2023届新高考化学选考一轮总复习学案-第15讲　元素周期表　元素周期律

第15讲元素周期表元素周期律内容要求1.认识原子结构、元素性质与元素在元素周期表中位置的关系。2.结合有关数据和实验事实认识原子结构、原子半径、第一电离能、电负性等元素性质呈周期性变化的规律,建构元素周期律。3.知道元素周期表的结构,以第三周期的钠、镁、铝、硅、硫、氯,以及碱金属元素和卤族元素为例,了解同周期和主族元素性质的递变规律。4.体会元素周期律(表)在学习元素化合物知识与科学研究中的重要应用。5.知道原子核外电子排布呈现周期性变化是导致元素性质周期性变化的原因。知识点1元素周期表及其应用一、元素周期表1.原子序数按照元素在元素周期表中的顺序给元素所编的序号。原子序数=核电荷数=核外电子数=质子数。2.元素周期表的编排原则3.元素周期表的结构周期:三短四长。4.元素周期表中的特殊位置(1)分区根据元素的金属性、非金属性分区①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线,即为金属元素区和非金属元素区的分界线。②各区位置:分界线左下方为金属元素区,分界线右上方为非金属元素区。③分界线附近元素的性质:既表现金属元素的性质,又表现非金属元素的性质。(2)过渡元素:元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵列共六十多种元素,这些元素都是金属元素。(3)镧系:元素周期表第六周期中,57号元素镧到71号元素镥共15种元素。(4)锕系:元素周期表第七周期中,89号元素锕到103号元素铹共15种元素。(5)超铀元素:在锕系元素中,92号元素铀(U)以后的各种元素。二、元素周期表的应用1.科学预测为新元素的发现及预测它们的原子结构和性质提供了线索。2.寻找新材料3.用于工农业生产对探矿有指导意义的是地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系,研制农药材料等。1.第ⅠA族全是金属,第ⅦA族全是非金属。()2.原子的最外层有2个电子的元素一定是第ⅡA族元素。()3.M层电子为奇数的所有主族元素所在族的序数与该元素原子的M层电子数相等。()4.元素周期表中镧系元素都占据同一格,故镧系元素彼此互为同位素。()5.两短周期元素原子序数相差8,则周期数一定相差1。()6.某元素原子的核电荷数为53,则该元素位于第五周期第ⅦA族。()答案:1.×2.×3.√4.×5.√6.√题点一元素周期表的结构1.根据元素周期表判断,下列叙述不正确的是(D)A.元素周期表中第七周期最多容纳32种元素B.元素周期表中共有18纵列,其中形成化合物种类最多的在第14列C.L层电子为奇数的所有元素所在族的序数与该元素原子的L层电子数相等D.除过渡元素外元素周期表中最外层电子数相同的元素都位于同一族中解析:He最外层电子数为2,第ⅡA族元素的最外层电子数为2,不在同一族中,故D不正确。2.下列各表分别是元素周期表的一部分,表中的数字表示元素的原子序数,各表中数字所表示的元素在周期表中的位置与周期表的结构相符的是(B)解析:根据元素周期表的结构,相邻两个周期同主族元素的原子序数相差2、8、18、32,以此判断同族中位置关系;同周期元素根据原子序数判断位置关系。注意第三列镧系、锕系,长周期第ⅡA族、第ⅢA族之间有10个空列为7个副族和1个第Ⅷ族。A.4和5,12和13间有10个空列为7个副族和1个第Ⅷ族,错误;C.1号和11号元素之间相隔一个周期,第一列应为1、3、11、19,2号元素与1号元素之间相隔16列,错误;D.14号元素与17号元素之间相隔2列,9号元素与17号、35号元素,处于同列,错误。3.2019年是门捷列夫提出元素周期表150周年。根据元素周期律和元素周期表,下列推断不合理的是(C)A.第35号元素的单质在常温常压下是液体B.位于第四周期第ⅤA族的元素为非金属元素C.第84号元素的最高化合价是+7D.第七周期0族元素的原子序数为118解析:A.35号元素是溴元素,单质Br2在常温常压下是红棕色的液体,合理;B.位于第四周期第ⅤA族的元素是砷元素(As),为非金属元素,合理;C.第84号元素位于第六周期ⅥA族,为钋元素(Po),由于最高正价等于主族序数,所以该元素最高化合价是+6,不合理;D.第七周期0族元素是第七周期最后一个元素,原子序数为118,合理。原子序数与元素周期表中位置的关系1.由原子序数确定元素位置的规律只要记住了稀有气体元素的原子序数(He—2、Ne—10、Ar—18、Kr—36、Xe—54、Rn—86),就可确定主族元素的位置。(1)若比相应的稀有气体元素多1或2,则应处在下一周期的第ⅠA族或第ⅡA族,如88号元素:88-86=2,则应在第七周期第ⅡA族。(2)若比相应的稀有气体元素少1～5,则应处在同周期的第ⅦA族～第ⅢA族,如84号元素应在第六周期第ⅥA族。(3)若预测新元素,可与稀有气体元素(118号)比较,按上述方法推测,如114号元素应在第七周期第ⅣA族。2.同周期、邻主族元素原子序数差的关系(1)短周期元素原子序数差=族序数差。(2)两元素分布在过渡元素同侧时,原子序数差=族序数差。两元素分布在过渡元素两侧时,第四或第五周期元素原子序数差=族序数差+10,第六周期元素原子序数差=族序数差+24。(3)第二、第三周期的第ⅡA族与第ⅢA族原子序数之差都为1,第四、第五周期的第ⅡA族与第ⅢA族原子序数之差都为11,第六、第七周期的第ⅡA族与第ⅢA族原子序数之差都为25。3.同主族、邻周期元素的原子序数差的关系(1)第ⅠA族元素随电子层数的增加,原子序数依次相差2、8、8、18、18、32。(2)第ⅡA族和0族元素随电子层数的增加,原子序数依次相差8、8、18、18、32。(3)第ⅢA～ⅦA族元素随电子层数的增加,原子序数依次相差8、18、18、32、32。4.直接相邻的“”型、“”型、“”型原子序数关系(1)(2)(3)题点二元素周期表的应用4.下列关于元素周期表应用的说法正确的是(D)A.在过渡元素中,可以找到半导体材料B.在第ⅠA、ⅡA族元素中,寻找制造农药的主要元素C.在金属与非金属的交界处,寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料D.为元素性质的系统研究提供指导,为新元素的发现提供线索解析:A项,在周期表中金属和非金属的分界处可以找到半导体材料,错误;B项,通常制造农药所含的F、Cl、S、P等元素在周期表中的位置靠近,错误;C项,在过渡元素中寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料,错误。5.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处,下列叙述正确的是(B)A.锗是一种金属性很强的元素,极容易与空气反应B.锗的单质具有半导体的性能C.锗与盐酸反应,生成GeCl4D.锗、锡和铅为同族元素,+4价氢氧化物的碱性强弱顺序:Ge(OH)4>Sn(OH)4>Pb(OH)4解析:A.锗处于金属区与非金属区的交界线上,元素金属性和非金属性都较弱,在反应中既不易得电子,也不易失去电子,错误;B.锗处于金属区与非金属区的交界线上,既有金属性又有非金属性,常用于作半导体材料,正确;C.锗与硅的单质都能作半导体,化学性质相似,所以不与盐酸反应,错误;D.同主族从上到下元素金属性逐渐增强,所以锗、锡、铅的金属性依次增强,则其对应最高价氧化物的水化物的碱性依次增强,碱性Ge(OH)4<Sn(OH)4<Pb(OH)4,错误。知识点2元素周期律及其应用一、元素周期律二、主族元素的周期性变化规律内容同周期(从左到右)同主族(从上到下)原子结构电子层数相同依次增加最外层电子数依次增加1相同原子半径逐渐减小逐渐增大元素的性质金属性逐渐减弱逐渐增强非金属性逐渐增强逐渐减弱主要化合价一般,最高正价:+1→+7(O、F除外);负化合价:-4→-1最高正价数=主族序数(O、F除外);负化合价=主族序数-8第一电离能增大的趋势(第ⅡA、ⅤA族反常)逐渐减小电负性逐渐增大逐渐减小化合物性质最高价氧化物对应水化物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稳定性逐渐增强还原性逐渐减弱稳定性逐渐减弱还原性逐渐增强离子的氧化性、还原性阳离子氧化性逐渐增强,阴离子还原性逐渐减弱阳离子氧化性逐渐减弱,阴离子还原性逐渐增强三、元素周期律的应用1.比较同周期、同主族元素及化合物的性质如金属性:Mg>Al,Ca>Mg,则碱性:Mg(OH)2>Al(OH)3,Ca(OH)2>Mg(OH)2。2.推测未知元素及化合物的某些性质如:已知Ca(OH)2微溶,Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2难溶;再如:已知卤族元素的性质递变规律,可推知元素砹(At)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。1.同一周期主族元素,从左到右的化合价均从+1递增至+7。()2.金属原子失电子越多,金属性越强。()3.同周期元素,从左到右,原子半径逐渐减小,离子半径逐渐增大。()4.非金属氧化物的水化物酸性越强,非金属性越强。()5.元素的气态氢化物越稳定,非金属性越强,还原性越弱。()答案:1.×2.×3.×4.×5.√题点一元素性质的递变规律1.下列各组元素性质的递变情况错误的是(C)A.Si、C、N的原子半径依次减小B.P、O、F的非金属性依次增强C.Na、Mg、Al的第一电离能依次增大D.Li、K、Rb的最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强解析:A.同周期元素,从左到右元素的原子半径依次减小,同主族元素,从上至下原子半径逐渐增大,正确;B.同周期元素从左到右元素的非金属性依次增强,同主族元素从上至下元素的非金属性递减,正确;C.Mg元素最外层为全充满结构,难以失去电子,第一电离能较大,应为Na<Al<Mg,错误;D.同主族元素从上到下金属性递增,最高价氧化物对应水化物的碱性递增,正确。2.元素周期律揭示元素性质的递变规律,既有相似性又有递变性,下列递变规律正确的是(C)A.第ⅣA族元素氢化物的熔点顺序是SiH4>CH4,所以第ⅥA族元素氢化物的熔点顺序也是H2S>H2OB.第ⅦA族元素的非金属性是F>Cl,所以第ⅦA族元素氢化物的酸性也是HF>HClC.第二周期元素氢化物的稳定性顺序是HF>H2O,所以第三周期元素氢化物的稳定性顺序也是HCl>H2SD.镁比铝活泼,工业上用电解熔融氧化铝制备铝,所以工业上也用电解熔融氧化镁制备镁解析:H2O分子间存在氢键,使氢化物的熔点出现反常,故熔点H2S<H2O,而SiH4和CH4都不能形成氢键,A项错误;HF为弱酸,而HCl为强酸,故酸性HF<HCl,B项错误;非金属性F>O、Cl>S,故稳定性HF>H2O、HCl>H2S,C项正确;工业上用电解熔融氯化镁制备镁,D项错误。3.(2021·舟山期末检测)X、Y、Z、M、R为五种短周期元素,其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示,其中R的序数比Y大。下列说法不正确的是(C)A.Z的氢化物沸点可能比Y的氢化物沸点高B.Y的最高价氧化物对应水化物酸性弱于M的最高价氧化物对应水化物C.单核离子的半径R>M>ZD.化合物RX是一种强还原剂解析:X、Y、Z、M、R为五种短周期元素,其中X、R的最外层电子数为1,两者处于第ⅠA族,Y、Z、M的最外层电子数依次为4、5、6,它们分别处于第ⅣA族、第VA族、第ⅥA族,其中R的序数比Y大,故R为Na,五种元素中X的原子半径最小,X只能为H元素,原子半径M>Y>Z,只能是Y、Z处于第二周期,M处于第三周期,故Y为C元素、Z为N元素、M为S元素。A.氨分子间形成氢键,N的氢化物沸点可能比C的氢化物沸点高,正确;B.非金属性C<S,C的最高价氧化物对应水化物酸性弱于S的最高价氧化物对应水化物,正确;C.电子层数越多,离子半径越大,电子层结构相同的离子,原子序数越大,离子半径越小,单核离子的半径S2->N3->Na+,错误;D.化合物NaH是一种强还原剂,正确。微粒半径大小的比较方法(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。例如:r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)。(2)电子层结构相同的离子:核电荷数越大,半径越小。例如:r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。(3)带相同电荷的离子:电子层数越多,半径越大。例如:r(Li+)<r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),r(O2-)<r(S2-)<r(Se2-)<r(Te2-)。(4)核电荷数、电子层数均不同的离子:可选一种离子参照比较。例如:比较r(K+)与r(Mg2+),可选r(Na+)为参照,r(K+)>r(Na+)>r(Mg2+)。题点二金属性和非金属性强弱比较4.下列叙述能说明氯元素非金属性比硫元素强的是(C)①HCl的溶解度比H2S大②HCl的酸性比H2S强③HCl的稳定性比H2S强④还原性:Cl-<S2-⑤HClO的酸性比H2SO4弱⑥Cl2与铁反应生成FeCl3,而S与铁反应生成FeS⑦Cl原子最外层有7个电子,S原子最外层有6个电子⑧在周期表中Cl处于S同周期的右侧A.③④⑥ B.①②⑥⑦C.③④⑥⑧ D.②④⑤⑦⑧解析:溶解度为物理性质,①不能说明;比较酸性必须为最高价含氧酸,②不能说明;氢化物的稳定性可以说明氯元素的非金属性大于硫,③可以说明;阴离子的还原性越强,对应元素的非金属性越弱,还原性Cl-<S2-,能说明氯元素原子得电子能力比硫强,④可以说明;不是最高价含氧酸,⑤不能说明;氯气的氧化性大于硫,⑥可以说明;最外层电子数的多少与非金属性无关,如O最外层有6个电子,但非金属性大于Cl,⑦不能说明;同周期从左到右,元素的非金属性增强,得电子能力增强,周期表中Cl处于S同周期的右侧,⑧可以说明。5.短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示,下列说法正确的是(D)A.X、Y、Z三种元素中,X的非金属性最强B.Y的氢化物的稳定性比Z的氢化物的稳定性弱C.Y的最高正化合价为+7D.X的单质的熔点比Z的单质的熔点低解析:X、Y、Z为短周期元素,故X为第一周期的He,Y为第二周期的F,Z为第三周期的S,则非金属性最强的为Y(F),A错误;Y的非金属性强于Z,Y的氢化物的稳定性比Z的氢化物的稳定性强,B错误;F无最高正价,C错误;X常温下为气态,而Z常温下为固态,故X的单质的熔点比Z的单质的熔点低,D正确。6.下列实验不能达到预期目的的是(B)序号实验操作实验目的ACl2、Br2分别与H2反应比较氯、溴的非金属性强弱BMgCl2、AlCl3溶液中分别通入NH3比较镁、铝的金属性强弱CNa2S溶液中加入碘水比较碘、硫的非金属性强弱DFe、Cu分别与盐酸反应比较铁、铜的金属性强弱解析:A.元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,与氢气化合越容易,氯气和氢气在光照条件下能反应、溴和氢气在加热条件下能反应,所以非金属性Cl>Br,不符合题意;B.元素的金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物碱性越强,氨气和氯化镁、氯化铝溶液反应生成氢氧化镁、氢氧化铝沉淀,不能确定氢氧化铝、氢氧化镁碱性强弱,则不能确定两种金属的金属性强弱,符合题意;C.元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,氧化性较强的非金属单质能置换出氧化性较弱的非金属单质,Na2S溶液中加入碘水发生氧化还原反应生成S,碘的氧化性大于S,所以非金属性I>S,不符合题意;D.元素的金属性越强,其单质与酸或水反应越剧烈,Fe和稀盐酸反应生成氢气,Cu和稀盐酸不反应,所以金属性Fe>Cu,不符合题意。元素金属性、非金属性强弱的比较1.结构比较法最外层电子数越少,电子层数越多,元素金属性越强;最外层电子数越多,电子层数越少,元素非金属性越强。2.位置比较法元素周期表金属性从左向右,由强变弱,从上到下,由弱变强；非金属性从左向右,由弱变强,从上到下,由强变弱金属活动性顺序按K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、Cu、Hg、Ag、Pt、Au的顺序,金属活动性减弱非金属活动性顺序按F、O、Cl、Br、I、S的顺序,非金属性减弱3.实验比较法三反应置换反应:强的置换弱的,适合金属也适合非金属与水或酸反应越剧烈,或最高价氧化物对应水化物的碱性越强,则金属性越强与氢气反应越容易,生成的气态氢化物的稳定性越强,或最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则非金属性越强两池负极材料的金属性强于正极在阳极首先放电的阴离子,其对应元素的非金属性弱;在阴极首先放电的阳离子,其对应元素的金属性弱题点三周期表和周期律的综合应用7.X、Y、Z、W都属于短周期元素,其中X、Z位于同一主族,Y、Z、W处于同一周期。X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍。基态Y原子的电子总数是其最高能级电子数的5倍。W与X形成的一种气体常用于漂白和消毒,下列说法正确的是(D)A.第一电离能:Y<Z<WB.W的氧化物对应的水化物是强酸C.X、Z简单氢化物的沸点:X<ZD.简单离子半径由小到大的顺序为W<Z<Y解析:X、Y、Z、W都属于短周期元素,X原子的最外层电子数是其电子层数的3倍,X为O元素,X、Z位于同一主族,Z应为S元素;Y、Z、W处于同一周期,为第三周期,基态Y原子的电子总数是其最高能级电子数的5倍,应为P原子,其核外电子排布为1s22s22p63s23p3,W与X形成的一种气体常用于漂白和消毒,W应为Cl元素。A.第一电离能S<P<Cl,错误;B.W为Cl元素,在化合物中呈现多种价态,其最高价氧化物对应水化物HClO4为强酸,但是其他价态的氧化物对应水化物如HClO等为弱酸,错误;C.X的简单气态氢化物H2O分子间会形成氢键,导致其沸点升高,所以X、Z简单氢化物的沸点O>S,错误;D.粒子核外电子层数越多,半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,简单离子半径由小到大的顺序为Cl<S<P,正确。8.(2021·衢州、丽水、湖州教学质量检测)如表为元素周期表的一部分。X、Y、Z、W为短周期元素,其中Y元素的原子最外层电子数是其电子层数的3倍。下列说法正确的是(D)XYZWTA.Y的氢化物的沸点一定比X氢化物的沸点高B.Z的氧化物对应的水化物酸性比W的弱C.ZY2、XW4与Na2Z的化学键类型相同D.根据元素周期律,可以推测存在TZ2和TW4解析:X、Y、Z、W为短周期元素,Y元素的原子最外层电子数是其电子层数的3倍,则Y为O元素,根据X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置关系可知,X为C元素,Z为S元素,W为Cl元素,T为Ge元素。A.Y的氢化物分别是H2O、H2O2,H2O、H2O2常温下都呈液态,X的氢化物为烃,烃分子中碳原子数不同,沸点差别很大,故Y的氢化物的沸点不一定比X氢化物的沸点高,错误;B.Z的氧化物对应的水化物可能是硫酸或亚硫酸,W的氧化物对应的水化物可能是次氯酸、氯酸或高氯酸等,因此Z的氧化物对应的水化物酸性不一定比W的弱,错误;C.SO2、CCl4的化学键类型为极性共价键,而Na2S的化学键类型为离子键,错误;D.Ge与C同族,根据元素周期律可知,存在GeS2和GeCl4,正确。当堂检测1.铟(49In)与铷(37Rb)同周期,下列说法正确的是(A)A.第一电离能:In<AlB.115In的中子数与电子数的差值为27C.In是第四周期第ⅢA族元素D.碱性:In(OH)3>RbOH解析:B项,中子数与电子数的差值为(115-49)-49=17,错误;C项,In为49号元素,位于第五周期第ⅢA族,错误;D项,同周期元素从左往右最高价氧化物对应水化物碱性减弱,In(OH)3<RbOH,错误。2.下列说法不正确的是(B)A.第26号元素的一种离子可以检验废水中的苯酚B.同一周期中,随着元素核电荷数的增加,其简单离子半径逐渐减小C.同一原子中,在离核较远的区域运动的电子能量较高D.第三周期元素原子序数比同主族第四周期元素原子序数小18或8解析:A.第26号元素为铁,若废水中含有苯酚,加入含Fe3+的溶液可使溶液显紫色,所以Fe3+可以检验废水中的苯酚,正确;B.同一周期中,随着元素核电荷数的增加,阳离子半径逐渐减小,阴离子半径逐渐减小,但阴离子半径比阳离子半径大,不正确;C.同一原子中,在离核越远的区域,电子所受原子核的引力越弱,电子所具有的能量越高,正确;D.第三周期元素原子序数与同主族第四周期元素原子序数相比,当两元素位于第ⅠA、第ⅡA族时,原子序数小8,当两元素位于第ⅢA族及以后各族时,原子序数小18,正确。3.(2021·全国甲卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和,也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是(D)A.原子半径:Z>Y>X