第15讲-元素周期律的应用(讲义)(解析版)

第15讲元素周期律的应用【学习目标】1．知道碱金属元素、卤族元素的结构和性质，能从原子结构角度解释同主族元素性质的递变规律。2．理解元素在周期表中的位置、元素原子结构和元素性质三者之间的关系。3．知道元素周期表、元素周期律在科研和生产实践中的应用。【基础知识梳理】一、碱金属元素结构和性质递变规律1．碱金属元素的原子结构的相似性和递变性元素名称锂钠钾铷铯元素符号LiNaKRbCs原子结构示意图相似性最外层均有1个电子递变性从Li到Cs随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大2．碱金属元素物理性质的相似性和递变性(1)相似性：除铯外，碱金属元素都是银白色的单质，硬度小，延展性好，密度较小，熔点较低。(2)递变性：从Li~Cs，熔点逐渐降低。3．碱金属元素化学性质的相似性和递变性(1)相似性：碱金属都是活泼金属，均易失去1个电子，在化合物中均为＋1价。①单质的性质均能与非金属单质(O2、Cl2)反应与水反应（用R表示单质），反应通式：2R+2H2O=2ROH+H2↑与酸反应，反应通式：2R+2H+=2R++H2↑②碱金属的最高价氧化物(R2O)对应的水化物(ROH)，一般都具有强碱性。(2)递变性：根据下表中碱金属与水反应的现象，你能推测出哪些规律？碱金属LiNaKRbCs与水反应的现象反应较为缓和，锂浮在水面，并以稳定、适中的速度释放出气体反应迅速并放热，钠融化成小球反应迅速，伴有燃烧，轻微爆炸剧烈反应，发生爆炸剧烈反应，发生剧烈爆炸(3)结论：碱金属都能与水反应，从Li~Cs，反应越来越剧烈。LiOH、NaOH、KOH、RbOH的碱性逐渐增强。随着核电荷数的递增，碱金属元素的金属性逐渐增强。【例1】下列关于碱金属元素的性质说法正确的是（）A．从锂到铯，碱金属元素单质的密度依次增大B．从Li→Cs，其离子的氧化性依次减弱C．金属钾能从氯化钠溶液中置换出钠D．碱金属在自然界中能以游离态存在答案：B解析：A选项，碱金属单质的密度逐渐增大，错误；B选项，Li→Cs，金属性（还原性）增强，其离子的氧化性减弱，正确；C选项，K、Na都是活泼金属，在水溶液中要与水反应，错误；D选项，碱金属元素都是活泼金属元素，在自然界中不能以游离态形式存在。二、卤族元素元素结构和性质递变规律1．卤族元素原子结构的相似性和递变性元素名称氟氯溴碘元素符号FClBrI相似性最外层均有7个电子。递变性从F到I，随核电荷数的增加，电子层数逐渐增多，原子半径逐渐增大。2．卤族元素单质物理性质的相似性和递变性颜色：eq\o(→,\s\up7(F2：浅黄绿色Cl2：黄绿色Br2：深红棕色I2：紫黑色),\s\do5(均有颜色))颜色加深熔、沸点：eq\o(→,\s\up7(F2：气体Cl2：气体Br2：液体I2：固体),\s\do5(均较低))逐渐升高水溶性：eq\o(→,\s\up7(F2：反应Cl2：溶解Br2：溶解I2：微溶),\s\do5(除F2外，都不易溶于水，但都易溶于有机溶剂，如CCl4、酒精等))逐渐减小3．卤素单质化学性质的相似性和递变性(1)相似性卤族元素的原子最外层均有7个电子，得电子的能力强，容易得1个电子，其单质都具有较强的氧化性，自然界中不存在游离态的卤素单质。(2)递变性①实验探究卤素单质(Cl2、Br2、I2)氧化性的强弱实验操作实验现象离子方程式氯水与NaBr溶液反应溶液变为橙黄色2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2氯水与KI溶液反应溶液变为棕黄色2I－＋Cl2=2Cl－＋I2溴水与KI溶液反应，加入四氯化碳溶液，振荡静置静置后，液体分层，下层呈紫红色2I－＋Br2=2Br－＋I2结论：Cl2、Br2、I2单质的氧化性由强到弱的顺序是Cl2＞Br2＞I2，相应阴离子的还原性由强到弱的顺序是I－＞Br－＞Cl－。②从F→I，单质与氢气反应越来越难，气态氢化物的稳定性依次减弱。③从Cl→I，最高价氧化物对应水化物的酸性越来越弱。(3)结论：随核电荷数的递增，ⅦA族元素原子的得电子能力越来越弱，元素的非金属性越来越弱。【例2】下列关于卤族元素的说法正确的是（）A．卤素单质在自然界中能以游离态存在B．卤素原子最外层都有7个电子，其最高正化合价都为＋7价C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性依次减弱D．随核电荷数的增加，卤素单质的熔、沸点逐渐降低答案：C解析：A选项，卤素单质在自然界中只能以化合态存在，错误；B选项，F没有最高正化合价，错误；C选项，F、Cl、Br、I的非金属性逐渐减弱，气态氢化物的稳定性逐渐减弱，正确；D选项，卤素单质的熔、沸点逐渐增大，错误。故选C。【例3】下列有关碱金属元素和卤素的说法中，错误的是()A．溴单质与H2的反应比碘单质与H2的反应更剧烈B．碱金属元素中，锂原子失去最外层电子的能力最弱；卤素中，氟原子得电子的能力最强C．钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈D．随核电荷数的增加，碱金属单质和卤素单质的熔点都逐渐降低答案：D解析：A选项，Br元素比I元素非金属性强，因此溴单质与H2反应更剧烈，正确；B选项，碱金属元素中，从上到下元素的金属性(失去电子能力)逐渐增强，卤素从上到下，元素的非金属性（得电子能力）逐渐减弱，正确；C选项，钾比钠活泼，与水反应更剧烈，正确；D选项，随着核电荷数增加，碱金属单质熔点逐渐降低，卤素单质的熔点逐渐增大，错误。故选D。三、元素周期表的中元素原子结构与性质的关系1．同周期(从左到右)元素性质的递变规律相同增加减小减弱增强减弱增强2．同主族(自上而下)元素性质的递变规律相同增大增大增强减弱增强减弱3．元素周期表的金属区和非金属区(1)分界线的划分：沿着周期表中B、Si、As、Te、At跟Al、Ge、Sb、Po之间画一条斜线，斜线的左边是金属元素，右边是非金属元素。(2)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，故元素的金属性和非金属之间没有严格的界线。【例4】比较物质的性质（用化学式和“>”、“<”表示）Na、Mg的单质与水反应的剧烈程度：_____________________Si、P的单质与氢气化合的难易程度：_____________________O、S元素的气态氢化物的稳定性：_____________________P、Cl元素的气态氢化物的稳定性：_____________________Be、Mg元素的最高价氧化物对应水化物的碱性：_____________________S、Cl元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：_____________________N、P元素的最高价氧化物对应水化物的酸性：_____________________答案：Na>MgSi<PH2O>H2SPH3<HClBe(OH)2<Mg(OH)2H2SO4<HClO4HNO3>H3PO4解析：回答问题时，要写出对应的化学式，不能只用元素符号表示。四、元素“位—构—性”的关系元素原子结构、元素在周期表中的位置和元素的主要性质三者之间的关系如下1．结构与位置的关系最外层电子数=主族序数电子层数=周期序数2．结构与性质的关系最外层电子数越少，电子层数越多→越易失电子，金属性越强最外层电子数越多，电子层数越少→越易得电子，非金属性越强3．位置、结构和性质的关系【例5】根据元素周期律和元素周期表的知识分析下面的推断，其中错误的是()A．短周期主族元素中半径最大的是NaB．Sr(OH)2的碱性强于Ba(OH)2C．砹(At)的单质是有色固体，HAt很不稳定D．AsH3是无色、有毒的气体答案：B解析：同主族元素从上到下金属性增强，则金属性：Sr＜Ba，氢氧化锶比氢氧化钡的碱性弱，B错误；由卤族元素单质及化合物的递变性可知，随原子序数的增大，单质的颜色逐渐加深，气态氢化物稳定性逐渐减弱，砹是一种有色固体，HAt不稳定，C正确；AsH3是无色、有毒的气体，D正确。五、元素周期表在科技生产中的应用(1)在金属元素和非金属元素的交界处寻找半导体材料（如硅、锗、硒等）。(2)在过渡元素（副族和Ⅷ族）中寻找优良的催化剂。(3)在过渡元素中寻找耐高温、耐腐蚀的合金材料。(4)研究元素周期表右上角的元素，合成新农药。(5)位于第六周期ⅥB的钨是熔点最高的金属，位于第四周期ⅣB的钛，密度小、耐高温、耐腐蚀，适应于制造火箭发动机壳体、人造卫星壳体等。课堂检测1．锂(Li)是世界上最轻的金属，它属于碱金属的一种。下列说法正确的是()A．碱金属单质在氧气中燃烧，都生成过氧化物B．Li是碱金属原子中半径最小的原子C．Li、Na、K、Rb＋的最外层都只有一个电子D．Na＋比Li多一个电子层答案：B解析：A选项，碱金属越活泼，在氧气中燃烧的产物越复杂，错误；B选项，碱金属中，Li的原子半径最小，正确；C选项，Rb＋带1个正电荷，最外层电子数为8，错误；D选项，Na+有两个电子层，与Li的电子层数相同，错误。故选B。2．下列关于卤素的叙述正确的是()A．卤素是典型的非金属元素，因此不能与其他非金属元素化合B．卤素单质越活泼，其溶、沸点就越高C．卤素单质都能和水剧烈反应D．卤素单质都能和H2反应，且气态氢化物的稳定性随单质氧化性的增强而增强答案：D3．根据同主族元素的性质递变规律分析下面的推断，其中错误的是()A．氯化氢比溴化氢稳定B．硒化氢比硫化氢稳定C．氢氧化锶比氢氧化钙的碱性强D．铍原子的失电子能力比镁弱答案：B解析：A选项，非金属性Cl>Br，稳定性HCl>HBr，正确；B选项，Se和S同族，非金属性S>Se，稳定性H2S>H2Se，错误；C选项Sr和Ca同族，金属性Sr>Ca，故氢氧化锶的碱性强，正确；D选项，Be与Mg同主族，金属性Mg>Be，失电子能力Mg>Be，正确。故选B。4．元素周期表中某区域的一些元素通常用来做半导体材料，它们是()A．左下方区域的金属元素B．金属元素和非金属元素分界线附近的元素C．右上方区域的非金属元素D．稀有气体元素答案：B解析：用来制造半导体材料的元素位于金属元素与非金属元素分界线附近。5．已知某主族元素的原子最外层有7个电子，推测下列选项不正确的是()A．单质有氧化性B．最高正价一定为＋7价C．是非金属元素D．同周期元素中原子半径最小答案：B解析：某原子的最外层有7个电子，说明位于第ⅦA族，第ⅦA族元素得到一个电子达到稳定结构，其单质具有强氧化性，故A正确；F没有正价，故B错误；第ⅦA族为非金属元素，故C正确；同周期元素从左向右原子半径逐渐减小(稀有气体除外)，因此卤族元素的原子半径是同周期中最小的，故D正确。6．如图所示是元素周期表的一部分，下列说法中正确的是()A．元素的简单离子半径大小：④＞⑤＞②B．气态氢化物的稳定性：⑤＞②C．最高价氧化物对应水化物的酸性：⑥＞⑤D．元素的最高正化合价：③＝⑥答案：C解析：元素①～⑥分别为N、O、F、Al、S、Cl。离子半径：S2－＞O2－＞Al3＋，A项错误；非金属性越强则对应气态氢化物越稳定，最高价氧化物对应水化物的酸性也越强，故稳定性：H2O＞H2S，酸性：HClO4＞H2SO4，B项错误、C项正确；F无正价，D项错误。7．硒(Se)是人体健康必需的一种微量元素。已知Se的原子结构示意图为。下列说法不正确的是()A．该原子的质量数为34B．该元素处于第四周期ⅥA族C．SeO2既有氧化性又有还原性D．酸性：H2SO4＞H2SeO4答案：A解析：从Se的原子结构示意图看出，Se的质子数为34，质量数一定大于34，A错误；Se原子有四个电子层，最外层电子数为6，所以Se在周期表中的位置为第四周期ⅥA族，B正确；SeO2中Se的化合价为＋4价处于中间价态，所以SeO2既具有氧化性又具有还原性，C正确；Se的非金属性弱于S，所以它们最高价氧化物对应的水化物的酸性大小为H2SO4＞H2SeO4，D正确。8．据报道，我国科学家通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯(Cs)原子喷泉钟，标志着我国时间频率基准研究进入世界先进行列。已知铯位于元素周期表中第六周期ⅠA族，根据铯在元素周期表中的位置，推断下列内容：(1)铯的原子核外共有____个电子层，最外层电子数为_________，铯的原子序数为_________。(2)铯单质与水剧烈反应，放出______色气体，同时使紫色石蕊溶液显______色，因为___________________________________________(写出化学方程式)。(3)预测铯单质的还原性比钠单质的还原性__________(填“弱”或“强”)。答案：(1)6155(2)无蓝2Cs＋2H2O=2CsOH＋H2↑(3)强9．已知W、X、Y、Z为短周期元素，W、Z同主族，X、Y、Z同周期，W的气态氢化物的稳定性大于Z的气态氢化物的稳定性，X、Y为金属元素，X的阳离子的氧化