大

C.X、Z、W中最简单气态氢化物稳定性最弱的是Z

D.X、Y、Z的原子均能与氢原子形成四原子分子

解析　根据题图，短周期元素X、Y位于第2周期，Z、W位于第3周期，Y所处的周期序数与主族序数之和为8，则Y为O；所以X为N、Z为P、W为Cl。A项，Z元素的氧化物对应水化物可能为H3PO4和H3PO3，W元素的氧化物对应水化物可能为HClO4、HClO3、HClO等多种含氧酸，其中H3PO4的酸性大于HClO，错误；B项，根据原子半径变化规律，P的原子半径最大，正确；C项，N、P、Cl中非金属性最弱的是P，所以P的最简单氢化物稳定性最弱，正确；D项，X、Y、Z的原子可分别与氢原子形成NH3、H2O2、PH3，均为四原子分子，正确。

答案　A

5.a、b、c、d为短周期元素，a的原子中只有1个电子，b2－和c＋离子的电子层结构相同，d与b同族。下列叙述错误的是(　　)

A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为＋1

B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物

C.c的原子半径是这些元素中最大的

D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性

解析　由“a的原子中只有1个电子”知，a为氢元素；由“b、c为短周期元素且b2－和c＋的电子层结构相同”知，b为氧元素、c为钠元素；又由“d为短周期元素且d与b同族”知d为硫元素。A项，氢与氧、硫形成的化合物H2O、H2O2、H2S中氢的化合价均为＋1，氢与钠形成的化合物NaH中氢的化合价为－1价，错误；B项，氧与氢可形成H2O、H2O2，氧与钠可形成Na2O、Na2O2，氧与硫可形成SO2、SO3，正确；C项，根据同主族、同周期原子半径递变规律知，H、O、Na、S的原子半径大小为Na＞S＞O＞H，正确；D项，硫和氢形成的化合物H2S的溶液，由于H2S的电离H2S((H＋＋HS－，使溶液呈弱酸性，正确。

答案　A

6．运用元素周期律分析下面的推断，其中错误的是(　　)

①铍(Be)的氧化物的水化物可能具有两性　②铊(Tl)既能与盐酸作用产生氢气，又能与NaOH溶液反应放出氢气　③砹(At2)为有色固体，HAt不稳定，Ag 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 子数的，则Z为Si；W原子的最外层电子数小于4，常见化合价有＋3、＋2，WX3的稀溶液呈黄色，则W为Fe。(1)W为Fe在周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族，Fe(OH)2在空气中不稳定，极易被氧化，由白色迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(2)X的简单阴离子为Cl－，结构示意图为
，X的最高价氧化物对应的水化物为高氯酸，Y的氧化物为氧化铝，反应的离子方程式为6H＋＋Al2O3===2Al3＋＋3H2O。(3)Z的氧化物为二氧化硅，在通讯领域用来作光导纤维，工业上制备硅单质的化学反应方程式为SiO2＋2CSi＋2CO↑，锗不与NaOH溶液反应但在有H2O2存在时可与NaOH溶液反应生成锗酸盐，反应的化学方程式为Ge＋2H2O2＋2NaOH===Na2GeO3＋3H2O。

答案　(1)第四周期Ⅷ族　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　(2)
　6H＋＋Al2O3===2Al3＋＋3H2O　(3)光导纤维　SiO2＋2CSi＋2CO↑　Ge＋2H2O2＋2NaOH===Na2GeO3＋3H2O

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